基于AHP和QFD的博物館智能展柜設(shè)計(jì)

關(guān)鍵詞：博物館；智能展柜；AHP層次分析法；QFD理論；可持續(xù)設(shè)計(jì)；無障礙設(shè)計(jì)；用戶體驗(yàn)

引言

作為世界上唯一保持?jǐn)?shù)千年延續(xù)不斷的文明古國，中國在發(fā)展博物館事業(yè)上具有天然深厚的基礎(chǔ)[1]。博物館重要的目標(biāo)之一，是讓不同年齡、不同背景的公眾共享博物館的藏品和知識，讓他們參與知識的學(xué)習(xí)和文化的交流[2]。為推進(jìn)我國博物館事業(yè)的發(fā)展，我國提出：到2035 年基本建成世界博物館強(qiáng)國的目標(biāo)。目前，數(shù)字博物館的相關(guān)研究呈現(xiàn)出一個(gè)熱潮的趨勢，在博物館的展示交互設(shè)計(jì)中對于數(shù)字信息的應(yīng)用是必不可少的[3]。一些鎮(zhèn)館之寶不能公開展覽，觀眾僅能通過工作人員的介紹和圖片來獲取信息。如果應(yīng)用5G技術(shù)和AI 技術(shù)，立體而動態(tài)地呈現(xiàn)藏品，觀眾不但可以對文物的各個(gè)細(xì)節(jié)進(jìn)行欣賞，也能獲得強(qiáng)烈代入感和沉浸感[4]。展品數(shù)字化，展柜智能化是文化展示及傳播的有效途徑，展柜是支撐起陳列展覽主線的脊梁，也是陳列展覽主角文物的主要承載體，其制作水平的高低，直接影響到陳列展覽的整體效果[5]。此外，可持續(xù)發(fā)展的理念在博物館的發(fā)展生態(tài)中有其由內(nèi)而外衍生的條件[6]。通過智能化技術(shù)，展柜能夠?qū)崿F(xiàn)更精準(zhǔn)的能源管理，根據(jù)環(huán)境和使用情況自動調(diào)節(jié)照明亮度和溫度、濕度控制，從而減少不必要的能源消耗，提升能源利用效率，這在很大程度上體現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展的理念。同時(shí)，智能化展柜可以對自身狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和診斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在問題并進(jìn)行優(yōu)化維護(hù)，延長展柜的使用壽命，減少資源浪費(fèi)。因此，智能化展柜為實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約、環(huán)境保護(hù)和文化傳承的可持續(xù)性目標(biāo)提供了有力支持。

張樂[7] 在研究展柜陳設(shè)中指出，用多媒體等手段展示立體的圖景；徐方圓[8] 等人用氣蹤法來檢測展柜的密封度，保障展柜內(nèi)文物的微環(huán)境；郭雨晴[9] 等人從游客的觀看視角和工作人員收取便捷性的需求出發(fā)，對智能文物展柜進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究；現(xiàn)有的博物館展品展柜從對文物環(huán)境檢測、防震保護(hù)、游客觀看體驗(yàn)等角度進(jìn)行探索，增強(qiáng)了展品的安全性以及觀看體驗(yàn)。但是現(xiàn)有的展柜在實(shí)現(xiàn)交互的同時(shí)，可持續(xù)性、無障礙設(shè)計(jì)等方面仍少有研究。本文以AHP 法和QFD 理論作為理論支撐，來構(gòu)建博物館智能展柜的設(shè)計(jì)理論模型，以此為依據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，并完成實(shí)例設(shè)計(jì)。

一、研究模型

（一）層次分析法

層次分析法（AHP）是處理多目標(biāo)、多準(zhǔn)則、結(jié)構(gòu)復(fù)雜問題，以及定性與定量相結(jié)合、定性信息定量化、復(fù)雜問題簡單化的一種實(shí)用而有效的方法[10]。層次分析法作為一種分析決策方法，被廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)中[11]。該方法根據(jù)問題的性質(zhì)和要達(dá)到的總目標(biāo)，將問題分解為不同的組成因素，并按照因素間的相互關(guān)聯(lián)影響以及隸屬關(guān)系，將因素按不同層次聚集組合后計(jì)算其綜合權(quán)重，最終做出評價(jià)與決策。

