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室内空气品质的系统结构模型研究
文远高1,2，连之伟1
1.上海交通大学制冷研究所，上海（200240）
2.武汉科技大学，湖北武汉（430070）
摘 要 室内空气品质（IAQ）与人体健康和工作效率密切相关。影响室内空气品质的因素很多，
许多研究者对此进行了定性分析，而对这些因素的相互联系研究较少。本文提出借助系统工程的
方法研究影响室内空气品质的因素，建立起反映室内空气品质这一系统问题要素间层次关系的递
阶结构模型。该模型表明影响室内空气品质因素之间存在着 5个层次关系。利用该模型分析影响
室内空气质量各因素的关系及其与室内空气品质的内在联系，从而为从不同的层次来寻求解决室
内空气品质问题的对策及解决方案提供合理的依据。
关键词 室内空气品质；结构模型；系统
1 室内空气品质的复杂性
室内空气品质（IAQ）问题近年来引起专家学者、城市居民及管理阶层的广泛关注。然而 IAQ
问题涉及的表面现象繁多，影响因素复杂。这些因素间关系如何，仅凭感性认识和经验判断十分
困难。实际上，从全局的系统的观点看，IAQ 问题是一个有机的整体，而不是毫无联系的。
尽管有很多论文定性分析了影响 IAQ 的因素，但对这些影响因素的内在联系却缺乏探讨。这
里利用系统工程的原理，在复杂的 IAQ 问题之间建立该问题的结构模型，将实际调查与理论研究、
专家经验与模型分析、定性分析与定量计算结合起来，从整体上分析 IAQ 问题，为合理科学地解
决 IAQ 问题提供科学的依据，采取相应的对策。
2 IAQ 影响因素
分析影响 IAQ 因素的文献较多，综合起来，IAQ 主要受如下因素影响：
室内空气污染物浓度(S1)
室内空气污染物种类和性质(S2)
通风方式及通风效果(S3)
空气净化处理设施(S4)
建筑设备（空调通风）系统维护管理(S5)
建筑的位置及室外空气质量(S6)
室内用品的数量和种类（如化妆品、洗涤剂、燃烧器具、家用电器等）(S7)
本课题得到教育部高等学校博士学科点专项科研基金（项目编号：20050248017）和湖北省自然科学基金资助项
目(2006ABA293)的资助。
室内人员数量、生活习惯及其活动（如烹调、吸烟、新陈代谢等）(S8)
建筑材料的种类和数量(S9)
装修装饰材料的种类和数量(S10)
建筑类型及其功能(S11)
建筑室内环境美学要求(S12)
上面这些因素有的相互交叉、互为联系，形成复杂的递阶因素链。同时每项大的因素又由许
多小的因素构成，如室外空气质量受建筑物所处位置、室外风速大小和方向、室外污染源、以及
城市规划、交通、绿化、大气稳定度、人口密度等因素的影响。对于这些小的因素，此处不作深
入探讨。
3 多级递阶结构模型的建立
建立邻接矩阵
系统是由许多具有一定功能的要素（如设备、事件、子系统等）所组成的，而各个要素之间
总是存在着相互支持或相互制约的逻辑关系。这些关系中，可分为直接关系和间接关系等等。要
了解系统中各要素之间的关系，就必须了解和掌握系统的结构，为此一个有效的方法就是建立系
统的结构模型。结构模型化技术目前已发展了许多种，其中以解释结构模型（ISM）最为常用[1-3]。
在实际运用中, ISM 技术是用于分析社会经济系统结构的一种常见方法. 其基本思想是:通
过各种创造性技术提取问题的构成要素,利用有向图、矩阵等工具和计算机技术,对要素及其相关
信息进行处理,最后以文字加以解释说明,明确问题的层次和整体结构,提高对问题的认识和理解
程度 [4]。
ISM 属于定性的概念模型，它可以把模糊不清的思想、看法转化为直观的具有良好结构关系
的模型。特别适用于变量繁多、关系复杂而结构不清晰的系统分析中。它的基本理论是图论的重
构理论，通过一些基本假设和图、矩阵的有关计算，可以得到可达性矩阵，使复杂的系统分解成
多级递阶结构形式。
邻接矩阵A的元素aij可定义如下：
ija = ija =
0, 当Si对Sj无关系时
1, 当Si对Sj有关系时
邻接矩阵是布尔矩阵，所以矩阵元素按布尔运算（逻辑和、逻辑与、逻辑乘）法则进行运算。
这里参考 KJ 法的基本思路，来建立邻接矩阵。KJ 法是一种直观定性分析方法，它是由日本
东京工业大学的川喜田二郎（Kauakida Jir）教授开发的。其基本原理是：把一个个信息做成卡
片，把这些卡片摊在一起观察其全部，把有亲近性的卡片集中起来合成为子问题，依次做下去，
2
最后求得问题整体的构成。这种方法不需特别的手段和知识，是一种分析复杂问题的有效方法。
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12S S S S S S S S S S S S S
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0
1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0
1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0
1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0
1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0
1 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0
1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0
1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0
1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0
