會展建筑展廳布置對人員疏散效率的影響研究

萬展志，周鐵軍，羅 能

(重慶大學建筑城規學院，重慶 400030)

中國“一帶一路”和“中國制造2025”等重大戰略的深入實施，推動了展覽業的大力發展，我國已成為展覽場館建設大國，專業展覽場館數量及面積增加，會展場館趨向普及化、大型化和專業化[1]。會展建筑以展覽空間為核心，展廳作為會展建筑中使用面積最大、功能最重要的部分，承擔著會展建筑展覽的最主要職能[2]。

會展建筑舉辦展覽時，展廳內人員高度聚集，財、物相對集中。根據不同展覽規模與內容，展廳布置呈現多樣性，展臺林立，甚似“迷宮”，出現疏散路徑距離過長、路徑被阻擋以及安全出口不易被發現等情況。而且觀展人員構成復雜且密集，大多數為第一次參觀，對展廳環境不熟悉，一旦遭遇火災、地震等突發事件，人員無法迅速尋找到安全出口，導致恐慌、盲目從眾等行為出現[3-5]，致使疏散通道堵塞或發生人員踩踏事故，造成巨大的財產損失、人員傷亡等不良社會影響。因此，保障會展建筑展廳內人員迅速、有序、安全疏散顯得尤為重要[6-7]。

人員疏散效率受到人員行為和建筑空間布置的影響，現有的研究主要關注會展展示效果的表達，如展臺布置的藝術性[8]、展示空間的設計等[9]，而展廳安全研究則側重于消防安全策略[10-11]或消防性能化設計[12-13]等方面。除按照國家相關規范的規定，如《展覽建筑設計規范》(JGJ 218—2010)、《建筑設計防火規范》(GB 50016—2014)等進行展廳布置外，大部分以設計者的主觀經驗作為依據，未將會展建筑展廳布置與展廳內人員的安全疏散結合起來。本文旨在對會展建筑展廳布置類型進行歸納，分析展廳布置對人員安全疏散效率影響的主要因素，并將展廳布置與人員疏散行為結合起來，通過會展建筑展廳布置來提高人員安全疏散的效率，以保障人員安全。

1 會展建筑展廳布置存在的問題與主要類型

1. 1 會展建筑展廳布置存在的問題

展廳未進行展覽布置時，空曠的展廳內無展臺、展板、服務設備等障礙物阻攔，一旦發生火災等突發事件，人員識別安全出口位置后，能夠迅速朝安全出口方向逃離[14]。展覽時，人們根據不同展示內容對展臺進行了布置，由于參展品牌數量眾多，展臺數量、大小、高度和組合方式各不相同，使人眼花繚亂，應急疏散標識及安全出口易被遮擋，會影響人員對展廳的熟悉程度及疏散路徑(見圖1)。人員疏散必須沿著疏散通道進行，在展覽過程中可能會出現因通道寬度不足、疏散距離過長或展臺不定時舉辦活動等，使大量人員在展廳內高度聚集而造成擁擠，導致人員總疏散時間增加，見圖2和圖3。

圖1 展廳布置前后對于人員疏散路徑的影響示意圖Fig.1 Effect of the layout of the exhibition hall on the evacuation route of personnel

圖2 展廳在舉辦活動時通道被占用Fig.2 Crowded route when the exhibition hall is holding an event

圖3 觀展時人員過多導致通道擁堵Fig.3 Route congestion caused by crowded people during the exhibition

1. 2 會展建筑展廳布置的主要類型

會展建筑展覽類型多樣，展廳布置形式趨于多元化、密集化、復雜化。展廳主要由展位(展臺)和展覽通道(疏散通道)兩部分組成，布置時需考慮展廳尺寸、展臺空間造型、展示內容分類，并結合人員觀展流線、疏散路徑等因素，進行合理的功能布局與空間劃分。

