属性识别模型在住宅室内空气质量评价中的应用研究

胡起靖

(苏州图书馆，江苏 苏州 215002)

随着我国房地产行业的不断发展，建筑和室内装修材料产业发展迅猛。建筑材料与装饰材料造成的室内环境污染却日益严峻，我国新装修住宅室内空气质量现状不容乐观。为提高我国建筑室内装饰装修质量，提升建筑室内空气质量，住房城乡建设部于2018年9月发布《住宅建筑室内装修污染控制技术标准》(JGJ/T 436-2018)，自2019年1月1日起实施。该标准将室内空气质量通过分级控制的方式，分情况确定装饰装修工程的空气质量要求，满足不同定位的项目要求，以保障用户对室内环境的健康需求。标准的发布实施弥补了我国现行室内空气质量标准的不足，强化了对住宅装修工程室内空气质量的技术规范管理，为装修住宅室内环境污染风险评估和控制提供了科学依据。

目前针对装修住宅室内空气质量综合评价的方法主要为综合指数法[1-2]。综合指数法兼顾了污染物平均水平和最大水平，但是当污染物水平波动较大时不能正确评价室内空气质量状况[3]。评价依据多以GB/T18883-2002《室内空气质量标准》、GB/T50325-2010《民用建筑工程室内环境污染控制规范》为评价标准。以上标准虽然明确了室内空气污染物标准浓度限值，但未将住宅室内空气质量划分等级，不能反映用户住宅健康需求和装饰装修工程不同定位要求。

属性识别理论模型基于属性集理论和属性测度的概念，在属性测度空间和有序分割类概念的基础上，评价过程采用属性识别准则和置信度准则，实现对评价对象属性识别综合评价模型的建立[4-5]。该模型能充分利用有序分割概念，更细微地将属于同一级别的评价指标因子进行比较，从而能更好地对事物进行有效识别和比较分析[6]，相较于综合指数法具有明显优势[7]，目前已在建筑工程[8]、企业绩效评价[9]、水土保持[10]、教育研究[11]等领域的评价、分析、决策中得到了广泛应用。

本研究以JGJ/T 436-2018《住宅建筑室内装修污染控制技术标准》为评价标准，采用属性识别模型，旨在为装修住宅室内空气质量寻求一个客观合理，而且更加科学有效、功能优越的综合评价和研究分析方法。

1 模型基本理论与计算方法

1.1 建立分类标准矩阵

设评价对象空间X有n个评价对象，每个评价对象有m个评价指标{I1,I2…Im}，每个评价指标有k个评价等级{C1,C2…Ck}，对于每个评价指标Ij有相应的评价等级分类标准{aj1,aj2…ajk}，则评价对象空间X的分类标准矩阵为：

C1LCk

式中ajk满足aj1aj2…>ajk。

1.2 确定权重

采用超标倍数法，根据污染物的污染小权重则小和污染大权重则大的原则，来确定权重。计算公式为:

(1)

式中，cj—评价因子的监测值；sj—评价因子各浓度标准的数学平均值；Wj—评价因子的归一化权重值。

1.3 确定样本属性测度

计算第i个评价对象第j个指标值xij属于ct类(1≤t≤k)的属性测度为uijt。设aj1

当xij≤aj1时，取uij1=1，uij2=…uijk=0

当xij≥ajk时，取uijk=1,uij1=…uijk-1=0

tl+1。

1.4 综合属性测度

由单指标属性测度和指标权重可以得到综合属性测度uit:

(2)

式中，wij—第i个评价对象第j个评价指标的归一化权重；1≤i≤n,1≤t≤k。

1.5 对象的识别与排序

采用置信度识别准则。设置信度λ(0.5≤λ≤1，一般取0.6～0.7)，用下式进行计算：

(3)

如果ti≥λ，则认为xi属于ct级别。

按照评价准则进行评分，对评价对象进行比较分析，用下式进行计算：

(4)

式中，qxi—第i个评价对象的评价分数；ni=k+1-i，依次取k～1之间递减的正整数。

2 模型应用

2.1 对装修住宅不同季节室内空气质量的评价

2.1.1 评价因子与标准

以中国测试技术研究院对成都市不同季节新装修住宅室内污染物检测结果为实例应用对象，该项目检测了200户不同装修时间的商品住宅用户，检测因子为甲醛、苯、TVOC，取平均值反映不同季节与污染物浓度关系。数据如表1所示。

