基于AHP和QFD的博物館智能展柜設計

關鍵詞：博物館；智能展柜；AHP層次分析法；QFD理論；可持續設計；無障礙設計；用戶體驗

引言

作為世界上唯一保持數千年延續不斷的文明古國，中國在發展博物館事業上具有天然深厚的基礎[1]。博物館重要的目標之一，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習和文化的交流[2]。為推進我國博物館事業的發展，我國提出：到2035 年基本建成世界博物館強國的目標。目前，數字博物館的相關研究呈現出一個熱潮的趨勢，在博物館的展示交互設計中對于數字信息的應用是必不可少的[3]。一些鎮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。如果應用5G技術和AI 技術，立體而動態地呈現藏品，觀眾不但可以對文物的各個細節進行欣賞，也能獲得強烈代入感和沉浸感[4]。展品數字化，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，可持續發展的理念在博物館的發展生態中有其由內而外衍生的條件[6]。通過智能化技術，展柜能夠實現更精準的能源管理，根據環境和使用情況自動調節照明亮度和溫度、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了可持續發展的理念。同時，智能化展柜可以對自身狀態進行實時監測和診斷，及時發現潛在問題并進行優化維護，延長展柜的使用壽命，減少資源浪費。因此，智能化展柜為實現資源節約、環境保護和文化傳承的可持續性目標提供了有力支持。

張樂[7] 在研究展柜陳設中指出，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，保障展柜內文物的微環境；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，對智能文物展柜進行創新設計研究；現有的博物館展品展柜從對文物環境檢測、防震保護、游客觀看體驗等角度進行探索，增強了展品的安全性以及觀看體驗。但是現有的展柜在實現交互的同時，可持續性、無障礙設計等方面仍少有研究。本文以AHP 法和QFD 理論作為理論支撐，來構建博物館智能展柜的設計理論模型，以此為依據進行設計研究，并完成實例設計。

一、研究模型

（一）層次分析法

層次分析法（AHP）是處理多目標、多準則、結構復雜問題，以及定性與定量相結合、定性信息定量化、復雜問題簡單化的一種實用而有效的方法[10]。層次分析法作為一種分析決策方法，被廣泛應用于產品創新設計中[11]。該方法根據問題的性質和要達到的總目標，將問題分解為不同的組成因素，并按照因素間的相互關聯影響以及隸屬關系，將因素按不同層次聚集組合后計算其綜合權重，最終做出評價與決策。

（二）QFD 理論

QFD 是20 世紀60 年代末由日本學者提出來的，以客戶需求為核心，將客戶需求轉換成代用質量特性，確定產品設計質量（標準），以使最終產品事前就實現質量保證，屬于產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，通過構建HOQ，可以將客戶需求轉化為產品特性，并進一步轉化為具體的設計指標和生產要求。

（三）研究方法結合

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

（四）研究創新與思路

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中具有核心作用。然而，傳統展柜設計更多關注展品的保護與陳列功能，忽視了參觀者多樣化的需求。特別是面對智能化和可持續發展的趨勢，如何通過展柜設計提升參觀者的交互參與感、便利性和沉浸感，仍是亟待解決的關鍵問題。目前，大部分展柜在無障礙設計、互動體驗和能源管理方面仍存在不足，輪椅使用者難以接近展柜，傳統照明設計能耗過高，且互動性較弱等問題導致用戶觀展參與度較低。文章在保障智能交互的同時，將無障礙設計與可持續設計有機融合的智能展柜設計創新點，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機會，還有助于推動博物館在可持續發展道路上邁出堅實的步伐，具有重要的理論和實踐意義。

目前，我國已有多位學者將層次分析法（AHP）和功能展開法（QFD）結合使用于用戶需求的設計研究中，如邵進[13] 等人基于AHP 和QFD 的學齡前兒童植物生長認知的線上線下，軟硬件結合的產品設計研究；王軍[14] 等人基于AHP 和QFD 法的適老浴室柜的設計研究；劉洋[15] 等基于AHP 和QFD 的共享老年代步車人機工程設計研究。在上述研究中，不同學者從不同角度對于AHP 法和QFD理論結合使用進行了詳細的探討，通過科學的量化方法對不同用戶需求權重進行計算排序，使設計方案更加客觀科學。綜上所述，博物館智能展柜設計也需要從用戶需求出發，用AHP 法和QFD 理論加以科學的指導。具體流程如下；首先采用線上調研、實地調研與觀察法對不同的用戶群體進行訪談，經整理后運用層次分析法（AHP）計算各層次需求的權重值。運用小組討論法將用戶需求轉化為設計特征并建立HOQ 質量屋，確定各設計特征指標權重值，通過排序確定用戶需求的設計重點指標。最后，根據排序靠前的指標完成設計方案及實踐。

