基于可拓優(yōu)度的建筑光污染綜合評價(jià)方法

馮青 吳博 蔣巍

(西安科技大學(xué)藝術(shù)學(xué)院，西安 710054)

目前國內(nèi)既有建筑面積達(dá)420億m2，其中城市房屋建筑面積近140.91億m2。城市定位“雷同化”現(xiàn)象較普遍，建筑物的外墻往往大量使用反光性較強(qiáng)的裝飾材料，如玻璃、釉面等材料［1］，隨處可見“強(qiáng)光弱色”的建筑環(huán)境。隨著城市建筑光污染現(xiàn)象逐漸加重，光污染的治理與綜合評價(jià)就尤顯重要。

在建筑光污染的研究中，選擇最為合理和科學(xué)的評價(jià)方法，是建筑光污染評價(jià)成功的關(guān)鍵所在。本次研究嘗試采用綜合評價(jià)的方法，對建筑光污染進(jìn)行綜合評價(jià)。

1 綜合評價(jià)方法的基本原理

1.1 評價(jià)方法的選擇

評價(jià)方法的科學(xué)性以及評價(jià)方法選擇的合理性，是決定評價(jià)結(jié)果正確與否的關(guān)鍵。從評價(jià)過程的角度將評價(jià)方法分為3類，分別為定性分析評價(jià)、定量計(jì)算評價(jià)和綜合評價(jià)。定性分析評價(jià)是較側(cè)重于由個(gè)人或群體對評價(jià)對象進(jìn)行主觀的定性化評價(jià)方法;定量計(jì)算評價(jià)是通過進(jìn)行計(jì)算而得出量化結(jié)果的評價(jià)方法;綜合評價(jià)則是定性分析與定量計(jì)算有機(jī)相結(jié)合的評價(jià)方法。

本文將基于層次分析法和可拓優(yōu)度的綜合評價(jià)方法應(yīng)用到建筑光污染的評價(jià)中來，主要是出于以下考慮:

(1)建筑光污染評價(jià)的全面性。在光污染評價(jià)的實(shí)際運(yùn)用過程中，有些條件是必須要滿足的，該條件如果不能達(dá)到，其他條件即便再優(yōu)越也無法為設(shè)計(jì)所用。而基于層次分析法和可拓優(yōu)度的評價(jià)方法就是首先考慮必要條件，更符合建筑的實(shí)際情況。

(2)建筑光污染評價(jià)的關(guān)聯(lián)性。可拓優(yōu)度評價(jià)是以建筑為對象的評價(jià)方法，通過建立關(guān)聯(lián)函數(shù)來對光污染評價(jià)，因此，利用關(guān)聯(lián)函數(shù)，可以更為全面地反映建筑光污染的優(yōu)劣程度。

(3)建筑光污染評價(jià)的動(dòng)態(tài)性。在建筑光污染的物元、事元和事物元描述中，可以通過時(shí)間參數(shù)來描述可變性，可拓優(yōu)度評價(jià)能夠以發(fā)展的角度去衡量建筑光污染的利弊與變化情況。

1.2 建筑光污染優(yōu)度評價(jià)法

目前，各種綜合評價(jià)方法總體思路一致，即首先要確定評價(jià)對象，建立相應(yīng)的評價(jià)指標(biāo)體系，通過計(jì)算確立權(quán)重度，最終通過算法獲取評價(jià)結(jié)果。其中，建立相應(yīng)的評價(jià)指標(biāo)體系，通過計(jì)算確立權(quán)重度是綜合評價(jià)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)［4］。本文提出的建筑光污染優(yōu)度評價(jià)法的3個(gè)步驟是:首先采用Thomas L.Saaty的層次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)對建筑光污染源進(jìn)行層次分析，根據(jù)物元理論建立層次結(jié)構(gòu)模型以及與光污染源屬性相對應(yīng)的評價(jià)指標(biāo);其次，利用賦權(quán)方法給定每個(gè)評價(jià)指標(biāo)的權(quán)系數(shù)，并通過計(jì)算判斷矩陣的最大特征值的方法來衡量矩陣的一致性，直到符合一致性檢驗(yàn)的要求;最后利用優(yōu)度理論建立比較序列，通過計(jì)算各評價(jià)對象與參考序列的關(guān)聯(lián)度計(jì)算優(yōu)度值，最終確定最優(yōu)結(jié)果，如圖1所示。

圖1 優(yōu)度評價(jià)流程圖

2 建筑光污染評價(jià)層次結(jié)構(gòu)模型的建立

2.1 建筑光污染特性分析

建筑光污染的評價(jià)涉及到多學(xué)科領(lǐng)域知識，因此對其方案的評價(jià)也應(yīng)該采用多層次、多因素的評價(jià)體系。

建筑光污染由于各個(gè)地區(qū)地理位置不同，氣候待征大相徑庭，使得評價(jià)權(quán)重不同，從而導(dǎo)致評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)各異，在此以北京地區(qū)(北緯40°東經(jīng)116°)為例，對該地區(qū)建筑進(jìn)行光污染評價(jià)。評價(jià)的優(yōu)劣通過評價(jià)準(zhǔn)則來判斷，本文以建筑光污染中影響最大的白亮污染為對象，對其設(shè)定評價(jià)指標(biāo)。

