黃 璐，段中興

HUANG Lu,DUAN Zhongxing

西安建筑科技大學(xué) 信息與控制工程學(xué)院，西安 710055

School of Information and Control Engineering,Xi’an University of Architecture and Technology,Xi’an 710055,China

1 引言

隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，城市發(fā)展也進入了可持續(xù)增長階段。與此同時，城市規(guī)模、人口密度不斷增加，致使交通運輸壓力越來越大，城市地上交通不能完全滿足人們?nèi)粘３鲂幸螅@時便產(chǎn)生了地下交通運輸方式——地鐵。地鐵的興起，使得交通運輸方式變得多元化。但是地下環(huán)境不同于地上環(huán)境，人們進入沒有自然光照射的環(huán)境中，更容易產(chǎn)生不安、不快、消沉、孤立、黑暗、缺乏吸引力、不開闊、缺乏刺激緊張、氣悶等消極反應(yīng)[1]。這就需要對影響地下環(huán)境及人群心理的因素做以評價分析，從而提出改進措施，完善地鐵的運營環(huán)境。

對于地鐵地下環(huán)境，照明光環(huán)境是其重要的一部分。照明的質(zhì)量以生理、心理等多種方式影響著人們的健康狀況和生命節(jié)律[2]。良好的光環(huán)境不僅可以為出入地鐵的流動乘客提供較為充足的視覺條件和準確的方向引導(dǎo)，而且可以改善地鐵工作人員的工作環(huán)境，降低因長時間在地下工作引起的心理上的不舒適感，在提高工作效率、保證乘客和地下設(shè)備的安全方面起著重要的作用。

目前，在人工照明評價領(lǐng)域中，多數(shù)是地上空間或地上建筑物的光環(huán)境評價。例如住宅起居室和辦公室的光環(huán)境評價[3-4]，以及AYS-E Durak等學(xué)者建立的結(jié)合照度等客觀指標(biāo)與愉悅感等主觀指標(biāo)得出綜合評價結(jié)果[5]。而對于地下空間的光環(huán)境評價研究，較之地下空間照明的設(shè)計則是相對滯后。同時，人們對地鐵空間照明的要求也開始從數(shù)量向質(zhì)量轉(zhuǎn)變，不僅要求可以提供照明還要求照明效果舒適且節(jié)能。這就使得照明設(shè)計人員需要對自己的設(shè)計成果做進一步的完善，而光環(huán)境評價體系對其改進提供了理論與數(shù)據(jù)的準確依據(jù)。因此，本文參考國內(nèi)外空間光環(huán)境評價的研究成果，利用層次分析和問卷調(diào)查相結(jié)合的方法確定評價體系中各個指標(biāo)因子的權(quán)重值。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建城市地鐵光環(huán)境模糊綜合評價模型，對地鐵光環(huán)境進行評價[6-7]。該方法可結(jié)合MATLAB軟件進行數(shù)據(jù)計算，不僅降低了計算的復(fù)雜性，而且提高了光環(huán)境評價的效率及準確性。

2 構(gòu)建評價指標(biāo)體系和AHP確定指標(biāo)權(quán)重

本文在借鑒國內(nèi)外地下空間光環(huán)境評價指標(biāo)體系[8-9]、地下光環(huán)境設(shè)計和地下空間心理影響因素和環(huán)境行為學(xué)等領(lǐng)域的研究成果，結(jié)合城市建筑照明設(shè)計標(biāo)準GB50034-2004[10]、視覺環(huán)境評價方法 GB/T12454-2008[11]、城市軌道交通照明標(biāo)準GB/T16275-2008[12]和地下鐵道照明標(biāo)準GB/T16275-1996[13]，構(gòu)建能體現(xiàn)和反映我國城市地鐵光環(huán)境內(nèi)涵的城市地鐵光環(huán)境評價指標(biāo)體系。在建立指標(biāo)體系后，利用AHP（層次分析法）法確定指標(biāo)權(quán)重。

2.1 體系指標(biāo)的選取

評價指標(biāo)的選取，主要分為兩類，一類是基于主觀的指標(biāo)，往往直接利用愉悅感、舒適度來進行綜合評價，多需要進行大量的問卷調(diào)查試驗。另一類是以建筑物照明設(shè)計和地下鐵道照明標(biāo)準中得出的客觀指標(biāo)作為依據(jù)。光環(huán)境的客觀指標(biāo)主要有照度、照度均勻度、亮度、眩光、色溫、亮度比、平均照度比、顯色指數(shù)、光影、顏色顯現(xiàn)等[11-12，14]。在實際中，只利用照度、亮度等量化指標(biāo)，不能完全反映人們對光環(huán)境舒適愉悅度的感受，所以將兩種評價指標(biāo)相結(jié)合，從而得到更合理化的評價指標(biāo)。

對于本文，可結(jié)合主觀指標(biāo)與客觀指標(biāo)，從光的視覺特性即視覺環(huán)境、色彩效果即色彩環(huán)境、心理影響即心理環(huán)境和整體空間環(huán)境[14]出發(fā)，引入照度、亮度、眩光等概念，以此構(gòu)建一個評價指標(biāo)體系。

