黃茜茜， 奚江琳， 李 鋒, 吳文明

(1. 61517部隊，北京 100039； 2.解放軍理工大學國防工程學院，江蘇南京 210007)

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基于主成分分析法軍隊營區(qū)建筑遺產(chǎn)綜合評估模型研究

黃茜茜1， 奚江琳2， 李 鋒1, 吳文明1

(1. 61517部隊，北京 100039； 2.解放軍理工大學國防工程學院，江蘇南京 210007)

軍隊營區(qū)建筑遺產(chǎn)綜合評估定級的科學性及合理性是遺產(chǎn)分級保護工作客觀有效的重要保證。文章選取了24處典型軍隊營區(qū)建筑遺產(chǎn)作為研究樣本，基于主成分分析法建立了軍隊營區(qū)建筑遺產(chǎn)綜合評估模型，根據(jù)樣本綜合評估結(jié)果提出了三級保護等級劃分標準，最終以美齡舞廳為例應(yīng)用模型分析，驗證了模型的有效性。

軍隊營區(qū)； 建筑遺產(chǎn)； 主成分分析法； 綜合評估模型

軍隊營區(qū)建筑遺產(chǎn)是我國文化遺產(chǎn)的重要組成部分，具有極高的歷史、科學、藝術(shù)和軍事等諸多方面獨特價值[1-2]。由于軍隊營區(qū)建筑遺產(chǎn)種類繁多、分布地域廣、數(shù)量較大，相關(guān)保護工作缺乏統(tǒng)籌協(xié)調(diào)。近年來，軍隊營區(qū)建筑遺產(chǎn)的保護和利用越發(fā)的引起國家和社會的廣泛關(guān)注，其保護工作也得到了軍隊高層的高度重視。但有限的社會資源難以在短時間內(nèi)解決眾多營區(qū)建筑遺產(chǎn)的保護問題。對建筑遺產(chǎn)進行科學、準確的保護評估定級是節(jié)約資源以及對重點文物優(yōu)先保護的必要技術(shù)手段[3-4]。本文所提出的基于主成分分析法綜合評估模型是對建筑遺產(chǎn)評估定級的數(shù)學模型。該模型在已知專家組對建筑遺產(chǎn)的各項指標打分基礎(chǔ)上進行數(shù)學分析，一旦打分結(jié)束，便不再引入主觀因素，極大程度的減少了主觀因素對遺產(chǎn)評估定級的影響。數(shù)學評估模型的準確性、客觀性能夠有效保證建筑遺產(chǎn)分級保護的合理性。

1 研究方法

主成分分析法是基于數(shù)理統(tǒng)計方法實現(xiàn)的，它是將所研究系統(tǒng)的主要因素和其他因素進行相關(guān)性分析，采取降維手段，把原本大量的變量數(shù)據(jù)分析用少量的綜合變量替代的方法[5]，基本原理如下：

設(shè)X為n維空間的隨機變量，且E(X)=0，E(XTX)=σ，則X的第k個主成分為Zk，表達式為：Z=AX，即

(1)

其中，σ是實對稱的n階協(xié)方差矩陣，n個非負特征根為λ1≥λ2≥…≥λn≥0，Ai=(ai1,ai2，…,ain)為λi的單位化特征向量。正交矩陣A=(A1，A2,…,An)T。

對主成分進行遴選。設(shè)Pj為第j個主成分的貢獻率

(2)

在主成分分析中，一般按照各主成分方差比重Pj(j=1,2,…,n)由大到小排序依次選出k個主要因子，Ak=(A1，A2,…，Ak)T即為主成分的載荷矩陣，此處k的取值由所選主成分信息量之和占總體信息量的85 %來確定。由此便通過主成分分析，將原始的n個指標的分析用k個主成分的分析代替，簡化了分析。

經(jīng)過主成分分析后，設(shè)Fi為第i個研究樣本的綜合分值，則令主成分的貢獻率作為主成分權(quán)重可以得到樣本綜合評估分值。

(3)

