会展建筑展厅布置对人员疏散效率的影响研究

万展志，周铁军，罗 能

(重庆大学建筑城规学院，重庆 400030)

中国“一带一路”和“中国制造2025”等重大战略的深入实施，推动了展览业的大力发展，我国已成为展览场馆建设大国，专业展览场馆数量及面积增加，会展场馆趋向普及化、大型化和专业化[1]。会展建筑以展览空间为核心，展厅作为会展建筑中使用面积最大、功能最重要的部分，承担着会展建筑展览的最主要职能[2]。

会展建筑举办展览时，展厅内人员高度聚集，财、物相对集中。根据不同展览规模与内容，展厅布置呈现多样性，展台林立，甚似“迷宫”，出现疏散路径距离过长、路径被阻挡以及安全出口不易被发现等情况。而且观展人员构成复杂且密集，大多数为第一次参观，对展厅环境不熟悉，一旦遭遇火灾、地震等突发事件，人员无法迅速寻找到安全出口，导致恐慌、盲目从众等行为出现[3-5]，致使疏散通道堵塞或发生人员踩踏事故，造成巨大的财产损失、人员伤亡等不良社会影响。因此，保障会展建筑展厅内人员迅速、有序、安全疏散显得尤为重要[6-7]。

人员疏散效率受到人员行为和建筑空间布置的影响，现有的研究主要关注会展展示效果的表达，如展台布置的艺术性[8]、展示空间的设计等[9]，而展厅安全研究则侧重于消防安全策略[10-11]或消防性能化设计[12-13]等方面。除按照国家相关规范的规定，如《展览建筑设计规范》(JGJ 218—2010)、《建筑设计防火规范》(GB 50016—2014)等进行展厅布置外，大部分以设计者的主观经验作为依据，未将会展建筑展厅布置与展厅内人员的安全疏散结合起来。本文旨在对会展建筑展厅布置类型进行归纳，分析展厅布置对人员安全疏散效率影响的主要因素，并将展厅布置与人员疏散行为结合起来，通过会展建筑展厅布置来提高人员安全疏散的效率，以保障人员安全。

1 会展建筑展厅布置存在的问题与主要类型

1. 1 会展建筑展厅布置存在的问题

展厅未进行展览布置时，空旷的展厅内无展台、展板、服务设备等障碍物阻拦，一旦发生火灾等突发事件，人员识别安全出口位置后，能够迅速朝安全出口方向逃离[14]。展览时，人们根据不同展示内容对展台进行了布置，由于参展品牌数量众多，展台数量、大小、高度和组合方式各不相同，使人眼花缭乱，应急疏散标识及安全出口易被遮挡，会影响人员对展厅的熟悉程度及疏散路径(见图1)。人员疏散必须沿着疏散通道进行，在展览过程中可能会出现因通道宽度不足、疏散距离过长或展台不定时举办活动等，使大量人员在展厅内高度聚集而造成拥挤，导致人员总疏散时间增加，见图2和图3。

图1 展厅布置前后对于人员疏散路径的影响示意图Fig.1 Effect of the layout of the exhibition hall on the evacuation route of personnel

图2 展厅在举办活动时通道被占用Fig.2 Crowded route when the exhibition hall is holding an event

图3 观展时人员过多导致通道拥堵Fig.3 Route congestion caused by crowded people during the exhibition

1. 2 会展建筑展厅布置的主要类型

会展建筑展览类型多样，展厅布置形式趋于多元化、密集化、复杂化。展厅主要由展位(展台)和展览通道(疏散通道)两部分组成，布置时需考虑展厅尺寸、展台空间造型、展示内容分类，并结合人员观展流线、疏散路径等因素，进行合理的功能布局与空间划分。

根据《UFI统计标准和定义》，展览会按性质分为综合性展览、专业性展会、消费展览会三大类。主办方根据展览性质布置展位，展位分为标准展位(3 m×3 m)和特装展位，设计时为体现多样性，使其形成单个、行列或组团式布置。通过现场调研、文献整理[16]和案例分析以及对国内外会展建筑的展览信息进行归纳，总结出会展建筑展厅布置方式的主要类型有行列式、放射式、自由式和混合式(见表1)，这四种不同类型的布置方式分别适用于不同的展览形式，可为下一步对人员疏散效率分析提供依据。