（二）QFD 理論

QFD 是20 世紀(jì)60 年代末由日本學(xué)者提出來的，以客戶需求為核心，將客戶需求轉(zhuǎn)換成代用質(zhì)量特性，確定產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量（標(biāo)準(zhǔn)），以使最終產(chǎn)品事前就實(shí)現(xiàn)質(zhì)量保證，屬于產(chǎn)品定義階段解決需要做什么的問題[12]。HOQ 是QFD 方法的核心工具，通過構(gòu)建HOQ，可以將客戶需求轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品特性，并進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為具體的設(shè)計(jì)指標(biāo)和生產(chǎn)要求。

（三）研究方法結(jié)合

AHP 可確定不同因素的相對重要性權(quán)重，QF 則D 能將顧客需求轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品或服務(wù)的技術(shù)特性，將AHP 和QFD 結(jié)合使用，AHP彌補(bǔ)了QFD 在確定因素權(quán)重方面可能存在的主觀性不足，而QFD則彌補(bǔ)了AHP 在將抽象權(quán)重轉(zhuǎn)化為具體產(chǎn)品特性方面的欠缺。兩者結(jié)合提升了決策科學(xué)性，全面涵蓋多方面因素且兼顧主觀與客觀，增強(qiáng)了可操作性。

（四）研究創(chuàng)新與思路

作為文化傳播的重要載體，博物館展柜在展示藏品和提升用戶觀展體驗(yàn)中具有核心作用。然而，傳統(tǒng)展柜設(shè)計(jì)更多關(guān)注展品的保護(hù)與陳列功能，忽視了參觀者多樣化的需求。特別是面對智能化和可持續(xù)發(fā)展的趨勢，如何通過展柜設(shè)計(jì)提升參觀者的交互參與感、便利性和沉浸感，仍是亟待解決的關(guān)鍵問題。目前，大部分展柜在無障礙設(shè)計(jì)、互動體驗(yàn)和能源管理方面仍存在不足，輪椅使用者難以接近展柜，傳統(tǒng)照明設(shè)計(jì)能耗過高，且互動性較弱等問題導(dǎo)致用戶觀展參與度較低。文章在保障智能交互的同時(shí)，將無障礙設(shè)計(jì)與可持續(xù)設(shè)計(jì)有機(jī)融合的智能展柜設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)，不僅能夠提升博物館展柜的功能性和人性化程度，為殘障人士提供更加平等的文化體驗(yàn)機(jī)會，還有助于推動博物館在可持續(xù)發(fā)展道路上邁出堅(jiān)實(shí)的步伐，具有重要的理論和實(shí)踐意義。

目前，我國已有多位學(xué)者將層次分析法（AHP）和功能展開法（QFD）結(jié)合使用于用戶需求的設(shè)計(jì)研究中，如邵進(jìn)[13] 等人基于AHP 和QFD 的學(xué)齡前兒童植物生長認(rèn)知的線上線下，軟硬件結(jié)合的產(chǎn)品設(shè)計(jì)研究；王軍[14] 等人基于AHP 和QFD 法的適老浴室柜的設(shè)計(jì)研究；劉洋[15] 等基于AHP 和QFD 的共享老年代步車人機(jī)工程設(shè)計(jì)研究。在上述研究中，不同學(xué)者從不同角度對于AHP 法和QFD理論結(jié)合使用進(jìn)行了詳細(xì)的探討，通過科學(xué)的量化方法對不同用戶需求權(quán)重進(jìn)行計(jì)算排序，使設(shè)計(jì)方案更加客觀科學(xué)。綜上所述，博物館智能展柜設(shè)計(jì)也需要從用戶需求出發(fā)，用AHP 法和QFD 理論加以科學(xué)的指導(dǎo)。具體流程如下；首先采用線上調(diào)研、實(shí)地調(diào)研與觀察法對不同的用戶群體進(jìn)行訪談，經(jīng)整理后運(yùn)用層次分析法（AHP）計(jì)算各層次需求的權(quán)重值。運(yùn)用小組討論法將用戶需求轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)特征并建立HOQ 質(zhì)量屋，確定各設(shè)計(jì)特征指標(biāo)權(quán)重值，通過排序確定用戶需求的設(shè)計(jì)重點(diǎn)指標(biāo)。最后，根據(jù)排序靠前的指標(biāo)完成設(shè)計(jì)方案及實(shí)踐。

二、用戶需求調(diào)研與層次化分析

（一）用戶需求調(diào)研

為深入了解用戶對于博物館展柜的需求，通過半結(jié)構(gòu)訪談和觀察法來了解不同用戶在觀展過程中所遇到的相關(guān)問題以及其看法與需求，具體訪談問題見表1。搜集他們的回答作為原始數(shù)據(jù)，同時(shí)觀察，并記錄他們在參觀過程中的行為活動。本次研究采用線上和線下結(jié)合的方式，共采訪112 人，其中男性47 人，女性65 人，采訪對象為參觀者、工作人員、居民和相關(guān)行業(yè)的專業(yè)人員。將采集的信息進(jìn)行整理，得到目標(biāo)用戶對于博物館展柜的基本需求統(tǒng)計(jì)，見表2。

