方廷勇，韓婷婷

（安徽建筑大學(xué) 土木工程學(xué)院，安徽 合肥230601）

0 引 言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的日新月異，國內(nèi)外建筑物的現(xiàn)代化程度不斷提高，火災(zāi)等重大突發(fā)事故頻繁發(fā)生造成了大量的人員傷亡。重大火災(zāi)等緊急情況的時(shí)有發(fā)生使得人們對生命和財(cái)產(chǎn)安全越來越重視。例如：2000年12月25日河南洛陽商廈火災(zāi)造成直接經(jīng)濟(jì)損失150萬元，死傷人員316人；2002年美國紐約911撞擊事故造成2300人死亡；2010年11月15日上海高層住宅大火造成58人死亡其中男性22人，女性36人，70人受傷。

Shields［1］采訪從美國9·11事故中安全疏散出來的幸存者時(shí)曾提到行動(dòng)不便的人員在疏散過程中是極度渴望得到他人幫助的。在著名火災(zāi)研究機(jī)構(gòu)NIST［2］的研究中包含了所有可能影響疏散的因素：近三年來動(dòng)過外科手術(shù)的人，傷員，過度肥胖者，心臟病患者，哮喘病患者，老年人和孕婦，以上所有人員均可被視為行動(dòng)不便疏散人員。因此，研究緊急情況下幫助行動(dòng)不便的人員逃生行為是很必要的。

目前，從事疏散研究的學(xué)者很多，其中在疏散過程中人員行為及疏散規(guī)律的研究［3－10］已經(jīng)獲得了重大突破，但對于幫助行動(dòng)不便人員疏散的小群體行為的研究還不是很深入。為此在某大學(xué)向該校師生／教職工及其家屬隨機(jī)發(fā)放了200份關(guān)于“在疏散過程中遇到老人、兒童或受傷人員時(shí)，你是否會(huì)主動(dòng)提供幫助”問題的問卷調(diào)查表，共收回有效問卷194份。調(diào)查結(jié)果顯示86.8%的學(xué)生受調(diào)查對象會(huì)選擇幫助行動(dòng)不便的人員疏散。本文基于調(diào)查問卷的結(jié)果和通過實(shí)驗(yàn)獲得的錄像資料研究以下內(nèi)容：（1）學(xué)生在疏散過程中的疏散行為；（2）幫扶小群體對正常疏散人群的影響，如刻意的避讓行為等；（3）小群體的運(yùn)動(dòng)速度；（4）不同性別組成的小群體的疏散差異；（5）研究小群體初始時(shí)所處的位置以及不同數(shù)量小群體時(shí)視頻中的人員特殊行為。

1 實(shí)驗(yàn)說明

1.1 疏散演習(xí)過程

實(shí)驗(yàn)前在室內(nèi)體育場構(gòu)建一個(gè)6m×6m的矩形區(qū)域，空間大小和出口的寬度由高1m的伸縮欄桿控制，為保證實(shí)驗(yàn)中矩形區(qū)域的面積保持不變，在出口的兩側(cè)放置1.5m長的桌子，防止疏散時(shí)出口處的人員將伸縮欄桿擠出矩形區(qū)域。矩形區(qū)域以2米為界劃分為三個(gè)區(qū)域，標(biāo)號(hào)區(qū)域1，區(qū)域2，區(qū)域3，以便于觀察學(xué)生的疏散行為以及疏散特性。在體育館的觀眾席上安裝2臺(tái)攝像機(jī)完整記錄疏散過程。為了盡可能真實(shí)地表現(xiàn)人員疏散行為，不妨礙矩形區(qū)域內(nèi)人群疏散，在人員從矩形區(qū)域疏散出來后，有工作人員指引人群遠(yuǎn)離矩形區(qū)域出口。

人員疏散實(shí)驗(yàn)演習(xí)于2014年春季的某個(gè)下午在某大學(xué)的室內(nèi)體育場內(nèi)完成。

1.2 小群體設(shè)置

實(shí)驗(yàn)參與總?cè)藬?shù)為72人，參與者為全部大一，大二學(xué)生。為了表現(xiàn)行為不便者在實(shí)驗(yàn)中與正常疏散人員的明顯差別，在演習(xí)過程中，針對行動(dòng)不便者在左腿上綁扎白色繃帶，且假定其只能單腿行走（見圖1），這樣單腳行走的學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中作為行動(dòng)不便需要援助的人員，相對正常行走的學(xué)生來說其行動(dòng)速度明顯降低。

為研究行動(dòng)不便人員疏散的行為特性，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中設(shè)置多組場景，每個(gè)小群體由2人組成，其中1人為行動(dòng)不便者，另1人協(xié)助其疏散。小群體組合方式分為男－女小群體，男－男小群體和女－女小群體。考慮到身材相對矮小的女生攙扶男生，易由于體力不支造成安全事故的發(fā)生，因此實(shí)驗(yàn)中的男－女小群體中設(shè)置女生作為行動(dòng)不便者（被幫助者），男生作為協(xié)助疏散人員（幫助者）。在男－男和女－女組合的小群體中選擇身高較高者作為協(xié)助疏散人員。小群體的組成人員是在72名實(shí)驗(yàn)參與者中隨機(jī)產(chǎn)生的。為方便數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析所有小群體的成員佩戴紅色帽子，與正常行走人員區(qū)分開。