第i個樣本的綜合分值Fi由其主成分分值與對應(yīng)方差貢獻比重Pi的乘積之和得到。方差貢獻比重Pi代表著第i個主成分占總體信息量的百分比，由其作為綜合評估得分權(quán)重能夠科學、客觀的反映出樣本的綜合評估結(jié)果。主成分分析法采用Matelab軟件編程實現(xiàn)。

2 軍隊營區(qū)建筑遺產(chǎn)綜合評估計算模型

選取24處典型營區(qū)建筑遺產(chǎn)作為研究樣本，樣本的各項指標具體量化數(shù)據(jù)由專家組結(jié)合實地普查情況給出。通過主成分分析法對24處建筑遺產(chǎn)32項指標的專家組打分結(jié)果進行分析，得到綜合評估模型的主成分、載荷矩陣A以及主成分貢獻率Pi(即權(quán)重)，由此建立了基于主成分分析法的軍隊營區(qū)建筑遺產(chǎn)的綜合評估模型。模型建立后，在已知某處軍隊營區(qū)建筑遺產(chǎn)樣本指標評估分值的情況下便可應(yīng)用該模型對樣本進行評估定級。

2.1 建立模型

利用主成分分析法對樣本進行計算和處理，經(jīng)分析得到主成分載荷矩陣、主成分貢獻率(表1)。由主成分分析結(jié)果可以看出，應(yīng)用主成分分析法可以將32項指標變量簡化為涵蓋85 %信息總量的7個主成分。將7個主成分的貢獻率應(yīng)用為綜合得分的權(quán)重，可以科學的表現(xiàn)出主成分分值的重要程度，由此以數(shù)學的方法給出分值權(quán)重解決了以往權(quán)重確定時主觀因素的干擾問題。

表1 主成分貢獻率

通過主成分分析，得到了主成分載荷矩陣A以及各主成分的貢獻率Pi，由此便可建立軍隊營區(qū)建筑遺產(chǎn)綜合評估模型。在樣本空間中，第i個樣本的主成分分值通過式(1)求得，綜合評估得分Fi由式(3)求得。樣本的綜合評估得分越高表明樣本的綜合保護價值越高，反之樣本的綜合保護價值越低。當樣本綜合評估得分為正時，表明該樣本的綜合保護價值處于平均水平以上；反之樣本的綜合保護價值處于平均水平以下；當樣本綜合評估得分為0時，表明該樣本的綜合保護價值處于平均水平。

2.2 保護等級劃分

通過模型計算分析得到如下結(jié)果：24處軍隊營區(qū)建筑遺產(chǎn)，其中12處綜合評估得分為正，12處得分為負，最高分值為3.043，最低分值為-2.081。基于24處樣本的綜合評估結(jié)果，將軍隊營區(qū)建筑遺產(chǎn)劃分為三級：綜合評估得分大于等于1的定為一級保護遺產(chǎn)；綜合評估得分大于等于-1且小于1的定為二級保護遺產(chǎn)；綜合評估得分小于-1的定為三級保護遺產(chǎn)。對24處樣本的保護等級劃分結(jié)果見表2。

表2 軍隊營區(qū)建筑遺產(chǎn)保護等級劃分

3 計算模型應(yīng)用——以美齡舞廳為例

軍隊營區(qū)建筑遺產(chǎn)綜合評估模型的建立，為軍隊營區(qū)建筑遺產(chǎn)保護等級劃定提供了科學的理論依據(jù)。本節(jié)選取具有典型代表性的重慶林園官邸大客廳(又稱美齡舞廳)作為實例，通過對其概況和價值進行分析，獲得專家組對其指標的打分，應(yīng)用綜合評估模型計算出綜合得分、劃定保護級別，從而檢驗軍隊營區(qū)建筑遺產(chǎn)綜合評估模型的科學性、適用性。

