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从安全疏散视角 看博物馆陈列展览区的空间布局如何优化？

发布时间：2024-01-26 浏览次数：0

摘要:在满足展陈功能要求与观览流线需求的基础上，从安全疏散视角分析、研究、优化博物馆陈列展览区的空间布局，对进一步提高陈列展览区的空间品质有着重要意义。本文在分析、归纳博物馆陈列展览区的空间构成要素和空间布局模式的基础上，建立了空间疏散模拟实验模型，并利用BuildingEXODUS软件进行疏散模拟，探讨了节点、路径和布局模式对陈列展览区空间疏散效率的影响，进而基于安全疏散视角，提出空间布局的原则，以期为科学、合理的博物馆陈列展览区空间布局提供保障和依据。

 

关键词:博物馆；陈列展览区；布局模式；疏散模拟

博物馆观览人员多为游客，他们对博物馆的空间环境较为陌生，一旦发生突发事件，由于恐慌及从众心理，不易找到安全疏散出口。同时，博物馆建筑布展具有特殊性，建筑本身开窗面积较小，采光率较低，加上“迷宫”般的布置，会对人员选择疏散路径造成困扰。博物馆空间由于开放性，以及为实现大空间展陈效果而难以划分防火分区，甚至产生过长的消防通道，均会延误突发火灾时疏散、救援的最佳时机。[1]陈列展览区作为博物馆功能的核心部分，人员相对集中，研究其安全疏散路径的设置，对进一步提高陈列展览区的空间品质有重要意义。
万展志等利用疏散模拟软件Pathfinder分析了展厅布置对人员疏散效率的影响，并提出相应优化策略。[2]同时，万展志等又基于可视性对会展建筑展厅中应急疏散标识的布局研究进行了综述分析。[3]傅荣生等结合实际工程项目，针对大空间展览建筑进行计算机软件建模与模拟分析。[4]对于博物馆消防疏散的研究，谢晨晨以扬州市中国大运河博物馆为例，对博物馆火灾场景下的应急疏散进行了研究。[5]
综上，现有研究大多关注博物馆、美术馆、规划展览馆等展陈空间的安全疏散，而对“链接”展陈空间、共享空间、流线空间等陈列展览区整体布局的安全疏散研究较少。博物馆陈列展览区整体布局的优劣对于人员能否安全疏散而言十分重要。研究基于疏散模拟，试图对博物馆陈列展览区整体布局进行分析，探讨其与疏散效率是否相互影响并具有规律，提出基于疏散视角的陈列展览区整体布局优化原则，以期为博物馆建筑设计提供基础性依据。
 

1 博物馆陈列展览区的整体布局

1.1 构成要素及布局模式
1.1.1 构成要素
博物馆陈列展览区的构成形式要素包括展厅、共享空间和流线空间等。展厅是提供展示功能的空间；共享空间和流线空间则是为观众观展、学习、社交等行为提供服务的空间。
博物馆陈列展览区的构成关系要素是指以展厅、共享空间、流线空间与安全疏散口作为拓扑关系中的节点，彼此形成关联，即路径。博物馆陈列展览区不同的公共空间作为疏散路径的起点，与疏散口建立直接或间接的连接关系，从而形成安全疏散路径。
1.1.2 布局模式

具象的空间形式与抽象的空间关系进行叠加，构成了博物馆陈列展览区的布局模式。本文主要以空间关系作为分类依据，结合人员疏散方式，将陈列展览区的布局分为以下三种模式（图1）。

1 空间布局模式分析图

1）环绕式。展厅并联分布在共享空间、流线空间四周，环绕中庭或综合大厅布置。人员从展厅向四周疏散至安全疏散口，疏散流线呈发散状。
2）并置式。展厅位于共享空间、流线空间的一侧，空间关系为并联与串联的混合模式。人员从展厅通过线状空间疏散至安全疏散口，疏散流线呈线状。
3）串联式。展厅相互串联形成整体。人员从展厅直接通过内部到达邻近的安全疏散口，疏散流线呈点状汇聚状。
1.2 疏散效率影响因素
1.2.1 节点与路径
陈列展览区的空间关系由节点和路径构成。当发生节点失效、路径断裂时，空间疏散效率将受到影响。人员在疏散过程中，选择路径受两个因素的制约：一是疏散路径需要满足“危险区域—次危险区域—室内安全区域—室外安全区域”危险等级逐级或越级递减的原则[6]；二是疏散路径断裂时，面对情景变化，人员能否快速进行路径选择与调整。
1.2.2 布局模式
陈列展览区的布局模式、灾时重组的疏散路径，均对疏散效率有影响。除此之外，陈列展览区的空间形态（包括空间的形状、尺寸及疏散距离等）也会对人员疏散时间产生影响。
 