1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1
S
S
S
S
S
S
SM
S
S
S
S
S
S
=
建立可达矩阵
对于一个有 n 个要素的系统来说，要构造一个 n阶的可达矩阵，有三种方法：第一种，邻
接矩阵加上单位阵后自乘，按布尔代数运算法则演算后得到可达矩阵；第二种，通过分析可达矩
阵推移特性，直接有效地得到可达矩阵；第三种，经验对话法。本文采用布尔代数运算法则演算
后得到下面的可达矩阵。
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12S S S S S S S S S S S S S
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0
1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0
1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0
1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0
1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0
1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0
1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0
1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0
1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0
1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1
S
S
S
S
S
S
SR
S
S
S
S
S
S
=
对上面的矩阵进行缩减、排序后得到R’
3
0 1 2 3 4 6 7 5 9 10 8 12 11S S S S S S S S S S S S S
0
1
2
3
4
6
'
7
5
9
10
8
12
11
1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0
1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0
1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0
1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0
1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0
1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0
1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0
1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0
1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0
1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0
S
S
S
S
S
S
SR
S
S
S
S
S
S
=
1
多级递阶结构模型
在R’的基础上，经过区域划分、级位划分、骨架矩阵提取和多级递阶有向图绘制四个阶段[4]，
得到多级递阶结构模型图 1。
0S
12S
1S 2S
3S 4S
9S
7S6S
5S
8S
10S
11S
图 1 多级递阶结构模型
4
5
于是建立起反映IAQ系统问题要素间层次关系的递阶结构模型。可见，IAQ问题的结构模型存
在着 5 个层次关系。在影响IAQ因素链中，最直接的因素是室内空气污染物浓度(S1)以及室内空气
污染物种类和性质(S2)。
第二层次的因素为通风方式及通风效果(S3)、空气净化处理设施(S4)以及建筑的位置及室外
空气质量(S6)和室内用品的数量和种类（如化妆品、洗涤剂、燃烧器具、家用电器等）(S7)。
第三层次的因素为建筑设备（空调通风）系统维护管理(S5)、建筑材料的种类和数量(S9)及
装修装饰材料的种类和数量(S10)。
第四层次的因素为室内人员数量、生活习惯及其活动（如烹调、吸烟、新陈代谢等）(S8)。
第五层次的因素为建筑类型及其功能(S11)及建筑室内环境美学要求(S12)。
室内空气质量是多种因素和过程相互作用的结果，这些因素和过程或受建筑设计人员制约，
或受维护人员制约，或受居住者制约，还有一些超出建筑物范畴。参考文献[5]也用图表示的室
内空气质量与各因素的关系。由于室内空气质量是多个因素相互作用的结果，从这个关系图难以
说明各因素之间的内在联系及其对室内空气质量的影响，难以象图 1 那样清楚地表示出这些影响
因素的层次关系。
4 改善 IAQ 的对策与建议
从上面的分析可以看出，影响IAQ因素间存在紧密的内在联系。从模型可以看出，室内空气
污染物浓度(S1)以及室内空气污染物种类和性质(S2)是决定室内空气品质(IAQ)最直接的因素。一
些IAQ的评价方法基本以此为依据提出来并进行评价（包括客观评价和主观评价）。污染物种类不
同、污染物浓度不同，室内空气品质(IAQ)不一样；同时，室内空气污染物种类不同、性质不同，
人在室内感知的气味不一样，同样反映室内空气品质(IAQ)不一样。