表1 会展建筑展厅布置方式的主要类型

2 会展建筑展厅布置对人员疏散效率的主要影响因素模拟分析

为了分析会展建筑展厅布置对人员疏散效率的主要影响因素，本文采用计算机仿真模拟试验的方法分析了会展建筑展厅布置对人员疏散效率的影响。Pathfinder软件是基于人员在建筑物内疏散行为的仿真模拟软件，能够较为真实地反映复杂状况下人流速度和疏散时间等方面的情况[15]。通过对不同布置类型的展厅进行仿真模拟试验，观察人员在疏散过程中的行为特征，并对相关数据进行比较分析，探究会展建筑展厅布置对人员疏散效率的主要影响因素。

2. 1 模拟假定

本次仿真模拟试验疏散场地假定为某一会展建筑长方形展厅，展厅为大跨无柱空间，其长、宽、高尺寸为81 m×46 m×8 m，标准展位的尺寸为3 m×3 m。根据《展览建筑设计规范》(JGJ 218—2010)中的规定，展厅中单位展览面积的最大使用人数为0.7人/m2，疏散最大使用人数为3 726 m2×0.7人/m2=2 608人，而本次拟模拟疏散人数为2 200人，符合规范要求。展厅内的主要疏散通道宽度设为5 m，次要疏散通道宽度设为3 m，展厅的短边各布置2扇门，每扇门宽为4.5 m，共4扇门，总宽度为18 m，满足规范规定的要求[2 608人÷100人×0.65 m(每100人的净宽度)=16.95 m]，见图4。

展厅内的人员分为参观人员、 展台服务人员和工作人员三类，本次模拟重点考虑展厅布置方式对人员疏散效率的主要影响因素，对人员构成不做过多考虑，选择统一的人员数值对不同的场景进行模拟。疏散人员的个人特性和初始位置均根据展厅的布置情况随机分布，且设定人员在疏散过程中不能穿越展台，只能沿着疏散通道向安全出口移动，并收集与整理疏散人员的身体特征、步行特征、行为反应特征等基础数据，将人员运动速度设定为1.45 m/s[16]，人员平均肩宽为40 cm，缓冲区最小值为0．48 m，其他参数选取软件默认值。

图4 会展建筑展厅布置方式的4种主要类型平面示意图(单位：mm)Fig.4 Plan of four main types of layout of exhibition hall in exhibition and convention center(unit:mm)

2. 2 模拟结果分析

本文利用Pathfinder软件对不同布置方式的展厅和未布展展厅分别进行了模拟，并从人员疏散时间、人员疏散速率和拥堵空间特征三方面进行了比较与分析。

2.2.1 人员疏散时间分析

不同布置方式下展厅内人员疏散剩余人数随疏散时间的变化曲线，见图5。

由图5可见，未布展展厅的人员疏散时间为87.4 s，而行列式、放射式、自由式、混合式布置的展厅的人员疏散时间分别为95.4 s、101.9 s、103.8 s和113.1 s；当展厅内部空旷时，人员疏散不受到展台等障碍物的影响，此时展厅内人员疏散效果最好，说明展厅在布置后会增加人员的疏散时间；与其他布置类型相比，行列式的展厅布置方式可使安全疏散通道路径沿展厅纵向连续贯通，保证了疏散路径的通畅，更有助于人员迅速疏散，而放射式、自由式、混合式的展厅布置方式较为复杂，改变了默认的安全疏散通道路径，导致疏散道路曲折多变，增加了人员疏散路径长度与疏散时间。

图5 不同布置方式下展厅内人员疏散剩余人数随疏散 时间的变化曲线Fig.5 Variation of the number of remaining evacuees with time under different layouts in the exhibition hall