根據《UFI統計標準和定義》，展覽會按性質分為綜合性展覽、專業性展會、消費展覽會三大類。主辦方根據展覽性質布置展位，展位分為標準展位(3 m×3 m)和特裝展位，設計時為體現多樣性，使其形成單個、行列或組團式布置。通過現場調研、文獻整理[16]和案例分析以及對國內外會展建筑的展覽信息進行歸納，總結出會展建筑展廳布置方式的主要類型有行列式、放射式、自由式和混合式(見表1)，這四種不同類型的布置方式分別適用于不同的展覽形式，可為下一步對人員疏散效率分析提供依據。

表1 會展建筑展廳布置方式的主要類型

2 會展建筑展廳布置對人員疏散效率的主要影響因素模擬分析

為了分析會展建筑展廳布置對人員疏散效率的主要影響因素，本文采用計算機仿真模擬試驗的方法分析了會展建筑展廳布置對人員疏散效率的影響。Pathfinder軟件是基于人員在建筑物內疏散行為的仿真模擬軟件，能夠較為真實地反映復雜狀況下人流速度和疏散時間等方面的情況[15]。通過對不同布置類型的展廳進行仿真模擬試驗，觀察人員在疏散過程中的行為特征，并對相關數據進行比較分析，探究會展建筑展廳布置對人員疏散效率的主要影響因素。

2. 1 模擬假定

本次仿真模擬試驗疏散場地假定為某一會展建筑長方形展廳，展廳為大跨無柱空間，其長、寬、高尺寸為81 m×46 m×8 m，標準展位的尺寸為3 m×3 m。根據《展覽建筑設計規范》(JGJ 218—2010)中的規定，展廳中單位展覽面積的最大使用人數為0.7人/m2，疏散最大使用人數為3 726 m2×0.7人/m2=2 608人，而本次擬模擬疏散人數為2 200人，符合規范要求。展廳內的主要疏散通道寬度設為5 m，次要疏散通道寬度設為3 m，展廳的短邊各布置2扇門，每扇門寬為4.5 m，共4扇門，總寬度為18 m，滿足規范規定的要求[2 608人÷100人×0.65 m(每100人的凈寬度)=16.95 m]，見圖4。

展廳內的人員分為參觀人員、 展臺服務人員和工作人員三類，本次模擬重點考慮展廳布置方式對人員疏散效率的主要影響因素，對人員構成不做過多考慮，選擇統一的人員數值對不同的場景進行模擬。疏散人員的個人特性和初始位置均根據展廳的布置情況隨機分布，且設定人員在疏散過程中不能穿越展臺，只能沿著疏散通道向安全出口移動，并收集與整理疏散人員的身體特征、步行特征、行為反應特征等基礎數據，將人員運動速度設定為1.45 m/s[16]，人員平均肩寬為40 cm，緩沖區最小值為0．48 m，其他參數選取軟件默認值。

圖4 會展建筑展廳布置方式的4種主要類型平面示意圖(單位：mm)Fig.4 Plan of four main types of layout of exhibition hall in exhibition and convention center(unit:mm)

2. 2 模擬結果分析

本文利用Pathfinder軟件對不同布置方式的展廳和未布展展廳分別進行了模擬，并從人員疏散時間、人員疏散速率和擁堵空間特征三方面進行了比較與分析。

2.2.1 人員疏散時間分析

不同布置方式下展廳內人員疏散剩余人數隨疏散時間的變化曲線，見圖5。

由圖5可見，未布展展廳的人員疏散時間為87.4 s，而行列式、放射式、自由式、混合式布置的展廳的人員疏散時間分別為95.4 s、101.9 s、103.8 s和113.1 s；當展廳內部空曠時，人員疏散不受到展臺等障礙物的影響，此時展廳內人員疏散效果最好，說明展廳在布置后會增加人員的疏散時間；與其他布置類型相比，行列式的展廳布置方式可使安全疏散通道路徑沿展廳縱向連續貫通，保證了疏散路徑的通暢，更有助于人員迅速疏散，而放射式、自由式、混合式的展廳布置方式較為復雜，改變了默認的安全疏散通道路徑，導致疏散道路曲折多變，增加了人員疏散路徑長度與疏散時間。

圖5 不同布置方式下展廳內人員疏散剩余人數隨疏散 時間的變化曲線Fig.5 Variation of the number of remaining evacuees with time under different layouts in the exhibition hall

