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上海商业建筑可持续发展设计可选方案的生命周期评估

摘 要

建筑是长期耐用的产品，建筑物在整个生命周期里对环境都有着巨大的影响。建筑的设计应该考虑到长期的环境效应和经济效益。生命周期分析方法是在一个实例的研究中—上海一个旗舰店的战略设计，来完善发展和被证实的。工业从业者们被邀请进行可行性研究。生命周期分析中首次包含有他们的观点。经济分析不仅要考虑设计选项的资金成本，还要考虑在建筑物经济生命周期期间内的运营成本。所采用的方法是生命周期分析过程中多种方法结合包括生命周期成本分析、多评价指标决策分析和群体决策分析法等。在获得教育的机会方面来说，为从业者准备的研讨班是很成功的并且取得了很好的反馈。在生命周期评估过程结束后，从业者们选出了排名前十的可持续发展设计可选方案作为他们全球环境发展议题的规定设计策略，同时还有其他三十二种设计选择方案作为国际零售商未来商店的可选设计方案。被一个实例研究所证实的生命周期评估工具被证明在实践中是一种简单有效的设计工具，因此在其他的项目中它可以被采用去协助设计者。

1.介绍

在中国大约有四百亿平方米的建筑物，这个数字在2020年将会达到七百亿。建筑产业对环境有着十分重要的影响。在中国，和建筑有关的能量消耗包括建筑物的建造和运营，每年占总能量消耗的近50%。在中国，建筑业每年要产生6.5亿吨的废水。设计可持续发展建筑是中国建筑业一项急迫的任务。

可持续发展建筑的设计可以减少建筑物在整个生命周期内对环境的人为影响。对投资者来说考虑到建筑物在整个生命周期内对环境的影响是至关重要的，也就是说，从建设初期到未来建设的运营阶段。

在不同的国家会实施各种各样的可持续性发展评估的工具。英国建筑研究院环境评估方法（BREEAM）系统是在英国使用的一个综合的可持续性发展评估工具。这个工具涵盖废物、水和能源，同样也包括运输、污染、社区活动、建筑居住者的健康和福祉、材料的选择，增强生物多样性和建筑管理。BREEAM系统可以评估多种类型的建筑设计，包括BREEAM法院、医疗保健、工业、国际、多样化住宅、监狱、办公楼、零售店、教育、社区和定制住宅。建筑的其他可持续性发展评估工具是“可持续性住宅规范”，用于英国住宅建筑设计，涵盖以下领域：

1. 能源效率/二氧化碳
2. 水资源效率
3. 地表水管理
4. 场地废物管理
5. 家庭废物管理
6. 材料利用
7. 终身住宅（仅适用于6级）

另外一个众所周知的可持续性发展评估工具是主要在美国使用的“能源和环境设计的领导力”，它涵盖新建造建筑、现有建筑、商业建筑内部、核心和外部、学校、零售店、医疗保健中心，住宅和邻里发展。清单评分系统包括以下主要方面：

1. 可持续发展的场所
2. 水资源效率
3. 能源和气氛
4. 材料和资源
5. 室内环境质量
6. 创新设计流程

垃圾和资源行动计划（WRAP）回收内容工具是由WRAP设计的，用于增加建筑物公共部分的回收利用数量。它包括新建建筑和已有建筑在内的，经估计有大约3000个建筑物构件的回收内容。

在梅茨举行的第四次政府间气候变化专门委员会评估报告会中，提出了七个主要的缓解技术和实践方法。

1. 能源供应—转移供应和分配效率；燃料从煤炭转向煤气；核能源；可再生能源和电力。
2. 运输—更多燃料的有效车辆；混合动力车辆；清洁柴油车辆；生物燃料；从公路运输向铁路和公共运输系统的模式转变；非机动车辆；合理利用土地。
3. 建筑物—有效照明和日光照明; 更有效的电器装置和加热和冷却装置; 改善厨灶，保温隔热; 被动和主动的太阳能加热和制冷设计; 替代制冷液体，回流和再循环氟取向气体。
4. 工业—更有效的最终用途电气设备; 热电恢复; 材料回收和替代; 控制非二氧化碳气体排放和各种工艺技术。
5. 构筑物—改善作物和放牧土地管理，增加土壤碳储量; 恢复耕地泥土和退化土地; 改善水稻种植技术和畜牧粪便管理，减少甲烷排放; 改善氮肥施用技术，减少二氧化氮排放; 专用能源作物替代化石燃料的使用; 提高能源效率。
6. 林业—造林;重新造林; 森林经营; 减少毁林; 伐木产品管理; 使用林业产品进行生物能源替代化石燃料的使用。
7. 废物—陆地甲烷回收; 废物焚烧与能源回收堆肥有机废物控制废水处理; 回收和废物最小化。