2 空间疏散实验模型的构建
2.1 疏散人员规模的确定
2.1.1 人员分布设置
人员主要分布在基本陈列、临时展览等展厅，以及兼作展示功能、礼仪庆典、新闻发布等社会化商业活动的多用途共享空间。
JGJ 66—2015《博物馆建筑设计规范》中规定，一般情况下陈列展览区的观众量仅以展厅限值之和计算，休息厅、走廊等服务空间停留人员不计入观众量是安全、合理的。[7]故本文仅在展厅与多用途共享空间内部设置人员。
2.1.2 人员密度设定
JGJ 66—2015《博物馆建筑设计规范》中规定，观众流量的控制应符合文物安全、秩序正常、空间环境与视觉条件良好的原则，提出了合理流量和极限流量的概念。[7]合理流量内，观众可以自由选择观看展品，观展条件良好；当超过极限流量时，观众驻足观展困难，室内温湿度升高，观众和展厅的安全都将受到威胁。
无论博物馆是处于正常状态，还是处于举办活动的特殊状态，都应以保证展品和人员安全为原则，将最不利的情况，即观众达到极限流量值时的最高峰密度值（0.34人/㎡）作为实验密度设定值。[7]
2.2 空间关系模式确立
将展厅、共享空间或流线空间、疏散楼梯分别对应起点、安全疏散节点或疏散连接节点、终点，构建拓扑关系，将环绕式、并置式、串联式的空间布局模式分别对应环状放射型、放射状环型，以及多层树型拓扑关系的整体构形特征。[8]安全疏散节点直接与终点相连，疏散连接节点不与终点相连。起点对应危险区域，安全疏散节点、疏散连接节点对应次危险区域，终点对应室内安全区域。室内安全区域是相对独立的防火单元，进入其中即代表到达安全地点。[6]
正常状态下，在拓扑关系中存在以“危险区域—次危险区域—室内安全区域—室外安全区域”危险等级逐级或越级递减为原则而确立的疏散路径，这时拓扑关系中的路径被赋予了方向性。紧急情况下，空间疏散能力失效，疏散路径被重组。当空间关系模式确立后，以空间疏散能力失效的不同情景为基础，进行新的空间疏散路径模拟。新的空间疏散路径对疏散效率的影响进一步反映了空间布局模式的优劣。
2.3 空间形式参数设定
2.3.1 陈列展厅参数设定

在对20座典型博物馆的90个陈列展厅的长宽比进行统计分析后，发现展厅的长宽比集中分布在1:1至2:1（图2）。对1:1，3:2和2:1三种典型比例进行疏散模拟，发现当安全疏散口沿长向边设置时，三种典型比例的展厅疏散效率基本相同；当安全疏散口设置在短向边时，长宽比为3:2和2:1的展厅疏散效率有所下降，但基本相同（图3）。结合以往的疏散研究，如芮睿对大空间公共建筑的疏散流线设计研究[9]，以及武爽对大型展览馆建筑人员应急疏散的研究[10]等，发现长宽比为2:1的陈列展厅多次被用来进行模拟实验，故本实验将展厅长宽比设为2:1。

2 展厅长宽比分布统计图

3 不同平面比例展厅的疏散人数与时间关系图

根据《建筑设计资料集》第四分册可知，展厅采用单线陈列时，跨度不宜小于5 m；采用双线展览时，跨度不宜小于9 m。展厅内若设立柱，柱距应为6～9 m。[11]为满足上述三种情况，实验将跨度设为9 m。
为保证模型在设置自动喷水灭火系统的一个防火分区（面积为5 000 ㎡）内，且展厅内任一点至最近疏散门距离不大于37.5 m[12]，故将展厅设置为18 m×36 m，面积为648 ㎡，该展厅尺度属于大型陈列室（500～1 000 ㎡），相较于中型陈列室（150～250 ㎡）、小型陈列室（50～100 ㎡），其疏散难度更大。[7]
2.3.2 疏散宽度设定
根据GB 50016—2014《建筑设计防火规范》（2018年版）中对于疏散宽度的计算，本文仅考虑建筑的首层与二层，百人疏散宽度不小于0.65 m [12]，经计算总疏散宽度为5.75 m。每股人流通过宽度为0.6 m，疏散楼梯的净宽度与疏散门宽度按3股人流通过进行设置，设为2 m。同时，考虑到模型的对称性，布置4部疏散楼梯。
根据《建筑设计资料集》第四分册可知，展厅的净高度不小于3.6 m。[11]本实验将层高设定为4.5 m，楼梯平台宽度设为2.5 m，梯段的踏步高度及踏面宽度均采用BuildingEXODUS模拟软件的默认值0.15 m和0.27 m。
根据《人员密集场所消防安全管理》的规定，展厅等场所内的疏散走道净宽度不应小于3 m。[13]因此，实验按轴网尺寸，将模型中的走廊宽度最小值设为4.5 m。

