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(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市發(fā)展也進(jìn)入了可持續(xù)增長(zhǎng)階段。與此同時(shí)，城市規(guī)模、人口密度不斷增加，致使交通運(yùn)輸壓力越來(lái)越大，城市地上交通不能完全滿足人們?nèi)粘３鲂幸?，這時(shí)便產(chǎn)生了地下交通運(yùn)輸方式——地鐵。地鐵的興起，使得交通運(yùn)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(jìn)入沒(méi)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(kāi)闊、缺乏刺激緊張、氣悶等消極反應(yīng)[1]。這就需要對(duì)影響地下環(huán)境及人群心理的因素做以評(píng)價(jià)分析，從而提出改進(jìn)措施，完善地鐵的運(yùn)營(yíng)環(huán)境。

對(duì)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(dòng)乘客提供較為充足的視覺(jué)條件和準(zhǔn)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(zhǎng)時(shí)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(píng)價(jià)領(lǐng)域中，多數(shù)是地上空間或地上建筑物的光環(huán)境評(píng)價(jià)。例如住宅起居室和辦公室的光環(huán)境評(píng)價(jià)[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(píng)價(jià)結(jié)果[5]。而對(duì)于地下空間的光環(huán)境評(píng)價(jià)研究，較之地下空間照明的設(shè)計(jì)則是相對(duì)滯后。同時(shí)，人們對(duì)地鐵空間照明的要求也開(kāi)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(jì)人員需要對(duì)自己的設(shè)計(jì)成果做進(jìn)一步的完善，而光環(huán)境評(píng)價(jià)體系對(duì)其改進(jìn)提供了理論與數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確依據(jù)。因此，本文參考國(guó)內(nèi)外空間光環(huán)境評(píng)價(jià)的研究成果，利用層次分析和問(wèn)卷調(diào)查相結(jié)合的方法確定評(píng)價(jià)體系中各個(gè)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(píng)價(jià)模型，對(duì)地鐵光環(huán)境進(jìn)行評(píng)價(jià)[6-7]。該方法可結(jié)合MATLAB軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，不僅降低了計(jì)算的復(fù)雜性，而且提高了光環(huán)境評(píng)價(jià)的效率及準(zhǔn)確性。

2 構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和AHP確定指標(biāo)權(quán)重

本文在借鑒國(guó)內(nèi)外地下空間光環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[8-9]、地下光環(huán)境設(shè)計(jì)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(jì)標(biāo)準(zhǔn)GB50034-2004[10]、視覺(jué)環(huán)境評(píng)價(jià)方法 GB/T12454-2008[11]、城市軌道交通照明標(biāo)準(zhǔn)GB/T16275-2008[12]和地下鐵道照明標(biāo)準(zhǔn)GB/T16275-1996[13]，構(gòu)建能體現(xiàn)和反映我國(guó)城市地鐵光環(huán)境內(nèi)涵的城市地鐵光環(huán)境評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)指標(biāo)的選取，主要分為兩類(lèi)，一類(lèi)是基于主觀的指標(biāo)，往往直接利用愉悅感、舒適度來(lái)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，多需要進(jìn)行大量的問(wèn)卷調(diào)查試驗(yàn)。另一類(lèi)是以建筑物照明設(shè)計(jì)和地下鐵道照明標(biāo)準(zhǔn)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(shí)際中，只利用照度、亮度等量化指標(biāo)，不能完全反映人們對(duì)光環(huán)境舒適愉悅度的感受，所以將兩種評(píng)價(jià)指標(biāo)相結(jié)合，從而得到更合理化的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

對(duì)于本文，可結(jié)合主觀指標(biāo)與客觀指標(biāo)，從光的視覺(jué)特性即視覺(jué)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(gè)評(píng)價(jià)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(jí)結(jié)構(gòu)模型。評(píng)價(jià)對(duì)象的層級(jí)結(jié)構(gòu)模型一般可以分為：目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和方案層。建立的層級(jí)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(zhǔn)則層B分別為視覺(jué)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(gè)指標(biāo)，具體情況見(jiàn)表1。