表1 不同季节污染物检测结果[12] 单位：mg/m3

以《住宅建筑室内装修污染控制技术标准》(JGJ/T436-2018)为评价标准，以甲醛、苯、TVOC为评价指标，建立室内空气质量评价分组标准，如表2所示。

表2 室内空气质量分组评价标准 单位：mg/m3

2.1.2 评价单指标属性测度

根据1.3，代入表1不同季节污染物检测结果和表2室内空气质量分组评价标准，可计算得到不同季节相关污染物单指标属性测度，结果如表3所示。以春季苯污染物为例，其浓度值0.06介于二级标准值0.05和三级标准值0.09之间，隶属于一级的属性测度为0，隶属于二级的属性测度为：(0.09-0.06)/(0.09-0.05)=0.75，隶属于三级的属性测度为：(0.06-0.05)/(0.09-0.05)=0.25。

表3 相关污染物单指标属性测度

2.1.3 权重值

根据式(1)，代入表数据，可计算得到各季节相关污染物标的单指标权重，结果如表4所示。以春季为例，其苯污染物的单指标权重计算为：(0.06÷0.063)/(0.08÷0.06+0.06÷0.063+1.55÷0.388)=0.152，相应地求得其他污染物单指标权重。

表4 污染物单指标权重

2.1.4 综合属性测度

根据各季节相关污染物标的单指标权重，结合式(2)，可计算得到各季节评价对象属性测度，结果如表5所示。以春季为例，其一级属性测度的计算为：0×0.212+0×0.152+0×0.636=0；二级属性测度的计算为：0×0.212+0.75×0.152+0×0.636=0.114；三级属性测度的计算为：1×0.212+0.25×0.152+0×0.636=0.250；不达标属性测度的计算为：0×0.212+0×0.152+1×0.636=0.636。

表5 不同季节评价综合属性测度

设置信度λ=0.7，由(3)式判断各季节装修住宅室内空气质量综合评价级别。以春季为例：当t=4时，0+0.114+0.2+0.636>0.7。因此，判定春季的装修住宅室内空气质量为不达标。同理，求得其他年份环境空气质量的评级。可知成都市装修住宅室内空气只有在冬季达到三级标准，在其他三个季节均为不达标。

按式(4)可计算得到不同季节的装修住宅室内空气质量得分，分数越大，说明空气质量越好。以春季为例，得分计算为：4×0+3×0.114+2×0.25+1×0.636=1.478。同理，可求得其他季节装修住宅室内空气质量得分，结果如图1所示。

由图1可知，装修住宅室内空气质量具有明显的季节性，装修住宅室内空气质量的变化趋势与气候气温成反向相关关系。不同季节室内空气质量按优劣排序为：冬季>春季>秋季>夏季。冬季由于气候气温较低，装饰装修材料中的污染物释放较慢，室内空气质量明显要优于其他时期；夏季气候气温最高，相应地装修住宅室内空气质量最差，但是和春季、秋季整体差异不是很大。这和装修材料污染物释放速度与温度存在相关性有关[13]。

图1 不同季节装修住宅室内空气质量变化趋势

在文献[12]的相关研究内容中，有关分析结果根据污染物超标现象，表明夏、秋季节的污染物超标率要明显高于冬、春季节。与文献[12]采用污染物超标率基础数据分析的研究方法相比，本研究基于污染物检测结果，采用的模型分析方法能够以量化形式反映出不同季节室内空气质量的优劣程度和先后排序，并且能结合时间要素，形成变化趋势，反映出装修住宅室内空气质量变化和季节气候要素之间存在的内在规律。本研究得出的研究成果可以作为文献[12]相关研究内容的补充和延伸，同时为研究装修住宅室内空气质量变化的季节性提供一种新的研究分析方法。

2.2 对装修住宅不同部位室内空气质量的评价

以上海市一户精装修住宅室内污染物检测的结果为实例应用对象。该住宅部位包括大厅、主卧和两个次卧，检测项目为甲醛、苯、TVOC，检测数据具有一定代表性，检测结果见表6。

表6 装修住宅不同部位污染物检测结果[14] 单位：mg/m3

该装修住宅不同部位综合属性测度计算结果如表7所示。

表7 装修住宅不同部位综合属性测度

设置信度λ=0.7，按(4)式对该住宅不同部位室内空气质量综合评价级别进行判断。可知该精装修住宅室内空气只有大厅达到三级标准，其他部位均为不达标。按式(5)计算装修住宅不同部位室内空气质量得分，计算结果如图2所示。

