基于多層次模糊綜合評價建筑LED照明性能分析

任 育

(山西省建筑設計研究院，山西 太原 030013)

基于多層次模糊綜合評價建筑LED照明性能分析

任 育

(山西省建筑設計研究院，山西 太原 030013)

簡述了LED照明技術所具有的高效、節能、綠色環保等優勢，從照明的可控屬性、綠色屬性、效果屬性三方面出發，利用多層次模糊算法構建了綜合評價模型，以此達到對整個大型建筑的照明系統的性能分析，并經過實例驗證達到了理想的效果。

LED照明，屬性分層，模糊評價，性能分析

0 引言

隨著LED照明技術的飛速發展，特別是奧運會、世博會等大型活動以及“十城萬盞”等項目的示范應用，特別是山西省跨越轉型的大背景下，LED照明技術正逐步進入人們的生活，已被許多人視為充滿潛力的新時代主要照明光源。目前LED照明技術已日趨成熟，并已步入應用暴發期。

1 建筑LED照明的具體評價方案

對建筑照明的評價，主要集中在建筑照明的設計階段。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上的建筑照明綜合評價方法，進一步對專家和市民意見與打分情況綜合考慮進行方案選擇及設計改進，以此來建立整個照明評價體系。

1.1 場館LED照明的綜合評價指標體系

照明的評價應是針對整個場景照明的集中評價，應從綠色性、可控性、效果性等方面綜合分析。照明的綜合評價是一個多層次、多因素的綜合評價問題，評價指標體系應由照明的基本屬性來組成，包括綠色性能指標，可控性能指標，效果性能指標。每個性能指標又由一些指標組成，這些指標逐一細化組成整個綜合評價指標體系。

1)可控屬性指標。

照明的可控屬性是指場館的照明模式能夠控制實現的可變性，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，以及夜晚不同時段照明可切換性、合理性等。

2)綠色屬性評價。

能源是人類賴以生存和發展的重要物資基礎，節約能源的各項舉措都直接關系照明系統的綠色性，此外，照明系統本身建造的經濟成本包含了設計、建造及后期維護的成本，同時相關的生產、經濟活動所造成的環境污染而導致的社會費用等，相關污染對環境帶來的不良影響等都是評價綠色屬性不可缺少的重要部分。

3)效果屬性評價。

照明的效果屬性是其最基本的屬性，照明效果的具體指標包括：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統一性，照明標準的選擇是否合適，燈具和燈架的安裝，光與環境的關系、觀賞性、安全性、維護性等多個方面，評價時，為避免評價因素過多而使得某些指標權重系數過小失去作用，所以把效果屬性指標下面分為兩層指標體系進行評價。

1.2 場館LED照明評價算法模型的建立

綜合照明評價的對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，因此對復雜對象的多指標綜合評價方法始終是人們研究的課題。國內外先后有價值函數法、層次分析法、DEA(數據包絡分析法)以及模糊綜合評價法。

模糊綜合評價法對照明系統的綜合性能評價較為合理。

2 建筑照明多層次多算子模糊綜合評價數學模型

2.1 綜合評價的原始模型

設評價集為U=[u1,u2,…，un]評價體系中各種因素u1,u2,…,un對應于不同的評價結果，我們設這個評價結果集為V=[v1,v2,…，vn],就是說評價結果從小到大分為n個等級。

我們給每個因素賦予一個權重ai,且權重應該滿足歸一條件，即:

為了得到評價結果集B，我們先對單因素ui(i=1,2,3，…,m)作出評價，得到單因素評價集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個因素對評價結果集V中的第n個等級的隸屬度。

因素評價矩陣設為R：

(4)

由此可以建立綜合評價的數學模型如下：記U=[u1,u2,…,un]為評價因素集，V=[v1,v2,…,vn]為評價等級集(也稱為備選集),A為權重分配集,R為因素評價矩陣,·為算子,B=A·R就是所需要的綜合評價結果。

即：

B=A·R

(5)

(6)

