基于層次分析法和指標評分標準的民用飛機客艙舒適性評價方法研究

(上海飛機客戶服務有限公司，上海 200241)

0 引言

隨著社會經濟飛速發展，乘坐飛機已經成為人們長距離出行的首選。航空公司通過提供不同層次的設計、服務和價格，在吸引乘客上開展了激烈的競爭。在乘客舒適性方面的研究顯示，提升乘客在飛行過程中的舒適感，能夠提升乘客未來出行選擇同一航空公司的比例。因此，飛機的舒適性也越來越成為民機主制造商、航空公司和乘客關注的焦點。作為航空飛行器主制造商，必須開展舒適性的設計和評價工作，以滿足市場日益增長的需求。

在舒適性評價方面，王慶對照明的視覺舒適性進行了分析[1]，開展了色溫及照度的照明舒適性研究及模型建立、基于色品坐標的照明舒適性研究及模型建立，以及兩類模型驗證相關的研究工作。薛鐵龍使用計算流體力學方法對乘員艙內環境進行了計算和分析[2]，得到了乘員艙內流場詳細數據，對乘員熱舒適性和艙內空氣品質進行了評價，分析了出風口溫度和流速的不同對于艙內環境舒適性的影響。薛紅軍等人基于人體測量學的成果[3]，結合人在乘坐座椅時受力合理分布，提出了基于人體測量和座壓分布的座椅縱向空間舒適性數學模型；利用該模型定量評價客艙座椅布置的舒適性。王海涌對列車的舒適度評價指標體系的構建、權重標定方法進行了研究[4]，建立了基于模糊粗糙集的高速列車多元舒適度評價模型和基于多維粗糙集的高速列車多元舒適度評價模型。陳祥運用因子分析與層次分析方法[5]，構建了乘坐舒適度綜合評價模型，系統考察了車廂物理因素、設施功能因素、旅客乘坐需求、生理、心理和行為等方面的眾多因素。劉敬等人針對民機客艙舒適性現有評價方法中缺乏數學定量評價的問題[6]，提出了基于主客觀綜合賦權的民機客艙舒適性定量評價方法。許松林等人從民用支線客機的設計參數及典型的全經濟客艙布局出發，分析了影響客艙空間舒適性的主要因素并提出了一種基于價值分析法的空間舒適性綜合評價模型[7]。

在上述工作中，針對舒適性的單個因素及其總體舒適性的評價方法、評價指標體系等方面開展了部分研究工作。但還存在一些不足：一是在指標評價體系構建方面，還沒有完整的、合理的，適用于飛機客艙舒適性評價的指標體系；二是在指標評估方面，還缺乏合理的評分標準，打分隨意，且不方便開展評價工作。

針對上述問題，本文開展客艙舒適性評價指標體系、指標評分標準研究，構建基于層次分析法的客艙舒適性評價方法。

1 舒適性理論

1.1 舒適定義

在漢語大辭典中，舒適是指給人以安樂舒服的感覺。在牛津詞典(2010版)中定義舒適是一種身體安逸的狀態，免受痛苦和約束。然而在許多科技文獻中提供了不同的定義，如比諾在他的舒適定義中，包括了生活中一切對于人的幸福感和物質方便性有貢獻的元素[8]。斯萊特建議舒適是一種人與周圍環境之間生理的、心理的和身體上的愉悅狀態[9]。杜馬等人的定義指出舒適超越了生命的身體層面，還包括心理層面[10]。綜合而言，這些定義突出了舒適應被視為與周圍環境相互作用，受心理、生理和身體因素影響的主觀和個人狀態結果。

圖1 乘客舒適性體驗過程

1.2 乘客舒適

乘客舒適受很多飛行過程中的感性刺激物和客艙特征影響。在采用整體分析方法對乘客舒適開展的研究中，通常列出所有能夠影響舒適的飛機客艙特征信息；但是對于這些輸入信息如何轉化為乘客體驗(包括舒適體驗)的機制知之甚少。