圖1 模糊聚類(lèi)因子指標(biāo)體系圖

（2）構(gòu)建判斷矩陣。根據(jù)模糊聚類(lèi)因子指標(biāo)體系圖，將同一層中各因素相對(duì)于上一層而言?xún)蓛蛇M(jìn)行比較，對(duì)每一層中各因素相對(duì)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(gè)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(duì)于重要性程度比，即各指標(biāo)的判斷矩陣，可采用問(wèn)卷調(diào)查的方法得出。評(píng)分時(shí)，按照兩兩相對(duì)重要性程度比，結(jié)合1~9級(jí)標(biāo)度評(píng)分方式，制作調(diào)查問(wèn)卷，而后對(duì)受試者進(jìn)行評(píng)價(jià)試驗(yàn)。例如表4中，如果視覺(jué)環(huán)境指標(biāo)相比色彩環(huán)境指標(biāo)略為重要，則在兩個(gè)指標(biāo)相對(duì)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(píng)價(jià)指標(biāo)體系

表2 A-B判斷矩陣

表3 相對(duì)重要性標(biāo)度及其含義

表4 準(zhǔn)則層指標(biāo)兩兩比較矩陣調(diào)查問(wèn)卷

（3）計(jì)算權(quán)向量。為了得到指標(biāo)權(quán)重，需要計(jì)算每個(gè)判斷矩陣的權(quán)重向量。在本文中，選用和積法計(jì)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(duì)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(jì)算判斷矩陣最大特征值λmax：

式中(BW)i是向量BW 的第i個(gè)元素，B矩陣為判斷矩陣。

（4）一致性檢測(cè)。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(zhǔn)為：

CR＜0.1：說(shuō)明判斷矩陣有良好的一致性，判斷合理；

CR=0.1：說(shuō)明判斷矩陣有較好的一致性，判斷較為合理；

CR＞0.1：說(shuō)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(píng)價(jià)模型

本文構(gòu)建的城市地鐵光環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是一個(gè)二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)模型。整體評(píng)價(jià)過(guò)程為先對(duì)方案層的指標(biāo)進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)方法應(yīng)用，得出其對(duì)應(yīng)的準(zhǔn)則層指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果；然后對(duì)準(zhǔn)則層的指標(biāo)進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)方法應(yīng)用，得出其對(duì)應(yīng)的目標(biāo)層的綜合評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)指標(biāo)體系，確定各級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)集（因素集）得U={u1，u2，…，un}。

（2）根據(jù)問(wèn)卷調(diào)查和層次分析法所確定的城市地鐵光環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中每個(gè)評(píng)價(jià)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(píng)語(yǔ)集。評(píng)語(yǔ)集是評(píng)價(jià)者對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象可能做出的各種評(píng)價(jià)結(jié)果所組合的集合，不論評(píng)價(jià)層次有多少，評(píng)語(yǔ)集只有一個(gè)，即評(píng)語(yǔ)集為V={v1，v2，…，vn}。

（5）綜合評(píng)價(jià)。在單因素評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上利用所得的因素權(quán)重矩陣 A，可得綜合評(píng)價(jià)：B=A?R。對(duì)于評(píng)價(jià)向量 B=(b1，b2，…，bm)，bj表示地鐵光環(huán)境被評(píng)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(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)集指標(biāo)作為最終評(píng)價(jià)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(shí)例分析

應(yīng)用上述層次分析法結(jié)合模糊綜合評(píng)價(jià)模型的方法對(duì)西安某地鐵站光環(huán)境進(jìn)行評(píng)價(jià)。

