基于多层次模糊综合评价建筑LED照明性能分析

任 育

(山西省建筑设计研究院，山西 太原 030013)

基于多层次模糊综合评价建筑LED照明性能分析

任 育

(山西省建筑设计研究院，山西 太原 030013)

简述了LED照明技术所具有的高效、节能、绿色环保等优势，从照明的可控属性、绿色属性、效果属性三方面出发，利用多层次模糊算法构建了综合评价模型，以此达到对整个大型建筑的照明系统的性能分析，并经过实例验证达到了理想的效果。

LED照明，属性分层，模糊评价，性能分析

0 引言

随着LED照明技术的飞速发展，特别是奥运会、世博会等大型活动以及“十城万盏”等项目的示范应用，特别是山西省跨越转型的大背景下，LED照明技术正逐步进入人们的生活，已被许多人视为充满潜力的新时代主要照明光源。目前LED照明技术已日趋成熟，并已步入应用暴发期。

1 建筑LED照明的具体评价方案

对建筑照明的评价，主要集中在建筑照明的设计阶段。为了提高效率，又要全面考虑广大市民的意见(见图1)，本文采用基于专家打分基础上的建筑照明综合评价方法，进一步对专家和市民意见与打分情况综合考虑进行方案选择及设计改进，以此来建立整个照明评价体系。

1.1 场馆LED照明的综合评价指标体系

照明的评价应是针对整个场景照明的集中评价，应从绿色性、可控性、效果性等方面综合分析。照明的综合评价是一个多层次、多因素的综合评价问题，评价指标体系应由照明的基本属性来组成，包括绿色性能指标，可控性能指标，效果性能指标。每个性能指标又由一些指标组成，这些指标逐一细化组成整个综合评价指标体系。

1)可控属性指标。

照明的可控属性是指场馆的照明模式能够控制实现的可变性，具体包括照明可变换模式的多少，特殊日和普通日照明模式能否切换，以及夜晚不同时段照明可切换性、合理性等。

2)绿色属性评价。

能源是人类赖以生存和发展的重要物资基础，节约能源的各项举措都直接关系照明系统的绿色性，此外，照明系统本身建造的经济成本包含了设计、建造及后期维护的成本，同时相关的生产、经济活动所造成的环境污染而导致的社会费用等，相关污染对环境带来的不良影响等都是评价绿色属性不可缺少的重要部分。

3)效果属性评价。

照明的效果属性是其最基本的属性，照明效果的具体指标包括：照明的目的性及符合情况，照明的方式选择，照明效果与被照物的美学统一性，照明标准的选择是否合适，灯具和灯架的安装，光与环境的关系、观赏性、安全性、维护性等多个方面，评价时，为避免评价因素过多而使得某些指标权重系数过小失去作用，所以把效果属性指标下面分为两层指标体系进行评价。

1.2 场馆LED照明评价算法模型的建立

综合照明评价的对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，因此对复杂对象的多指标综合评价方法始终是人们研究的课题。国内外先后有价值函数法、层次分析法、DEA(数据包络分析法)以及模糊综合评价法。

模糊综合评价法对照明系统的综合性能评价较为合理。

2 建筑照明多层次多算子模糊综合评价数学模型

2.1 综合评价的原始模型

设评价集为U=[u1,u2,…，un]评价体系中各种因素u1,u2,…,un对应于不同的评价结果，我们设这个评价结果集为V=[v1,v2,…，vn],就是说评价结果从小到大分为n个等级。

我们给每个因素赋予一个权重ai,且权重应该满足归一条件，即:

为了得到评价结果集B，我们先对单因素ui(i=1,2,3，…,m)作出评价，得到单因素评价集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为第m个因素对评价结果集V中的第n个等级的隶属度。

因素评价矩阵设为R：

(4)

由此可以建立综合评价的数学模型如下：记U=[u1,u2,…,un]为评价因素集，V=[v1,v2,…,vn]为评价等级集(也称为备选集),A为权重分配集,R为因素评价矩阵,·为算子,B=A·R就是所需要的综合评价结果。

