建筑系統(tǒng)環(huán)境性能模擬方法研究(二)

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3 直接集成模擬法的基本研究
    由于各國環(huán)境污染程度和環(huán)境承載力都大相徑庭,這使得相同環(huán)境影響在不同國家造成的危害都不相同,因此所有的研究均應(yīng)以被研究國家的實(shí)際情況為背景,各項(xiàng)計(jì)算均盡可能地采用被研究國家現(xiàn)階段的數(shù)據(jù)。
    3.1 環(huán)境影響的分類  
    建筑系統(tǒng)對環(huán)境的影響多種多樣,幾乎包括了地球上存在的所有環(huán)境影響,因此不可能對建筑系統(tǒng)的全部環(huán)境影響都進(jìn)行模擬。由于一些影響對環(huán)境危害的性質(zhì)相同,而一些影響對環(huán)境危害的對象相同,因此,通過適當(dāng)?shù)姆诸惙椒梢园堰@些環(huán)境影響合并成同一類進(jìn)行模擬,從而大大簡化建筑系統(tǒng)環(huán)境性能的模擬過程。
    到目前為止,世界上已進(jìn)行了大量有關(guān)環(huán)境影響的研究,但是仍有很多環(huán)境影響的作用機(jī)理還不是很清楚,另外,一些環(huán)境影響之間還存在著相互作用的關(guān)系,因此,在實(shí)際應(yīng)用中,采用合適的分類方法可以取得較好的模擬效果。
    對環(huán)境影響進(jìn)行分類的方法一般有兩種:從下往上法和從上往下法。
    按各種環(huán)境影響的危害性質(zhì)進(jìn)行分類的方法稱作從下往上的方法,例如,將環(huán)境影響分成溫室效應(yīng)、臭氧層破壞、酸雨等。在采用從下往上法進(jìn)行分類的環(huán)境影響模擬中,環(huán)境影響量化的計(jì)算比較簡單,例如,通??梢圆捎靡恍┊?dāng)量系數(shù)將一些相同危害的影響進(jìn)行合并。但是,如果采用這種方法進(jìn)行分類,則會出現(xiàn)比較多的類別,另外,在形成的各個(gè)環(huán)境影響類別中,量化所采用的單位也會不相同,因此,各類環(huán)境影響的集成存在著一定的困難。
    從上往下的方法是按各種環(huán)境影響的危害對象進(jìn)行分類,它一般分成對人類健康的危害、對生態(tài)系統(tǒng)的危害和對自然資源的危害等幾類[9]。與從下往上法相比,在從上往下分類的環(huán)境影響評價(jià)中,其環(huán)境影響的量化過程比較復(fù)雜,需要對環(huán)境中有害物的排放量、濃度、危害等進(jìn)行一定程度的模擬。不過,由于從上往下分類得到的危害種類的定義比較明確,且數(shù)量較少,因此有利于后續(xù)研究工作的進(jìn)行。
    根據(jù)以上對環(huán)境影響分類方法的分析,由于現(xiàn)階段對一些基礎(chǔ)研究仍進(jìn)行得還不夠,很多基礎(chǔ)數(shù)據(jù)都無法得到,因此本文提出的直接集成模擬法采用從下往上的分類方法對建筑系統(tǒng)的環(huán)境影響進(jìn)行分類,即根據(jù)各種環(huán)境影響危害的性質(zhì)進(jìn)行分類,這樣就不僅可以避免了復(fù)雜的環(huán)境影響量化工作,而且還可以減少模擬過程中出現(xiàn)的誤差。
    按照從下往上的分類方法,建筑系統(tǒng)的環(huán)境影響可以劃分為以下幾大常見類:(1)溫室氣體;(2)酸雨氣體;(3)臭氧層破壞物質(zhì);(4)固體廢棄物;(5)廢水;(6)室內(nèi)空氣污染物;(7)懸浮顆粒物;(8)噪聲;(9)光污染;(10)熱島效應(yīng);等。
    3.2 環(huán)境影響的選取