2.2 建筑光污染綜合評價(jià)結(jié)構(gòu)層次分析

評價(jià)指標(biāo)的選取需遵循全面性、科學(xué)性和合理性等原則，而確定各因素評價(jià)目標(biāo)的權(quán)重分配，直接影響到評價(jià)結(jié)果［5］。因此，運(yùn)用AHP將問題分解為不同的組成要素，并按照各要素之間的相互關(guān)系及隸屬關(guān)系將因素按不同層次聚集組成，形成一個(gè)多層次的分析結(jié)構(gòu)模型，最終建立梯階層次結(jié)構(gòu)模型，如圖2所示。

3 評價(jià)模型的建立

3.1 建立判斷矩陣

運(yùn)用AHP法構(gòu)建的評價(jià)體系中，準(zhǔn)則層有5個(gè)評價(jià)因素，子準(zhǔn)則層有15個(gè)評價(jià)因素，通過兩兩比較，得到判斷矩陣B:

式中，bij表示依據(jù)評價(jià)準(zhǔn)則Ak，要素Bi對Bj的相對重要性。表1為兩兩因素相對重要性取值，bij的取值和定義可由表1反映出。

對于判斷矩陣B有:

判斷矩陣中一致性是否滿意，是衡量判斷矩陣質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)，如果該判斷矩陣存在以下關(guān)系，即:

則該判斷矩陣具有完全的一致性。

表1 兩兩因素相對重要性取值

3.2 相對重要度計(jì)算

根據(jù)判斷矩陣B計(jì)算各要素的權(quán)重系數(shù)，n個(gè)權(quán)重系數(shù)構(gòu)成一個(gè)權(quán)重向量W，即

對判斷矩陣B進(jìn)行規(guī)范化處理

最后，進(jìn)行歸一化處理，得到權(quán)重系數(shù)Wi:

3.3 一致性檢驗(yàn)

表2 1—9階判斷矩陣的R.I.值

3.4 應(yīng)用優(yōu)度綜合評價(jià)法進(jìn)行評價(jià)

可拓理論是以物元理論、可拓集合和可拓邏輯為主要支柱而形成的知識體系。它從定性和定量的角度出發(fā)，研究和解決事物可變性的規(guī)律，從而為人們認(rèn)識、分析和解決現(xiàn)實(shí)世界中的矛盾問題提供了一種新的方法理論體系［6－9］。優(yōu)度評價(jià)方法是可拓學(xué)中評價(jià)一個(gè)對象(事物、策略、方法等)優(yōu)劣的基本方法，能夠在合適的評價(jià)指標(biāo)體系下，對待評對象進(jìn)行綜合評價(jià)，確定其綜合優(yōu)度值。

3.4.1 建立關(guān)聯(lián)函數(shù)并計(jì)算合格度

關(guān)于Vi(i=1，2，…，n)的關(guān)聯(lián)函數(shù)為ki(x)。

若Vi用一個(gè)區(qū)間Xoi表示，則

若Vi用一個(gè)區(qū)間Xoi表示xi(xoi?Xi)，則

建筑光污染對象Ti關(guān)于Vi的關(guān)聯(lián)函數(shù)值記為Ki(Tj)，則 T1，T2，…，Tm關(guān)于 Ai的合格度為 Ki=(Ki(T1)，Ki(T2)，…，Ki(Tm))，i=1，2，…，n 。

建筑光污染對象Ti關(guān)于各衡量條件A={A1，A2，…，Am} 的規(guī)范合格度為:Ki=(Ki1，Ki2，…，Kim，i=1，2，...，n，其中，

3.4.2 優(yōu)度計(jì)算

對Ti的優(yōu)度進(jìn)行比較: 若 C(T0) ={C(Tj)}，則 Io為最優(yōu)對象;而當(dāng) C(T0) ＞ 0時(shí)，表示該設(shè)計(jì)滿足設(shè)計(jì)需求;當(dāng)C(T0)＜0時(shí)，表示該設(shè)計(jì)識需要修正。最后通過判斷結(jié)果給出對建筑光污染的綜合評價(jià)等級。

4 結(jié)語

基于可拓優(yōu)度理論的建筑光污染綜合評價(jià)體系，是一種科學(xué)、定量的評價(jià)方法，在有效地避免主觀因素影響的同時(shí)，也使得光污染的評價(jià)結(jié)果更加客觀可信。應(yīng)該指出的是，本評價(jià)體系還存在一定的片面性，特別是材料科學(xué)的快速發(fā)展，使得新型建筑材料和新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，評價(jià)指標(biāo)勢必要繼續(xù)更新和修正?；诳赏貎?yōu)度理論的建筑光污染綜合評價(jià)體系應(yīng)該是動(dòng)態(tài)的，需要不斷地進(jìn)行探索和研究。

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