（二）用戶需求權(quán)重層次化分析及權(quán)重計(jì)算

1. 用戶需求層次化展開：采用KJ 法對用戶需求進(jìn)行層次化展開，為避免選詞的相近性與重復(fù)性，需對詞匯進(jìn)行篩選、整合和補(bǔ)充，最終構(gòu)建出較為合理科學(xué)、全面的用戶需求層次化展開表，見表3。目標(biāo)層為總需求層A，準(zhǔn)基層為安全、功能、環(huán)境、外觀需求層B，子準(zhǔn)基層為具體需求層C。

2. 構(gòu)建判斷矩陣：在科學(xué)合理的博物館智能展柜設(shè)計(jì)方案第一需求層次 A 中，以安全需求 B1、功能需求 B2、 環(huán)境需求 B3、外觀需求 B4 為例，邀請7 名用戶進(jìn)行1—9 評判標(biāo)度法打分，見表 4。對準(zhǔn)基層B 之間的項(xiàng)目重要性進(jìn)行兩兩比較，并轉(zhuǎn)化為判斷指數(shù)Wij，取其均值作為最終評價(jià)結(jié)果，得到判斷矩陣D，見式（1）。

3. 計(jì)算權(quán)重，進(jìn)行一致性檢驗(yàn)：采用幾何平均法計(jì)算矩陣D 的幾何平均值，見式（2）；其結(jié)果歸一化處理后得到相對權(quán)重，見式（3）；接著計(jì)算出最大特征根，見式（4）；最后并進(jìn)行一致性檢查，見式（5）（6）。

同理，對于準(zhǔn)基層C 構(gòu)建判斷矩陣并計(jì)算其權(quán)重值，計(jì)算結(jié)果見表7 ～ 10。 CR 值分別為0.060，0.027，0.043，0.034，CR 值均小于0.1，一致性檢驗(yàn)通過。

4. 綜合權(quán)重計(jì)算：通過將每個(gè)子準(zhǔn)則的局部權(quán)重與其上一級準(zhǔn)則的權(quán)重相乘，得到子準(zhǔn)則的綜合權(quán)重。并進(jìn)行排序，具體結(jié)果見表11 。

三、設(shè)計(jì)特征轉(zhuǎn)化與HOQ建立

（一）設(shè)計(jì)特征轉(zhuǎn)化

首先，通過運(yùn)用小組討論法對設(shè)計(jì)特征進(jìn)行系統(tǒng)推斷，其次，選取博物館中的參觀者進(jìn)行訪談，從而確定設(shè)計(jì)特征的適用性并確保與用戶需求的契合度。最終，明確博物館智能展柜設(shè)計(jì)特征能夠?qū)崿F(xiàn)的預(yù)期效果。如C8 的需求是多感官體驗(yàn)，可以合理推斷出Y8展柜需要增設(shè)觸覺反饋和音響系統(tǒng)。具體見表12。

（二）HOQ 建立

構(gòu)建博物館智能展柜用戶需求與設(shè)計(jì)特征之間的質(zhì)量功能展開（QFD）矩陣，并分別邀請相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜壹皡⒂^用戶依據(jù)0 至5 的評分標(biāo)準(zhǔn)對設(shè)計(jì)特征與用戶需求之間的相關(guān)性進(jìn)行評價(jià)。具體評分標(biāo)準(zhǔn)為：0 表示無關(guān)，1 表示弱相關(guān)，3 表示中度相關(guān)，5 表示高度相關(guān)，2 和4 則為中間評分，其結(jié)果見表13。

用Ej 表示設(shè)計(jì)需求的絕對重要度權(quán)重，ej 表示相對重要度權(quán)重，Wi 為第i 個(gè)用戶需求的權(quán)重，F(xiàn)ij 表示兩者之間的關(guān)系系數(shù)，代入式（7）—（8）進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見表14 。

