基于多维评价目标的乡村既有住宅低碳化改造非线性评价模型研究——以华北平原地区为例

Low-carbon retrofit of housing stock in rural areas is the important step of China’s national strategies of rural vitalization, energy-saving and emission-reduction. The aim of this proposal focus on multi-objective nonlinear assessment model for low-carbon retrofit of rural housing stock using BIM technologies and differential evolution algorithm. Specifically include: 1) Developing a basic database for rural housing stock through a large-sample fieldwork in the north China plain. 2) Based on BIM technologies, quantitatively analyzing the environmental effectiveness of one assessment indicator towards a single assessment objective (life-cycle environmental quality, load and cost). 3) Based on multi-objective optimization method, demonstrating mathematical model of the retrofit assessment system in order to explore the coupling relationship and influence mechanism of how the four indicator categories named environment, building, equipment and behavior affect the three-dimensional assessment objectives, and establishing an integrated assessment system theoretical framework for low-carbon retrofits of rural housing stock. To sum up, the outcome of proposal will provide theoretical supporting for the decision-making of assessment problems encountered in low-carbon retrofitting of China’s rural housing stock. This proposal has considerable practical significance for promoting the construction of pleasant living countryside.

乡村既有住宅低碳化改造是落实国家乡村振兴、节能减排双重战略的重要举措。本项目以华北平原乡村既有住宅大样本数据信息为基础，采用BIM技术和多目标优化算法，开展基于多维评价目标的乡村既有住宅低碳化改造非线性评价模型研究。具体内容包括：1）通过对华北平原地区大样本实地调研，构建乡村既有住宅基础信息数字化平台；2）依托BIM技术，量化分析单一评价指标项在建筑生命周期环境质量、环境负荷和改造成本单一评价目标情景下的环境效率；3）依托多目标优化算法，开发建立综合环境效率最佳的乡村既有住宅低碳化改造综合评价体系框架数学模型，阐明“建成环境、建筑本体、技术设备、行为模式”四维评价大类与三维评价目标之间的耦合关系及作用机制，构建基于多维评价目标的乡村既有住宅低碳化改造综合评价体系框架理论模型。本项目研究及成果为我国乡村既有住宅低碳化改造评价问题的决策提供了理论依据，对推动我国美丽宜居乡村建设具有重要现实意义。

乡村既有住宅低碳化改造是落实国家乡村振兴、节能减排双重战略的重要举措。研究立足于华北平原乡村的地理气候特征和经济技术水平，以乡村既有住宅为研究对象，以低碳化改造方案最优为研究目标，从多维目标非线性评价视角切入，完成了文献综述、实地调研、模型解析和概念界定，明确了单目标评价下单一变量有效性及敏感性量化分析方法，并以此为基础建立了多维目标综合评价下组合变量的非线性评价数学模型。主要内容包括：1）综合文献研究、问卷调查、现场实测和统计分析的方法，对华北平原地区13个区（县）32个村庄90户农宅进行分层抽样调研，构建华北平原乡村既有住宅基础信息数字化平台，提取典型住宅基准建筑信息模型并进行能耗校验；2）采用偏相关系数（pcc）和标准秩回归系数（srrc）两种全局敏感性分析方法对比探究乡村既有住宅低碳化改造措施与评价目标之间的耦合关系，量化分析单项改造策略与措施在建筑环境质量、环境影响和成本效益单一目标下的有效性和敏感度，筛选单一评价目标下高敏感度优化变量并进行排序，构建低碳化改造措施适用性样本库；3）基于Rhino-Grasshopper可视化编程平台，采用建筑物理环境性能模拟技术和SPEA-2进化算法，建立三维评价目标适应度函数并进行非线性求解，采用TOPSIS综合评价法对帕累托最优解集进行赋权决策，构建基于多维评价目标的华北平原乡村既有住宅低碳化改造非线性评价方法与数学模型。本项目较好地完成了既定研究目标，获得了较为丰富的研究成果，其中发表期刊论文7篇，获得国家软件著作权1项，培养硕士研究生4名，指导学生获奖4项，建成示范工程2项。本项目研究及其成果为我国北方乡村既有住宅节能减排潜力诊断、低碳化改造策略与措施比选、改造实施方案制定等复杂决策问题，提供了科学量化的理论方法和技术支撑，对提升乡村人居环境质量、促进社会主义新农村生态绿色发展具有切实可行的政治、经济、社会和生态意义。