2.2.2 人员疏散速率分析

人员疏散速率与人员密度紧密相关，人员密度体现的是一定范围空间内人员的稠密程度，是人员疏散过程的重要空间指标[17]。通过观察人员疏散速率可以发现，在疏散初期阶段，人员分散在展厅内各个位置，人员相互间的间距较大，人群密度较小，不易出现拥挤现象，靠近安全出口的人员首先完成疏散，疏散速率较高；随着时间的增加，当疏散进行到一定阶段时，展厅内不同位置的人员分别通过疏散主要通道、疏散次要通道向安全出口移动，此时汇集人数增加，由于安全出口宽度有限，易形成“瓶颈”，造成人员排队等待、拥挤，甚至堵塞的现象，节点处人员密度较高，疏散速度降低；到疏散最后阶段时，大部分人员已顺利通过安全出口，仅剩少部分人员未撤离，此时人员拥堵程度降低，疏散速率逐渐提高。

2.2.3 拥堵空间特征分析

人员聚集而产生密集流动时，易在节点处形成拥堵空间，不同布置方式下的展厅内人员疏散密度图见图6。其中，红色区域表示人员主要集中的区域，该区域人员密度高，发生挤伤和踩踏事故的可能性也相对较高；蓝色区域则反之。

图6 不同布置方式下的展厅内人员疏散密度图Fig.6 Density charts of evacuees in different layout of exhibition halls

人员朝安全出口方向疏散的过程中，其疏散速率高于在拐弯过程中的疏散速率[18]，相较于未布置和行列式的展厅布置方式，其他3种布置方式疏散路径存在拐弯的可能性更多。通过截取疏散模拟过程中的3个具有代表性的时间节点可以发现(见图6)，在疏散过程的前中期(10 s、45 s)，展厅无布置、行列式的布置方式比另外3种布置方式的红色区域多，这是由于其疏散路径较为简单，人员快速地聚集到疏散主要通道和安全出口的位置后，造成人流拥堵；到了疏散过程后期(75 s)，无布置和行列式布置方式的展厅内人员基本已经疏散完毕，而放射式、自由式和混合式布置方式的展厅内人员逐渐向疏散主要通道和安全出口疏散，出现较多的红色区域。

展厅内的拥堵空间主要位于疏散次要通道间的连接处、疏散主要通道与次要通道间的连接处以及安全出口处等。拥挤发生的主要原因是大量人员同时涌向宽度有限的通道或安全出口，形成多股人流汇集运动，在通道横向与纵向交汇处发生拥挤，人员运动缓慢，疏散速度降低，造成拥堵。

3 会展建筑展厅布置的主要节点对人员安全疏散效率的影响分析

虽然会展建筑展厅内展览布置形式变化多样，但通过上述模拟分析可以发现安全疏散通道间的交叉口和安全出口两处节点是造成展厅人员拥堵的主要区域，而在突发事件中，人员能否通过疏散通道和安全出口快速到达安全区域是疏散成功与否的关键。因此，本文分别从安全疏散通道组合形式与宽度、安全出口宽度与数量两个方面对人员安全疏散效率的影响进行了分析。

3.1 安全疏散通道组合形式与宽度对人员疏散效率的影响分析

3.1.1 安全疏散通道组合形式对人员疏散效率的影响

会展建筑展厅内的不同展台组合方式使得安全疏散通道形式多变，会影响展厅内人员疏散。本文通过对人员疏散仿真模拟的观察分析，抽象出拥挤形成的过程，分别模拟了“一”型、“L”型、“T”型、“十”型4种主要安全疏散通道组合形式(见图7)的拥挤情况，并在安全疏散通道总面积相同且人数均为200人的情况下，对比分析了4种安全疏散通道组合形式的人员疏散情况，见图8。

