SET/AHP/TRIZ集成模式下的博物馆独立展柜设计研究

■蒋俊杰，杜鹤民.2，康红娜

(1.澳门城市大学创新设计学院，澳门 999078；2.深圳技术大学创意设计学院，广东深圳 518118）

随着文化传承与文化教育的不断迈进，博物馆的参展多样性、文物活动性、教育范围性等需求急剧升高。博物馆展柜作为文物的承载工具与文化沟通的必要中介，亦需适应时变，贴合实需，营造优良的展览体验。针对此现象，需借助SET、AHP与TRIZ等理论方法搭建设计流程，以实现博物馆独立展柜功能、结构、成本方面的优化创新。目前，学界将这些理论以集成模式广泛运用于设计创新、设计决策、设计管理等领域中。苏建宁[1]运用AHP、QFD及TRIZ获取了玫瑰花蕾采摘机的功能要求与优化方法，提升了机器的作业效率；Vinodh S[2]将AHP、ECQFD与TRIZ并用于汽车零部件改进开发上，推进产品的使用持久性；Frizziero L[3]以QFD与TRIZ为基，论述了模具的拓展式设计方法，节约了生产成本；郭西雅[4]在扳手设计上置入了KJ、AHP及QFD集成的设计流程，完成了人性化的产品更新；付晓莉[5]提出了AHP与TRIZ贯穿的设计模型，挖掘出馒头机生产面临的症结并输出多实践成果，评估最佳方案；赵福辉[6]利用QFD与TRIZ服务于用户需求的探索与设计方案的成立，以AD研判设计方案与设计参数之间独立映射的满足度，最终输出合理合规的医疗废弃物处理设备；杨勤[7]在痛点探索上引用了SET，在逐条突破时以TRIZ为核，系统化地设计出家庭蔬菜种植设备；陈亮[8]在QFD与TRIZ的合成下，融合了仿生学的设计要求，深化了风扇叶片的温情传递与使用效果。

综合上述文献可知，单理论运用的局限性较大，多理论的互补集成能强化设计过程的流畅度与设计结果的可行性。具体来看，SET能汇总用户需求，衡量出设计目标的机会缺口及创新方向，形成初步的判断；AHP可从相对客观的角度达成设计要素的聚焦与排序；TRIZ存有稳定的理论基础与完备的分析流程，易于为工程问题提供求解原理，最终整合实现。现该三种方法的集成模式并不多见，文中以用户需求为中心，试图采用SET、AHP以及TRIZ集成模式实现博物馆独立展柜的优化创新，以满足愈加复杂的观展情景与使用要求，助力文化强国建设。

1 研究基础

1.1 博物馆展柜的基本属性

博物馆作为文物的聚集地，是传播文化、实行社会美育的重要场域。展柜作为博物馆文物的实体依托与传播媒介，也成为了将场域目标良好变现的关键部分。可见博物馆展柜趋于贴合化、寄活化，即其设计的评定来源于他体价值的达成情况。由此总结出博物馆展柜基本属性，主要有以下三点。

（1）保管安全性。文物于展柜中展出，需保证其安全性；因处于封闭空间内，也更有了管理的职责。

（2）信息呈现性。博物馆展柜应致力于将文物信息优质地传递出去，具体为文物信息的清晰呈现与有机补充。

（3）展陈合理性。博物馆展柜设计的发展实际上也是伴随着展陈空间的不断更新[9]。如从最初的堆叠展示到并行展示，再到独立展示的出现，展柜设计一直在尝试着不同的展陈方式。对于大空间而言，展柜的摆放也是切割空间，组织展览路线的重要渠道。

1.2 研究框架

博物馆展柜的创新设计实则是对物体属性的延伸与扩展，延伸与扩展的具体方向便需依托于当下的用户需求，以此做出项目判断。由此文中采取了SET、AHP以及TRIZ集成的方式阶梯式地提出博物馆展柜的创新设计方案。理论运用模型见图1。文中首先进行SET调研，提炼出三层因素组，随后挖掘各因素组背后呈现出的设计观念，形成设计预想与创新重点，这是宏观指导层面；其后便依据研究结果从各因素组中提取总结出体现创新重点的设计要素，以AHP确定设计目标，再投入TRIZ工具中分析矛盾冲突的类型，以相关工具求解，最终进行设计整合。研究框架见图2。