四、博物館智能展柜設(shè)計(jì)實(shí)踐

（一）博物館智能展柜設(shè)計(jì)方案

將相對重要度權(quán)重進(jìn)行從高到低排序結(jié)果是：Y2 ＞ Y8 ＞ Y5 ＞Y3 ＞ Y4 ＞ Y1 ＞ Y13 ＞ Y6 ＞ Y11 ＞ Y7 ＞ Y10 ＞ Y9 ＞ Y12 ＞ Y14，以上為博物館智能展柜設(shè)計(jì)特征權(quán)重分析，重要度排在前10 的是：配備實(shí)時(shí)監(jiān)控和報(bào)警裝置、增設(shè)觸覺反饋和音響系統(tǒng)、簡化展柜結(jié)構(gòu)、增加展品防震或感應(yīng)裝置、集成觸摸屏和感應(yīng)器等互動設(shè)備、展柜邊角增加防護(hù)設(shè)計(jì)、和諧的色彩搭配、智能調(diào)光技術(shù)、展柜材料的環(huán)保性、無障礙設(shè)計(jì)。基于上述排序進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)踐。

采用DHT22 數(shù)字溫濕度傳感器和MPU6050 振動傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測展柜內(nèi)部的溫濕度和震動參數(shù)。傳感器通過LoRa 無線通信模塊與監(jiān)控中心連接，確保信號傳輸穩(wěn)定且能耗較低。配備基于AI 算法的異常數(shù)據(jù)分析模塊，通過實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)判斷異常情況，如溫濕度超標(biāo)或強(qiáng)烈振動。當(dāng)系統(tǒng)檢測到溫濕度超標(biāo)時(shí)，自動觸發(fā)報(bào)警并調(diào)整展柜內(nèi)部控制模塊，通過聯(lián)動空調(diào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)溫濕度的動態(tài)調(diào)節(jié)。當(dāng)外力沖擊導(dǎo)致展柜震動幅度超出安全值時(shí)，觸發(fā)報(bào)警并向安保人員發(fā)送通知。這一設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了Y2 和Y3 的設(shè)計(jì)特征。

根據(jù)人體工程學(xué)原理， 展柜的尺寸為： 長1350mm、寬500mm、高1728mm，以適應(yīng)大多數(shù)用戶的觀展需求。為滿足輪椅用戶的無障礙使用，展柜下方采用開放式結(jié)構(gòu)，提供足夠的腿部空間。抽拉桌面高度為750mm，寬度為833mm，確保輪椅用戶在操作時(shí)既能貼近展柜，又保持活動舒適性和穩(wěn)定性，并且配備可調(diào)節(jié)傾斜角度的12.9 英寸觸摸屏，輪椅用戶可通過其獲取展品的背景信息、3D 模型展示及多語言講解內(nèi)容。無線耳機(jī)支持提供音頻講解，滿足聽障或語言偏好不同用戶的需求。這一設(shè)計(jì)提升了輪椅用戶的可訪問性及用戶的互動體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了Y7 和Y8 的設(shè)計(jì)特征。

柜體采用回收木材，源自認(rèn)證環(huán)保渠道，經(jīng)干燥、防腐、防蟲處理，含水率控制在8％～ 12％區(qū)間，確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定不變形。展柜玻璃則采用低反射夾膠玻璃，其多層光學(xué)薄膜涂層技術(shù)，反射率低至1％以下，抗沖擊強(qiáng)度超國家標(biāo)準(zhǔn)2 倍（依據(jù) GB9962-1998 標(biāo)準(zhǔn)測試），在有效抵御意外撞擊同時(shí)，極大削減反射光影干擾。此外，使用鋁合金型材作為展柜框架的連接部件，模塊化設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)便于清潔、運(yùn)輸、安裝和維護(hù)，可在減少資源浪費(fèi)的同時(shí)延長展柜的使用壽命，達(dá)成Y11 和Y5 的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

上方設(shè)置互動的屏幕，支持多點(diǎn)觸控技術(shù)，結(jié)合嵌入式互動軟件（基于Unity3D 開發(fā)）為用戶提供豐富的互動內(nèi)容，包括展品3D模型、歷史背景動畫、音視頻解說，將展品趣味化，可視化。安裝非接觸式手勢感應(yīng)器Leap Motion，實(shí)現(xiàn)無接觸瀏覽操作，參觀者可通過手勢滑動展品3D 模型，放大或旋轉(zhuǎn)觀察細(xì)節(jié)。另外，展柜內(nèi)部安裝8 個(gè)獨(dú)立可控的LED 照明單元，每個(gè)單元覆蓋展柜的不同區(qū)域。這些單元由嵌入式微控制器（MCU）統(tǒng)一管理，確保光源切換平滑無延遲。觸摸屏內(nèi)嵌的解說系統(tǒng)通過與燈光控制模塊的無線通信協(xié)議（Bluetooth）實(shí)時(shí)聯(lián)動，當(dāng)用戶點(diǎn)擊某一部位的3D 模型或文字解說內(nèi)容時(shí)，觸摸屏?xí)驘艄饽K發(fā)送定位信號，燈光模塊根據(jù)信號精準(zhǔn)點(diǎn)亮對應(yīng)區(qū)域的LED 單元，以聚光模式突出展品細(xì)節(jié)。講解結(jié)束后，燈光恢復(fù)到柔和的均勻照明狀態(tài)，系統(tǒng)會自動進(jìn)入休眠模式，減少能源消耗。這一設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了Y4 和Y6 的特征。