综上所述，本实验按照博物馆陈列展览区的布局模式构建空间疏散模拟实验模型（图4）。在三种布局模式的空间疏散模拟实验模型的基础上，通过控制变量，衍生出空间路径断裂的情景模型，其中人员参数设置采取软件默认值，不考虑人员异质性对疏散效率的影响。

4 空间疏散模拟实验模型

3 三种空间布局模式疏散模拟

3.1 环绕式空间布局模式疏散模拟
3.1.1 疏散模拟

将环绕式空间布局模式的疏散模拟设定为1种正常状态情景和3种非正常状态情景（图5）。情景A为与展厅相连的流线空间、共享空间发生断裂，疏散连接节点失效；情景B为位于两展厅之间的流线空间、共享空间发生断裂，安全疏散节点失效；情景C则为直接与疏散楼梯相连的流线空间、共享空间发生断裂，安全疏散节点失效。

5 环绕式空间布局模式的疏散模拟情景

3.1.2 结果分析

从疏散时间结果和疏散人数与时间关系图（图6、图7）中可以看出，正常情景的疏散时间平均值为279.52 s。断裂情景A的平均疏散时间比正常情景增加了9.3%；断裂情景B疏散效率没有受到明显的影响；断裂情景C平均疏散时间比正常情景增加了16.7%。

6 环绕式空间布局模式的不同情景疏散模拟时间结果

7 环绕式空间布局模式的不同情景疏散模拟人数与时间关系图

通过对疏散人员密度表（表1）的分析可知：正常情景下，t=30 s时，疏散路径开始拥堵；t=72 s时，拥堵达到高峰，两展厅之间的疏散楼梯承担更多的压力；t=263 s时，拥堵结束。情景A中，一个展厅的一个疏散口失效，但人员可以通过另一个疏散口疏散。情景B中，位于两展厅之间的疏散楼梯失效，疏散压力集中到另外三部疏散楼梯，但疏散压力分布均衡，与正常状态下的总体疏散时间基本相同。情景C中，位于中部流线空间的一部疏散楼梯失效，疏散压力分布不均，导致总体疏散时间增加。情景A、B、C中重新生成的疏散路径，均符合危险等级递减的疏散路径原则。

3.2 并置式空间布局模式疏散模拟
3.2.1 疏散模拟

将并置式空间布局模式的疏散模拟设定为1种正常状态情景和3种非正常状态情景（图8）。情景A中，断裂的是直接与疏散楼梯相连的流线空间、共享空间，安全疏散节点失效；情景B中，疏散连接节点失效；情景C中，展厅之间的流线空间、共享空间断裂，疏散连接节点失效。

8 并置式空间布局模式的疏散模拟情景

3.2.2 结果分析

从不同疏散情景下的疏散时间结果（图9）与疏散人数与时间关系图（图10）来看，正常情景下的疏散时间平均值为222.4 s。情景A的平均疏散时间比正常状态增加了37.8%。情景B、C的平均疏散时间与正常状态基本相同。

9 并置式空间布局模式的不同情景疏散模拟时间结果

10 并置式空间布局模式的不同情景疏散模拟人数与时间关系图

根据疏散人员密度表（表2）分析可知，正常情景下，t=27 s时，开始拥堵；t=72 s时，达到拥堵高峰；t=191 s时，拥堵结束。情景A中与疏散楼梯相连的流线空间、共享空间失效，导致疏散楼梯也失效，重组的疏散路径并不符合危险等级递减的原则，需要从危险区域先经次危险区域疏散至另一危险区域，再进行安全疏散。情景B、C中，不与疏散楼梯相连的流线空间、共享空间失效，对疏散效率基本没有影响。

3.3 串联式空间布局模式疏散模拟
3.3.1 疏散模拟
将串联式空间布局模式分为1种正常状态情景和3种非正常状态情景（图11）。情景A为展厅之间直接与疏散楼梯相连的流线空间、共享空间断裂，安全疏散节点失效；情景B为展厅外部的流线空间、共享空间断裂，安全疏散节点失效；情景C为疏散连接节点失效。

11 串联式空间布局模式的疏散模拟情景

3.3.2 结果分析

通过不同情景疏散模拟时间结果（图12）与疏散人数与时间关系图（图13）可以看出：正常情景下的平均疏散时间为361.3 s；情景A的平均疏散时间比正常状态增加了43.7%；情景B、C中公共空间的失效并没有对疏散效率产生明显影响。