針對上述問題，理查德和同事在乘客舒適概念化工作中做出了最重要的嘗試[11-12]。他們對于1619名乘客的飛行經歷進行了調查，歸納總結后提出了乘客舒適概念理論。

該理論指出乘客體驗受物質環境的、交際的和客艙內飾有關情景的輸入信息影響。

1.3 舒適性體驗過程

乘客舒適性體驗過程如圖1所示。作為輸入激勵的一系列飛機客艙內環境因素，會與乘客本體發生交互作用。乘客本身是具有心理、生理、社會經濟地位和期望等特征的，在特定的時間段會產生特定的行為動作。這些輸入實質性影響乘客，同時也被乘客主觀感知和察覺。因此，乘客會體驗到一定程度的舒適/不舒適感覺，產生一定的行為動作，進而形成總體評價，最終依據這些總體評價進行判斷和選擇。

1.4 乘客舒適性模型

乘客舒適性模型如圖2所示[13]。模型輸入包括人性特征和環境因素，人性特征包括社會經濟地位、在飛行前形成的期望、乘客身體狀態和心理狀態。乘客受飛行過程中的環境因素影響，并發生互動，產生一定的行為，進而乘客身體會受到影響(如不同的客艙壓力、體感溫度)，最終會產生感知(由前述8個感性因素描述)，使得乘客體驗到某種程度的舒適度。

通過對乘客感知外部環境因素的概念化解析工作，乘客舒適性模型突出了舒適性的主觀本質。在模型中，與乘客感知有關的8個主題放置在受外部環境因素顯著影響和關聯的位置。此外，模型還描述了“空間”因素(如座椅和腿部空間)對多個主題(如近體空間、審美、心態平靜)起決定性作用。從模型中可以看出，動態和空間影響了乘客感知的絕大多數主題(8個中的7個)。

圖2 乘客舒適性模型

在乘客舒適性體驗模型中將舒適與模型的輸入用箭頭相連。原因有兩點：首先由于乘機體驗的動態變化特性，當外部環境因素變化時，會隨時改變乘客的舒適體驗。其次，在飛行過程中體驗到的舒適會影響乘客的未來飛行期望。

2 舒適性影響因素

影響乘客舒適性的外部因素有很多。不同的研究的區分的因素不盡相同。綜合而言，共有22個因素影響乘客的舒適性。所有因素劃分如圖3所示。這些因素可分為環境因素、乘客活動、交際因素三大類。其中環境因素又分為周圍環境、動態因素和空間因素三類。

圖3 影響乘客舒適性的外部因素結構

根據納西姆等人對857份飛行經歷調查問卷樣本的統計結果[13]，22個外部因素的排序圖如圖4所示。其中座椅投票人數最多，余下超過20%的依次是腿部空間、IFE、溫度、活動、噪聲和服務。

圖4 外部因素排序圖

根據圖中的數據可以分析出，在影響乘客舒適性的外部因素中最重要的是環境因素(占89%)，乘客活動和交際因素相對較少，不超過10%。在環境因素中，空間因素居首(占43.3%)，周圍環境次之(占28.7%)，動態因素最少(占17%)。

因此，在開展飛機客艙舒適性設計時，應重點考慮以下幾點：1)提高座椅舒適性程度；2)盡可能增加腿部空間；3)提供娛樂性好的IFE設備。

3 客艙舒適性評價方法

3.1 層次分析法

層次分析法(AHP)于20世紀70年代由美國匹茲堡大學的運籌學家T. L. Saaty教授提出。該方法是將決策問題的有關元素分解成目標、準則和方案等層次，在此基礎上進行定量分析和定性分析的一種系統分析方法。該方法在對事物本質和相關影響因素開展深入分析后，構建出詳細的層次結構圖；進一步對每個因素建立判斷矩陣，在此基礎上結合各個層次求出的權重評價值進行層次總排序，最后根據評價結果選出最佳方案。層次分析法的步驟如下圖5所示。

圖5 層次分析法流程圖

層次分析法首先把決策問題層次化。即根據問題的性質以及需要達到的總目標，把問題分解成不同的組成因素，并按各因素之間的隸屬關系和關聯程度分組，形成一個不相交的層次。典型的系統層次結構如圖6所示。

