基于多層次模糊綜合評(píng)價(jià)建筑LED照明性能分析

任 育

(山西省建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030013)

基于多層次模糊綜合評(píng)價(jià)建筑LED照明性能分析

任 育

(山西省建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030013)

簡述了LED照明技術(shù)所具有的高效、節(jié)能、綠色環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，從照明的可控屬性、綠色屬性、效果屬性三方面出發(fā)，利用多層次模糊算法構(gòu)建了綜合評(píng)價(jià)模型，以此達(dá)到對(duì)整個(gè)大型建筑的照明系統(tǒng)的性能分析，并經(jīng)過實(shí)例驗(yàn)證達(dá)到了理想的效果。

LED照明，屬性分層，模糊評(píng)價(jià)，性能分析

0 引言

隨著LED照明技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是奧運(yùn)會(huì)、世博會(huì)等大型活動(dòng)以及“十城萬盞”等項(xiàng)目的示范應(yīng)用，特別是山西省跨越轉(zhuǎn)型的大背景下，LED照明技術(shù)正逐步進(jìn)入人們的生活，已被許多人視為充滿潛力的新時(shí)代主要照明光源。目前LED照明技術(shù)已日趨成熟，并已步入應(yīng)用暴發(fā)期。

1 建筑LED照明的具體評(píng)價(jià)方案

對(duì)建筑照明的評(píng)價(jià)，主要集中在建筑照明的設(shè)計(jì)階段。為了提高效率，又要全面考慮廣大市民的意見(見圖1)，本文采用基于專家打分基礎(chǔ)上的建筑照明綜合評(píng)價(jià)方法，進(jìn)一步對(duì)專家和市民意見與打分情況綜合考慮進(jìn)行方案選擇及設(shè)計(jì)改進(jìn)，以此來建立整個(gè)照明評(píng)價(jià)體系。

1.1 場(chǎng)館LED照明的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

照明的評(píng)價(jià)應(yīng)是針對(duì)整個(gè)場(chǎng)景照明的集中評(píng)價(jià)，應(yīng)從綠色性、可控性、效果性等方面綜合分析。照明的綜合評(píng)價(jià)是一個(gè)多層次、多因素的綜合評(píng)價(jià)問題，評(píng)價(jià)指標(biāo)體系應(yīng)由照明的基本屬性來組成，包括綠色性能指標(biāo)，可控性能指標(biāo)，效果性能指標(biāo)。每個(gè)性能指標(biāo)又由一些指標(biāo)組成，這些指標(biāo)逐一細(xì)化組成整個(gè)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

1)可控屬性指標(biāo)。

照明的可控屬性是指場(chǎng)館的照明模式能夠控制實(shí)現(xiàn)的可變性，具體包括照明可變換模式的多少，特殊日和普通日照明模式能否切換，以及夜晚不同時(shí)段照明可切換性、合理性等。

2)綠色屬性評(píng)價(jià)。

能源是人類賴以生存和發(fā)展的重要物資基礎(chǔ)，節(jié)約能源的各項(xiàng)舉措都直接關(guān)系照明系統(tǒng)的綠色性，此外，照明系統(tǒng)本身建造的經(jīng)濟(jì)成本包含了設(shè)計(jì)、建造及后期維護(hù)的成本，同時(shí)相關(guān)的生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)所造成的環(huán)境污染而導(dǎo)致的社會(huì)費(fèi)用等，相關(guān)污染對(duì)環(huán)境帶來的不良影響等都是評(píng)價(jià)綠色屬性不可缺少的重要部分。

3)效果屬性評(píng)價(jià)。

照明的效果屬性是其最基本的屬性，照明效果的具體指標(biāo)包括：照明的目的性及符合情況，照明的方式選擇，照明效果與被照物的美學(xué)統(tǒng)一性，照明標(biāo)準(zhǔn)的選擇是否合適，燈具和燈架的安裝，光與環(huán)境的關(guān)系、觀賞性、安全性、維護(hù)性等多個(gè)方面，評(píng)價(jià)時(shí)，為避免評(píng)價(jià)因素過多而使得某些指標(biāo)權(quán)重系數(shù)過小失去作用，所以把效果屬性指標(biāo)下面分為兩層指標(biāo)體系進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.2 場(chǎng)館LED照明評(píng)價(jià)算法模型的建立