■图1 SET、AHP与TRIZ集成理论模型

■图2 SET、AHP与TRIZ集成模型下的研究框架

2 SET引导下的设计观念

SET（Society-Economy-Technology）是对社会趋向、经济动力与技术发展三个因素的综合考量[10]。相较于传统的调研方法，SET因素分析法更具条理性、全面性与实效性，可透露出观念转变，且较为精准地获取目标产品的创新机会，引导设计师对潜在需求做出初步判断，强化设计的现实意义。

文中对60位博物馆参展人员、10位展示方向设计师及5位博物馆专家进行问卷调查与访谈，问卷共回收了69份，有效率为92%，保证了问卷的信度。对问卷及访谈结果展开总结归纳并置入三个因素中，如图3所示，该部分应挖掘出各因素组背后的设计观念，具体如下。

■图3 SET调研结果展示

2.1 设计中心的人向转移

从社会因素中可以看到，博物馆参展人群愈加多样化、自觉化，这也更加明确了观者才是博物馆与展览活动的主体。由此展柜设计将从原先的以展物摆现为主迈向用户观感的深入，这一设计观念的转变让展柜设计存有了全新的思考格局，当然展柜的设计离不开其所处的环境以及展物的属性，这一先觉条件限制了博物馆展柜的设计跨度，对于形态设计、色彩设计、材料选取等而言尤为明显，但它们依然要将博物馆稳重的气氛以现代化的语言传达出去，这也可以看作是特定场景下对用户情绪的一种保护，如形态上多采用方正的形式彰显沉稳；色彩上多选择中性色来达到展柜的绿叶功效；材料上则多为玻璃与钢材等，且应与GB13237-1991文件中的要求相吻合[11]。那么在博物馆展柜设计，用户观感的深入应当以何种渠道来体现，认为主要有以下两个方面。其一，创造用户观展的无意识，达成一种轻松可见的形式；其二，强化展示空间的艺术氛围，含有沉浸意蕴[12]。

2.2 强化设计的信息表达

站在经济因素的视角可知，文化传递、文化教育成为了时代的一大主旋律，同时在设计领域中开始倡导系统化、持续化的形成模式，基此，博物馆展柜设计需要思考的是在既有的空间中置加信息表达的力度或广度。当下在设计叙事的引领下，博物馆也极为强调展示空间叙事性的置入[13-14]，其本质便是形成信息系统，加强交流深度。那么在展柜设计中，可使文物的信息传达涵盖或显或隐的相关性扩展，旨在为观者构建出一定的阅读体系。

2.3 大力优化管理操作

从技术因素方面来看，指向更加针对于展柜的管理者。博物馆展柜设计应结合技术的进步来给予相关工作者更为便捷优质的管理方式及操作体验，同时进一步保障文物的安全性。

通过以上展开分析，博物馆展柜设计的创新突破点应主要落在其功能的置加与结构的转换上，这将成为下文设计要素转换的中心，最终在达成功能与结构的改良后，继而完成整体造型设计。

3 基于AHP的设计要素评价

AHP（Analytic Hierarchy Process）是一种定性与定量结合的决策法[15]，主要是将复杂的事项层级化，将多维度的要素系统化，通过统计评价数据得出权重排序，确定优先要素，有效避免了设计决策的主观性与随意性。根据AHP的实验流程，这里将让用户需求具化为以功能与结构为中心的设计要素，并开展提取工作，具体如下。

3.1 设计要素层次分析模型的建立

基于SET分析结果，让专家团结合创新设计重点将其具化为目标产品的设计要素，并呈现层级化，见图4。文中拟以博物馆独立展柜设计为例，故其目标层设为博物馆独立展柜设计；准则层被拆分为设计合理性、功能与技术、结构与设计、经济与效率四类；指标层则是准则层每一类下的具体要素。