2.2.2 人員疏散速率分析

人員疏散速率與人員密度緊密相關，人員密度體現的是一定范圍空間內人員的稠密程度，是人員疏散過程的重要空間指標[17]。通過觀察人員疏散速率可以發現，在疏散初期階段，人員分散在展廳內各個位置，人員相互間的間距較大，人群密度較小，不易出現擁擠現象，靠近安全出口的人員首先完成疏散，疏散速率較高；隨著時間的增加，當疏散進行到一定階段時，展廳內不同位置的人員分別通過疏散主要通道、疏散次要通道向安全出口移動，此時匯集人數增加，由于安全出口寬度有限，易形成“瓶頸”，造成人員排隊等待、擁擠，甚至堵塞的現象，節點處人員密度較高，疏散速度降低；到疏散最后階段時，大部分人員已順利通過安全出口，僅剩少部分人員未撤離，此時人員擁堵程度降低，疏散速率逐漸提高。

2.2.3 擁堵空間特征分析

人員聚集而產生密集流動時，易在節點處形成擁堵空間，不同布置方式下的展廳內人員疏散密度圖見圖6。其中，紅色區域表示人員主要集中的區域，該區域人員密度高，發生擠傷和踩踏事故的可能性也相對較高；藍色區域則反之。

圖6 不同布置方式下的展廳內人員疏散密度圖Fig.6 Density charts of evacuees in different layout of exhibition halls

人員朝安全出口方向疏散的過程中，其疏散速率高于在拐彎過程中的疏散速率[18]，相較于未布置和行列式的展廳布置方式，其他3種布置方式疏散路徑存在拐彎的可能性更多。通過截取疏散模擬過程中的3個具有代表性的時間節點可以發現(見圖6)，在疏散過程的前中期(10 s、45 s)，展廳無布置、行列式的布置方式比另外3種布置方式的紅色區域多，這是由于其疏散路徑較為簡單，人員快速地聚集到疏散主要通道和安全出口的位置后，造成人流擁堵；到了疏散過程后期(75 s)，無布置和行列式布置方式的展廳內人員基本已經疏散完畢，而放射式、自由式和混合式布置方式的展廳內人員逐漸向疏散主要通道和安全出口疏散，出現較多的紅色區域。

展廳內的擁堵空間主要位于疏散次要通道間的連接處、疏散主要通道與次要通道間的連接處以及安全出口處等。擁擠發生的主要原因是大量人員同時涌向寬度有限的通道或安全出口，形成多股人流匯集運動，在通道橫向與縱向交匯處發生擁擠，人員運動緩慢，疏散速度降低，造成擁堵。

3 會展建筑展廳布置的主要節點對人員安全疏散效率的影響分析

雖然會展建筑展廳內展覽布置形式變化多樣，但通過上述模擬分析可以發現安全疏散通道間的交叉口和安全出口兩處節點是造成展廳人員擁堵的主要區域，而在突發事件中，人員能否通過疏散通道和安全出口快速到達安全區域是疏散成功與否的關鍵。因此，本文分別從安全疏散通道組合形式與寬度、安全出口寬度與數量兩個方面對人員安全疏散效率的影響進行了分析。

3.1 安全疏散通道組合形式與寬度對人員疏散效率的影響分析

3.1.1 安全疏散通道組合形式對人員疏散效率的影響

會展建筑展廳內的不同展臺組合方式使得安全疏散通道形式多變，會影響展廳內人員疏散。本文通過對人員疏散仿真模擬的觀察分析，抽象出擁擠形成的過程，分別模擬了“一”型、“L”型、“T”型、“十”型4種主要安全疏散通道組合形式(見圖7)的擁擠情況，并在安全疏散通道總面積相同且人數均為200人的情況下，對比分析了4種安全疏散通道組合形式的人員疏散情況，見圖8。

