基于盲数理论的低碳建筑全寿命周期成本估算-梁喜.pdf

《基于盲数理论的低碳建筑全寿命周期成本估算-梁喜.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于盲数理论的低碳建筑全寿命周期成本估算-梁喜.pdf（5页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、梁喜等：基于盲数理论的低碳建筑全寿命周期成本估算 85基于盲数理论的低碳建筑全寿命周期成本估算梁喜，陈永鹏(重庆交通大学经济与管理学院，重庆400074)摘要：环境问题越来越影响人们的生活，低碳理念也逐渐渗透到各行各业。以低碳理念下的建筑项目为研究对象，分析其在全寿命周期视角下不同于普通建筑的戍本构成。借鉴既有理论研究，将碳排放减少量的价值量化并作为新的成本参数，并在分析了寿命周期内各成本参数的不确定因素后，通过盲数理论处理此类盲信息，建立基于盲数理论的低碳建筑LCC模型。结果表明：该模型不仅能够得出LCC的估算区间，还能附以相应区间的可信度，对碳排放减少量的估算更能体现低碳建筑的成本价值。相

2、比传统估算模型，该估算结果简洁准确。关键词：盲数理论；低碳建筑；寿命周期；成本中图分类号：TUlll19+5；F0622 文献标识码：A 文章编号：1671-4407(2017)0808505Full Life Cycle Cost Estimation of Low-Carbon Building Based on Blind Number TheoryLIANG Xi，CHEN Yongpeng(College of Economics&Management，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，China)Abstract：Envi

3、ronmental issues increasingly affect peopleS lives，low-carbon concept has gradually penetrated into all walksof lifeIn this PaDer,the construction project under the concept of lowcarbon for the study,then analyses its costs which aredifferent from ordinary buildings in the lifecycle cost perspective

4、According to the previous theoretical study,we quantity thevalue of carbon emissions reduction as a new cost parameterAfter analysis the uncertainty of the lifecycle cost parametersset up the lOWcarbon buildings LCC model based on the blind number theoryThe numerical simulation example results showt

5、hat the model not only can obtain estimation interval，but also can calculate the credibility of corresponding interval，and theestimation of the carbon emissions reduction can reflect the really value of lOWcarbon buildingsCompared with the traditionalestimation model，the estimated results are more c

6、oncise and accurateKey words：blind number theory；lOW-carbon building；life cycle；cost1引言2015年11月，习近平总书记在巴黎气候大会上指出：中国在“国家自主贡献”中提出2030年单位国内生产总值CO，排放比2005年下降6065，非化石能源占一次能源消费比重达到20左右，森林蓄积量比2005年增加45亿立方米左右。由表1可见，按照GDP每年8的增长率预测，我国面临着非常大的CO，减排压力。近些年来，建筑业作为社会经济的重要组成本部分，带来的经济效益也是巨大的。但是传统的建筑行业大多是高投入、高消耗、高排放的粗

7、放式发展，带来经济效益的同时也增加了对环境的压力。统计显示，我国每建成1 In2的建筑，碳排放量大约为08吨，预计到2020年就将达到8001081 000108m2的建筑面积。建筑作为C02排放的主要来源之一，必须采取有力的节能措施【l】。首当其冲的任务就是推广低碳建筑在市场中的认可。所谓低碳建筑，指的是建筑具有可持续发展的特性：在建筑节能的基础上最大限度减少碳排放，增加碳汇的同时减少总的碳排量，与自然环境融合共生，提供安全、健康、舒适的生活空间【2】。根据国家标准绿色建筑评价标准(GBT表1 2030年碳减排预测GDP(折合2 000美 单位GDP的二氧化碳排放 二氧化碳年排放量元) 量(

8、kg2 000美元) (108t)2005生 20980亿 243 5l349(减排前)2030年 143 681亿 091(降低625)13l(减排后)注：2005年数据来源于lEAKey World Energy Statistics，2007。50378-2006)对绿色建筑的定义p】：在建筑的全生命周期内，最大限度地节约资源、保护环境和减少污染，为人们提供健康、适用和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑。可见，绿色建筑也正是顺应了低碳理念。但是，我国推行的低碳建筑的成果并不十分突出，主要原因就是低碳建筑在建造时的材料、设备、施工等各方面都采用了比普通建筑成本更高的低碳方式，而且建造成本

