林欣晖
（1.同济大学 经济与管理学院，上海 200092）
摘要：绿色建筑是建筑业必然的发展趋势，但当下缺少有效的方法论证其方案有效性。为系统评估绿色建筑方案，本文采用拓展型质量屋模型，参考LEED认证指标，将业主需求分解为若干子目标，并结合建筑所处的自然、社会环境，分析方案针对性、可行性，明确方案重点，并以教学楼为例，验证了该辅助分析工具的效用。
关键词：质量管理；质量功能展开；绿色建筑
中图分类号：F27 文献标志码：A
Application of QFD in the Demonstration of Green Building Design
LIN xinhui
(College of Economics and Management, Tongji University, Shanghai 20092, China）
Abstract: The concept of green building is increasingly accepted, but there is no effective method to demonstrate its solution. In order to evaluate green building design systematically, the extended house of quality is adopted in this article. Referring to the LEED certification index, the owner's demand is decomposed into several sub-goals. Considering the natural and social environment, design's pertinence and feasibility are analyzed and emphasis is clear. Finally, a teaching building has been taken as an example to verify the effectiveness of this analysis tool.
Key words: quality management; quality function development; green building
绿色建筑理念近年来越来越受到人们的重视，绿色建筑项目亦在技术、资金等方面得到了各国的政策支持，绿色建筑评价标识项目数目也在不断增长。根据住建部的数据统计，截至2016 年9月，全国绿色建筑评价标识项目的累计数量达到 4500 余项，累计建筑面积达到50000万平方米以上。
尽管绿色建筑项目数量众多，但在实际运行过程中，许多绿色建筑并未发挥其应用的节能优势。2009年，美国绿色建筑委员会针对121个LEED认证建筑（办公为主）的运行能耗进行研究，其中有25%的建筑技能低于预期，部分建筑能耗量甚至高于标准参考值。此外，LEED认证的不同级别建筑之间并无明显的能耗差异[3]。
此外，绿色建筑技术的使用仍停留在简单直接的“技术堆砌”阶段，导致了许多绿色建筑在使用过程中未能发挥预计的节能作用[4]。
综上所述，为保证绿色建筑的节能效果，确保绿色建筑技术的适用性与实用性，有必要对绿色建筑方案进行整体、系统的论证，下文应用质量功能展开（QFD）技术对绿色建筑方案进行论证。
1 相关理论
1.1 QFD理论与质量屋模型
广义的QFD 定义为“将顾客的需求质量转换成代用质量特性，进而确定产品的设计质量，经过各功能部件的质量，直到每个零件的质量和工序要素，系统地展开它们之间的关系”。该技术起源于20世纪60年代中后期，日本三菱重工神户造船厂提出的质量表雏形[9]。
QFD技术适用面广，可以用于产品开发、质量管理体系建立、决策支持分析等多方面；能够将顾客的需求分解、转换为工程要求、技术和管理措施；对定性问题进行定量化分析和展开，寻找和解决关键问题；应用图形技术对产品实现全过程和影响质量的多因素进行分析，模型直观、形象，可操作性强[6]。
据统计，QFD技术的成功应用可以为企业平均节约工程费用30％、缩短设计周期30％、降低项目启动费用20％、降低产品投放市场时间30％[8]。
目前，在全球多种QFD分析模型中，质量屋是最通用的分析模型，其结构如图1.1所示[1]。
图1.1 质量屋结构示意图
1.2 扩展型质量屋模型
质量屋应用广泛，但其二维结构限制了多因素相关分析和综合权衡，系统工程的复杂产品的研制中，进行一个阶段或专题的系统分析，通常是多目标、多因素、多层次、多方案的系统分析，不仅是展开分解。
