（1. 2.3 上海市建筑科学研究院监理部 200032；
4.上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院工程管理研究所 200030）
摘 要：技术经济分析是评价和推广生态建筑的一项基础性工作，但又是一项难度很高的工作，难以应用传统的经典方法。本文以上海生态建筑样板房为例，基于全局和全生命周期的思想，通过采用层次分析法和模糊综合评价模型，建立了生态建筑关键技术的技术经济评价方法。初步应用结果表明，该方法具有简便和容易应用的优点。
关键词：可持续发展 生态建筑 技术经济分析
1 引言
1987 年世界环境与发展委员会提出 “可持续性发展是既要满足当代人的需要，又不对后代人满足其需求能力构成危害的发展”（United Nations, 1987）。建筑领域由于其对资源的大量消耗和对环境的巨大影响，成为贯彻可持续发展理念的一个重要方面，为此人们提出了生态建筑的概念，并积极进行实践，以取得经济效益、环境效益、社会效益的较好统一。
欧美一些国家从上世纪九十年代初就开始了对生态建筑的研究和实施（Bhatti, et al., 1994），考察对象从建筑的结构、材料、功能、效益等，到社区环境和开发形式等（Bouwmeester, 1999；Smerdon,1997 ect.）。当前，生态建筑在西方国家处于方兴未艾的阶段，政府积极推动进行试点和示范（Edwardsand Turrent, 2000）。例如，早在1993 年，英国就在诺丁汉郡索斯韦尔小城中部建造了“自维持住宅”。温哥华相继制定和推广了“可持续发展生态居住区设计六项原则”、“绿色住区生态景观设计指导手册”、“可持续发展城市系统”等，已建成为绿色生态城市。荷兰政府制定了相应的计划和法规条例，进行了大规模的试点，不仅建成了一批示范性的住宅区，还按照生态建筑的要求改造了一批现有建筑MHSPE, 1997；胡昊与诺兹曼，2002）。日本于1993 年完成的Next21 是生态建筑方面的一个十分有影响的示范项目（大阪煤气株式会社, 1999）。德国特别对节能建筑进行了大量研究，建成了一批生态节能住宅区。在联合国人居中心的帮助下，东欧各国正在进行生态建筑方面的试验和发达国家的经验推广（UNCHS, 1999）.
随着生态建筑研究与实践的不断扩展，以及相关设计与监测方式的不断更新与进步，其评价工作也受到越来越多的重视。国际上，生态建筑评价体系的发展基本上经历了三个阶段：第一阶段对建筑产品和单项指标的一般评价、介绍与展示；第二阶段对建筑方案环境物理性能的模拟与评价和第三阶段对建筑整体环境表现的综合审定和评价（刘煜与Prasad, 2003）。
目前，我国已就生态建筑开展了一定的研究工作。上个世纪九十年代末就从国外引进了“生态建筑”和“绿色建筑”的概念(黄淘, 1998; 张暇龄, 2001 等)，在规划设计上予以采纳，并在一些项目上进行了尝试，对生态建筑在我国的应用前景进行了较为全面的思考(Rousseau and Chen, 2002)，结合智能化技术和绿色建筑提出了“绿色智能居住小区”的发展方向(林少培，2002)，同时在专项技术上如能源利用等进行了较为深入的研究(Gglicksman, et al., 2001)。生态建筑还得到了政府部门的重视和支持，生态型住宅收到居民的极大欢迎，生态建筑更被列为2010 年上海世博会的四大主题之一。特别是，我国以奥运工程为切入点，积极实行“绿色奥运建筑”战略，系统地提出了绿色建筑所涉及的内容和重点。总体上，我国已经接受和掌握了生态建筑的一些概念、方法和技术，但仍较缺少系统的集成和具体的范例，特别是目前的研究和应用主要集中在技术层面上，较少关注生态建筑的分析与评价问题。