綜合照明評(píng)價(jià)的對(duì)象往往涉及很多因素，而且因素的描述方式各不相同，有的可以采用定量描述，有的只能采用半定量和定性描述，因此對(duì)復(fù)雜對(duì)象的多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)方法始終是人們研究的課題。國內(nèi)外先后有價(jià)值函數(shù)法、層次分析法、DEA(數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法)以及模糊綜合評(píng)價(jià)法。

模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)照明系統(tǒng)的綜合性能評(píng)價(jià)較為合理。

2 建筑照明多層次多算子模糊綜合評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型

2.1 綜合評(píng)價(jià)的原始模型

設(shè)評(píng)價(jià)集為U=[u1,u2,…，un]評(píng)價(jià)體系中各種因素u1,u2,…,un對(duì)應(yīng)于不同的評(píng)價(jià)結(jié)果，我們?cè)O(shè)這個(gè)評(píng)價(jià)結(jié)果集為V=[v1,v2,…，vn],就是說評(píng)價(jià)結(jié)果從小到大分為n個(gè)等級(jí)。

我們給每個(gè)因素賦予一個(gè)權(quán)重ai,且權(quán)重應(yīng)該滿足歸一條件，即:

為了得到評(píng)價(jià)結(jié)果集B，我們先對(duì)單因素ui(i=1,2,3，…,m)作出評(píng)價(jià)，得到單因素評(píng)價(jià)集f(ui)。

u1→f(u1)=(r11,r12,…，r1n)

(1)

同理：

u2→f(u2)=(r21,r22,…，r2n)

(2)

um→f(um)=(rm1,rm2,…，rmn)

(3)

其中，rmn為第m個(gè)因素對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果集V中的第n個(gè)等級(jí)的隸屬度。

因素評(píng)價(jià)矩陣設(shè)為R：

(4)

由此可以建立綜合評(píng)價(jià)的數(shù)學(xué)模型如下：記U=[u1,u2,…,un]為評(píng)價(jià)因素集，V=[v1,v2,…,vn]為評(píng)價(jià)等級(jí)集(也稱為備選集),A為權(quán)重分配集,R為因素評(píng)價(jià)矩陣,·為算子,B=A·R就是所需要的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。

即：

B=A·R

(5)

(6)

2.2 多層次綜合評(píng)價(jià)模型

進(jìn)行分組分層，假設(shè)將因素分為p組，則評(píng)價(jià)因素集：

U=[u1,u2,…,up](i=0，1，2，…,p)。

多層次綜合評(píng)價(jià)的步驟如圖2所示。

2.3 多層次、多算子模糊綜合評(píng)價(jià)模型

針對(duì)現(xiàn)有的數(shù)學(xué)模型M(∨，∧)，M(?，∧)，M(?,?)比較切合實(shí)際，因此，假設(shè)由這對(duì)模糊算子得到的評(píng)價(jià)結(jié)果分別記為D1，D2，D3。

v1v2LVnD1b11b12Lb1nD2b21b22Lb2nD3b31b32Lb3n

則最終評(píng)價(jià)結(jié)果為：

3 LED照明模糊綜合評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型的驗(yàn)證

以本文所建立的照明指標(biāo)體系中第二層的可控屬性包含的各子指標(biāo)為例說明各因素權(quán)重的確定過程，u1為特殊日子照明模式的切換性；u2為夜晚不同時(shí)段照明模式的切換性；u3為夜晚不同時(shí)段照明模式切換的合理性；u4為照明可變換模式的多少，權(quán)重向量的確定如表1所示。

表1 可控屬性包含的各子指標(biāo)權(quán)重評(píng)價(jià)計(jì)算表

用同樣的方法來確定照明評(píng)價(jià)指標(biāo)體系各個(gè)層次指標(biāo)的權(quán)重，同樣用專家經(jīng)驗(yàn)法定出針對(duì)每個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)的隸屬函數(shù)，根據(jù)照明現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)以及照明設(shè)計(jì)人員提供的資料和數(shù)據(jù)計(jì)算出各個(gè)屬性對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)子集M={優(yōu)，良，中，差}的隸屬度。LED照明指標(biāo)體系主要因素權(quán)重和隸屬度表見表2。