针对多因素、多层次的复杂系统分析，通过对二维结构的质量屋进行扩展性研究，形成多维的QFD分析模型，即有多个输入因素与多个输出因素，也就是拓展型质量屋模型[2]。
该模型以业主需求为前提，并经过了数学方法的系统验证。拓展型质量屋模型属于考虑多因素的分析方法，因此在进行方案分析时，更具有系统性。同时，利用一致性检验方法保证因素间及元素间的协调合理性，一定程度上消除了人为打分的主观因素造成的不一致现象。
对绿色建筑方案进行论证，应将方案作为一个系统的整体进行分析，故相较于传统的质量屋模型，应用拓展型质量屋模型更为合适。
2 拓展型质量屋模型
2.1 拓展型质量屋系列构建
在绿色建筑方案论证中，拓展型质量屋可作为一个定量化的系统分析工具。针对绿色建筑论证的特点，可建立2个层级拓展型质量屋——目标层级与方案层级，形成一个拓展型质量屋系统，其框架结构如图2.1所示。目标层级拓展型质量屋，即拓展型质量屋1，其作用主要是将业主需求（A）转换为各子目标（B、C、D、E、F）；方案层级拓展型质量屋，即质拓展型量屋2、3、4、5、6，其作用主要在于分别将各子目标与各子目标实施限制转化为各子方案（如将B、G转化为L）。方案层级的拓展型质量屋是并列的。
2.2 目标层级拓展型质量屋构建
2.2.1 确定输入和输出因素
目标层级拓展型质量屋中，即拓展型质量屋1中，输入因素是“业主需求”（A），输出因素包括“场地目标”（B）、“节水目标”（C）、“节能目标”（D）、“节材目标”（E）、“室内环境目标”（F）。输入因素一般由业主自行决定，5个输出因素的参考可参考LEED评价指标[5]，分别如表2.1、表2.2、表2.3、表2.4、表2.5所示。
图2.1 绿色建筑方案论证拓展型质量屋系统示意图
表2.1 “场地目标”（B）因素各元素的名称和编码
2.2.2 输入因素权重确定
根据输入因素A构建n维判断矩阵，其中为输入因素A中第i个元素相对与第j个元素的重要程度（1表示i与j同等重要；3表示i比j稍重要；5表示i比j明显重要；7表示i比j强烈重要；9表示i比j极端重要；2、4、6、8为中间等级）。
求解判断矩阵对应于最大特征值的特征向量，进行如下一致性检验：
其中，RI为平均随机一致性指标，通过查表可得该数值。
当CR<0.10时，认为判断矩阵的一致性是可以接受的，否则应对判断矩阵进行适当修正。
通过一致性检验后，进行归一化，即可确定到输入因素的权重。
2.2.3 输出因素权重确定
应用AHP层次总排序，初步确定每一输出因素与输入因素A的相关性，即输出因素的权重。这里以输出因素B的权重确定为例，其他输出因素的权重确定与此类似，具体步骤如下：
（1）对于输入因素A的元素Ak（k=1,2，…，n），根据输出因素构建m维判断矩阵，其中为输出因素B中第i个元素与第j个元素与元素Ak的相关度的比较（1表示i与j同等相关；3表示i比j稍相关；5表示i比j明显相关；7表示i比j强烈相关；9表示i比j极端相关；2、4、6、8为中间等级）。求解判断矩阵对应于最大特征值的特征向量，进行一致性检验：
其中，RI为平均随机一致性指标，通过查表可得该数值。
当CR<0.10时，认为判断矩阵的一致性是可以接受的，否则应对判断矩阵进行适当修正。
通过一致性检验，归一化后，得到针对Ak的输出因素B的权重
。
（2）对于输入因素的每一元素，求得输出因素的权重，得到矩阵
，其中
为对于输入因素A的输出因素B的权重，则输出因素初步确定的权重
。
（3）分析该输出因素B中的各元素与目标层级其他因素的元素间的重合度，设元素Bf（f=1,2，…，m）与目标层级t个其他输出因素的元素相似程度较高，则需调整该元素的权重。可邀请专家对这些元素间的重合程度进行两两评估，得到元素Bf与t个其他元素间的重合度、、…、（以百分数表示），选取其中最大值，则该元素的相似指数，则元素Bf的权重=初步权重相似指数。对调整后的权重重新进行归一化处理，得到最初的输出因素初步确定的权重。
2.3 方案层级拓展型质量屋构建
2.3.1 确定输入和输出因素的权重
方案层级的拓展型质量屋，即拓展型质量屋2、3、4、5、6，但对于其中任一质量屋，输入因素包括子目标（目标层级质量屋中的输出因素）和子目标实施限制（在质量屋2、3、4、5、6分别是“场地条件限制”、“节水条件限制”、“节能条件限制”、“节材条件限制”、“室内环境限制”），输出因素是子方案（在质量屋2、3、4、5、6分别是“场地方案”、“节水方案”、“节能方案”、“节材方案”、“室内环境方案”）。