生态建筑的评价包括了环境、健康和经济等诸多方面，因此对其进行评价分析有别于传统意义上的建筑，比如，为了逐步解决发展和环境所面临的问题，需要摒弃单纯以追求经济效益为中心的发展观，重视对自然资源的持续利用；在进行经济预测时，要讨论自然资源持续利用的价格问题，以一个较长的时期为考察对象，结合考虑生态环境的经济价值等多种因素来分析项目的成本和效益。对生态建筑的评价，需要建立多个评价因素或评价指标，是在多因素相互作用下的一种综合判断，仅从单个因素出发作出判断是不够的，而且容易带来片面性。这些因素往往包含不确定性因素，难以量化，而如果过多地依赖主观经验，又可能使评价结果失真。因此，生态建筑的评价是一项艰巨而复杂的工作。国际生态建筑评价经过十多年的发展，至今已形成了若干有影响力的评价体系，包括英国的BREEAM 评估体系、美国的LEED 绿色建筑评估体系、加拿大的GBTool、澳大利亚的建筑环境评价体系NABERS、德国的生态建筑导则LNB、挪威的ECO PROFILE、法国的ESCALE、日本的CASBEE 等。这些评价方法在实践中得到了较好的应用，对各个国家在城市建设中倡导绿色概念，引导建造者和使用者注重可持续发展起到了重要作用。但这些评价体系一方面需要大量的基础性工作，需要采集成百上千种数据，因而推广应用难度大；另一方面，这些方法主要是评估建筑物的整体表现，而在生态建筑的推广初期，往往需要对各种生态建筑技术进行判别和选定。本文主要关注的是后者，即生态建筑关键技术的技术经济评价问题，以便在此基础上，探求对生态建筑进行整体评价的方法。所谓技术经济分析，就是对不同技术方案实施所需投入与所取得的效果进行计算、分析、比较论证，对参选方案的成本与效益作对比分析及经济效益评价，从而做出方案取舍决策的一套方法。技术经济分析又分为静态和动态两种，动态评价方法即考虑资金时间价值的一种评价方法。
为了推动生态建筑的发展，上海有关方面通过集成现有的生态建筑技术，建设了办公和住宅两种样板房。本文以上海生态建筑样板房为例，基于全局和全寿命周期的思想，运用模糊综合评价方法，探讨生态建筑关键技术的技术经济评价问题。通过对生态建筑关键技术的综合评价，可以对不同的单项技术进行排序，在资金有限的情况下，合理选用性价比高的技术。
2 生态建筑关键技术
通过整合国内外已有的生态建筑先进技术，针对上海的地域特征、经济发展水平和市场需求，上海市有关方面正在加紧进行生态建筑的试点工作，其目标是建成具有国际先进水平、体现上海建筑风格的生态办公、住宅样板房，建立具有上海特色的生态建筑集成技术体系，推广示范生态建筑适用技术体系，制定生态建筑设计指南、评估体系和技术经济分析等标准规范，指导工程实践，整体提高上海生态建筑技术水平，拉动相关产业发展，并推动我国生态建筑领域的科技进步。
本文选取上海生态办公楼样板房为案例进行具体的技术经济分析。该办公楼主要采用了以下几种关键技术：
（1）自然通风。确保室内有充足的新鲜空气且满足下列需求的功能：能带来必需、有质量的空气；能驱除不好的气味，有毒的气体以及各种不同的污染；能保证延长建筑物的寿命，尤其是防止建筑物的发霉；符合建筑节能规范的要求；能保证长时间连续运行，且具有高可靠性、低能耗、低噪音。
（2）低能耗建筑节能体系。包括保温隔热复合墙、节能玻璃、智能化遮阳系统等的应用。
（3）自然采光利用设计。
（4）太阳能利用和建筑一体化。
（5）地下埋管换热器冬夏联供应用技术。
（6）绿色工程建材应用。
（7）环保型化学建材应用。包括防霉、抗菌功能复合内墙涂料、木材粘合剂、排烟脱硫石膏以及石膏矿粉复合胶凝材料和高性能水性木材表面装饰涂料等。
（8）环境和节能智能控制技术。包括建立室内环境综合调控系统，同时监测包括温湿度、空气质量、室内噪声、照明等室内环境指标；应用空调系统节能的优化调节控制技术及软件。
（9）室内环境控制改善技术。主要考虑室内空气质量、建筑声环境和建筑光环境。
（10）节水技术。建立一套完整的中水和雨水的收集、处理、储存和回用设施，应用人工湿地水净化技术。
3 评价模型和方法
目前国外针对生态建筑的整体评价方法一般包括三个步骤：首先确定评价指标体系，其次是确定评价标准，最后是执行评价。本文研究的重点是生态建筑关键技术的评价。由于生态建筑涵盖了节能门窗、节能屋面、节能墙体、节能空调、太阳能、中水回收等十余种分项技术，因此如果首先完成对分项关键技术的分析和评价，就能对其进行分类排序，可以在资金有限的情况下选择应用性价比高的技术，同时有可能在此基础上实现对建筑整体表现的评价。对关键技术的评价是推广应用生态建筑的一项重要基础性工作。
本文在评估中，充分应用了“全生命周期”的思想，关注建筑项目的前期策划、中间建造活动、日常使用、维修直至拆除的整个生命周期中对资源的利用和环境的影响，同时考虑建筑评价中的多因素和模糊性等特点，利用基于模糊集理论和数学模型的综合评价方法，对生态建筑关键技术全生命周期的经济效益、社会效益和环境效益进行分析。这是一种操作简单、科学适用的评价方法，既考虑了生态建筑可持续发展的要素，又兼顾了其经济效益。