整個(gè)照明指標(biāo)體系第一級(jí)各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)為A=(0.31，0.35,0.34)，綠色屬性的各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)A1=(0.41,0.33,0.26),效果屬性各指標(biāo)權(quán)重系數(shù)A2=(0.32,041,0.27),按照前面所建立的多層次、多算子模糊綜合評(píng)價(jià)模型進(jìn)行計(jì)算，其最后一級(jí)因素集按三對(duì)模糊算子M(∨，∧)，M(?，∧)，M(?，?)，分別計(jì)算得出評(píng)價(jià)結(jié)果如下所示。

表2 LED照明指標(biāo)體系主要因素權(quán)重和隸屬度表

1)能源屬性。

按照M(∨，∧)計(jì)算：

按照M(?，∧)計(jì)算：

按M(?，?)計(jì)算：

為方便表示，將三個(gè)結(jié)果放在一起如下表示：

以下與上面類同，計(jì)算結(jié)果如下：

2)經(jīng)濟(jì)性。

3)環(huán)境屬性。

4)可控屬性。

5)視覺效果屬性。

6)基本達(dá)成效果。

7)其他效果屬性。

接著，使用效果屬性中的權(quán)重系數(shù)A2=(0.32,0.41,0.27)繼續(xù)對(duì)二級(jí)評(píng)價(jià)因素中的效果屬性進(jìn)行評(píng)價(jià)，按三對(duì)模糊算子M(∨，∧)，M(?,∧)，M(?,?)，分別計(jì)算得出。

按照M(∨，∧)計(jì)算：

按照M(?,∧)計(jì)算：

按M(?,?)計(jì)算：

使用綠色屬性中的權(quán)重系數(shù)A1=(0.41,0.33,0.26)繼續(xù)對(duì)二級(jí)評(píng)價(jià)因素中的綠色屬性進(jìn)行評(píng)價(jià)，按三對(duì)模糊算子M(∨，∧)，M(?,∧)，M(?,?)，分別計(jì)算得出。

按照M(∨，∧)計(jì)算：

按照M(?,∧)計(jì)算：

按M(?,?)計(jì)算：

進(jìn)一步根據(jù)第一級(jí)評(píng)價(jià)權(quán)重A=(0.31，0.35,0.34)對(duì)一級(jí)評(píng)價(jià)因素集進(jìn)行評(píng)價(jià)，按三對(duì)模糊算子M(∨，∧)，M(?,∧)，M(?,?)分別計(jì)算得出。

按照M(∨，∧)計(jì)算：

按照M(?,∧)計(jì)算：

按M(?,?)計(jì)算：

進(jìn)行數(shù)學(xué)平均：

B=[1/3(0.34+0.059+0.353),1/3(0.34+0.044+0.577),
1/3(0.263+0.019+0.069),0]=(0.251，0.32，0.117，0)。

經(jīng)歸一化后，最終評(píng)價(jià)結(jié)果為:(0.251，0.32，0.117，0),與評(píng)價(jià)結(jié)果集對(duì)應(yīng)，屬于優(yōu)秀的概率為0.357，屬于良好的概率為0.47，屬于中等的概率為0.173，屬于差的概率為0，按照最大隸屬度原則，照明的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為良好，與該照明區(qū)域的實(shí)際情況基本吻合。

4 結(jié)語

項(xiàng)目通過對(duì)大型建筑LED照明工程的調(diào)研分析，結(jié)合工程實(shí)際，提出了LED照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則和工程評(píng)價(jià)方法，建立了工程評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，這對(duì)LED照明工程的規(guī)范化評(píng)價(jià)具有重要意義。

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On analysis of architectural LED lighting performance based on multi-level fuzzy comprehensive evaluation

REN Yu

(Shanxi Academy of Building Design, Taiyuan 030013, China)

The paper indicates the advantages of LED lighting technique with efficiency, energy-saving and green environment protection, establishes the comprehensive evaluation models by adopting the multi-level fuzzy calculation method from the controllable properties, green and effect properties to have the performance analysis of the lighting system of large buildings, so as to prove by examples that it achieves the ideal effect.

LED lighting, property hierarchic, fuzzy evaluation, performance analysis

1009-6825(2014)31-0142-04

2014-08-20

任 育(1982- )，男，助理工程師

TU113.6

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