2.2 AHP法確定指標(biāo)權(quán)重

（1）根據(jù)以上選取的指標(biāo)，建立合適的層級結(jié)構(gòu)模型。評價對象的層級結(jié)構(gòu)模型一般可以分為：目標(biāo)層、準則層和方案層。建立的層級結(jié)構(gòu)模型如圖1所示，其中目標(biāo)層A代表城市地鐵光環(huán)境，準則層B分別為視覺環(huán)境、色彩環(huán)境、空間環(huán)境和心理環(huán)境，方案層有17個指標(biāo)，具體情況見表1。

圖1 模糊聚類因子指標(biāo)體系圖

（2）構(gòu)建判斷矩陣。根據(jù)模糊聚類因子指標(biāo)體系圖，將同一層中各因素相對于上一層而言兩兩進行比較，對每一層中各因素相對重要性給出一定的判斷，從而形成判斷矩陣。一般，隸屬于指標(biāo)Ai的指標(biāo)Bj（j=1，2，…，m)，其判斷矩陣為一個m維方陣，如表2所示。判斷矩陣中元素bij表示指標(biāo) Bi和 Bj之間的重要性程度比即bij=Bi/Bj。其中bij用數(shù)字1~9及其倒數(shù)作為標(biāo)度，并且

對于重要性程度比，即各指標(biāo)的判斷矩陣，可采用問卷調(diào)查的方法得出。評分時，按照兩兩相對重要性程度比，結(jié)合1~9級標(biāo)度評分方式，制作調(diào)查問卷，而后對受試者進行評價試驗。例如表4中，如果視覺環(huán)境指標(biāo)相比色彩環(huán)境指標(biāo)略為重要，則在兩個指標(biāo)相對應(yīng)的空格中填“3”。以此法得出各層次兩兩比較矩陣，整理數(shù)據(jù)，最終得出判斷矩陣。

表1 地鐵光環(huán)境評價指標(biāo)體系

表2 A-B判斷矩陣

表3 相對重要性標(biāo)度及其含義

表4 準則層指標(biāo)兩兩比較矩陣調(diào)查問卷

（3）計算權(quán)向量。為了得到指標(biāo)權(quán)重，需要計算每個判斷矩陣的權(quán)重向量。在本文中，選用和積法計算權(quán)重。

①將判斷矩陣每一列正規(guī)化：

②將每一列經(jīng)正規(guī)化后的判斷矩陣按行相加：

③對向量作正規(guī)化，歸一化處理：

所得到的W=[w1，w2，…，wn]T即為所求的特征向量。

④計算判斷矩陣最大特征值λmax：

式中(BW)i是向量BW 的第i個元素，B矩陣為判斷矩陣。

（4）一致性檢測。首先確定隨即一致性比率CR：

式中RI為判斷矩陣的一般一致性指標(biāo)，其值如表5所示。

表5 平均隨即一致性指標(biāo)

隨即一致性比較結(jié)果CR的判斷標(biāo)準為：

CR＜0.1：說明判斷矩陣有良好的一致性，判斷合理；

CR=0.1：說明判斷矩陣有較好的一致性，判斷較為合理；

CR＞0.1：說明判斷矩陣不符合一致性原則，需要從新調(diào)整，直到滿意為止。

3 構(gòu)建模糊綜合評價模型

本文構(gòu)建的城市地鐵光環(huán)境評價指標(biāo)體系是一個二級模糊綜合評價模型。整體評價過程為先對方案層的指標(biāo)進行模糊綜合評價方法應(yīng)用，得出其對應(yīng)的準則層指標(biāo)的綜合評價結(jié)果；然后對準則層的指標(biāo)進行模糊綜合評價方法應(yīng)用，得出其對應(yīng)的目標(biāo)層的綜合評價結(jié)果。其基本原理為：

（1）根據(jù)所構(gòu)建的城市地鐵光環(huán)境評價指標(biāo)體系，確定各級評價指標(biāo)集（因素集）得U={u1，u2，…，un}。

（2）根據(jù)問卷調(diào)查和層次分析法所確定的城市地鐵光環(huán)境評價指標(biāo)體系中每個評價指標(biāo)的權(quán)重值，則可得到各層權(quán)重集 A={a1，a2，a3，…，an}。

（3）建立評語集。評語集是評價者對評價對象可能做出的各種評價結(jié)果所組合的集合，不論評價層次有多少，評語集只有一個，即評語集為V={v1，v2，…，vn}。

（5）綜合評價。在單因素評價基礎(chǔ)上利用所得的因素權(quán)重矩陣 A，可得綜合評價：B=A?R。對于評價向量 B=(b1，b2，…，bm)，bj表示地鐵光環(huán)境被評為 vj的隸屬度，根據(jù)最大隸屬度原則，取B中最大隸屬度對應(yīng)的評價集指標(biāo)作為最終評價結(jié)果，這樣就確定了地鐵光環(huán)境綜合優(yōu)劣程度。