子目标实施限制一般是概括绿色建筑所处的自然、社会环境中影响子目标实现的限制因素。子方案是针对子目标所设计的具体的建筑方案，即所需论证的内容。
2.3.2 输入因素权重确定
子目标的权重在目标层级扩展型质量屋中已经确定。子目标实施限制的权重确定与“目标层级拓展型质量屋构建”中的“输入因素权重确定”类似，此处不展开论述。
2.3.3 输出因素的权重确定
输出因素的权重确定与“目标层级拓展型质量屋构建”中的“输出因素权重确定”类似，此处不展开论述。鉴于在方案层级拓展型质量屋中，共有2个输入因素，故同一输出因素可分别得到两个不同的权重。
2.3.4 输出因素的综合
一个输出因素可针对两个输入因素得到不同的权重，其最终权重为两个不同权重的平均值。此处不采用加权平均，因为加权系数的确定主观随意性太大。
3 实例分析
假定上海某高校在嘉定区需新建一栋绿色教学楼，运用上文所提到的拓展型质量屋系列模型对该绿色方案进行论证。
该教学楼的业主需求，以及通过构建判断矩阵计算所得的权重如下表3.1所示。
表3.1 “业主需求”（A）因素各元素的编码、名称及权重
计算得到CR=0.031<0.1，满足一致性要求。
“场地目标”（B）因素对于“业主需求”（A）中各元素的权重，以及对于“业主需求”（A）因素的初步权重如下表3.2所示。
表3.2 “场地目标”（B）因素的初步权重
计算得到CR均小于0.1，满足一致性要求。
考虑到元素“限制对自然水流的干扰与污染”（B4）与“创新废水处理技术”（C2）重合度为20%；与“减少废水产生”（C3）的重合度为10%。故元素B4的相似指数为0.9，调整后的权重如下表3.3所示。
表3.3 “场地目标”（B）因素的调整权重
从上表中可得，在“场地目标”中各元素的相对重要度中，最为重要的是“保证自行车存放量”（B1），其次为“保护或恢复公共绿地”（B3）及“限制对自然水流的干扰与污染”（B4）。
与此类似，计算得到“节水目标”（C）、“节能目标”（D）、“节材目标”（E）、“室内环境目标”（F）的权重分别如下表3.4、3.5、3.6、3.7所示。
表3.4 “节水目标”（C）因素的权重
从表格中可以发现，在“节水目标”中最为重要的是“减少废水产生”（C3），其次为“消除饮用水的灌溉使用”（C1）。
表3.5“节能目标”（D）因素的权重
在“节能目标”中最重要的是“保证基本系统运转正常”（D1），其次是“提供建筑能耗数据”（D6）。
表3.6 “节材目标”（E）因素的权重
在“节材目标”中，首先要关注“减少建筑废弃物”（E1），次之为“实现施工废弃物的再利用”（E2）。
表3. 7 “室内环境目标”（F）因素的权重
在“室内环境目标”中，应着重实现“提高用户热舒适度”（F6），接下来分别是“保证采光良好”（F7）和“增加通风”（F3）。
考虑到该教学楼所处的自然与社会环境，节水目标、节能目标、节材目标、室内环境目标的限制条件分别如下表3.8、3.9、3.10、3.11、3.12所示。
“场地方案”（L）对于“场地目标”（B）的权重、对于“场地条件限制”（G）的权重以及综合权重如表3.13所示。
表3.13 “场地方案”（L）的编码、元素及权重
从表中可以得到，在“场地方案”中，最为重要的是设置“交通辅助设施（自行车支架）”（L1），其次是“设置地下停车场”（L4）。
与此类似，“节水方案”、“节能方案”、“节材方案”、“室内环境方案”的元素及权重如表3.14、3.15、3.16、3.17所示。
表3.14 “节水方案”（M）的编码、元素及权重
从综合权重可以得知，“节水方案”中最为关键的方案是“使用高效节水设备”（M4），其次为“使用高效灌溉系统”（M1）和“使用雨水/中水排放污水”（M5）。
表3.15 “节能方案”（N）的编码、元素及权重
从表中可以得知，“节能方案”中，最重要的是“安装能耗测量设备”（N4），其次为“设计建筑保温层”（N3）。
表3.16 “节材方案”（O）的编码、元素及权重
“节材方案”中，需要重点关注“规划场地用于废弃物的收集与储存”（O1）。
表3.17 “室内环境方案”（P）的编码、元素及权重
“室内环境方案”中，重点是“安装窗户开启和空调系统的联动装置”（P7）和“采用机械通风与自然通风结合的通风方式”（P3）。
4 结论
拓展型质量屋模型以业主需求为导向，应用系统的数学方法进行多因素的分析，利用一致性检验方法降低打分的主观随意性，最后建立一套完整的因素间、所属元素间相对关系及相关重要体系，是绿色建筑方案论证的有效辅助分析工具。
参考文献：
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