由图8可见，“L”型疏散通道所用的人员疏散时间最长，然后依次为“一”型和“T”型，“十”型疏散通道所用的人员疏散时间最短，为15 s，表明当疏散方向越多时，越有利于人员选择不同的疏散方向，可避免同向疏散可能造成的拥堵问题； 而通过比较“一”型与“L”型安全疏散通道组合形式可知，虽然两者均有两个疏散方向，但“L”型安全疏散通道有转角，而当安全疏散通道存在转角时会增加人员疏散时间。因此，宜尽量采用“十”型和“T”型安全疏散通道组合形式，以提高人员的疏散效率。

图7 4种不同安全疏散通道组合形式平面示意图(单位：mm)Fig.7 Plan of four combinations of evacuation routes(unit:mm)

图8 不同安全疏散通道组合形式下人员疏散 剩余人数随疏散时间的变化曲线Fig.8 Curves of remaining nubmer of evacuees with time by four evacuation channels

3.1.2 安全疏散通道宽度对人员疏散效率的影响

同一安全疏散通道组合形式下，不同安全疏散通道宽度对人员疏散效率也有影响。《展览建筑设计规范 》(JGJ 218—2010)中规定：展厅的等级根据展览面积划分为甲等、乙等和丙等，其中甲等展厅的展览面积S>10 000 m2，乙等展厅的展览面积为5 000 m2

在疏散人数一定的情况下，随着安全疏散通道宽度的增加，人员疏散时间发生变化。“一”型安全疏散通道组合形式下不同疏散人数人员疏散时间随疏散通道宽度的变化曲线，见图9。

由图9可见，当疏散通道宽度为3～5 m时，“一”型安全疏散通道组合形式下的人员疏散时间随疏散通道宽度的增加呈线性递减，而当疏散通道宽度为5～7 m时，其疏散时间大致相同，变化不明显，表明当疏散通道宽度达到5 m这个临界值时，人员疏散时间随疏散通道宽度的变化曲线趋势变缓，说明疏散通道宽度变化的增加对于人员疏散效率的影响降低；在疏散通道宽度一定的情况下，随着疏散人数的增加，人员疏散时间也呈近线性逐渐递增；当人员疏散人数一定时，人员疏散时间与疏散通道宽度呈反比关系。

图9 “一”型安全疏散通道组合形式下不同疏散人数 人员疏散时间随疏散通道宽度的变化曲线Fig.9 Evacuation time curves of different numbers of evacuees with evacuation passage width in the form of “—” route

本文分别对比了“L”型(见图10)、“T”型(见图11)、“十”型(见图12)的安全疏散通道组合形式，结果发现疏散通道宽度的增加，可以提高人员的疏散效率，但增加疏散主要通道的宽度比增加疏散次要通道的宽度对于人员疏散效率提升的作用相对较低。

图10 “L”型安全疏散通道组合形式下不同疏散人数的人员疏散时间随疏散通道宽度的变化曲线Fig.10 Evacuation time curves of different numbers of evacuees with evacuation passage width in the form of “L” route

图11 “T”型安全疏散通道组合形式下不同疏散人数的人员疏散时间随疏散通道宽度的变化曲线Fig.11 Evacuation time curves of different numbers of evacuees with evacuation passage width in the form of “T” route

图12 “十”型安全疏散通道组合形式下不同疏散人数的人员疏散时间随疏散通道宽度的变化曲线Fig.12 Evacuation time curves of different numbers of evacuees with evacuation passage width in the form of “+” route

虽然增加安全疏散通道的宽度对人员疏散有所帮助，但由于疏散通道存在多个出口，各疏散通道的宽度不均衡，导致疏散主次通道的宽度差别较大，而人员在安全疏散时更倾向于选择较近的通道，因此使得人员疏散也不均衡。可见，若只是单纯地提高疏散主要通道的宽度，并不能解决人员拥堵问题，应该适当增加疏散次要通道的宽度，才能更有效地提高通道疏散能力。

3.2 安全出口数量和宽度对人员疏散效率的影响分析

3.2.1 安全出口宽度对人员疏散效率的影响

以一个长宽均为30 m×30 m的建筑空间为模拟对象，分析安全出口宽度对人员疏散效率的影响。通过在相同位置设置不同宽度的安全出口，控制单一变量，安全出口宽度增加范围设置为2.5～6 m，安全出口每隔0.5 m递增变化；每次的模拟人数分别为150人、200人、250人、300人、350人、400人。带有相同参数的疏散模拟每组进行6次，并取疏散时间的平均值。