4 應(yīng)用實例分析

應(yīng)用上述層次分析法結(jié)合模糊綜合評價模型的方法對西安某地鐵站光環(huán)境進行評價。

（1）建立評價指標(biāo)體系

本文選定的城市光環(huán)境評價指標(biāo)體系如表1。

（2）建立評價指標(biāo)集

根據(jù)前文構(gòu)建的城市地鐵光環(huán)境評價指標(biāo)體系，將指標(biāo)集U分為兩個層次：

首先進行實地測量。在本次實驗中，使用光照度計、光亮度計和光譜輻射計等儀器，在均經(jīng)校準的情況下，按照GB/T5700-2008照明測量方法[15]，對地鐵變電站控制室，計算機房，售票室，行車調(diào)度、電力調(diào)度、配電控制室，站臺，站廳，辦公室，站內(nèi)自動扶梯，通道，視屏控制室，行車值班室，檢票處，通信信號機房，變電設(shè)備室、風(fēng)機房，廁所處的亮度、亮度均勻度、照度、照度均勻度、色溫和顯色性進行測量和計算。

其次，選取問卷調(diào)查人員。本文在調(diào)查試驗中選取了兩組受試者。第一組為專家小組，由建筑室內(nèi)視覺環(huán)境設(shè)計與研究方面專業(yè)人士組成，人數(shù)為10人。第二組為隨即選取的50位視力正常的人所組成的用戶評價小組，其中年齡在20~30歲的15人，30~40歲15人，50-60歲15人，60歲以上5人，均為地鐵職工和乘客。

最后，將儀器測量結(jié)果對照地下鐵道照明標(biāo)準，整理數(shù)據(jù)并檢查測量結(jié)果是否符合標(biāo)準。而后將分析檢查結(jié)果與調(diào)查問卷交于兩組受試者進行評分，得到N份問卷調(diào)查表，依據(jù)公式（6）

其中Bi為判斷矩陣，結(jié)合問卷調(diào)查結(jié)果和1~9級評判方法，得出最終判斷矩陣。例如準則層相對于目標(biāo)層的判斷矩陣，如表6所示。

表6 準則層相對于目標(biāo)層的判斷矩陣

得到以上各層級的判斷矩陣，通過MATLAB編程計算出各個指標(biāo)的權(quán)重。而后進行一致性檢驗，并得出一致性檢驗結(jié)果為CR均小于0.1，判斷矩陣設(shè)置合理。根據(jù)每一層次中各個因素的重要程度，分別賦予每個因素以相應(yīng)的權(quán)重值，則各權(quán)重集為：

根據(jù)評價集的形式，可將本文所涉及內(nèi)容的評價等級劃分為四等，即評語集為V={優(yōu)，良，中，差}。

（5）建立模糊矩陣R

模糊矩陣的確立，可結(jié)合評語集和指標(biāo)集，先做出調(diào)查問卷，其問卷調(diào)查評價票數(shù)統(tǒng)計如表7。再利用公式（7）的計算方法得出模糊矩陣R，其中rij模糊評價矩陣中的元素，mij為rij所對應(yīng)指標(biāo)的評價票數(shù)，n為總的評價票數(shù)。

表7 地鐵光環(huán)境問卷調(diào)查評價結(jié)果統(tǒng)計

對于本文的評價對象，可以得出一、二級指標(biāo)的模糊矩陣R。

根據(jù)前文介紹的單因素評價以及綜合評價的概念和計算方法，結(jié)合以上的二級指標(biāo)權(quán)重向量和模糊矩陣可求得一級指標(biāo)模糊綜合評價結(jié)果如下：

由最大隸屬度原則可知地鐵的視覺環(huán)境水平為良，其隸屬度為39.00%。

由最大隸屬度原則可知地鐵的色彩環(huán)境水平為良，其隸屬度為47.08%。

由最大隸屬度原則可知地鐵的心理環(huán)境水平為優(yōu)，其隸屬度為43.53%。

由最大隸屬度原則可知地鐵的空間環(huán)境水平為良，其隸屬度為39.98%。

再根據(jù)一級指標(biāo)的權(quán)重，得到地鐵光環(huán)境模糊綜合評價結(jié)果如下：市地鐵光環(huán)境評價結(jié)果為“良”，其隸屬度為41.21%。

5 結(jié)束語

本文針對城市地鐵光環(huán)境的現(xiàn)狀，從視覺環(huán)境、色彩環(huán)境、心理環(huán)境和空間環(huán)境等四個方面對影響光環(huán)境質(zhì)量的因素進行分析，建立了更加詳細的評價指標(biāo)體系，利用層次分析法結(jié)合問卷調(diào)查確定了各個指標(biāo)的權(quán)重，得出二級模糊綜合評價模型，最終得出其評價結(jié)果。這一實例分析評價結(jié)果符合實際情況，表明本文建立的城市地鐵光環(huán)境評二級模糊綜合評價模型可操作性強，適用性好，可為城市地體光環(huán)境評價提供參考。

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