由圖8可見，“L”型疏散通道所用的人員疏散時間最長，然后依次為“一”型和“T”型，“十”型疏散通道所用的人員疏散時間最短，為15 s，表明當疏散方向越多時，越有利于人員選擇不同的疏散方向，可避免同向疏散可能造成的擁堵問題； 而通過比較“一”型與“L”型安全疏散通道組合形式可知，雖然兩者均有兩個疏散方向，但“L”型安全疏散通道有轉角，而當安全疏散通道存在轉角時會增加人員疏散時間。因此，宜盡量采用“十”型和“T”型安全疏散通道組合形式，以提高人員的疏散效率。

圖7 4種不同安全疏散通道組合形式平面示意圖(單位：mm)Fig.7 Plan of four combinations of evacuation routes(unit:mm)

圖8 不同安全疏散通道組合形式下人員疏散 剩余人數隨疏散時間的變化曲線Fig.8 Curves of remaining nubmer of evacuees with time by four evacuation channels

3.1.2 安全疏散通道寬度對人員疏散效率的影響

同一安全疏散通道組合形式下，不同安全疏散通道寬度對人員疏散效率也有影響。《展覽建筑設計規范 》(JGJ 218—2010)中規定：展廳的等級根據展覽面積劃分為甲等、乙等和丙等，其中甲等展廳的展覽面積S>10 000 m2，乙等展廳的展覽面積為5 000 m2

在疏散人數一定的情況下，隨著安全疏散通道寬度的增加，人員疏散時間發生變化。“一”型安全疏散通道組合形式下不同疏散人數人員疏散時間隨疏散通道寬度的變化曲線，見圖9。

由圖9可見，當疏散通道寬度為3～5 m時，“一”型安全疏散通道組合形式下的人員疏散時間隨疏散通道寬度的增加呈線性遞減，而當疏散通道寬度為5～7 m時，其疏散時間大致相同，變化不明顯，表明當疏散通道寬度達到5 m這個臨界值時，人員疏散時間隨疏散通道寬度的變化曲線趨勢變緩，說明疏散通道寬度變化的增加對于人員疏散效率的影響降低；在疏散通道寬度一定的情況下，隨著疏散人數的增加，人員疏散時間也呈近線性逐漸遞增；當人員疏散人數一定時，人員疏散時間與疏散通道寬度呈反比關系。

圖9 “一”型安全疏散通道組合形式下不同疏散人數 人員疏散時間隨疏散通道寬度的變化曲線Fig.9 Evacuation time curves of different numbers of evacuees with evacuation passage width in the form of “—” route

本文分別對比了“L”型(見圖10)、“T”型(見圖11)、“十”型(見圖12)的安全疏散通道組合形式，結果發現疏散通道寬度的增加，可以提高人員的疏散效率，但增加疏散主要通道的寬度比增加疏散次要通道的寬度對于人員疏散效率提升的作用相對較低。

圖10 “L”型安全疏散通道組合形式下不同疏散人數的人員疏散時間隨疏散通道寬度的變化曲線Fig.10 Evacuation time curves of different numbers of evacuees with evacuation passage width in the form of “L” route

圖11 “T”型安全疏散通道組合形式下不同疏散人數的人員疏散時間隨疏散通道寬度的變化曲線Fig.11 Evacuation time curves of different numbers of evacuees with evacuation passage width in the form of “T” route

圖12 “十”型安全疏散通道組合形式下不同疏散人數的人員疏散時間隨疏散通道寬度的變化曲線Fig.12 Evacuation time curves of different numbers of evacuees with evacuation passage width in the form of “+” route

雖然增加安全疏散通道的寬度對人員疏散有所幫助，但由于疏散通道存在多個出口，各疏散通道的寬度不均衡，導致疏散主次通道的寬度差別較大，而人員在安全疏散時更傾向于選擇較近的通道，因此使得人員疏散也不均衡。可見，若只是單純地提高疏散主要通道的寬度，并不能解決人員擁堵問題，應該適當增加疏散次要通道的寬度，才能更有效地提高通道疏散能力。

3.2 安全出口數量和寬度對人員疏散效率的影響分析

3.2.1 安全出口寬度對人員疏散效率的影響

以一個長寬均為30 m×30 m的建筑空間為模擬對象，分析安全出口寬度對人員疏散效率的影響。通過在相同位置設置不同寬度的安全出口，控制單一變量，安全出口寬度增加范圍設置為2.5～6 m，安全出口每隔0.5 m遞增變化；每次的模擬人數分別為150人、200人、250人、300人、350人、400人。帶有相同參數的疏散模擬每組進行6次，并取疏散時間的平均值。