展厅内人员疏散过程中必须经过安全出口，当安全出口宽度数值固定时，若疏散总人数较少，则人员疏散行为受他人的影响较小，人群密度较低；但随着疏散区域内人数的持续增加，单位面积内的人员密度变大，易在安全出口处产生拥挤、堵塞或踩踏事件，增加人员疏散时间。安全出口数量为一个时不同疏散人数的人员疏散时间随安全出口宽度的变化曲线，见图13。

图13 安全出口数量为一个时不同疏散人数的人员 疏散时间随安全出口宽度的变化曲线Fig.13 Evacuation time of different numbers of evacuees with exit width at one emergency exit

由图13可见，当疏散区域内人数一定的情况下，随着安全出口宽度的逐渐增大，人员疏散时间与安全出口宽度呈线性反比关系。以疏散人数为300人为例，分别对2.5～6 m的安全出口宽度进行比较，结果发现安全出口宽度为最小值2.5 m时，所用的人员疏散时间反而最长；同时还发现当安全出口的宽度已能够满足区域内人员疏散的需求，再单纯地增加安全出口宽度，对于提升人员整体疏散效率的影响不大，如以疏散人数为200人为例，当安全出口宽度在2.5～4 m的区间内时，人员疏散时间随安全出口宽度的变化曲线斜率变化较大，而当安全出口宽度为4.5～6 m时，该曲线趋向平缓，表明当安全出口宽度达到临界值4.5 m后，人员的总疏散时间未发生明显的降低。因此，在会展建筑展厅内，可通过适当增加安全出口的宽度，并通过控制疏散总人数的方法来降低人员疏散时间，提高人员疏散效率。

3.2.2 安全出口数量对人员疏散效率的影响

针对安全出口的数量，在一个30 m×30 m的空间内，分析了总安全出口宽度相同、安全出口数量不同的人员疏散的情况。即在保证总安全出口宽度为8 m并保持不变的前提下，增加安全出口数量，保证安全出口均匀分布，分别模拟了不同安全出口数量(为1、2、3、4个)对人员疏散效率的影响，每次的模拟人数分别为150人、200人、250人、300人、350人、400人，将带有相同参数的疏散模拟每组进行6次，并取疏散时间的平均值。不同安全出口数量下的展厅平面示意图见图14，安全出口数量对不同疏散人数的人员疏散时间的影响见图15。

图14 不同安全出口数量下的展厅平面示意图(单位：mm)Fig.14 Exhibition hall plan under different numbers of emergency exits(unit:mm)

图15 安全出口数量对不同疏散人数的人员疏散 时间的影响Fig.15 Impact of nubmer of emergency exits on evacuation time

由图15可见，安全出口数量增多可以增加人员对疏散方向的选择，避免在单一出口处形成拥挤，但单个安全出口的宽度和数量会对人员总疏散时间产生影响，一个安全出口的人员疏散时间低于多个安全出口的人员疏散时间；在保证安全出口总宽度为8 m不变的前提下，当疏散人数为300人时，一个安全出口所需的人员疏散时间为34 s，比3个安全出口所需的人员疏散时间(45.7 s)短；当安全出口总宽度处于某一固定值时，单纯地增加安全出口数量，并不能降低人员疏散时间，减少人员相互干扰对于疏散的影响，反而可能会增加人员疏散时间，因此需要对安全出口的数量和宽度进行综合考虑。

4 会展建筑展厅布置的优化策略

基于上述仿真模拟分析，在会展建筑的展厅设计与展台布置阶段，需要根据展览的具体情况，对易形成拥堵区域的安全疏散通道和安全出口进行合理规划，故提出如下会展建筑展厅布置的优化策略，以提高人员疏散效率，保证人员疏散的合理性与快捷性。