其他资源可持续性发展设计的方法包括BRC、卓越建设、SEEDA、英国碳信托、英国商业政府办公。有大量的文献和可持续性发展设计工具为设计师提供了大量的可持续性发展设计选择，然而并不是所有这些都可以在实践中实施。在当前的工业环境中，一个工程的可持续性发展设计的解决方法的应用受到了投资者在实践中愿意承担的风险和支付能力的限制。实践者的观点对于最终的决定来说是至关重要的，因此关于设计可选方案的可行性研究应该纳入到决策的过程中。研讨会是通过他们的项目能使环境收益多少来教育从业者从而使他们选择正确的设计方案的最直接有效的方式。同时，他们的工业经验也能给我们提供在可持续性发展设计可选方案上的最好的可行性评估。

现有的可持续性设计工具是为建筑设计的一般指导而设计的。这些建筑物的可持续性设计工具主要集中在建筑物对环境的影响和设计选择的资本成本上。然而，生命周期成本和从业者的观点却被忽视了，尽管它们和环境影响同样重要。建筑物是长期持久的产品；建筑物的设计实际上应该降低生命周期的成本并且提高建筑物的可持续发展性。

生命周期评估是结合长期环境和建筑设计经济评估的最佳工具。Tukker声称生命周期评估是一个通用的环境评估框架。应该指出的是，生命周期评估还可以包括经济和风险评估分析。主要的经济分析是生命周期成本，这是在建筑经济周期中估算设计选择的总体成本的一种技术。为了比较设计方案的长期经济表现，生命周期成本应该包括在战略设计中，因为经济因素有时会比其他因素更能驱使决策者做出决定。已经开发了很多成本模型来估算生命周期的成本，例如NHS医疗建筑，建筑构件运营成本，还有隔音墙选项。作为一个强大的环境评估工具，生命周期评估已经被广泛运用于例如太阳能光伏系统，城市固体废物管理系统和化学品等领域。这些可持续设计工具的优点和缺点已经在表1中罗列出来了。生命周期评估工具可以评估没有限制条件的可持续性设计方案也能把经济评估囊括进评价中。尽管它看上去有很大的优势但是很少被运用到实践当中去，因为它被认为是消耗时间的并且需要很多领域的专业人员例如工程师，质量检测师。为了检测生命周期评估工具的效率和实际中决策者对结果的影响，对一个实际工程实例的研究是很有必要的。

表1一些主要可持续发展评估工具的优点和缺点

各种设计标准都由不同方面进行评估，并且应该被集合成一种单独的衡量标准去把设计方案进行等级排序，因此多重标准规范的决策工具应该被引入到生命周期评估中。有很多多准则决策工具。直接加权法适用于情况不复杂的决策。它是多准则决策问题中最知名也是最广泛使用的传统方法之一。直接加权法的主要假设是这些标准是优先独立的。因此他们对总权重的贡献是各自独立的。配对比较法和模糊排序法通常适用于复杂排序的问题。更适用于各种选项是十分复杂并且相互独立的决策问题。层次分析法在过去的研究中已经被运用到了，这种方法更适用于有大量的选择和标准并且之间可能相互依赖时。例如，这种方法被用于建筑投资，最终承包商选择和争议解决策略选择。构建和分解一个复杂的决策问题是一个很好的方法。模糊逻辑法已经被运用到多准则决策问题，群体决策问题和排序问题。各种模糊决策工具更适用于当标准不容易被量化的情况。