玉皇大帝曾赐给汉人竹片片，让汉人记录他们的历史、言行，也给了傈僳人獐皮，用以写信等。但是，领獐皮的是一个小孩，他想獐皮这样笨重难拿，不如吃了还可以饱肚子。于是，在一块玉米地里偷偷地吃了，回到家里说獐皮被人抢走了，或者在遇到人时说玉帝什么也没给，因此，傈僳无记录之纸，也就不能创造文字了。[注]李永宪、马云喜：《盐边县岩门公社傈僳族调查报告》，编写组：《四川省苗族傈僳族傣族白族满族社会历史调查》，四川省社会科学院出版社，1986年。

■图4 博物馆独立展柜设计要素层次分析模型

3.2 设计要素权重的确定

在存有层次分析模型后，便应致力于要素重要度评价。通过判断矩阵的建立达成要素分层统计，获取要素权重。再通过一致性检测，二次确定权重，有效避免主观判断的逻辑性错误，最终获取综合权重排序，计算步骤见下：

（1）构建判断矩阵。为确保评价的全面性与客观性，邀请的评分专家包括设计师、设计研究者、用户体验师、馆内布展员、展柜制造商五类人群。AHP的评分标准采取同一层级中的要素两两比较的方式，一般为9分制，即用1-9及其倒数来指明要素在决策者心中的重要程度，见图5。根据评分结果计算均值，并构建判断矩阵：

（3）一致性检测。展开一致性检测，验证结果合理性。判断矩阵的阶数越高，一致性偏差的几率越大。计算一致性指标CI，见公式2。同时为排除一致性异常的随机原因，还需将CI值与随机一致性指标RI产生比对关系，从而计算出一致性检验系数CR，见公式3。RI值随着阶数的变化而变化，其指标见表6。其中阶数为1，2时，矩阵便具有了完全的一致性，故RI值稳定为0。CR值是判断一致性是否通过的最终标准。当CR值小于0.1时（CR<0.10），认为其一致性处于可接受范围内；而当CR值大于0.1时（CR>0.10）,则说明判断结果没有通过一致性检测，需要再次修正判断矩阵，直至可接受为止。

表2 设计合理性指标层要素判断矩阵

表3 功能与技术指标层要素判断矩阵

表4 结构与设计指标层要素判断矩阵

表5 经济与效率指标层要素判断矩阵

表6 部分阶数对应的RI值

RI —— 随机一致性指标。

（4）计算层次综合排序。经过上述计算，CR值均小于0.1，即通过一致性检测。继而自上而下式的得出底层要素的综合排序，具体为上层要素权重与下层要素权重相乘，见公式4。排序结果如表7所示。

表7 指标层要素权重排序结果

至此，根据权重排序结果，以设计要素的精进来导出主要的设计问题。这里将前9个设计要素归纳成三级关键设计问题，辅助设计决策，这些也将成为下部研究的矛盾源，见表8。

表8 博物馆独立展柜的关键设计问题

4 TRIZ矛盾分析及设计实践

TRIZ理论又被称为发明家式的解决任务理论[16]，其通过运用一系列发明创造原理来实现设计中矛盾冲突的化解，最终完成设计创新。TRIZ将普遍工程问题归结为物理矛盾、技术矛盾、物-场模型以及功能性问题。文中的设计问题涉及到物理矛盾与技术矛盾两种问题模型。对于物理矛盾，TRIZ采用了分离原理以分割矛盾双方；对于技术矛盾，TRIZ则将设计问题转换为了39个主要工程参数。因一指标的精进常常会带来另一指标的劣化，由此进行矛盾分析法，通过建立阿奇舒勒矛盾矩阵，对应出40个发明原理，基于此开拓解决思路，寻求优质方案。

4.1 分析矛盾问题

正如前文论述，清晰呈物是展柜的属性表达。若想达成此，除考虑玻璃材料的透光率外，便是柜内的光照强度。一般来说，在适宜范围内，照度越高，呈物越清晰。然而还应考虑到光照强度及高亮设备产生的热度对文物造成伤害，如《博物馆建筑设计规范JGJ66-2015》中对各类文物都给予了照度推荐值。此外，前文提出了强化展示空间的艺术氛围是提升用户观感的渠道之一，不少学者认为灯光设计便是打造艺术氛围的关键一步[18-19]，其能激发观众的情景认知，强化对文物信息的理解。同时艺术性的强化仰赖于灯光层次的形成[20]，这势必与光照强度产生一定的牵绊。从本质上说，上述二者是对文化物质的保护与对文化信息传递的推动，故光照强度（18）与物质损失（23）及信息损失（24）构成了两对技术矛盾。