    通過對建筑系統(tǒng)的環(huán)境影響進(jìn)行分類后,建筑系統(tǒng)環(huán)境影響的種類可以大大減少。但是,從分類結(jié)果可以看到,整個(gè)建筑系統(tǒng)環(huán)境影響的種類還是很多,如果對這些環(huán)境影響種類都進(jìn)行模擬,則會使模擬過程變得非常復(fù)雜,因此,只能從這些環(huán)境影響種類中選取幾種主要的類別進(jìn)行模擬。
    直接集成模擬方法采用分項(xiàng)評分的方法選取需要模擬的環(huán)境影響種類,即先根據(jù)文獻(xiàn)資料對各類環(huán)境影響的危害性、數(shù)據(jù)的科學(xué)性、影響的范圍、建筑系統(tǒng)的貢獻(xiàn)和去除的難易程度等幾項(xiàng)內(nèi)容分別進(jìn)行口頭評價(jià),然后將口頭評價(jià)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的評分(分值越高表明研究的意義越大),最后,從中選取總分的幾類環(huán)境影響作為模擬的對象。
    各項(xiàng)口頭評價(jià)的內(nèi)容如下:
    (1)環(huán)境影響的危害性是指各類環(huán)境影響對周圍環(huán)境和人類健康的危害。環(huán)境影響的危害性越大,對其進(jìn)行研究的意義越大。
    (2)數(shù)據(jù)的科學(xué)性包括兩個(gè)方面的內(nèi)容,一是現(xiàn)有基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù)的多少,二是模擬的難易程度。數(shù)據(jù)科學(xué)性越好,則意味著模擬中出現(xiàn)的誤差越小。
    (3)環(huán)境影響的范圍可以分為全球、區(qū)域、城市、小區(qū)和室內(nèi)等五類。影響的范圍越大,則該類環(huán)境影響被研究的意義越大。
    (4)建筑系統(tǒng)的貢獻(xiàn)率是指在全球的環(huán)境影響中建筑所占的比例。貢獻(xiàn)率越大,則模擬的現(xiàn)實(shí)意義越大。
    (5)去除的難易程度是指去除這類環(huán)境影響的困難性。越難去除的環(huán)境影響,則越需要重視。
    由于本文提出的直接集成模擬法準(zhǔn)備在下階段采用層次分析法(Analytic Hierarchy Process, AHP)來確定各類環(huán)境影響的權(quán)重系數(shù),而AHP 一般只適應(yīng)于7 種以下因素的應(yīng)用[10],因此選取的環(huán)境影響種類應(yīng)不超過7 類。
    3.3 權(quán)重系數(shù)的確定
    權(quán)重系數(shù)是以某種數(shù)量形式對比、權(quán)衡被評價(jià)事物總體中諸因素相對重要性的量值。它既是決策者的主觀評價(jià),又是指標(biāo)本質(zhì)的物理屬性的客觀反映,是主客觀綜合度量的結(jié)果。權(quán)重系數(shù)主要決定于兩個(gè)方面:第一,指標(biāo)本體在決策中的作用和指標(biāo)價(jià)值的可靠程度;第二,決策者對該指標(biāo)的重視程度[11]。
    各類環(huán)境影響集成是一個(gè)多因素決策問題。在多因素決策問題中,各種因素通常不可能采用同樣量綱來測定,某些因素要么根本不可能測定,要么測定的代價(jià)太高,因此,大多數(shù)多因素決策要求決策者先對問題中各因素的重要性分出級別,然后根據(jù)這些重要性級別確定各因素的權(quán)重系數(shù),最后再進(jìn)行集合[8]。
    通常有兩種基本的方法可以得到各類環(huán)境影響的重要性級別。一種是觀察社會在其他但是有關(guān)的情形下做出的實(shí)際選擇,它一般以政府組織制定的目標(biāo)或者社會為此準(zhǔn)備付出的代價(jià)為基礎(chǔ),因此又被稱作偏愛顯示法。另一種方法是直接對社會上有代表意義的一個(gè)小組進(jìn)行調(diào)查。在很多的實(shí)例中,這個(gè)小組一般是一個(gè)專家小組,因此這種方法又被稱為專家小組法[12]。