图2 装修住宅不同部位室内空气质量柱形图

由图2可知，该精装修住宅大厅的室内空气质量要明显优于其他部位。不同部位室内空气质量按优劣排序为：大厅>主卧室>次卧室1>次卧室2。这主要是由于住宅的不同部位使用功能不同，因此在装饰装修材料使用、家具配置等方面有所区别，此外也与房间空间大小、空间布局、自然通风条件等密切相关。

与文献[14]采用单项指标分析法进行超标污染物分析相比，本研究采用的模型研究方法能对装修住宅不同部位的室内空气质量进行多因子综合评价，能够以量化形式反映出装修住宅不同部位室内空气质量的优劣程度，并反映出装修住宅不同部位室内空气质量跟使用功能的内在关联性。本研究为装修住宅室内空气质量的使用功能关联性研究提供了新的研究分析方法。

2.3 评价结果验证比较

采用单项指标分析法和文献[1]中的综合指数法，对本文2.1部分“装修住宅不同季节室内空气质量”和2.2部分“装修住宅不同部位室内空气质量”进行评价结果验证，其结果如表8和表9所示。其中综合指数法模型为：

式中，I为空气质量指数，Ci为第i种污染物浓度，Si为第i种污染物评价标准值，n为污染物个数。

由表8和表9可知，三种评价方法针对不同评价对象的等级评价结果完全一致，印证了属性识别模型评价结果的正确性。相比之下，单指标分析法仅考虑评价对象中单个指标的污染程度，不能充分反映评价对象的综合环境质量状况，不能实现评价对象优劣程度的排序。

表8 装修住宅不同季节室内空气质量评价结果比较

表9 装修住宅不同部位室内空气质量评价结果比较

综合污染指数和属性识别模型在评价对象优劣程度的排序上不完全一致，这是由于综合污染指数的计算模型仅考虑了污染物平均水平和最大水平，但是未能充分利用各个污染物之间污染物水平差异的信息，因此在反映综合污染效应上与属性识别模型存在差别。以表8装修住宅不同季节室内空气质量评价结果为例，综合污染指数评价的结果为夏季优于春季时期，属性识别模型评价的结果为春季时期优于夏季时期。根据装修材料污染物释放速度与温度相关性的有关研究成果，由于夏季气温更高，装修材料污染物释放速度更快，夏季时期装修住宅室内空气质量应当劣于春季时期，因此属性识别模型的评价结果更为客观合理。

综上，属性识别模型能够综合利用评价对象不同评价指标的属性测度，信息利用度更高，能够反映污染物的累积影响和综合污染效应；能够对不同的评价对象进行综合评价和优劣排序，以数字量化的形式直观反映出不同评价对象综合质量的差异程度，因此在装修住宅室内空气质量评价中具有更好的优越性。

3 结论

(1)属性识别模型可以科学合理地对装修住宅室内空气质量进行综合评价。通过对室内空气评价因子评价等级属性测度进行计算，同时结合各评价因子污染浓度差异对室内环境空气质量的影响，进行综合属性测度计算，信息利用度高，能够反映污染物的累积影响和综合污染效应，评价结果经验证符合客观实际情况。在此基础上，通过评分准则能够对不同的评价对象进行综合评分和优劣排序，以评分的形式直观地反映出不同评价对象综合质量的差异程度，显示出该模型在应用中所具有的功能优越性。

(2)该模型研究方法能够以量化形式反映出不同评价对象室内空气质量的优劣程度。能结合时间要素，形成变化趋势，反映出装修住宅室内空气质量变化和季节气候要素间存在的内在关联和规律；能够反映出装修住宅不同部位室内空气质量跟使用功能的内在关联性。为装修住宅室内空气质量研究提供了新的研究思路和分析方法。

(3)通过对新装修住宅不同季节室内空气质量的评价，结果显示装修住宅室内空气质量具有明显的季节性，装修住宅室内空气质量的变化趋势与气候气温成反向相关关系。不同季节室内空气质量按优劣排序为：冬季>春季>秋季>夏季。冬季室内空气质量明显要优于其他时期，能达到三级标准；夏季和春季、秋季整体差异不是很大，均为不达标。

(4)通过对精装修住宅不同部位室内空气质量的评价，结果显示装修住宅不同部位室内空气质量跟使用功能有高关联性。精装修住宅大厅的室内空气质量要明显优于其他部位，不同使用功能部位室内空气质量按优劣排序为：大厅>主卧室>次卧室，其中大厅能达到三级标准，其他部位均为不达标。