9、的支出比较集中，短时间内显得低碳建筑的造价是十分昂贵的。但是在长期的使用过程中，低碳建筑的运行维护费用会低于普通建筑，还有一些减少碳排放的隐性收益，这部分支出往往被忽略。所以应该站在全寿命周期的视角上做好低碳建筑的成本控制。早在1978年，Anderson【41等人就开始将全寿命周期成本的概念引入到建筑领域。1985年，Neale&Wagstafft5】第一作者简介：梁喜(1978一)，男，江苏连云港人，博士，教授，主要研究方向为物流与供应链管理、技术创新。E-mail：liangxi0001126tom万方数据86 生态经济第33卷第8期(2017年8月) Ecological Econom

10、y，V0133，No8(August 2017)在运用全寿命周期理论计算建筑成本的时候考虑了资金的时间价值。近年来我国也加强了低碳理念下建筑全生命周期成本与效益的研究。刘玉明1分析了既有建筑节能改造的成本效益问题，运用LCC理论分析节能改造的增量成本与增量效益的构成，结果表明热源热网节能改造在政府的经济激励下可以由市场进行改造资金筹措。曹申、董聪【7】按照成本发生的时间对绿色建筑全寿命周期内产生的各项成本进行分类并建立模型，进而提出成本效益评价方法。实例表明有效控制成本可使绿色建筑的增量成本在寿命周期内得到回收。何向彤喁1在分析了绿色建筑的建筑成本、社会成本、消费者成本后采用主成分分析法对影响

11、成本的因子进行分析，并利用蒙特卡洛法整理出全寿命周期成本的估算模型。李辉山和李娟一1认为，对绿色建筑产生的增量成本认识的不足是阻碍建筑绿色度提高的关键因素，需要从全寿命周期的角度明确增量成本的内涵和构成并提出控制成本的相应措施。值得注意的是，低碳建筑的寿命周期很长，再加上复杂的节能措施，给成本控制带来了很多不确定因素。传统的解决方法如费用模型法、类比法等计算后，再借助德尔菲法请多个专家反复估算，最后利用概率论的方法求得其均值【I们，或者是利用灰色系统等理论估算出成本的某个范围。此类方法有一定随意性且不好控制，估算的范围没有相应的置信度，因此显得比较粗略。本文将盲数理论引入低碳建筑的全寿命周期成

12、本估算中来，将不确定因素量化并以区间的形式表示，附以该区间的可信度，类似于概率论的分布函数。在普通建筑项目寿命周期成本模型的基础上加入了CO：减排价值这一参数，进而更加科学合理地对低碳建筑的LCC进行控制。2全寿命周期视角下低碳建筑成本体系低碳建筑的全寿命周期成本，是指项目从前期的决策设计、招投标、施工建造、竣工验收、运营维护直到报废拆除等一系列过程所发生的总费用。从广义上来讲，还包括各个阶段企业、用户、社会等成本的构成”。在决策设计阶段有市场调研等企业费用；施工建造阶段有垃圾、污染、健康影响等社会成本以及在报废拆除阶段的用户成本和社会成本。然而在成本的实际测算中，很难做到面面俱到，特别是对于

13、环境成本、社会成本等的量化。通常估算的是去掉广义全寿命周期成本中难以量化的部分后余下的典型阶段的成本。因此，依据研究阶段的不同将低碳建筑的全寿命周期划分为决策设计、施工建造、运行维护、回收报废四个阶段。21成本构成及不确定影响因素(1)初始建设成本(含决策设计费用)。包括决策阶段的设计费、调研经费、方案策划费等费用以及施工建造阶段的施工费、安装费、工器具购置费、材料费等费用。初始建设成本可以依据传统定额进行估算。但是低碳建筑的建造不同于普通建筑，需要使用有利于环境保护、节约能源的新材料、新工艺、新设备、新技术。在施工过程中能否严格按照绿色施工方案进行施工，能否严格执行低碳建筑的相关技术要求，在