12 串联式空间布局模式的不同情景疏散模拟时间结果

13 串联式空间布局模式的不同情景疏散模拟人数与时间关系图

通过对疏散模拟人员密度表（表3）的分析可知，正常情景下，t=14 s时，开始拥堵；t=49 s时，拥堵达到高峰；t=344 s时，拥堵情况结束。位于展厅外部的两部疏散楼梯并未有效分散人流压力，人员直接从危险区域疏散至展厅内部的两部楼梯（室内安全区域）。情景A中，展厅内部的一个疏散楼梯失效，位于端头的展厅通过展厅外部的楼梯进行疏散，另一个展厅则通过与之相连的另一展厅进行疏散，大大增加了疏散时间且不符合危险等级递减的原则；情景B中，展厅外部的疏散楼梯失效，但对疏散效率几乎没有影响；情景C中，不与疏散楼梯相连的流线空间、共享空间失效，也未对疏散效率造成影响。

3.4 陈列展览区空间疏散效率影响规律
3.4.1 节点与路径的影响
上述疏散模拟结果表明，在同一空间布局模式下，不同安全疏散节点或疏散连接节点失效对疏散效率的影响是不同的。安全疏散节点发生失效时，疏散路径难以快速进行自我调节，需要重组疏散路径。疏散连接节点发生失效时，不会对疏散效率产生明显影响，但其会在重组疏散路径中发挥作用。
在同一布局模式中，由于不同情景断裂的位置不同，使得重组的疏散路径有时不符合危险等级递减原则。如果安全疏散节点失效，常常会形成从危险区域到次危险区域，再到危险区域的反向疏散路径。
3.4.2 布局模式的影响
上述三种空间布局模式的疏散模拟结果表明：当路径发生断裂时，疏散效率受到不同程度的影响。首先，路径发生断裂时，根据疏散路径危险等级递减原则来判断，环绕式空间布局模式重新生成的疏散路径比并置式与串联式的符合度高；其次，不同的布局模式对人员疏散压力的分解情况不同，也会导致疏散时间的变化程度不同。通过疏散模拟可知，环绕式布局模式的平均疏散时间分别增加了9.3%和16.7%，并置式布局模式的平均疏散时间增加了37.8%，串联式布局模式的平均疏散时间增加了43.7%。环绕式空间布局模式对疏散效率的影响程度低于并置式、串联式，说明其布局模式的疏散空间分布的均衡性更合理。
 
4 空间布局优化原则
针对疏散效率的影响规律，提出相应的优化原则来应对灾时疏散路径的变化，以保障博物馆陈列展览区人员的安全疏散。
1）适应性。当灾害发生时，空间节点与路径的布置能够确保空间关系的灵活性，有利于博物馆陈列展览区空间能够快速适应灾情状况，重组疏散路径，以确保人员安全疏散。安全疏散节点的布置需要均匀分担疏散压力，使陈列展览区空间能够快速应对灾时变化。疏散连接节点的布置既要保证其在平时可作为共享、展示等功能的公共空间，同时在灾时能够充当新的疏散路径。新生成的疏散路径应符合危险等级递减原则，使空间关系具有冗余度，增强安全疏散的适应性。
2）均衡性。合理、均匀的空间布局，能够分解人员疏散压力，分配疏散路径，避免发生人员拥堵的情况，提升整体疏散效率。疏散过程中，不同的功能空间合理布局，使人员分布均匀，能够快速进行疏散。如果空间分布不合理，尽管有时能提高局部疏散效率，但对整体疏散效率仍是不利的，且易发生拥堵，危害人员安全。在博物馆陈列展览厅的三种布局模式中，环绕式空间布局模式的人员分布均衡性优于并置式、串联式。
3）引导性。利用空间的形式和布局引导人员对疏散路径的选择，有利于提升疏散效率。明确的空间形式和清晰的空间布局，能够帮助人员在疏散过程中快速识别安全疏散路径。在空间布局中，安全疏散口的布置、疏散距离的远近也会在一定程度上影响人员疏散路径的选择。设计应避免生成模糊空间，以防疏散时对人员产生误导。

5 结语

本文从安全疏散视角出发，对陈列展览区的空间构成要素和空间布局模式进行归类，通过空间疏散实验模型模拟，归纳出节点、路径和布局模式对陈列展览区疏散效率的影响及规律，并在此基础上提出了适应性、均衡性、引导性的空间布局优化原则，从而对建筑设计进行信息反馈与优化，以期为博物馆陈列展览区设计的人员安全疏散研究提供科学依据。文中博物馆陈列展览区空间疏散实验模型的构建，具有可操作性的同时，还有一定局限性，后续研究将进一步深化完善。

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