在所有可用的技术中，生命周期评估工具在解决可持续性评估问题方面比起其他技术展现了极大的优势，结合本研究案例的特点，在多标准问题决策中直接权重法是首选的。

2.方法论

2.1生命周期评估工具的结构

中国建筑行业的可持续建筑和环境影响立法规定没有其他发达国家严格。为了测试可持续设计的开发过程和生命周期评估的应用，一个国际零售商在中国的旗舰店的可持续发展战略制定已经作为一个案例被选择成为这次研究的实例。零售商的目的是为他们未来的国际零售商店选择一个长期经济受益并且有环保意识的可持续发展设计方案。所选择的研究案例是一个典型的多标准决策问题，涉及长期经济和非经济的分析，因此它被运用到实践中去测试生命周期评估工具。提出的生命周期评估工具涉及到了从业人员的定性评估和技术工程师和质量检测员的定量数据。参与评估过程中的各方当事人都同意不仅把建筑设计方案的长期环境影响和经济影响纳入到考虑中，还要考虑到从业者的可行性评估的结果。这些数据最终会集合到一个单独的测量方法中用来排序设计方案。集成工具包括以下步骤：

1. 通过查阅文献，创造可持续发展建筑设计方案
2. 从业人员通过教育研讨会进行可行性评估
3. 技术专家对生命周期成本和设计方案风险等级进行技术分析
4. 多标准决策过程通过直接加权法组合多项评估

2.2生成设计方案

可行性发展设计方案是通过对从前研究的文献深入查阅学习和对可持续发展设计评估工具的建立而生成的。交叉映射方法被运用于总结一个通用并且综合的设计方案清单。根据涉及范围和个体工程的当地环境，忽略掉一些不适用的方案以便于为特点的项目生成一个设计清单。这些可持续发展设计方案是向在研讨会学习的从业者们提供的，以便于使决策者们明白他们在环境方面做出决定的影响，这样他们就会承担更多的社会责任。他们也会被要求评估在工业环境下的设计方案的可行性。

2.3数据采集

项目中最佳可行性设计方案的选择取决于多种因素，例如：零售商的政治关照以及包括生命周期成本和风险在内的技术问题。数据来自于几个部分，步骤如下：第一部分涉及到小组决策过程。零售商的一些主要管理人员的研讨会会依据情况每周安排一次，以便于评估在工业环境下的设计方案的可行性。同时为研讨会设计一个问卷调查，以便于帮助从业者们根据零售商的优先级对设计方案进行排名。设计了一个应有优先权矩阵来收集研讨会中小组的决策，如图1所示。每一个从业者都会通过两个事项来评估所给的方案：环境效益和实践起来的容易程度。方案的环境效益可以从由低到高的三个尺度来评估。实践的容易成都可以由从难到易的三个尺度来评估。研讨会的决策者们会勾选矩阵中相应框来评估每一个方案。

例如，在访问调查中关于每个设计方案会对从业者进行的提问是：

易

实践的容易程度

难

高

低

环境效益

图1 优选矩阵

2

1

0

易

实践的容易程度

-1

1

0

-1

-2

0

难

高

低

环境效益

图2优选矩阵评分系统,Sw

“对于设计解决方案12，如何评估它的环境效益和在实践中的运用容易程度？”（请勾选图1中的适当选择）。在矩阵中的九个方框都代表一个数字，以便于获得方案可行性的分数。为优先权矩阵设计的得分系统如图2所示。研讨会的最终结果是由每一个方案的总体可行性得分Sw决定的，Sw是通过总结每个决策者对第i个方案的打分Si再除以所有决策者的数量得到的。

（1）

建议设计方案的可行性可以通过决策组的偏好来进行排序。

另外一个数据收集的步骤涉及到设计方案的生命周期成本和风险等级的技术评估。专家以他们的经验和历史数据为基础，针对这些标准对方案进行评估。

对于每一个方案，生命周期成本估算包括根据成本范围划分的最初支出的成本估算和运营成本估算。由于项目开发的初始阶段，在没有给出详细的细节设计信息时，要准确的估算成本是不可能的。数量测算师只能给出每一个设计方案的成本范围。零售商的十个主要管理人员、专业数据测量师还有工程师要被咨询以便于生成一个合适的尺

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