展柜采用灰黑色低飽和度配色，既突出了展品主體，也增強(qiáng)了博物館整體氛圍的嚴(yán)謹(jǐn)性和專業(yè)性。邊角進(jìn)行了圓角處理，避免參觀者磕碰風(fēng)險(xiǎn)。這一設(shè)計(jì)平衡了功能性與美觀性，實(shí)現(xiàn)了Y1 和Y13的設(shè)計(jì)特征。

展柜示意具體見圖1 ～ 3。

（二）設(shè)計(jì)評價(jià)

為了驗(yàn)證博物館智能展柜設(shè)計(jì)方案的滿意度，再次邀請50 位用戶（包括輪椅使用者、普通參觀者、專業(yè)人士），從“配備實(shí)時(shí)監(jiān)控和報(bào)警裝置”“增設(shè)觸覺反饋和音響系統(tǒng)”“簡化展柜結(jié)構(gòu)”“增加展品防震或感應(yīng)裝置”“集成觸摸屏和感應(yīng)器等互動設(shè)備”“展柜邊角增加防護(hù)設(shè)計(jì)”“和諧的色彩搭配”“智能調(diào)光技術(shù)”“展柜材料的環(huán)保性”“無障礙設(shè)計(jì)”10 個(gè)特征進(jìn)行評估。本次評分采用7 級李克特標(biāo)度的語義差異量表，評分標(biāo)準(zhǔn)為：3 表示非常滿意，2 表示很滿意，1 表示滿意，0 表示中等，-1 表示不滿意，-2 表示很不滿意，-3 表示非常不滿意。通過計(jì)算50 位用戶評分的平均值，得分越高代表用戶的滿意度越高。

評分顯示，所有維度均獲得1.5 分以上，表明用戶對設(shè)計(jì)方案的整體滿意度較好，具體見圖4。此外，輪椅用戶反饋：抽拉式互動屏幕方便操作，低位設(shè)計(jì)顯著提高了展品可接近性。專業(yè)人員反饋：模塊化結(jié)構(gòu)簡化了維護(hù)流程，智能監(jiān)控系統(tǒng)大幅提升了文物保護(hù)的效率。普通參觀者反饋：燈光效果與互動功能增強(qiáng)了觀展的趣味性和參與感。部分用戶建議進(jìn)一步優(yōu)化屏幕操作的便捷性，例如增設(shè)語音控制功能。同時(shí)，有少數(shù)用戶反映展柜高度對兒童觀眾的友好度仍有提升空間。

結(jié)語

本研究基于AHP 和QFD 方法，系統(tǒng)探討了博物館智能展柜的設(shè)計(jì)過程，重點(diǎn)分析了用戶需求與設(shè)計(jì)特征之間的關(guān)系。通過AHP法對不同設(shè)計(jì)特征進(jìn)行權(quán)重分配，并利用QFD 方法構(gòu)建了設(shè)計(jì)特征與用戶需求的質(zhì)量屋。研究結(jié)果表明，展柜的安全性、互動展示技術(shù)、智能照明系統(tǒng)、無障礙及可持續(xù)設(shè)計(jì)特征在滿足用戶需求方面具有較高的重要性和優(yōu)先級。在實(shí)際應(yīng)用中，本研究所提出的設(shè)計(jì)方案不僅提升了博物館展柜的智能化水平，也增強(qiáng)了參觀者的互動體驗(yàn)和安全保障，為未來的博物館展柜設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)。然而，研究過程中仍存在一定的局限性，由于用戶需求調(diào)研的樣本數(shù)量較為有限，可能導(dǎo)致某些用戶群體的需求未被充分挖掘，從而影響設(shè)計(jì)方案對不同用戶需求的全面覆蓋。此外，本研究所使用的AHP 和QFD 方法雖然有效，但在應(yīng)對更復(fù)雜的多維度需求時(shí)，需要結(jié)合其他決策分析工具，以提高決策的精確度和全面性。