    由于通常很難分開和解釋一些與社會有關(guān)的基本價(jià)值,例如,政府制定的政策目標(biāo)經(jīng)常是在減少負(fù)荷的需要和準(zhǔn)備做出必需的犧牲之間的妥協(xié),因此采用偏愛顯示法得到的結(jié)果可能與實(shí)際情況并不是非常符合。另外,一些涉及范圍很廣的問題,像保護(hù)人類健康、生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量和自然資源的花費(fèi)在現(xiàn)實(shí)生活中也非常難以得到。因此,偏愛顯示法在建筑環(huán)境影響評價(jià)中的應(yīng)用不是非常廣泛[12]。
    在專家小組法中,當(dāng)確定重要性級別時(shí),采用的分類原則非常重要。當(dāng)各個(gè)種類的定義過于復(fù)雜(一般需要較深的背景知識),且種類的數(shù)目過多時(shí),對于被要求給出重要性級別的被調(diào)查人員來說,則明顯的存在著嚴(yán)重的認(rèn)知壓力。因此,要想運(yùn)用專家小組法取得合理的重要性級別,則將被調(diào)查的環(huán)境影響種類限制在一定的數(shù)量之內(nèi)[12]。
    通過專項(xiàng)研究得出各項(xiàng)環(huán)境影響間的重要性級別后,可以采用多種方法來確定各項(xiàng)環(huán)境影響的權(quán)重系數(shù),其中,AHP 是在實(shí)際中運(yùn)用得最多的一種方法,它是一種定性和定量相結(jié)合的、系統(tǒng)的、層次化的分析方法,可以很方便地計(jì)算出各類環(huán)境影響的權(quán)重系數(shù)。
    根據(jù)以上分析,直接集成模擬法中各類環(huán)境影響權(quán)重系數(shù)的確定采用以下方法:根據(jù)專家小組的意見確定各類環(huán)境影響的重要性;根據(jù)各類環(huán)境影響的重要性程度確定各類環(huán)境影響間的重要性差別;利用AHP 計(jì)算出各類環(huán)境影響的權(quán)重系數(shù)。采用以上方法可以盡可能地減少環(huán)境影響權(quán)重系數(shù)確定過程中出現(xiàn)的誤差,從而提高了環(huán)境性能模擬的準(zhǔn)確性。
    3.4 各類環(huán)境影響當(dāng)量值
    權(quán)重系數(shù)確定以后,各類環(huán)境影響在被研究區(qū)域內(nèi)總環(huán)境危害中所占比例即已確定。因此,如果可以確定一定時(shí)期內(nèi)被研究區(qū)域內(nèi)各類環(huán)境影響的排放總量,就可以根據(jù)權(quán)重系數(shù)計(jì)算出該研究區(qū)域內(nèi)各類環(huán)境影響危害的當(dāng)量值。這就是直接集成模擬方法確定各類環(huán)境影響當(dāng)量值的基本思路。
    在直接集成法選取的幾類主要建筑環(huán)境影響中,各類影響危害的范圍都不相同,其中,溫室效應(yīng)和臭氧層破壞屬于全球環(huán)境影響,而酸雨、固體廢棄物和廢水則屬于區(qū)域環(huán)境影響,因此它們的排放總量應(yīng)根據(jù)不同的原則選取。
    (1)全球環(huán)境影響
