基于模糊数学及灰色预测下的墙体绿化研究

翟美娜　张明

【摘要】该文以墙体绿化为研究背景，结合模糊数学及灰色预测理论，针对如何利用模糊数学及灰色预测理论对墙体绿化设计进行简要分析研究。通过探究影响墙体绿化发挥保温隔热、吸附灰尘、吸碳增氧等作用的主要原因，利用模糊数学理论预测大气质量，继而利用灰色预测模型（GM模型）根据所预测的大气状况对所研究系统的发展变化进行全局观察、分析，从而获得吸尘效果、保温效果、隔热效果及光合作用的效果的长期预测。最终得出最适合所设计的场所的最优化设计。

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）06-0055-02

一、引言

墙体绿化将绿化向立面空间发展，可以在最小的空间内尽可能的增大绿化覆盖率，可以解决没有大面积土地但依然可以进行大量绿化的问题。在城市用地越来越少的今天，无疑是解决了一个大问题。并且其种植方法可利用绿色植物自身的生物特性，对墙壁和内部环境起到保温隔热、吸附灰尘、吸碳增氧等作用，能够减少城市居民使用保暖和降温设备的次数，从而推动城市节能减排的步伐。

二、墙体绿化特殊优势及其影响因素

1. 保温隔热

系列实测表明，降温的主要原理是通过植物自身对太阳辐射能量进行消耗、转化以及植物的蒸腾作用吸收热量，而植物蒸腾吸收热量的贡献要比遮挡太阳辐射减少热量的贡献大。而保温原理主要是利用墙体绿化的基质和植物的屏风作用，防止室内热量向外散失，以及根系的呼吸作用产生热量降低温差。

2.吸附灰尘

植物可通过很多途径吸收空气中的污染物，而其主要原理是通过茎枝的表面及叶片的大量的气孔吸附与吸收空气中的污染物。

3.吸碳增氧

由于植物吸收二氧化碳，释放氧气。

三、结合模糊数学及灰色绿化的墙体绿化设计研究

1.研究背景

想要墙体绿化在生態建筑中有效的利用，墙体绿化系统需要进行多方面的思考和研究。其中模糊数学及灰色预测将会在其中发挥非常大的作用。墙体绿化要使其在各个方面发挥最大作用，则需要足够的数据依托，经过利用灰色预测和模糊数学理论知识针对数据进行分析、计算。

模糊数学把数学的应用范围从精确现象扩展到模糊现象，汲取了人脑识别和判断问题的模糊特点，利用隶属度来描述差异的中介过渡状态，为处理模糊性问题提供了有使用价值的手段，符合大气环境系统中各因素间的不确定性、随机性和模糊性。

而灰色预测法是模糊数学派生的一种决策方法。首先定义把被预测的对象作为灰色系统来处理。信息部分明确，部分不明确的系统称为灰色系统。灰色预测是现状研究的继续和发展，其目的是为人们提供一个可以预见的期望效果或前景。

2. 研究分析

绿化系统是一个复杂庞大的非线性系统，不仅涉及天气、绿化面积等方面，还涉及到植物的光合作用及蒸腾作用等，这也决定了墙体绿化的准确预测是比较困难的。

忽略墙体绿化的管理水平以及艺术上的需求等原因进行研究。

（1）应用模糊数学进行大气预测

人类的活动对大气环境的影响非常复杂，存在的事物及现象具有模糊性质，因此大气环境预测的判断和度量上也具有模糊性。故根据模糊数学的原理，用模糊语言描述大气环境的许多资料、判断及各种定性，对大气环境质量进行综合识别和判断及预测。这对于绿化设计上具有一定程度上的远瞻性。

（2） 应用GM灰色预测模型进行优势效果预测

因为墙体绿化的设计所受影响因素具有不确定性和复杂性的特点，因此，我们选取灰色预测模型来对所设计的墙体绿化在建立后不同的情况下获得的优势效果进行预测。将不同的植物在不同的空气状况（日照强度、环境温度、环境湿度等）及不同的地点针对绿化的不同方式得到的吸尘效果、保温效果、隔热效果及光合作用的效果，利用灰色预测模型（GM模型）根据所预测的大气状况对所研究系统的发展变化进行全局观察、分析和长期效果预测。而其中最常用的方法是一阶一元微分方程预测模型GM（1，1）。

GM（1，1）模型中系数 称为发展系数，它反映系统的发展态势，当 为负值时，其绝对值越大，系统发展就越快；反之，则越慢。参数 称为灰作用量，它反映数据变化的关系。

（3）综合评定得出最优设计

根据模糊数学及灰色预测理论得出的数据及效果观察分析，综合所有结论针对其作出数学模型，探究出可以使墙体绿化的各个优势发挥出最大的作用，各种优势发挥达到平衡的方案，进而得到最优设计。

四、结语

针对墙体绿化的研究如今国内已有相关论文，但多数为基于生物科学及建筑设计方面的研究，而基于数学理论的墙体绿化的研究还不够深入。墙体绿化设计涉及的因素很多，适应现代化的动态化特征，科学预测一个地区的墙体绿化设计的进程，不仅需要成熟的理论、科学的方法，更需要扎实的基础资料支撑。故本文将传统意义上的墙体绿化设计引入模糊数学及灰色预测理论，针对墙体绿化的优势及其影响因素进行了分析，并针对根据模糊数学及灰色系统理论针对墙体绿化的设计进行了简要分析研究。

参考文献：

[1] 汪培庄，韩立岩.《模糊数学理论》，北京经济学院出版社。1989

[2] 邓聚龙.灰色系统理论教程.武汉：华中理工大学出版社.1990.

[3] 杨庆仙，刘芳.浅谈藤蔓植物在城市垂直绿化中的应用[J].河北林业科技，2004，4（8）：158～159.

[4] 刘思峰，党耀国，方志耕，等.灰色系统理论及其应用[M]5版.北京科学出版社.2012：146～197