展廳內人員疏散過程中必須經過安全出口，當安全出口寬度數值固定時，若疏散總人數較少，則人員疏散行為受他人的影響較小，人群密度較低；但隨著疏散區域內人數的持續增加，單位面積內的人員密度變大，易在安全出口處產生擁擠、堵塞或踩踏事件，增加人員疏散時間。安全出口數量為一個時不同疏散人數的人員疏散時間隨安全出口寬度的變化曲線，見圖13。

圖13 安全出口數量為一個時不同疏散人數的人員 疏散時間隨安全出口寬度的變化曲線Fig.13 Evacuation time of different numbers of evacuees with exit width at one emergency exit

由圖13可見，當疏散區域內人數一定的情況下，隨著安全出口寬度的逐漸增大，人員疏散時間與安全出口寬度呈線性反比關系。以疏散人數為300人為例，分別對2.5～6 m的安全出口寬度進行比較，結果發現安全出口寬度為最小值2.5 m時，所用的人員疏散時間反而最長；同時還發現當安全出口的寬度已能夠滿足區域內人員疏散的需求，再單純地增加安全出口寬度，對于提升人員整體疏散效率的影響不大，如以疏散人數為200人為例，當安全出口寬度在2.5～4 m的區間內時，人員疏散時間隨安全出口寬度的變化曲線斜率變化較大，而當安全出口寬度為4.5～6 m時，該曲線趨向平緩，表明當安全出口寬度達到臨界值4.5 m后，人員的總疏散時間未發生明顯的降低。因此，在會展建筑展廳內，可通過適當增加安全出口的寬度，并通過控制疏散總人數的方法來降低人員疏散時間，提高人員疏散效率。

3.2.2 安全出口數量對人員疏散效率的影響

針對安全出口的數量，在一個30 m×30 m的空間內，分析了總安全出口寬度相同、安全出口數量不同的人員疏散的情況。即在保證總安全出口寬度為8 m并保持不變的前提下，增加安全出口數量，保證安全出口均勻分布，分別模擬了不同安全出口數量(為1、2、3、4個)對人員疏散效率的影響，每次的模擬人數分別為150人、200人、250人、300人、350人、400人，將帶有相同參數的疏散模擬每組進行6次，并取疏散時間的平均值。不同安全出口數量下的展廳平面示意圖見圖14，安全出口數量對不同疏散人數的人員疏散時間的影響見圖15。

圖14 不同安全出口數量下的展廳平面示意圖(單位：mm)Fig.14 Exhibition hall plan under different numbers of emergency exits(unit:mm)

圖15 安全出口數量對不同疏散人數的人員疏散 時間的影響Fig.15 Impact of nubmer of emergency exits on evacuation time

由圖15可見，安全出口數量增多可以增加人員對疏散方向的選擇，避免在單一出口處形成擁擠，但單個安全出口的寬度和數量會對人員總疏散時間產生影響，一個安全出口的人員疏散時間低于多個安全出口的人員疏散時間；在保證安全出口總寬度為8 m不變的前提下，當疏散人數為300人時，一個安全出口所需的人員疏散時間為34 s，比3個安全出口所需的人員疏散時間(45.7 s)短；當安全出口總寬度處于某一固定值時，單純地增加安全出口數量，并不能降低人員疏散時間，減少人員相互干擾對于疏散的影響，反而可能會增加人員疏散時間，因此需要對安全出口的數量和寬度進行綜合考慮。

4 會展建筑展廳布置的優化策略

基于上述仿真模擬分析，在會展建筑的展廳設計與展臺布置階段，需要根據展覽的具體情況，對易形成擁堵區域的安全疏散通道和安全出口進行合理規劃，故提出如下會展建筑展廳布置的優化策略，以提高人員疏散效率，保證人員疏散的合理性與快捷性。

