基于能值分析的重大工程项目集成生态评价研究

For a long time, the problems of complex system mechanism of major engineering, such as lack of acknowledge, inconsistence of scale, insufficient quantification and lack of valid direct viewing evaluation tools lead to decision failures of major engineering projects.Under the view of engineering ecology, based on system theory and system ecology, employs system analysis method and ecological network analysis method, activates engineering, adopts simulation route to analyze ecological systems of major engineering projects, set up emergy models, study ecological metabolism of major engineering and to unveil the internal ecological characteristics and evolving mechanism of large-scale complex engineering system. Given Emergy as the uniform scale, adopting emergy analysis methods, building up emergy evaluation index system of major engineering, studing the emergy calculation methods of characteristic emergy transformation rate, to realize quantitative assessment of major engineering. Employing the integration of computational experiments methods and emergy analysis methods realizes the numerical simulation of complex system mechanism of major engineering; getting help from the integration of BIM, GIS and Multi-agent technique makes the linguistic expressions of space and analog simulation come true, to emerge ecological evolution. The case studies of Three Gorges Projects and Zhangzhou PX major chemical engineering project have inspected and verified this method and theory. The study of this project, with theoretical significance and using value, converting comprehensive assessment to ecological assessment, provides brand-new theory, methods and decision tools for the evaluation of major engineering projects.

长期以来，对重大工程复杂系统机理认识不足，量纲不统一、定量化不够，缺乏有效的直观评价工具是重大工程决策失误的症结所在。在"工程生态"视野下，基于系统论和系统生态学，采用系统分析方法和生态网络分析方法，"活化"工程，采用仿生路线解析重大工程项目生态系统，建立能值模型，研究重大工程系统的生态代谢，揭示重大工程项目复杂系统的内在生态特性和演化机理。以能值为统一尺度，采用能值分析方法，构建重大工程生态评价能值指标体系，研究特征能值转换率的能值计算方法，实现重大工程项目的定量评价。采用计算实验方法和能值分析方法的集成实现重大工程项目复杂系统的数值仿真；集成BIM、GIS和Muilt-Agent技术实现对其空间表达和模拟仿真，展现其生态演化。通过长江三峡工程和漳州PX重大化工项目案例研究进行验证。本项目的研究，变综合评价为生态评价，为重大工程项目评价提供新理论、方法和决策工具，具有理论意义和应用价值。

我国重大工程决策争议不断，症结所在，量纲不统一，定量化不够，缺乏有效的、直观的评价工具展现工程建设生命周期对环境的影响和社会变迁。为此，本课题依据系统生态学、能值理论、可持续发展理论，采用全生命期方法、系统分析方法、生态网络分析方法，采用仿生路线构建了重大工程项目生态系统，建立了建立能值指标体系，计算与补充能值转换率指标，以能值为尺度，解析各类工程项目生态系统，并以零能耗建筑、PX化工项目、三峡工程、房地产业、海绵城市为案例做实证研究。在此基础之上，采用仿真路线，集成能值分析方法、GIS技术、BIM技术和多Agent技术，设计并实现了工程项目集成生态评价系统。得出如下结论：.1）能值分析方法适用于工程项目评价，较之于综合评价，有量纲统一，定量化的有点；较之于碳足迹，解析生命周期系统的物质流、能量流、信息流更为全面的优点。.2）现行的工程项目评价不适用与重大工程复杂系统，应当变项目综合评价为集成生态评价。一方面，采用统一能值为尺度，一方面集成多种信息技术。当今的BIM技术、GIS技术和人工智能技术，已经可以解决过去不能解决的问题。.3）零能耗建筑、风能建筑的研究表明，从全寿命周期来看，更具有可持续能力；古雷PX项目、三峡工程系统可持续发展能力的能值指标EISD均远小于1，可持续发展能力较低，尤其是厦门市房地产业的EISD基本在0.0258左右，属于不可持续范围。.4）厦门市马銮湾海绵城市方案可持续能力指数ESI为1.63，可持续发展指数ESID为3.98，比灰色系统（ESI0.52和ESID1.06）高很多，具有经济性与可持续性。.5）能值分析方法适用于区域交通体系系统分析，系统动力学方法和能值分析方法的耦合，有助于解析区域交通运输体系与区域均衡发展作用，从而指导综合交通体系规划。.6）能值分析方法与GIS技术、BIM技术的集成实现了从生态评价到集成评价，从而解决了工程评价的定量化和环境、社会影响直观化。然而工程项目的动态评价将有待于人工智能技术的发展。