3.1 遺產(chǎn)概況

美齡舞廳選址在林園石崗子中部山腰上，附近怪石嶙峋、景觀別致，舞廳底層采用毛石砌筑的方法筑牢地基。美齡舞廳周圍并未鋪設(shè)道路，而由兩處階梯通往，巧妙地保護了建筑周圍獨特的山林景觀。美齡舞廳外觀設(shè)計遵循中國古典建筑的比例、尺度和整體輪廓，采用中國宮殿式大屋頂形式，磚木混合結(jié)構(gòu)，坐北朝南。建筑平面為矩形，規(guī)模中等，建筑面積254.8 m2，面闊9間24.5 m，進深5間13.25 m(圖1、圖2)。

圖1 美齡舞廳模型

圖2 美齡舞廳實景

3.2 綜合評估

結(jié)合實地普查資料，專家組給出對美齡舞廳的打分結(jié)果及標準化分值。對標準化指標分值應(yīng)用(4.15)及(4.18)兩式進行處理，得到主成分分值及綜合評估分值(表3)。

表3 美齡舞廳主成分分值及綜合評估得分

由美齡舞廳的綜合得分可以看出，其保護價值較高。美齡舞廳建筑雖規(guī)模有限、裝飾簡樸，然而與林園其他建筑形成統(tǒng)一風格，細部處理具有特色，整體協(xié)調(diào)，與山林環(huán)境相得益彰，是抗戰(zhàn)時期重慶地區(qū)高級官邸活動場所的典型代表。

美齡舞廳原為省級文物保護單位，軍隊營區(qū)文化遺產(chǎn)保護研究中心結(jié)合實地勘察情況以及相關(guān)專家意見，會同有關(guān) 部門為美齡舞廳申報了第七批全國重點文物保護單位且申報成功，相關(guān)情況于2013年3月由國務(wù)院公布?？梢姂?yīng)用軍隊營區(qū)建筑遺產(chǎn)綜合評估模型將美齡舞廳評估為一級保護遺產(chǎn)是合理的，由此證明了綜合評估模型的科學性、準確性和實用性。

5 結(jié)束語

豐富的建筑遺產(chǎn)是祖先留給我們的寶貴財富，軍隊營區(qū)建筑遺產(chǎn)是我國文化遺產(chǎn)的重要組成部分。然而隨著侵蝕風化、戰(zhàn)火洗禮、社會高速發(fā)展以及軍營建設(shè)活動的愈加頻繁，軍隊營區(qū)內(nèi)許多優(yōu)秀的建筑遺產(chǎn)正遭遇著前所未有的沖擊與破壞。集中有限力量對具有特殊意義的軍隊建筑遺產(chǎn)實施優(yōu)先保護迫在眉睫。本文所建模型為軍隊營區(qū)建筑遺產(chǎn)保護等級劃定提供科學、適用的決策依據(jù)，為軍隊營區(qū)建筑遺產(chǎn)得以科學、持續(xù)地使用，實現(xiàn)對遺產(chǎn)的長遠保護提供了實效性的技術(shù)支撐。

[1] 鄧浩,奚江琳,楊涵. 軍隊建筑遺產(chǎn)研究與群體價值認知[J]. 中國園林,2012(1).

[2] 陳蔚. 我國建筑遺產(chǎn)保護理論和方法研究[D]. 重慶大學,2008.

[3] 童喬慧,劉天楨. 歷史建筑評估中的結(jié)構(gòu)方程模型研究[J]. 華中建筑,2008(12).

[4] 張帆. 近代歷史建筑保護修復(fù)技術(shù)與評價研究[D]. 天津大學,2011.

[5] 林海明. 對主成分分析法運用中十個問題的解析[J]. 統(tǒng)計與決策, 2007(8):16-18.

黃茜茜(1990～)，女，碩士，助理工程師，主要研究方向為國防工程規(guī)劃與系統(tǒng)分析；奚江琳(1969～)，女，博士，副教授，主要從事建筑遺產(chǎn)及防護工程方面的工作；李鋒(1980～)，男，本科，工程師，主要從事建筑設(shè)計工作；吳文明(1982～)，男，本科，工程師，主要從事建筑設(shè)計工作。

TU-87

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[定稿日期]2016-04-28