14、造成成本增加的同时也构成了主要不确定因素。初始建设成本的现值表达式为：k ，c。=y粤(1)8智(1+i)。式中：C0为第t年的投资额，k为建设期，f为基准折现率。(2)运行维护成本。包括管理费、物业费、清洁费、维护费等研究期内每年都会发生的保养修补所需费用。主要不确定因素是运行维护期内的人员因素、技术因素等。比如该区域的人员是否具有良好的绿色环保意识，垃圾、废弃物的回收技术和建筑物节能减排技术是否成熟。运行维护成本的现值表达式为：r rc。：y二竺一 (2)P 智(1+n式中：G为第t年的运行维护成本，丁为寿命周期。(3)大修改建成本。包括大修成本与改建成本，在研究周期内并不是每年都会发生。

15、大修成本是为了维护设备的正常运行和保证建筑体的完整所采取的规模较大的维修措施需要的费用。改建成本是在使用期内根据使用者或者使用单位的需要改建建筑物某些功能发生的费用。大修和改建本身就是随机事件，不确定性很强。大修改建成本的现值表达式为：Vrf C“Co,2善高1-，=l1 r，(3)式中：G，为发生第t次的大修改建成本，厂为寿命周期内发生大修改建的频率，f，=(1+”一l为实际折现率。(4)拆除回收成本。包括拆除费用、废弃物处置费用、场地清理费用、建筑物残值等。不同于其他成本的是，如果费用大于残值回收，成本为正值，反之为负值，这主要取决于对于建筑物残值的估价。由于这和建筑物寿命周期末的市场经济

16、有关，因此有一定的不确定性。但是拆除回收成本折现后占总成本的比例很小，可以忽略。因此本研究不将其作为成本参数。22低碳建筑的隐性收益c0：减排价值低碳建筑之所以不同于普通建筑，不仅体现在施工建造时利用节能技术导致建造成本高于普通建筑的成本，更重要的是在长期的运营过程中由于新材料、新工艺、新设备的使用会使低碳建筑的运行维护费用远远低于普通建筑。本文所研究的低碳建筑全寿命周期成本除了上述决策设计、施工建造、运行维护三个阶段产生的费用以外，还包括使用期间CO：减排产生的效益或者减少的碳排放费万方数据梁喜等：基于盲数理论的低碳建筑全寿命周期成本估算 87用。将CO：减排价值计入全寿命周期成本，一方面是

17、减少能源节约的资金；另一方面面对碳税的压力使低碳建筑的碳排放减少量有资金回报。对于低碳建筑CO：减排价值的计算，从两个方面来考虑12o如果站在财务评价的角度，没有发生CO：的市场交易则没有CO：减排价值；一旦存在市场交易则可参考目前CDM项目可用于交易的“核证的减排量”(CERs)参考合同价格，一般来说CO：减排价值为812欧元吨，即80120元吨。从国民经济角度来分析，市场交易不影响CO：的减排价值。本研究主要从财务评价的角度来分析，将碳排放减少量带来的隐性收益量化，并且将其价值作为现金收入计算到全寿命周期成本中，使低碳建筑相比普通建筑带来的经济效益更加清晰。碳排放减少的价值表达式见式(4)

18、13：R，=Pg (4)j=l式中：R为每年CO：减排价值，P为碳排放的交易价格，w，为影响碳排放减少因素的权重，Q，为对应因素对碳排放减少的贡献值。综上，构建低碳建筑全寿命周期成本估算模型为：LCC钉n+qm一委南 G式中：m为项目投入运行的年份。3基于盲数理论的低碳建筑LCC估算模型31盲数基本理论设a，g，g(0为区间型灰数集，若存在a，0，1，i=1，2，n，t(x)为定义在g(h上的灰函数，且有：m)韶盛_KL产12，帕； (6)当i时，五t，且口。=al，则称函数似)为盲函数，d，为他)取值落在区间Ix，xj】的可信度，n为舷)的总可信度，n为fix)的阶数n41。对于实数口，b，