3.1 模糊综合评价模型
模糊综合评价法，就是根据给出的评价标准和实测值，经过模糊变换后对事物作出评价的一种方法。它可分为单级综合评判和多级综合评判，一般过程是：
（1）确定评价因素集（或评价指标集）：  （2）确定评语集：  （3）确定评价因素的各级权重W；
（4）找出各级评判矩阵：  ，rij 是评价对象在因素集上的特性指标； （5）模糊变换B=W○R；
（6）解出评判指标B 总，对结果进行说明。
本文建立的生态建筑关键技术的二级综合评价模型如图1 所示。
3.2 评价指标体系
在对生态建筑的综合评价中，往往需要确定几百乃至上千个指标项目，指标建立和数据采集的工作量非常大。本文主要对生态建筑的单项技术进行评价，从科学性、全面性、可比性和实用性出发，在征求专家意见的基础上，拟仅从社会效益、环境效益（包括周边环境、室内环境与人体健康）、技术难度、经济效益（包括初始投资和年度节能）等少数关键方面，建立如图2 所示的评价指标体系。
环境效益: 建筑全生命周期环境效益指建筑系统全循环过程中输入输出对宏观和微观环境造成的生态后果。包括：（1）宏观环境效益：现代建筑对地球环境破坏有余、建设不足，而自然环境不能用通常意义的价格概念来表示。因此在生态建筑的设计上应综合节能、使用耐久的建筑材料、设备产品以延长建筑使用寿命，减少全生命周期内建筑环境负荷，建设可持续发展的建筑。（2）微观环境效益: 可持续建筑设计应将环境视为一个活跃的、具有一定功能的生态系统，生态系统的组成部分应因地制宜，兼顾景观及生态敏感性，选择对局部环境破坏最小的施工方式。（3）室内环境和健康：主要涉及与人类健康密切相关的室内环境质量等因素。本文在环境效益方面分列周边环境、室内环境与人体健康两个方面。
经济效益：这是生态建筑关键技术评价中要考虑的重要方面。采用生态技术无疑会因初始投资增加而提高成本，因此，对生态建筑的评估要具有“全生命周期”的思想。“蕴能量” ( EmbodiedEnergy)包括物质材料从原材料提炼到生产过程完成所消耗的能量、转化为建筑元素和进行装配所消耗的能量的总和。据分析，建筑生命周期中其自身蕴能量只占总能源使用的35%，高达65%的能耗与其运营方式有关。建筑的一次造价和使用期间操作运行费用、维修费用、更换及改造费用等构成“全生命周期费用”，建筑产品的后期投入与一次造价的比例随不同时期、不同项目而不同，但后期投入始终是非常可观的。我们既不能盲目控制一次造价而不顾后期投入大量增加，也不能一味追求所谓生态高技术，造成建设投资大幅超标。相反，应充分考虑到全寿命周期中各阶段的投入及其在全寿命费用中的比重，综合平衡一次投资与后期投入的关系，从整体上降低全生命周期成本。一般而言，全生命周期经济效益控制包括以下几个阶段：建筑材料选择阶段，建筑构造设计、设备选择阶段，建筑后期处理阶段。本文对经济效益的评估考虑了初始投资和年度节能两个方面，将因采用生态技术而产生的效益用年度能源节省这一指标反映出来。
社会效益: 建筑的社会效益指建成环境在与人类互动中对其产生的生理、心理健康影响，包括使用者的健康、相关者的健康、示范作用、对树立可持续发展观的正面促进作用等。
技术难度：该项技术在规划设计、施工和使用管理中的难度，影响到建筑项目投资者和使用者对该项技术的接受程度。
3.3 评价指标权重确定
确定评价指标权重的方法很多，常用的有专家估测法、频数统计分析法、主成分分析法、层次分析法、模糊逆方程法等。层次分析法（Analytic Hierarchy Process, AHP）是一种整理和综合人们主观判断的客观方法，也是一种综合定性分析和定量计算的系统分析方法，它将决策者对复杂系统的决策思维过程数量化，为选出最优决策提供了依据，适用于多准则、多目标复杂问题的决策分析，对于处理分析社会经济系统问题很有效。
AHP 法首先通过分析复杂问题包含的各种因素及互相关系，将问题分解为不同的要素，再将这些要素分为不同的层次，建立一个多层次的分析结构模型。在每一层次中按一定的准则，对该层各要素进行逐对比较，建立成判断矩阵。通过计算判断矩阵的最大特征值及相应的特征向量，得出该层要素对于上一层某一要素的权重，进而计算出各层要素对总体目标的组合权重。AHP 的具体步骤参加文献（赵焕臣等，1986）。