圖6 典型層次結構圖

最上層因素是目標層，就是問題要達到的目標或理想的結果。中間是準則層，層中列出的因素為實現目標所采用的措施、政策、準則等。最下層是方案層，包括了實現目標可供選擇的方案。同層次的因素受到上層因素的支配，同時也對下層因素起支配作用。

在遞階層次結構建立后，上下層元素之間的隸屬關系就被確定了。下一步就是要給出下一層各因素對于上一層次的重要性，即權重關系。層次分析法是通過兩兩比較方法給出的。通過兩個因素的比較確定其相互之間的重要性，在此基礎上構建判斷矩陣A=(aij)。兩兩因素間的比較通常使用表1進行標度。

表1 1～9標度表

3.2 客艙舒適評價方法框架

根據上一節層次分析法原理，建立飛機客艙舒適性評價方法的總體框架如下圖7所示。

圖7 客艙舒適性評價方法總體框架

首先需要確定飛機客艙舒適性評價的指標，并構建完整的指標體系。進一步，需要逐個確定舒適性評價指標的評分標準。然后運用層次分析法，建立民機客艙評價的遞階層次結構，構造兩兩比較判斷矩陣，逐層計算排序權重向量，計算總目標排序向量。最后結合總目標排序向量，得出整個客艙舒適性評價分值。

4 客艙舒適性評價指標體系

在第2節中，已經對舒適性的影響因素進行了結構劃分和重要性排序。因此，根據前述論述結果，綜合考慮舒適性評價的適用性、便利性、準確性和實用性。確定舒適性評級指標體系如表2所示。

表2 信號調理電路輸出電壓試驗數據

從評價標準的角度，該指標體系對指標進行了主客觀劃分。涉及到較易通過客觀數據進行評分的客觀性指標與和基于使用者復雜認知反映的主觀性指標，能夠較為完善地反映客艙呈現在乘客面前的舒適性綜合感受和評價。

依據3.1節層次分析法原理，可建立客艙舒適性評價的層次結構圖如圖9所示。目標層A 是客艙舒適性評價的總體目標。B層準則層包括5個因素：座椅、IFE設備、環境、乘客活動和主觀感受。C層子準則層，共細分為21個因素。

圖8 客艙舒適性評價層次結構圖

5 客艙舒適性指標評分標準

5.1 舒適性指標評分標準的確定原則

舒適性指標的評分根據是否能夠進行參數量化，可分為主觀和客觀兩類。主觀評分通常是無法進行參數量化，只能通過受訪者的主觀感受進行分值估計，或根據狀態描述進行主觀判斷等；對于這類指標，在綜合研究相應的研究文獻基礎上，結合實際乘客調研數據，給出對應評分值的判斷描述，給參評人員一個參考。客觀類評價則根據量化的參數如肌電水平、人椅界面壓力分布等，參照確定國家或行業標準，確定評分標準。