19、如果口b，称竺#为有理灰数口，6，+rP的心，记为口，b_二半，则一阶未知有理数：研f(x)】_卜弘去酗o(圳 (7)【0，工=其他式(7)为盲数(x1的均值，且满足m1：Ef(x)+g(y)=E(x)】+Eg(y)】 (8)上述a，的取值取决于专家的权威性，权威性越大，可信度d；的取值也越大(0a，1)。设某组专家，如，厶的可信度为d1，92，a则称：生一，(f-1，2，1)al+a2+a”式(9)为专家t关于专家组，。，12，厶的综合可信度，简称可信度。若有d=1一(1一口。)(1一a2)(1一an)，定义g为专家组，厶，In的综合可信度，ga，为专家d，的绝对可信度U6。32数学建模利用

20、盲数理论对低碳建筑的全寿命周期成本估算建模时，需要综合考虑每项成本支出受到的不确定因素的影响，才能对其作合理的盲数化处理。受不确定信息影响相对较弱的成本，可以通过对历史数据的分析与整理，依据行业传统的计价规范进行计算。比如初始建造成本，在盲数化处理的时候可以用阶数相对较少的盲数来表示。而对于运行维护成本等受影响较强的支出，则需要多个权威专家通过经验、术语来描述，因此盲数化处理相对复杂。对式(1)(4)盲数化处理，得到各项成本的盲数表达式。(1)初始建造成本：co(加砉器 (10)(2)运行维护成本：c渺，=喜器 ，(3)大修改建成本：c以，=善器 m，(4)每年CO：减排价值：尺，(，)=P(

21、，)wjQj (13)代入式(5)，得到低碳建筑全寿命周期成本的盲数表达式：CLCC眺)+Cp”Y c心)一耋器 )4算倒分析本研究以某低碳建筑项目为例，进行基于盲数理论的全寿命周期成本估算。对该地区类似低碳建筑项目的历史资料进行整理，给出一些估算区间并请相关专家判断成本取值落在该区间的可能性。建筑总面积为12 7769 m2，建设期为2年，项目寿命周期50年，每10年进行大修改建，折现率采用行业基准年收益率，要求成本尽可能降到14 800万元以下。为了提高估算的精确度，判断区间都采用单方造价。相关判断区间及对应的可信度见表2。以运行维护成本为例，对其进行盲数化处理。专家A的可信度：a-=专家

22、B的可信度：口z 2面i西i两一百09 9=。07+09+08 24专家c的可信度：n，=可赢=西8；(9) 专家组的综合可信度：萨卜(卜O7)(卜09)(1081=0994。万方数据88 生态经济第33卷第8期(2017年8月) Ecological Economy，V0133，No8(August 201 7)表2专家判断区间及可信度(元m2)专 初始建设成本 运行维护成本 大修改建成本 碳排放交易价格家 判断 可信度 判断区间 可信度 判断区间 可信度 判断 可信度区间 区间5 400， 【80，A 08 35，40 07 80，90】 O6 075 500 1001【5 500， 10

23、0，B 09 【40，45 09 【90，95 O8 O95 7001 1201C 【45，50 08 95，100】 07每年的成本盲数表达式为：G，(y)=二O994，Y=【35，4024 。三o994，y：40，4524 。旦o994，y：45，5024。由式(11)得：Cp(y，=喜篇吲y，善52南=122717Cp,cY，因此运行维护成本的现值为：o289 9，Y=4295 1,49087】巳(y)=o372 8，Y=49087，55223】【0331 3，Y=55223，61359同理，初始建设成本、大修改建成本与碳排放交易价格的盲数化处理结果如下：c。cx)=【。04，6。1 2