(1) 在展览策划阶段，从行列式、放射式、自由式、混合式4种类型布展形式中选择最合适的展厅布置方式。对于布展形式没有特别要求时，应尽量以行列式为主，减少展厅内人员疏散的复杂程度；而对于布展形式具有特殊要求时(如需采用非行列式布置方式)，在布展时应优化安全疏散通道路线方案，通过对安全疏散通道的组织与划分，处理好展位与安全疏散通道的关系，避免疏散路径过长或蜿蜒曲折，减少疏散通道的拐弯次数，妥善处理“主要疏散通道与次要疏散通道”、“主要疏散通道与安全出口”、“次要疏散通道与安全出口”之间的关系，尽可能形成畅通、多层次的安全疏散通道系统，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拥堵。

(2) 展厅内安全疏散通道类型的选择上应避免出现过多的“L”型，并在不影响展览效果的前提下，可调整展台布置形式，适当减少展台数量，扩大安全疏散通道的面积。此外，根据人员疏散行为习惯，当人流经过转角时,人员会向疏散距离较短的通道转弯内侧集中，从而导致内侧人员的拥挤和重新分布，而通过设置弧形转角或切角，对展厅空间进行优化分隔，形成公共的开敞空间，局部扩大安全疏散通道宽度，既可降低人员通过转角时的拥挤程度，减小并缓解转角处拥堵压力，又可增加人员在转角处的视野范围，保证视线的通透性(见图16和图17)。而安全疏散通道宽度需要根据不同的布展类型进行调整，安全疏散通道太宽会减少展厅内的展览面积，安全疏散通道过窄则会影响其使用和安全疏散，且在条件有限的情况下，增加次要疏散通道宽度比增加主要疏散通道宽度更能提升人员的疏散效率，缓解安全疏散通道压力。

图16 安全疏散通道展台根据人员疏散行为局部减小 示意图(以“十”型安全疏散通道组合形式为例)Fig.16 Reduction of the booth of the evacuation route according to the evacuation behavior (taking “+” as an example)

图17 安全疏散通道展台根据人视线局部减小示意图 (以“十”型安全疏散通道组合形式为例)Fig.17 Reduction of the booth of evacuation route according to the human sight (taking “+” type as an example)

(3) 在满足国家规范要求的基础上，可适当控制展厅内的参观总人数，增加展厅内安全出口的数量以便对人员进行分流，将安全出口尽可能均匀布置在展厅四周，使得人员疏散距离变短、疏散时间减小，同时增加安全出口的总宽度，以降低人员在出口处形成瓶颈效应的可能性。此外，安全出口与安全疏散通道宜直接相连，以减少两者之间的拐弯次数。同时，安全出口位置的设置要能在通道、展台等复杂周围环境下突显出来，以有效提升人员的注意力，降低人员疏散时因心理紧张、慌乱或视线不佳而走错的几率。

5 结语与展望

会展建筑展览类型丰富多彩，展厅布置多变，本文通过对不同展览类型归纳总结出会展建筑展厅布置的4种主要类型，侧重研究展厅整体布局对人员疏散效率的影响，通过模拟仿真，分析了展厅布置中的主要节点对人员疏散效率的影响，并提出相应的展厅布置优化策略。但会展建筑展厅形状多样，现阶段仅针对最为常见的长方形展厅进行了研究，对正方形、弧形或异形等展厅的研究有待在后续研究中进一步补充。在进行展厅内人员与展台布置形式的模拟研究时，对展厅内环境因素的考虑较为简单，主要关注的是展厅展台布置的二维平面，并没有充分考虑展厅展台在三维空间中的不同高度情况。今后可通过BIM与VR视觉、三维仿真模拟技术，将会展建筑展厅环境真实还原，使其能够更加准确地反映现实情况，力求通过优化会展建筑展厅的布置与设计，进一步提高会展建筑的人员疏散效率，为会展建筑设计者和使用者提供更加合理的人员安全疏散方案，从而对会展建筑展厅的安全疏散性能做出合理性评估并提出建议。