（1）建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

本文選定的城市光環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如表1。

（2）建立評(píng)價(jià)指標(biāo)集

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

首先進(jìn)行實(shí)地測(cè)量。在本次實(shí)驗(yàn)中，使用光照度計(jì)、光亮度計(jì)和光譜輻射計(jì)等儀器，在均經(jīng)校準(zhǔn)的情況下，按照GB/T5700-2008照明測(cè)量方法[15]，對(duì)地鐵變電站控制室，計(jì)算機(jī)房，售票室，行車(chē)調(diào)度、電力調(diào)度、配電控制室，站臺(tái)，站廳，辦公室，站內(nèi)自動(dòng)扶梯，通道，視屏控制室，行車(chē)值班室，檢票處，通信信號(hào)機(jī)房，變電設(shè)備室、風(fēng)機(jī)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(jìn)行測(cè)量和計(jì)算。

其次，選取問(wèn)卷調(diào)查人員。本文在調(diào)查試驗(yàn)中選取了兩組受試者。第一組為專(zhuān)家小組，由建筑室內(nèi)視覺(jué)環(huán)境設(shè)計(jì)與研究方面專(zhuān)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(píng)價(jià)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(cè)量結(jié)果對(duì)照地下鐵道照明標(biāo)準(zhǔn)，整理數(shù)據(jù)并檢查測(cè)量結(jié)果是否符合標(biāo)準(zhǔn)。而后將分析檢查結(jié)果與調(diào)查問(wèn)卷交于兩組受試者進(jìn)行評(píng)分，得到N份問(wèn)卷調(diào)查表，依據(jù)公式（6）

其中Bi為判斷矩陣，結(jié)合問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果和1~9級(jí)評(píng)判方法，得出最終判斷矩陣。例如準(zhǔn)則層相對(duì)于目標(biāo)層的判斷矩陣，如表6所示。

表6 準(zhǔn)則層相對(duì)于目標(biāo)層的判斷矩陣

得到以上各層級(jí)的判斷矩陣，通過(guò)MATLAB編程計(jì)算出各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。而后進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，并得出一致性檢驗(yàn)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(gè)因素的重要程度，分別賦予每個(gè)因素以相應(yīng)的權(quán)重值，則各權(quán)重集為：

根據(jù)評(píng)價(jià)集的形式，可將本文所涉及內(nèi)容的評(píng)價(jià)等級(jí)劃分為四等，即評(píng)語(yǔ)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(píng)語(yǔ)集和指標(biāo)集，先做出調(diào)查問(wèn)卷，其問(wèn)卷調(diào)查評(píng)價(jià)票數(shù)統(tǒng)計(jì)如表7。再利用公式（7）的計(jì)算方法得出模糊矩陣R，其中rij模糊評(píng)價(jià)矩陣中的元素，mij為rij所對(duì)應(yīng)指標(biāo)的評(píng)價(jià)票數(shù)，n為總的評(píng)價(jià)票數(shù)。

表7 地鐵光環(huán)境問(wèn)卷調(diào)查評(píng)價(jià)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

對(duì)于本文的評(píng)價(jià)對(duì)象，可以得出一、二級(jí)指標(biāo)的模糊矩陣R。

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

由最大隸屬度原則可知地鐵的視覺(jué)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(jí)指標(biāo)的權(quán)重，得到地鐵光環(huán)境模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果如下：市地鐵光環(huán)境評(píng)價(jià)結(jié)果為“良”，其隸屬度為41.21%。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)城市地鐵光環(huán)境的現(xiàn)狀，從視覺(jué)環(huán)境、色彩環(huán)境、心理環(huán)境和空間環(huán)境等四個(gè)方面對(duì)影響光環(huán)境質(zhì)量的因素進(jìn)行分析，建立了更加詳細(xì)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，利用層次分析法結(jié)合問(wèn)卷調(diào)查確定了各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，得出二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)模型，最終得出其評(píng)價(jià)結(jié)果。這一實(shí)例分析評(píng)價(jià)結(jié)果符合實(shí)際情況，表明本文建立的城市地鐵光環(huán)境評(píng)二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)模型可操作性強(qiáng)，適用性好，可為城市地體光環(huán)境評(píng)價(jià)提供參考。

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