3.4 生态建筑经济效益评估
本文拟用现值成本法来比较生态建筑关键技术的经济效益，具体步骤如下：
（1）确定拟比较的关键技术内容。即在第二部分中所确定的10 项关键技术。
（2）用现值成本法计算单项技术的成本
生态建筑某项技术的成本PC1＝技术投入成本(研究费用+设备价值)＋年运行费用× A(P/A, i, n)－(可回收利用材料价值+残值)×F(P/F, i, n)－政府补帖或税赋减免现值－处理污染得到的副产品收入现值
传统建筑某项技术的成本PC2＝设备价值＋年运行费用×A(P/A, i, n)－残值× F(P/F, i, n)＋支出的生态环境治理费现值＋政府征收的外部经济补偿费
(3)计算生态建筑单项技术横向比较经济指标g
g=PC1/PC2
分别计算各项技术的g 值，g 越小则该技术的经济效益越好，g 越大的技术方案建议改进或减少投入。
3.5 模糊变换
4 应用实例与讨论
本文应用模糊综合评价模型，对上海生态办公样板房的十项关键技术进行了初步评价。结果如下：
（1）评价指标集如图2 所示。
（2）评语集确定为V={好(v1)，较好(v2)，一般(v3)，较差(v4)，差(v5) }。
（3）应用层次分析法，求得各项指标的权重如表1 所示。
（4）模糊变换矩阵R 的确定。有多种方法可以确定R，本文采用较为简便的专家评分法，在方法的试用阶段，邀请了10 位专家（评委）分别就各项技术，针对各项评价指标按好、较好、一般、较差和差进行评议。其中，对经济效益的两项指标，即初始投资和年度节能，先采用经典的技术经济分析方法进行计算，将结果提交专家参考，由专家在此基础上进行评分。以自然通风技术为例:
（5）求判断矩阵B
（6）求B 总   （7）结果说明
综合评价结果表明，“自然通风”技术被评定为好、较好、一般、较差、差的比重分别是40.6%，16.6%，31.2%，9.2%，2.6%。由此看来，该项技术总体评价良好。如相应地用5 分、4 分、3 分、2 分、1 分分别表示5 个档次，即u=（5, 4, 3, 2, 1）T，于是该技术的评分为Y=B 总☉u，取M（· ，+），有：Y=3.8374 分。采用同样方法，可以分别对其他各项技术进行排序，结果如表2 所示。
本文试图建立对生态建筑单项技术的评价方法，在上海生态办公样板房的初步应用表明，太阳能利用、绿色建材、自然通风、自然采光设计、节水技术等受到专家的充分肯定，具有较高的性价比。当然，这种方法还不完善，有不少需要改进的地方。以确定权重的层次分析法来讲，其核心是将系统划分层次且只考虑上层元素对下层元素的支配作用，同一层次中的元素被认为是彼此独立的。这种递阶层次结构虽然给处理系统问题带来了方便，但也限制了它在复杂决策问题中的应用。在许多实际问题中，各层次内部元素往往是依存的，低层元素对高层元素亦有支配作用，即存在反馈。此时系统的结构更类似于网络结构。在这种情况下，最好应用由AHP 延伸发展的网络分析法ANP。ANP 将系统元素分成两大部分, 第一部分称为控制因素层，包括问题目标及决策准则，它们彼此独立，只受目标元素支配，控制层中每个准则的权重均可用传统AHP 方法获得。第二部分为网络层，其内部是互相影响的网络结构。图3 是典型的ANP 结构图。ANP 与建筑评价时诸多因素有反馈作用的实际情况较为符合。
5 结论
生态建筑的评价是一项关系到生态建筑健康发展的重要工作，世界许多国家和地区都开始和继续在这一领域积极研究、探索和实践。本文以上海生态建筑样板房为例，应用全局和全寿命周期的思想，运用层次分析法和模糊综合评价模型，试图建立生态建筑关键技术的初步评价方法。试用结果表明，该方法可以用来对生态建筑的单项技术进行综合评价，比较简洁易用。
生态建筑评价体系的建立，是一项重要而又复杂艰巨的课题，涉及面广，牵涉要素多，需要通过多领域专家的合作来建立一套科学全面、简明易操作的评价标准和方法。如何进一步改进现有的模型和方法，如何在单项技术评估的基础上，在全生命周期内评价整个建筑物，是我们下一步研究的重点。
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，评价因素集 
得出模糊评价矩阵R 为：
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