融入智能技术是当下展柜设计的创新趋势[21]，会让产品迈向多功能化，探索更多地实现可能。但也因此会让操作载体目录更加复杂与多维，存有影响使用效率与操作体验的恶化危机，破坏了操作便捷这一指标，由此装置的复杂性（36）与可操作性（33）构成了一对技术矛盾。

尺寸合理是营造用户观展无意识的前提条件，一个舒适的角度能让用户更轻松地获取文物信息[22]。在SET调研的社会因素层中可以发现，当下集体组织参展愈发丰富，且学校对文化教育的重视也预示着学生参展群体成为了博物馆展览活动的重要人群，专家组也因此将满足多人群这一设计因素视为一大指标，然而当展柜尺寸设计贴合了普通成人的观看时，也同样弱化了低年级学子的观物体验，可谓在不同的条件下对展台的尺寸提出了不同的要求。以此类推，适应多展览也是从社会因素层中挖掘而出的，当然抛去展柜对于博物馆或文物的形态适应后，还涉及到展柜对不同文物尺寸的包容，理解下来，这应是在不同条件下对展柜玻璃有不同的尺寸要求。由此，这里构成了两对物理矛盾。

4.2 解决矛盾问题

依照上文矛盾分析下列出的工程参数，建立设计目标下的阿奇舒勒矛盾矩阵来解决技术矛盾，见表9。对于物理矛盾，则参考TRIZ理论中的4个分离原理，见表10。

表1 准则层要素判断矩阵

表9 阿奇舒勒矛盾矩阵（部分）

表10 分离原理与发明原理的对应关系

经专家组研究，选取对应发明原理其中优解，具体如下：

（1）对于结构的稳定性（13）与易维修性（34）之间的冲突，选择了No.2分离原理与No.16局部原理解决，以让展柜在分离功能下实现整体与局部的统一，即由一体化转向多体化。具体为让灯光监控等形成视物功能区，展台底座等则为置物功能区，两部分的集成简化了结构，强化了稳定性，同时功能分区让产品易于拆分维护，保障了使用安全。

（2）No.1分割原理可以化解光照强度（18）与物质损失（23）和信息损失（24）这两对矛盾。在视物功能处可融入智能系统，根据实需形成不同的环境光来对抗物质损失与信息损失。照明模式有预设选取和自定义两种。其中预设选取主要由专业认知、现场事实、行业规则、展品意境、总体环境等铸就知识源，据此形成实地经验，并设立出几种常用光线模式，便于管理员直接操作，如基于文物类型的模式设定或基于整体照明氛围的局部空间照明模式设定等。自定义则可对射角、色调、色温等进行细致调控，更为灵活地应对展览活动，但较为考验管理员的综合知识。

（3）装置的复杂性（36）与可操作性（33）之间的矛盾交由No.24中介物原理解决。这里包括原有中介的优化以及新中介的置入。具体方式体现在：其一，将原有硬件操作转化为触摸操作，强化操作效率与操作反馈的力度；其二，增添相应的软硬件来完成智能调控，实现远距实时操作。以上皆在多功能化的条件下保证了用户体验。

（4）博物馆的客观情况给予了展柜更多的要求，尤其是对于灵活多变的特展、巡回展等，文中的物理矛盾深刻体现了这一点。细论下来，人群的不同是展览的时间矛盾；展物的不同更贴近物体的空间矛盾。故应在时间矛盾与空间矛盾中求解，分别提取了No.7嵌套原理及No.15动态化原理。拟以嵌套化达成空间可塑的物理结构，再以动态化原理形成尺寸可变的整体格局[23]。