2.2 多層次綜合評價模型

進行分組分層，假設將因素分為p組，則評價因素集：

U=[u1,u2,…,up](i=0，1，2，…,p)。

多層次綜合評價的步驟如圖2所示。

2.3 多層次、多算子模糊綜合評價模型

針對現有的數學模型M(∨，∧)，M(?，∧)，M(?,?)比較切合實際，因此，假設由這對模糊算子得到的評價結果分別記為D1，D2，D3。

v1v2LVnD1b11b12Lb1nD2b21b22Lb2nD3b31b32Lb3n

則最終評價結果為：

3 LED照明模糊綜合評價數學模型的驗證

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

表1 可控屬性包含的各子指標權重評價計算表

用同樣的方法來確定照明評價指標體系各個層次指標的權重，同樣用專家經驗法定出針對每個評價等級的隸屬函數，根據照明現場檢測以及照明設計人員提供的資料和數據計算出各個屬性對應評價子集M={優，良，中，差}的隸屬度。LED照明指標體系主要因素權重和隸屬度表見表2。

整個照明指標體系第一級各指標的權重系數為A=(0.31，0.35,0.34)，綠色屬性的各個指標的權重系數A1=(0.41,0.33,0.26),效果屬性各指標權重系數A2=(0.32,041,0.27),按照前面所建立的多層次、多算子模糊綜合評價模型進行計算，其最后一級因素集按三對模糊算子M(∨，∧)，M(?，∧)，M(?，?)，分別計算得出評價結果如下所示。

表2 LED照明指標體系主要因素權重和隸屬度表

1)能源屬性。

按照M(∨，∧)計算：

按照M(?，∧)計算：

按M(?，?)計算：

為方便表示，將三個結果放在一起如下表示：

以下與上面類同，計算結果如下：

2)經濟性。

3)環境屬性。

4)可控屬性。

5)視覺效果屬性。

6)基本達成效果。

7)其他效果屬性。

接著，使用效果屬性中的權重系數A2=(0.32,0.41,0.27)繼續對二級評價因素中的效果屬性進行評價，按三對模糊算子M(∨，∧)，M(?,∧)，M(?,?)，分別計算得出。

按照M(∨，∧)計算：

按照M(?,∧)計算：

按M(?,?)計算：

使用綠色屬性中的權重系數A1=(0.41,0.33,0.26)繼續對二級評價因素中的綠色屬性進行評價，按三對模糊算子M(∨，∧)，M(?,∧)，M(?,?)，分別計算得出。

按照M(∨，∧)計算：

按照M(?,∧)計算：

按M(?,?)計算：

進一步根據第一級評價權重A=(0.31，0.35,0.34)對一級評價因素集進行評價，按三對模糊算子M(∨，∧)，M(?,∧)，M(?,?)分別計算得出。

按照M(∨，∧)計算：

按照M(?,∧)計算：

按M(?,?)計算：

進行數學平均：

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)。

經歸一化后，最終評價結果為:(0.251，0.32，0.117，0),與評價結果集對應，屬于優秀的概率為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，照明的綜合評價結果為良好，與該照明區域的實際情況基本吻合。

4 結語

項目通過對大型建筑LED照明工程的調研分析，結合工程實際，提出了LED照明系統設計原則和工程評價方法，建立了工程評價指標體系，這對LED照明工程的規范化評價具有重要意義。

[1] 張曉光.公共建筑火災隱患分級判定方法研究[D].西安：西安科技大學,2009.

[2] 程珍珍.多傳感器數據融合技術在煤礦水害預防中的應用[D].太原：太原理工大學,2009.

[3] 徐曉濱.多元信息的描述與建模方法的研究[D].開封：河南大學,2006.

[4] 李 斌.隸屬度確定對模糊控制系統穩定性的影響研究[J].長江科學院院報,2009(1)：19-20.

[5] N. Li，J. Li，Z.H Zhang，et al.Fault Diagnosis of Rotating System Based on Multi-sensor Data Fusion[C].The Sixth World Congress on Intelligent Control Automation, WCICA 2006. 2006:5466-5470.

[6] 趙煥臣，許樹柏，金 生.層級分析法——一種簡易的新決策方法[M].北京：科學出版社，1986.

[7] 韓中庚.數學建模方法及其應用[M].北京：高等教育出版社，2005.

[8] 黃漫國，樊尚春，鄭德智.多傳感器數據融合技術研究進展[J].傳感器與微系統，2010，29(3)：5-8.

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

A