(1) 在展覽策劃階段，從行列式、放射式、自由式、混合式4種類型布展形式中選擇最合適的展廳布置方式。對于布展形式沒有特別要求時，應盡量以行列式為主，減少展廳內人員疏散的復雜程度；而對于布展形式具有特殊要求時(如需采用非行列式布置方式)，在布展時應優化安全疏散通道路線方案，通過對安全疏散通道的組織與劃分，處理好展位與安全疏散通道的關系，避免疏散路徑過長或蜿蜒曲折，減少疏散通道的拐彎次數，妥善處理“主要疏散通道與次要疏散通道”、“主要疏散通道與安全出口”、“次要疏散通道與安全出口”之間的關系，盡可能形成暢通、多層次的安全疏散通道系統，避免人群由某一次要疏散通道集中涌向主要疏散通道而造成擁堵。

(2) 展廳內安全疏散通道類型的選擇上應避免出現過多的“L”型，并在不影響展覽效果的前提下，可調整展臺布置形式，適當減少展臺數量，擴大安全疏散通道的面積。此外，根據人員疏散行為習慣，當人流經過轉角時,人員會向疏散距離較短的通道轉彎內側集中，從而導致內側人員的擁擠和重新分布，而通過設置弧形轉角或切角，對展廳空間進行優化分隔，形成公共的開敞空間，局部擴大安全疏散通道寬度，既可降低人員通過轉角時的擁擠程度，減小并緩解轉角處擁堵壓力，又可增加人員在轉角處的視野范圍，保證視線的通透性(見圖16和圖17)。而安全疏散通道寬度需要根據不同的布展類型進行調整，安全疏散通道太寬會減少展廳內的展覽面積，安全疏散通道過窄則會影響其使用和安全疏散，且在條件有限的情況下，增加次要疏散通道寬度比增加主要疏散通道寬度更能提升人員的疏散效率，緩解安全疏散通道壓力。

圖16 安全疏散通道展臺根據人員疏散行為局部減小 示意圖(以“十”型安全疏散通道組合形式為例)Fig.16 Reduction of the booth of the evacuation route according to the evacuation behavior (taking “+” as an example)

圖17 安全疏散通道展臺根據人視線局部減小示意圖 (以“十”型安全疏散通道組合形式為例)Fig.17 Reduction of the booth of evacuation route according to the human sight (taking “+” type as an example)

(3) 在滿足國家規范要求的基礎上，可適當控制展廳內的參觀總人數，增加展廳內安全出口的數量以便對人員進行分流，將安全出口盡可能均勻布置在展廳四周，使得人員疏散距離變短、疏散時間減小，同時增加安全出口的總寬度，以降低人員在出口處形成瓶頸效應的可能性。此外，安全出口與安全疏散通道宜直接相連，以減少兩者之間的拐彎次數。同時，安全出口位置的設置要能在通道、展臺等復雜周圍環境下突顯出來，以有效提升人員的注意力，降低人員疏散時因心理緊張、慌亂或視線不佳而走錯的幾率。

5 結語與展望

會展建筑展覽類型豐富多彩，展廳布置多變，本文通過對不同展覽類型歸納總結出會展建筑展廳布置的4種主要類型，側重研究展廳整體布局對人員疏散效率的影響，通過模擬仿真，分析了展廳布置中的主要節點對人員疏散效率的影響，并提出相應的展廳布置優化策略。但會展建筑展廳形狀多樣，現階段僅針對最為常見的長方形展廳進行了研究，對正方形、弧形或異形等展廳的研究有待在后續研究中進一步補充。在進行展廳內人員與展臺布置形式的模擬研究時，對展廳內環境因素的考慮較為簡單，主要關注的是展廳展臺布置的二維平面，并沒有充分考慮展廳展臺在三維空間中的不同高度情況。今后可通過BIM與VR視覺、三維仿真模擬技術，將會展建筑展廳環境真實還原，使其能夠更加準確地反映現實情況，力求通過優化會展建筑展廳的布置與設計，進一步提高會展建筑的人員疏散效率，為會展建筑設計者和使用者提供更加合理的人員安全疏散方案，從而對會展建筑展廳的安全疏散性能做出合理性評估并提出建議。