二、用戶需求調研與層次化分析

（一）用戶需求調研

為深入了解用戶對于博物館展柜的需求，通過半結構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據，同時觀察，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、居民和相關行業的專業人員。將采集的信息進行整理，得到目標用戶對于博物館展柜的基本需求統計，見表2。

（二）用戶需求權重層次化分析及權重計算

1. 用戶需求層次化展開：采用KJ 法對用戶需求進行層次化展開，為避免選詞的相近性與重復性，需對詞匯進行篩選、整合和補充，最終構建出較為合理科學、全面的用戶需求層次化展開表，見表3。目標層為總需求層A，準基層為安全、功能、環境、外觀需求層B，子準基層為具體需求層C。

2. 構建判斷矩陣：在科學合理的博物館智能展柜設計方案第一需求層次 A 中，以安全需求 B1、功能需求 B2、 環境需求 B3、外觀需求 B4 為例，邀請7 名用戶進行1—9 評判標度法打分，見表 4。對準基層B 之間的項目重要性進行兩兩比較，并轉化為判斷指數Wij，取其均值作為最終評價結果，得到判斷矩陣D，見式（1）。

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

同理，對于準基層C 構建判斷矩陣并計算其權重值，計算結果見表7 ～ 10。 CR 值分別為0.060，0.027，0.043，0.034，CR 值均小于0.1，一致性檢驗通過。

4. 綜合權重計算：通過將每個子準則的局部權重與其上一級準則的權重相乘，得到子準則的綜合權重。并進行排序，具體結果見表11 。

三、設計特征轉化與HOQ建立

（一）設計特征轉化

首先，通過運用小組討論法對設計特征進行系統推斷，其次，選取博物館中的參觀者進行訪談，從而確定設計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計特征能夠實現的預期效果。如C8 的需求是多感官體驗，可以合理推斷出Y8展柜需要增設觸覺反饋和音響系統。具體見表12。

（二）HOQ 建立

構建博物館智能展柜用戶需求與設計特征之間的質量功能展開（QFD）矩陣，并分別邀請相關領域專家及參觀用戶依據0 至5 的評分標準對設計特征與用戶需求之間的相關性進行評價。具體評分標準為：0 表示無關，1 表示弱相關，3 表示中度相關，5 表示高度相關，2 和4 則為中間評分，其結果見表13。

用Ej 表示設計需求的絕對重要度權重，ej 表示相對重要度權重，Wi 為第i 個用戶需求的權重，Fij 表示兩者之間的關系系數，代入式（7）—（8）進行計算，結果見表14 。

四、博物館智能展柜設計實踐

（一）博物館智能展柜設計方案

將相對重要度權重進行從高到低排序結果是：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計特征權重分析，重要度排在前10 的是：配備實時監控和報警裝置、增設觸覺反饋和音響系統、簡化展柜結構、增加展品防震或感應裝置、集成觸摸屏和感應器等互動設備、展柜邊角增加防護設計、和諧的色彩搭配、智能調光技術、展柜材料的環保性、無障礙設計。基于上述排序進行設計實踐。

采用DHT22 數字溫濕度傳感器和MPU6050 振動傳感器，實時監測展柜內部的溫濕度和震動參數。傳感器通過LoRa 無線通信模塊與監控中心連接，確保信號傳輸穩定且能耗較低。配備基于AI 算法的異常數據分析模塊，通過實時采集的數據判斷異常情況，如溫濕度超標或強烈振動。當系統檢測到溫濕度超標時，自動觸發報警并調整展柜內部控制模塊，通過聯動空調系統實現溫濕度的動態調節。當外力沖擊導致展柜震動幅度超出安全值時，觸發報警并向安保人員發送通知。這一設計實現了Y2 和Y3 的設計特征。