24、。，,：=。，1。0，3，9：948妻：。0 95797264，5jP(r)：0424 4，肛80，100 IO5456，=100，120o278 9，z=20242，22772】巴(z)=o371 8，z=22772，24037l O325 3，z=24037，25302据调查，该低碳建筑项目提倡种植屋面，在建筑顶层进行了绿化，并且优化了建筑结构，减少钢材与混凝土的用量。在设计建造的时候，严格遵循绿色建筑的施工技术标准，建筑外墙采用复合保温板，室内采用隔热窗。利用光伏效应间接采光等技术进行主动采光设计，充分利用自然光减少人工照明用电，节约能源并且能保持室温恒定。该建筑项目能源消耗比类似普通建

25、筑项目少48，同样规模的建筑项目的空调、照明等能量消耗约为每年86度平方米，即每年2933千克标准煤每年(1度电力约为341g标准煤)。该项目的碳排放减少影响因素见表3。因此该项目每年每平方建筑能源节约量为：Q=筹堋=1782kg，年相关数据统计显示，l妇标准煤实际燃烧产生约3kgCO：，由式(4)、(13)得碳减排价值的盲数表达式为：、I o424 4，=4486，5607NPy(，)= 10545 6，x=5607，6728将以上各式代入式(14)进行盲数加减运算。由于盲数表3碳排放减少影响因素影响因素 权重空调系统 28照明 23公共用电设备 15电梯 4其他 9的四则运算手工运算量较大

26、，可借助计算机程序处理。本研究借助MATLAB进行编程运算。盲数运算阶数增加很快，最后得到一个36阶的全寿命周期成本表达式，拟合盲数解如图1。因为此式过于复杂，并且取值区间存在重合现象，利用线性内插法对其进行整理合并，得到该低碳建筑项目的单方成本表达式为：C(LCC)=04、03 J蓬0210104加0036 6，LCC=10 976，11 063】0139 0，LCC=11 063，11 168O416 5，LCC=11 168，11 4030318 1，LCC=11 403，11 7150022 9，LCC=11 715，11 789_400 1 08 #儿CC战图1单方LCC盲数解拟合三

27、维图像由式(7)得该表达式的均值为：f0 933 1 LCC：11 354 62c(LCC)2o，其在所以，单方全寿命周期成本为11 35462元，即该项目的成本为14 50768万元，且不超过14 800万元的可信度为：P(LCC14 800)：0592 l+!坠兰二!塑0318 1：0776 0。ll 715一ll 403这说明只要对该低碳建筑项目的寿命周期内发生的成本支出有效地加以控制管理，很有可能达到设计标准。以往的全寿命周期成本估算方法，一种情况是得到某个估算数值，没有可选择区间。另一种情况即使有估算的区间范围，也并没有类似概率上对应区间的可信度。可见，基于盲数理论的成本分析是具有参

28、考价值的。5结论与启示低碳建筑必定是建筑行业的发展趋势，对低碳建筑的万方数据梁喜等：基于盲数理论的低碳建筑全寿命周期成本估算 89成本控制与管理更是以后工程管理工作流程中的重要一环。不同于普通建筑的成本构成体系，除了决策设计、施工建造、运行维护等典型寿命阶段产生的费用外，还包括低碳理念下的环境成本、社会成本等隐性收益。本文从碳排放角度出发，将碳排放减少量的价值计算作为量化低碳建筑隐性收益的一个思路。并分析寿命周期内各成本发生的不确定因素，结合盲数理论建立LCC模型，最后通过赋值估算某低碳建筑项目的全寿命周期成本。主要结论有以下几点：(1)对寿命周期内CO：减排价值的计算并作为现金流入计入成本，

29、正确评价了低碳建筑的收益，体现其真正的成本价值。(2)针对成本控制中的不确定因素，将盲数理论引入到LCC模型中，不仅可以估算普通建筑成本，也可以对低碳建筑的隐性收益盲数化处理，进而估算低碳建筑项目的全寿命周期成本。(3)利用盲数处理不确定因素的优势，得到LCC分布区间的同时也得到了相应的可信度，使估算结果科学合理。对于类似的低碳建设项目，有以下两点启示：(1)本文将CO：减排价值作为成本参数是一个思路，还没有构成节能体系。读者可以将碳排放减少量的指标体系加以扩充，从低碳材料、低碳施工、节水、节电等措施来分析。(2)本文盲数理论中取值判断区间的选择，由于篇幅有限导致区间跨度不大且维度较小。在实际