4.3 博物馆独立展柜设计实现与评估

4.3.1 矛盾解决下的功能与结构设计

根据矛盾解决方案，展开博物馆独立展柜创新设计，其产品结构见图6。置物功能部分是展柜结构主体，其中玻璃嵌套于展台内，展台嵌套于底座内。为达成产品动态化，其一，在玻璃上设立一对螺纹槽，以展台内壁的电机驱动与螺纹槽贴合的螺杆产生上下运动，造就展物空间的变化，大力提升文物展品的适用范围与多样性；其二，在底座处装有升降电动缸，电动缸的输出端为与展台相连的伸缩轴。在电动缸的作用下，展台得以动化，从置物高度的角度为不同的参展人群创造良好的观物条件，提升了舒适度。文中案例以小学三年级学生平均身高为最低标准，从主要尺寸图中可知（见图7），展台的可动范围设立为0-500mm，玻璃框的可动范围设立为300-800mm，以上也皆减少了独立展柜需移动的场景。同时在中介物原理的指引下，底座处设计了触控显示器，存有展览模式与管理员模式。展览模式下屏幕显示相关海报与文物信息等，这一设计也符合强化设计的信息表达这一观念，有效地优化了主题情节与参展体验；管理员模式则以手动点击指令为形式，通过与控制器的电性相连，控制电机与升降电动缸的运作与停止，以实现玻璃与展台的伸缩与固定。同样在玻璃内部的视物功能区里，灯光、监控等一体化，以智能控制APP作为中介，来选择灯光模式与监控画面等，在灯光选择的操作中也遵循了分割原理，保障文物安全与文化传达效果[24]。

■图6 博物馆独立展柜结构示意图

■图7 博物馆独立展柜主要尺寸图

4.3.2 设计整合

在完成功能与结构创新后，需设计整合，完成案例。在色彩设计上，为了贴合博物馆古朴沉稳的气息，同时避免喧宾夺主，赋以深棕色。其中展台色彩相较于底座色彩弱化了深度，强化了色温，从设计本体角度论，增加了产品细节与关怀感，对抗了博物馆展柜设计的标准化弊端；从设计终端角度论，从下至上产生了由深入浅、由冷入温的功能性渐变感，这更易于让观者目光优先落于展品之上。材料选取了玻璃、金属与钢材等。表面则做光滑处理，优化色泽，构建出一定的现代感，配合色彩、形态等营造出古为今用这一主题。在中介操作系统上，采取了扁平化设计，献力于操作便捷这一指标的强化。设计效果及使用场景见图8。

■图8 设计效果与使用场景图

4.3.3 设计评估

最后为了验证方案的可行性，应对AHP中已提取出的关键设计问题展开评估。评估方法为以1-10分来映射出某一项的满足程度。将评估结果汇总于图9。雷达图的结果显示，9项指标中共有7项处于8分之上，基本符合设计预期。召集专家团，针对处于7-8分之间的融入智能技术与操作便捷这两项的补足展开探讨，认为在今后的研究工作中应再深入智能设计，建立出完备的展柜专家智能系统，能够对客观条件自主研判，随后连带运行独立展柜的置物功能区以及视物功能区，操作者将更多的处于校队位置，实现从易操作到无操作的转变。

■图9 设计反馈雷达图

5 结语

借文化强国建设之东风，以博物馆独立展柜设计为例，实施了SET、AHP与TRIZ集成的设计模式。从设计应用的角度论，文中案例扩宽了展柜的展品适用范围以及人群满足度，以分割产品功能区避免了结构的复杂，优化了使用体验与效率，也保障了安全性。在外观设计上辅助了观者目光的聚焦。从设计思潮与研究的层面言，理论集成贴合了设计领域倡导的整合化、系统化目标，且这一研究下的设计实施深刻印证了设计活动潜在的居间性与调和性，即以项目为主导阐述出设计脉络，这也明晰了研究思路，提升了可复制性。当然，本课题实施的指南针仍为以人为本、以需求为中心，故在体验经济、共享经济等同临之际，还应投入更为持续的人性化与社会化分析，设计评估处提出的智能化深入是以技适人的路径，除此之外，从心理学层面再论博物馆展柜如何连接人与文博环境以及透过设计伦理来新议博物馆展柜的功能等皆为可思方向。