基于效能评价的照明逆设计改进启发式算法开发

作     者：陈鹏 王立雄 王爱英 吴雨婷 于娟 Chen Peng;Wang Lixiong;Wang Aiying;Wu Yuting;Yu Juan

作者机构：天津大学建筑学院天津300072 天津市建筑物理环境与生态技术重点实验室天津300072 

出 版 物：《天津大学学报（自然科学与工程技术版）》 (Journal of Tianjin University：Science and Technology)

年 卷 期：2023年第56卷第10期

页      面：1090-1101页

核心收录：

学科分类：12[管理学] 1201[管理学-管理科学与工程(可授管理学、工学学位)] 081104[工学-模式识别与智能系统] 08[工学] 081304[工学-建筑技术科学] 0835[工学-软件工程] 0813[工学-建筑学] 0811[工学-控制科学与工程] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家重点研发计划资助项目(2018YFC0705100) 国家自然科学基金资助项目(51678399,52278120) 

主　　题：照明建筑设计集成 逆设计 启发式算法 算法效能 算法改进 

摘      要：为应对照明建筑设计集成新趋势下的质量提升、氛围塑造、节能优化的多元照明设计目标,引入了生成式设计手段,创建了用于照明逆设计的数学模型及启发式算法.数学模型以工作面照度和空间亮度系数(Feu)2项指标调控环境的视觉质量和照明氛围,照明功率密度(LPD)指标调控照明节能;启发式算法对描述光通量、灯具的横向/纵向间距、地面/墙面平均反射率的5维决策变量进行优化,获取最优方案.为确定最佳算法,基于Python算法库scikit-opt将遗传算法(GA)、差分进化算法(DE)、粒子群算法(PSO)、人工鱼群算法(AFSA)用于数学模型的优化,并以1个逆设计函数、4个数学测试函数为测试基准,比较算法的准确性、稳定性、计算效率3类效能.根据比较结果,创建了用于逆设计的多策略算法(inversedesign multi-strategy algorithm,IDMSA),其特点包括:(1)根据运行阶段和寻优状态决定个体执行DE还是AFSA的寻优操作;(2)基于冯·诺依曼邻域执行AFSA的聚群和追尾行为;(3)采用自适应步长.用提升寻优难度的测试基准验证算法效能.结果表明:IDMSA表现出最好的准确性和稳定性,计算效率优于AFSA和DE;使用逆设计数学模型和IDMSA算法可有效实现工作面照度-Feu-LPD的联合优化,生成方案的工作面照度和Feu与参考值的偏差小于5%,统一眩光值(UGR)和照度均匀度符合规范要求;IDMSA所得方案的LPD比DE低2.6%,比PSO低6.1%,节能效果更优.