即：

B=A·R

(5)

(6)

2.2 多层次综合评价模型

进行分组分层，假设将因素分为p组，则评价因素集：

U=[u1,u2,…,up](i=0，1，2，…,p)。

多层次综合评价的步骤如图2所示。

2.3 多层次、多算子模糊综合评价模型

针对现有的数学模型M(∨，∧)，M(•，∧)，M(•,⨁)比较切合实际，因此，假设由这对模糊算子得到的评价结果分别记为D1，D2，D3。

v1v2LVnD1b11b12Lb1nD2b21b22Lb2nD3b31b32Lb3n

则最终评价结果为：

3 LED照明模糊综合评价数学模型的验证

以本文所建立的照明指标体系中第二层的可控属性包含的各子指标为例说明各因素权重的确定过程，u1为特殊日子照明模式的切换性；u2为夜晚不同时段照明模式的切换性；u3为夜晚不同时段照明模式切换的合理性；u4为照明可变换模式的多少，权重向量的确定如表1所示。

表1 可控属性包含的各子指标权重评价计算表

用同样的方法来确定照明评价指标体系各个层次指标的权重，同样用专家经验法定出针对每个评价等级的隶属函数，根据照明现场检测以及照明设计人员提供的资料和数据计算出各个属性对应评价子集M={优，良，中，差}的隶属度。LED照明指标体系主要因素权重和隶属度表见表2。

整个照明指标体系第一级各指标的权重系数为A=(0.31，0.35,0.34)，绿色属性的各个指标的权重系数A1=(0.41,0.33,0.26),效果属性各指标权重系数A2=(0.32,041,0.27),按照前面所建立的多层次、多算子模糊综合评价模型进行计算，其最后一级因素集按三对模糊算子M(∨，∧)，M(•，∧)，M(•，⨁)，分别计算得出评价结果如下所示。

表2 LED照明指标体系主要因素权重和隶属度表

1)能源属性。

按照M(∨，∧)计算：

按照M(•，∧)计算：

按M(•，⨁)计算：

为方便表示，将三个结果放在一起如下表示：

以下与上面类同，计算结果如下：

2)经济性。

3)环境属性。

4)可控属性。

5)视觉效果属性。

6)基本达成效果。

7)其他效果属性。

接着，使用效果属性中的权重系数A2=(0.32,0.41,0.27)继续对二级评价因素中的效果属性进行评价，按三对模糊算子M(∨，∧)，M(•,∧)，M(•,⨁)，分别计算得出。

按照M(∨，∧)计算：

按照M(•,∧)计算：

按M(•,⨁)计算：

使用绿色属性中的权重系数A1=(0.41,0.33,0.26)继续对二级评价因素中的绿色属性进行评价，按三对模糊算子M(∨，∧)，M(•,∧)，M(•,⨁)，分别计算得出。

按照M(∨，∧)计算：

按照M(•,∧)计算：

按M(•,⨁)计算：

进一步根据第一级评价权重A=(0.31，0.35,0.34)对一级评价因素集进行评价，按三对模糊算子M(∨，∧)，M(•,∧)，M(•,⨁)分别计算得出。

按照M(∨，∧)计算：

按照M(•,∧)计算：

按M(•,⨁)计算：

进行数学平均：

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)。

经归一化后，最终评价结果为:(0.251，0.32，0.117，0),与评价结果集对应，属于优秀的概率为0.357，属于良好的概率为0.47，属于中等的概率为0.173，属于差的概率为0，按照最大隶属度原则，照明的综合评价结果为良好，与该照明区域的实际情况基本吻合。

4 结语

项目通过对大型建筑LED照明工程的调研分析，结合工程实际，提出了LED照明系统设计原则和工程评价方法，建立了工程评价指标体系，这对LED照明工程的规范化评价具有重要意义。

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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，助理工程师

TU113.6

A