根據人體工程學原理， 展柜的尺寸為： 長1350mm、寬500mm、高1728mm，以適應大多數用戶的觀展需求。為滿足輪椅用戶的無障礙使用，展柜下方采用開放式結構，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既能貼近展柜，又保持活動舒適性和穩定性，并且配備可調節傾斜角度的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容。無線耳機支持提供音頻講解，滿足聽障或語言偏好不同用戶的需求。這一設計提升了輪椅用戶的可訪問性及用戶的互動體驗，實現了Y7 和Y8 的設計特征。

柜體采用回收木材，源自認證環保渠道，經干燥、防腐、防蟲處理，含水率控制在8％～ 12％區間，確保結構穩定不變形。展柜玻璃則采用低反射夾膠玻璃，其多層光學薄膜涂層技術，反射率低至1％以下，抗沖擊強度超國家標準2 倍（依據 GB9962-1998 標準測試），在有效抵御意外撞擊同時，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，模塊化設計的結構便于清潔、運輸、安裝和維護，可在減少資源浪費的同時延長展柜的使用壽命，達成Y11 和Y5 的設計目標。

上方設置互動的屏幕，支持多點觸控技術，結合嵌入式互動軟件（基于Unity3D 開發）為用戶提供豐富的互動內容，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器Leap Motion，實現無接觸瀏覽操作，參觀者可通過手勢滑動展品3D 模型，放大或旋轉觀察細節。另外，展柜內部安裝8 個獨立可控的LED 照明單元，每個單元覆蓋展柜的不同區域。這些單元由嵌入式微控制器（MCU）統一管理，確保光源切換平滑無延遲。觸摸屏內嵌的解說系統通過與燈光控制模塊的無線通信協議（Bluetooth）實時聯動，當用戶點擊某一部位的3D 模型或文字解說內容時，觸摸屏會向燈光模塊發送定位信號，燈光模塊根據信號精準點亮對應區域的LED 單元，以聚光模式突出展品細節。講解結束后，燈光恢復到柔和的均勻照明狀態，系統會自動進入休眠模式，減少能源消耗。這一設計實現了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，也增強了博物館整體氛圍的嚴謹性和專業性。邊角進行了圓角處理，避免參觀者磕碰風險。這一設計平衡了功能性與美觀性，實現了Y1 和Y13的設計特征。

展柜示意具體見圖1 ～ 3。

（二）設計評價

為了驗證博物館智能展柜設計方案的滿意度，再次邀請50 位用戶（包括輪椅使用者、普通參觀者、專業人士），從“配備實時監控和報警裝置”“增設觸覺反饋和音響系統”“簡化展柜結構”“增加展品防震或感應裝置”“集成觸摸屏和感應器等互動設備”“展柜邊角增加防護設計”“和諧的色彩搭配”“智能調光技術”“展柜材料的環保性”“無障礙設計”10 個特征進行評估。本次評分采用7 級李克特標度的語義差異量表，評分標準為：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，表明用戶對設計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，低位設計顯著提高了展品可接近性。專業人員反饋：模塊化結構簡化了維護流程，智能監控系統大幅提升了文物保護的效率。普通參觀者反饋：燈光效果與互動功能增強了觀展的趣味性和參與感。部分用戶建議進一步優化屏幕操作的便捷性，例如增設語音控制功能。同時，有少數用戶反映展柜高度對兒童觀眾的友好度仍有提升空間。

結語

本研究基于AHP 和QFD 方法，系統探討了博物館智能展柜的設計過程，重點分析了用戶需求與設計特征之間的關系。通過AHP法對不同設計特征進行權重分配，并利用QFD 方法構建了設計特征與用戶需求的質量屋。研究結果表明，展柜的安全性、互動展示技術、智能照明系統、無障礙及可持續設計特征在滿足用戶需求方面具有較高的重要性和優先級。在實際應用中，本研究所提出的設計方案不僅提升了博物館展柜的智能化水平，也增強了參觀者的互動體驗和安全保障，為未來的博物館展柜設計提供了參考依據。然而，研究過程中仍存在一定的局限性，由于用戶需求調研的樣本數量較為有限，可能導致某些用戶群體的需求未被充分挖掘，從而影響設計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，但在應對更復雜的多維度需求時，需要結合其他決策分析工具，以提高決策的精確度和全面性。