    對于全球環(huán)境影響,由于其在一定區(qū)域內(nèi)受到的危害與這一區(qū)域排放該類環(huán)境影響的多少并無直接關(guān)系,而是與全球這類環(huán)境影響的排放總量有關(guān)。因此,為了表征某一區(qū)域受到這類環(huán)境影響危害的程度,直接集成模擬法定義了一個(gè)效用排放量Eeff 的概念:效用排放量Eeff 等于區(qū)域內(nèi)造成現(xiàn)有某種環(huán)境危害應(yīng)有的這種環(huán)境影響的排放量。假設(shè)在一定區(qū)域內(nèi),各類環(huán)境影響的危害都與人口數(shù)量呈正比,且在全球范圍內(nèi)每個(gè)人受到的同一類環(huán)境影響的危害一樣大,為某區(qū)域的效用排放量; Eave為全球人平排放量; Parea為某區(qū)域內(nèi)總?cè)藬?shù)。
    (2)區(qū)域環(huán)境影響
    對于區(qū)域環(huán)境影響,如果其危害的區(qū)域小于或等于被研究的區(qū)域,則可認(rèn)為區(qū)域內(nèi)這類環(huán)境影響造成的危害是由該區(qū)域內(nèi)這類環(huán)境影響的排放總量決定的。例如,如果以中國為研究對象,則酸雨、固體廢棄物和廢水這三種環(huán)境影響的排放總量可以按一定時(shí)期內(nèi)全中國的排放總量計(jì)算。
    確定了被研究區(qū)域一年內(nèi)各類環(huán)境影響的排放(或效用)總量,并根據(jù)各類環(huán)境影響的權(quán)重系數(shù),可以計(jì)算出該研究區(qū)域中各類環(huán)境影響的當(dāng)量值。
    3.4 環(huán)境影響公共基本單位
    為了方便各類環(huán)境影響最后的集成,直接集成式模擬法要求定義一個(gè)環(huán)境影響公共基本單位,本文將該公共基本單位稱為“黑點(diǎn)”。由于在建筑系統(tǒng)對周圍環(huán)境的影響中,能源消耗帶來的環(huán)境影響所占的比例,又由于在建筑系統(tǒng)消耗的能源中,以電力形式消耗的能源最多,因此“黑點(diǎn)”采用與電力直接聯(lián)系的定義:一個(gè)“黑點(diǎn)”即代表被研究區(qū)域內(nèi)現(xiàn)階段生產(chǎn)1kWh 電力(包括火電、水電和核電)過程中平均對周圍環(huán)境造成的影響,這樣就可以更加形象地表示建筑系統(tǒng)的環(huán)境性能。
    根據(jù)“黑點(diǎn)”的定義和各類環(huán)境影響的當(dāng)量值,可以計(jì)算出1000“黑點(diǎn)”對應(yīng)于各類環(huán)境影響的當(dāng)量值。基本環(huán)境影響單位當(dāng)量值確定后,則在直接集成式模擬法中,各類環(huán)境影響都可以直接轉(zhuǎn)化為采用“黑點(diǎn)”表示的數(shù)值,這就使得環(huán)境性能的集成過程變得非常簡單,且結(jié)果更加形象具體。另外,由于采用了相同的環(huán)境影響單位,更可以在各模擬對象間進(jìn)行橫向和縱向的比較,使得研究的應(yīng)用范圍大大拓寬。
    4 結(jié)論
    本文通過對建筑系統(tǒng)環(huán)境性能模擬方法的詳細(xì)分析,提出了一種直接集成模擬新方法。在本文提出的直接集成模擬法中,確定采用從下往上的方法對建筑系統(tǒng)的各種環(huán)境影響進(jìn)行分類;根據(jù)綜合分析方法從中選取了幾類主要環(huán)境影響種類作為模擬的對象;采用專家問卷調(diào)查和層次分析法確定各類主要環(huán)境影響的權(quán)重系數(shù);根據(jù)各類主要環(huán)境影響的權(quán)重系數(shù)和被研究國家或地區(qū)現(xiàn)階段的實(shí)際情況確定各類環(huán)境影響的當(dāng)量值;定義一個(gè)環(huán)境影響公共基本單位——黑點(diǎn)并計(jì)算出其對于各類環(huán)境影響的當(dāng)量值。該方法具有可以大幅減少誤差;過程簡單,更適合采用計(jì)算機(jī)處理;結(jié)果具有實(shí)際含義,易于理解;有利于推廣和后續(xù)工作的開展等優(yōu)點(diǎn)。