30、应用中，需要缩小跨度增加区间维度，结合相应的专家可信度进行更加精确的估算。同时由于复杂的计算量，建议使用Labview等软件编程计算。低碳建筑的节能减排系统作为成本来研究比较复杂，在以后的研究中需要将环境污染、社会功能等量化，探索更深层次的隐性收益。同参考文献：1】曹小琳，屈婷低碳建筑全寿命周期费用估算模型研究【J】建筑经济，2011(6)：9295【2李兵低碳建筑技术体系与碳排放测算方法研究D】武汉：华中科技大学，20123】建设部绿色建筑评价标准(GBT 503782006)S】4Anderson M KLife cycle costing in manufacturing industr

31、iesM】Milwaukee：American Association of Cost Engineers Transactions，1978【5Neale C W，Wagstaff GDiscounted cash flow and life cyclocosting for construction projectsJInternational Journal ofOperations&Production Management，20 1 3，5(4)：55-70【6】刘玉明基于LCCA的既有居住建筑节能改造成本效益分析J】土木工程学报，2011(10)：1181237曹申，董聪绿色建筑全

32、生命周期成本效益评价J】清华大学学报(自然科学版)，2012(6)：8438478】何向彤绿色建筑的全寿命周期成本估算【J】山东农业大学学报(自然科学版)，2016(3)：456459【9】李辉山，李娟基于全寿命周期的住宅建筑绿色度成本分析【J】建筑节能，2016(2)：115一119【10任玉珑，王建，牟刚，等基于CA模型的电力设备全寿命周期成本研究J】工业工程与管理，2008(5)：64661 1陈倔勤从经济学视角分析绿色建筑的全寿命周期成本与效益以及发展对策【J建筑节能，2009(10)：535612】张建国，刘海燕，张建民，等节能项目节能减排与减排量计算及价值分析【J】中国能源，200

33、9(5)：262913】高泉平低碳理念下绿色建筑的经济效益分析J】武汉理工大学学报，2010(15)：18919214】黄烈江，平伟军基于盲数理论的变压器选型研究J】陕西电力，2013(12)：9498【1 5】宋志勇基于盲数理论的工程全寿命周期成本估算【J】工业工程，2011(4)：879116】贾瑞娟，徐春霞专家意见的可信度与综合可信度【J】河北建筑科技学院学报(自然科学版)，2003(4)：8384(责任编辑：苏斌)(上接51页)参考文献：1刘琛中国碳交易市场发展现状与机遇J】国际石油经济，2016(4)：6112郭文军中国区域碳排放权价格影响因素的研究基于自适应Lasso方法J中国人1

34、21资源与环境，2015(S1)：305310【3】钟世和，曾小春碳排放权价格对我国能源价格及物价波动的影响研究J】西北大学学报(哲学社会科学版)，2014(6)：1391454】赵静雯欧盟碳期货价格与能源价格的相关性分析【J金融经济月刊，2012(7)：9294【5吕勇斌，邵律博我国碳排放权价格波动特征研究基于GARCH族模型的分析阴价格理论与实践，2015(12)：6264【6】王倩，路京京中国碳配额价格影响因素的区域性差异J】浙江学刊，2015(4)：162一1687Bollerslev TA conditionally heteroskedastic time series model

35、 forspeculative prices and rates of returnJReview of EconomicsStatistics，1 987，69(3)：542-47【8Engle R F，Sheppard KTheoretical and empirical properties ofdynamic conditional correlation multivariate GARCHEBOLf20011018)https：papersssrntomsol3paperscfm?abstract_id=2877519Kroner C K FARCH modeling in finance：A review of the theoryand empirical evidence【JJournal of Econometrics，1992，52(121：5-59(责任编辑：苏斌)万方数据