1.3 環(huán)境設(shè)置

為營造緊急情況發(fā)生時(shí)的緊張氣氛，實(shí)驗(yàn)配備警報(bào)器，以警報(bào)聲響為信號(hào)開始人員疏散，并同步計(jì)時(shí)。在疏散演習(xí)之前告知所有學(xué)生，此次為收集疏散研究相關(guān)數(shù)據(jù)模擬緊急情況下人員疏散場景，要求學(xué)生聽到門口的報(bào)警聲響后就以盡可能快的速度向外跑，以期達(dá)到與在有限空間內(nèi)人員疏散的實(shí)際效果相接近。

1.4 速度測量

記錄所有小群體成員的身高，體重，年齡等資料。在體育館內(nèi)與矩形區(qū)域有一定距離的水平地面上用紅色有粘性膠帶畫一條長為20m的直線，小群體從起始處順著直線運(yùn)動(dòng)時(shí)開始計(jì)時(shí)，完成20m路程后計(jì)時(shí)結(jié)束。記錄小群體走完20m長的路程所花的時(shí)間，計(jì)算得到小群體運(yùn)動(dòng)的速度。

2 數(shù)據(jù)分析

2.1 幫扶小群體速度

由于進(jìn)行速度測試時(shí)小群體的前方無任何障礙物，所以最終得到的是小群體的最大運(yùn)動(dòng)速度。通過分析實(shí)驗(yàn)錄像，小群體的平均運(yùn)動(dòng)速度按式（1）計(jì)算，平均速度為小群體通過20m直線距離時(shí)速度的平均值，單個(gè)小群體速度由開始測速時(shí)刻tstart，結(jié)束測速時(shí)刻tend及測速直線長度計(jì)算獲取。

表1為不同性別組成的小群體的速度，易知我們在實(shí)驗(yàn)前的猜測不準(zhǔn)確，女－女小群體的運(yùn)動(dòng)速度大于男－女小群體的運(yùn)動(dòng)速度，大于男－男小群體。小群體的速度受群體成員的身高差的影響，在幫扶過程中單腿綁扎白色紗布的成員或?qū)⑹址胖迷诹硪怀蓡T肩上，或幫助人員用手臂攙扶行動(dòng)不便人員，因此相互協(xié)作的兩成員間的身高差能直接影響整個(gè)團(tuán)體運(yùn)動(dòng)的速度。在本次實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)小群體成員間的身高差越大，幫扶小群體的速度越大，因?yàn)閮沙蓡T身高差越大越有利于行動(dòng)不便人員疏散，與小群體的性別組成關(guān)系不是特別大。

表1 小群體速度

2.2 小群體對疏散的影響

為研究小群體初始位置對整體疏散的影響，在2區(qū)域劃出面積均為1m2（1m×1m）的A，B，C區(qū)域作為小群體的初始位置（如圖2所示），同時(shí)考慮小群體的性別組成對小群體和整體的疏散影響，所以設(shè)置8個(gè)不同場景進(jìn)行對比疏散實(shí)驗(yàn)。表2為不同場景下小群體的組成與小群體初始所在位置，場景1～8中只打開出口1，在實(shí)驗(yàn)中每個(gè)場景均重復(fù)3次，疏散實(shí)驗(yàn)分析數(shù)據(jù)取3次的平均值。

表2 場景設(shè)置

由圖3知，場景1比場景2下的小群體疏散時(shí)間長，場景3和4，以及場景4和5也滿足上述規(guī)律，說明初始位置為A處時(shí)小群體的疏散時(shí)間總比處于B處的時(shí)間長。如圖2所示，A到出口的距離為（即3.61m），B到出口的距離為3m，A、B位置到出口的距離僅相差0.61m，但最終的疏散時(shí)間相差較大，說明相對于B位置來說，小群體處于A位置更不利于疏散。原因在于：小群體在選擇疏散路徑時(shí)會(huì)遵循“就近原則”，A點(diǎn)到出口的最近距離為一條斜線，當(dāng)小群體初始位置在A處時(shí)，疏散過程中小群體總處于整個(gè)疏散人群的邊緣。由于小群體的運(yùn)動(dòng)半徑變大是獨(dú)自行走學(xué)生的2倍，行動(dòng)不如單個(gè)人迅速利索，在出口處與正常疏散的學(xué)生競爭時(shí)不占優(yōu)勢，總被后面的人群超越，所以運(yùn)動(dòng)速度變慢，通過出口的時(shí)間延遲。由于B位置正對著出口，當(dāng)小群體初始處于B位置時(shí)一直處于被人群包圍的狀態(tài)，導(dǎo)致小群體疏散效率相對提高，所以小群體從側(cè)邊疏散是不利于其自身疏散。