从第二层次的影响因素来看，通风方式及通风效果(S3)直接影响室内污染物浓度的大小与分
布状况；空气净化处理设施(S4) 直接影响污染物处理效果；而建筑的位置直接与当地的环境有关，
这样也就决定了室外空气质量(S6)，室外空气质量进而通过与室内空气交换来影响室内空气质量；
室内用品的数量和种类（如化妆品、洗涤剂、燃烧器具、家用电器等）(S7)对它们自身产生的室
内污染物数量和种类有影响。因此在这个层面上，需要选择有效通风方式以确保通风效果，同时
针对污染物的种类选用合适的空气净化装置；在采取有效措施改善室外大气质量，控制室内用品
的数量和种类。
从第三层次的影响因素来看，建筑设备（空调通风）系统维护管理(S5)影响到通风方式及通
风效果的好坏以及空气净化处理设施的净化效果；建筑材料的种类和数量(S9)及装修装饰材料的
种类和数量(S10)直接影响这些材料散发的污染物的种类和数量。因此需加强建筑设备（空调通风）
系统维护管理(S5)，并对建筑材料的种类和数量(S9)及装修装饰材料的种类和数量(S10)加以控制。
从第四层次的影响因素来看，室内人员数量、生活习惯及其活动（如烹调、吸烟、新陈代谢
等）(S8)对室内污染物的种类和大小有影响，因此为了改善室内环境就需要广泛的宣传有关室内
环境保护知识，促使大家在室内养成良好的习惯。
从第五层次的影响因素来看，要针对建筑类型及其功能(S11)，对IAQ进行分类控制与管理；
同时要更新观念，追求健康舒适的建筑室内环境美学观念，选择绿色的装修装饰材料，而不是惟
美是从。
6
综上所述，要根据 IAQ 问题的实质，从不同的层次来寻求解决 IAQ 问题的对策及解决方案。
5 小结
本文以系统工程的原理为基础，利用解释结构模型，建立起反映IAQ系统问题要素间层次关
系的递阶结构模型。IAQ问题的结构模型存在着 5 个层次关系。在影响IAQ因素链中，最直接的因
素是室内空气污染物浓度(S1)以及室内空气污染物种类和性质(S2)。第二层次的因素为通风方式
及通风效果(S3)、空气净化处理设施(S4)以及建筑的位置及室外空气质量(S
6
)和室内用品的数量和
种类（如化妆品、洗涤剂、燃烧器具、家用电器等）(S7)。第三层次的因素为建筑设备（空调通
风）系统维护管理(S5)、建筑材料的种类和数量(S9)及装修装饰材料的种类和数量(S
10
)。第四层
次的因素为室内人员数量、生活习惯及其活动（如烹调、吸烟、新陈代谢等）(S
8
)。第五层次的
因素为建筑类型及其功能(S11)及建筑室内环境美学要求(S12)。通过探讨影响IAQ因素间存在的内
在联系，从不同的层次来寻求解决IAQ问题的对策及解决方案
参考文献
[1] 汪应洛. 系统工程[M], 北京：机械工业出版社，2006
[2] 谭跃进，陈英武，易进先编著. 系统工程原理[M]，长沙：国防科技大学出版社，1999
[3] 袁旭梅，刘新建，万杰编. 系统工程学导论[M]，北京：机械工业出版社，2007
[4] 彭丹霖, 递阶结构模型技术在概要设计阶段的应用[J], 武汉大学学报(工学版),2006,39(1):137-142
[5] 朱天乐主编. 室内空气污染控制[M]，化学工业出版社，2003
A system structural model for indoor air quality (IAQ)
Wen Yuangao1,2, Lian Zhiwei1
of Refrigeration and Cryogenics Engineering, Shanghai Jiaotong University, Shanghai,
China (200240)
University of Science and Technology, China Wuhan (430070)
Abstract
Indoor air quality (IAQ) is directly related to human health and working efficiency. Many studies focus on
qualitative analysis on factors affecting indoor air quality. But the relationship among some dominant factors
affecting IAQ is seldom discussed. In this paper, the interpretative structural modeling (ISM) that related to
the relationship among the factors affecting indoor air quality in buildings is established according to the
principle of system engineering, which indicates that there are five layers among these factors. It is can be
used to analyze the intrinsic relationships among these dominant factors in order to seek for ways to improve
indoor air quality from different levels.
Keywords: indoor air quality, structural model, system
作者简介：文远高（1965-），男，在职博士，主要从事室内空气污染控制方向的研究，发表论文
30余篇。
室内空气品质的系统结构模型研究(
1室内空气品质的复杂性
2 IAQ影响因素
3 多级递阶结构模型的建立
建立邻接矩阵
建立可达矩阵
多级递阶结构模型
4 改善IAQ的对策与建议
5 小结