為便于進行舒適性評價，對于舒適性指標的評分結果采用0～9分的5級評分標準，分別對應于1、3、5、7、9分的分值。

5.2 舒適性指標評分標準

在文獻14中列出了所有指標評分的標準。限于篇幅，本文僅列出部分5個主客觀指標的評分標準。

1)座椅排距(腿部空間):座椅排距參照目前多個航空公司現在設置的情況，根據文獻8提供數據確定如表3所示。

表3 座椅排距評分表

2)椅背傾角:座椅椅背傾角考慮經濟艙、商務艙和頭等艙座椅椅背的角度調整情況，設置評價標準如表4所示。

表4 椅背傾角評分標準

3)座椅寬度:參考文獻8提供的數據，評分標準確定如表5所示。

4)坐墊材質與曲面設計:坐墊材質與曲面設計比較復雜，難以使用定量的方法去客觀描述和比較。因此，運用主觀評分方法，其評分標準如表5所示。

表5 座椅寬度評分標準

5)空間美感:空間美感也是非常典型的主觀指標，其評分標準如表6所示。

表6 坐墊評分標準

表7 空間美感評分標準

6 某型客艙舒適性評價應用

6.1 舒適性評價方案

為進一步驗證基于層次分析法的客艙舒適性評價方法，在試制的客艙段模型上進行了舒適性評價試驗工作。選用多人動態測試方法進行舒適性評價試驗，在實際操作中，3人為一組，模擬乘機的流程。受試者先后拿著符合登機大小的行李進入客艙，按照劇本提示，完成放置行李——入座(坐滿一側整排經濟艙座椅)——放倒椅背————拿取雜志——打開閱讀燈——送餐——靠窗受試者飛行中離座(洗手間)——收起小桌板——離座——取行李——下機等一系列動。試驗過程照片如圖9所示。

圖9 試驗過程照片示意圖

根據客艙段實體模型的條件限制，選取部分指標(共計14個)進行舒適性評價方面的試驗驗證。其層次結構圖如圖10所示。

圖10 層次結構圖

邀請6位專家對舒適性評價各因素的重要性進行評分，詳細評分數據見文獻[15]。

根據專家對各因素的權重評分，計算出各因素權重如下：

B層準則層各因素權重向量為:B={0.535, 0.2949,0.1701}；

C層子準則層各因素權重向量為：C1={0.2222, 0.1693, 0.191, 0.151, 0.1399, 0.1265}，

C2={0.2411, 0.1636, 0.144, 0.2326, 0.2186}，

C3={0.433, 0.3484, 0.2185}。

所以C層各因素對于A層的綜合權重向量為：

W={0.1189, 0.0906, 0.1022, 0.0808, 0.0749, 0.0677, 0.0711, 0.0482, 0.0425, 0.0686, 0.0645, 0.0737, 0.0593, 0.0372 }。

6.2 評價數據分析

6.2.1 評價指標分值數據分析

根據測試人打分計算均值，可以看出座椅排距、過道和空間壓抑感評分排列最高。驗證結果符合測試場景的安排。在測試前，將座椅排距設置的相對較大。因此，被測試者感覺到舒適性，給予最高的評分；客艙是模擬C919客艙段，過道寬度比目前現有飛機略寬。因此讓被測試者感到舒適。在空間方面，由于設置了情景照明系統，壓抑感減到最小，也讓被測試者感到舒適。

6.2.2 客艙舒適性整體評分分值分析

根據受試者的舒適性指標打分數據，結合前一節的權重向量，可以計算出此艙段舒適性的總評分為6.4。舒適性滿分以10分為標準，因此此客艙段的舒適性還有待提高。這與當前艙段的現狀是非常吻合。該艙段僅僅是簡單模擬了C919艙段，在制作細節和真實性方面與實際仍然有差距。

6.2.3 評價過程分析

通過應用基于層次分析法的客艙舒適性評價方法，開展評價工作有了具體的評價標準指導，便于被測試者使用和打分。同時，整個過程也較為方便。

7 結論

1)開展了舒適性理論分析。舒適是與周圍環境相互作用，受心理、生理和身體因素影響的主觀和個人狀態結果。共有22個因素影響乘客的舒適性。座椅、腿部空間、IFE、溫度、活動、噪聲和服務是最重要的因素。

2)提出了基于層次分析法和指標評分標準的飛機客艙舒適性評價方法。首先需要確定飛機客艙舒適性評價的指標，并構建完整的指標體系。進一步，逐個確定舒適性評價指標的評分標準。然后運用層次分析法，建立民機客艙評價的遞階層次結構，構造兩兩比較判斷矩陣，逐層計算排序權重向量，計算總目標排序向量。最后結合總目標排序向量，得出整個客艙舒適性評價分值。

3)構建了完整的民機客艙舒適性評價指標體系，并建立客艙舒適性評價的層次結構圖。準則層包括5個方面因素：座椅、IFE設備、環境、乘客活動和主觀感受。C層子準則層(指標層)，共細分為21個指標因素。

4)制定了具體舒適性指標的具體評分標準。對于舒適性指標的評分結果采用0～9分的5級評分標準，分別對應于1、3、5、7、9分的分值。簡便易行，一定程度上降低了打分過程中的主觀隨意程度。