圖4為場景1和場景2在整個(gè)疏散過程中的流量變化情況，當(dāng)同一組男－女小群體分別處于A，B位置時(shí)，出口的最大流量值相同。也就是說，當(dāng)出口寬度為90cm時(shí)，流量的最大值為4人／s，即達(dá)到出口流量的極限值。二條曲線的浮動(dòng)范圍相同表明流量不會(huì)因小群體所處位置的不同發(fā)生較大變化，只在一定的范圍內(nèi)浮動(dòng)。前5s內(nèi)2個(gè)場景的流量變化完全相同，隨后由于受出口寬度的限制流量均穩(wěn)定在2～3人／s。

我們還比較了場景1～6下的矩形空間內(nèi)區(qū)域1內(nèi)的人員密度，結(jié)果如圖5所示。區(qū)域1內(nèi)的人數(shù)按完全進(jìn)入?yún)^(qū)域1的紅色膠帶限制范圍內(nèi)的人數(shù)計(jì)算，某時(shí)刻區(qū)域1內(nèi)的人員密度為該時(shí)刻區(qū)域1內(nèi)的瞬時(shí)人數(shù)除以區(qū)域1的占地面積（12m2），該值能一定程度上反應(yīng)出口處的擁堵狀況。初始狀態(tài)時(shí)人員是隨機(jī)分布的，因此場景1～6的初始密度不同，但每個(gè)場景矩形區(qū)域內(nèi)的平均人員密度值均為2.0人／m2。六條曲線在前15s的波動(dòng)幅度不是很大，在1.5～2.5人／m2之間浮動(dòng)，說明小群體所處的位置以及不同的性別組合對1區(qū)的人員密度影響差距不大，不會(huì)由于小群體的存在造成較長時(shí)間的擁堵。

雖然小群體的組成和初始所處位置對整體疏散影響不大，但矩形區(qū)域內(nèi)幫扶小群體的數(shù)量對整體疏散有一定影響。場景1～6都設(shè)置有1組小群體，場景7有2組小群體，場景8有3組小群體。由于場景1～6在區(qū)域1內(nèi)的人員密度差距不大，因此取場景1～6的人員密度平均值與場景7、場景8對比。在圖6中，藍(lán)色曲線基本上處于紅色和黑色曲線的上方，說明由于小群體組數(shù)的增加導(dǎo)致區(qū)域1內(nèi)的人員密度的增大，即易造成出口處的人員擁堵，降低疏散效率。場景7，8的總疏散時(shí)間比場景1～6的平均疏散時(shí)間長，說明小群體的數(shù)量對整體疏散有一定影響。

藍(lán)色曲線中在15s時(shí)出現(xiàn)波谷，原因在第15s時(shí)該場景中設(shè)置的三組小群體均到達(dá)1區(qū)域內(nèi)，且相距較近，由于三組人群是兩兩協(xié)助，在疏散過程中三組人群相距較近，形成一個(gè)團(tuán)體，使得其后面的人群很難超越他們到達(dá)其前方。由于小群體的運(yùn)動(dòng)速度相對正常行走的人員較慢，使得小群體與前面的人群間形成一定的空隙，因此15s時(shí)區(qū)域1內(nèi)的人員密度值達(dá)到最小值，出現(xiàn)如圖所示的波谷，最終導(dǎo)致總的疏散速率降低和總疏散時(shí)間延長。待三組小群體中的其中一組疏散出去后，該現(xiàn)象結(jié)束，波谷消失。

圖7為場景1和場景2下，疏散成功的學(xué)生次序與其疏散時(shí)間的關(guān)系：O1＝0.9153＋0.3762T（R＝0.9982）O2＝1.132＋0.4033T（R＝0.9986），其中R為擬合度。因此在該類場景下，若已知第一個(gè)和最后一個(gè)疏散出去人員的疏散時(shí)間，根據(jù)方程則可以推算出其他時(shí)間段疏散人群的疏散時(shí)間。

3 實(shí)驗(yàn)中的現(xiàn)象分析

通過對實(shí)驗(yàn)錄像的數(shù)據(jù)分析人員疏散實(shí)驗(yàn)過程中特殊人員疏散行為和疏散規(guī)律：

（1）避讓小群體行為

從疏散演習(xí)視頻中可看到正常行走人員避讓小群體的現(xiàn)象。在初始狀態(tài)時(shí)，小群體按實(shí)驗(yàn)要求站在指定的A，B或C區(qū)域，此時(shí)圍繞其四周的同學(xué)會(huì)有意識(shí)的向小群體的四周散開，保持一定的安全距離，導(dǎo)致小群體所在區(qū)域人員密度相對其他區(qū)域減小。在疏散過程中，即使在擁堵形成的拱形區(qū)域，后面的人群也會(huì)刻意的與小群體保持一定的距離，這將相對降低整體的疏散速度。此現(xiàn)象在小群體疏散出去后消失。

（2）“快即是慢”現(xiàn)象

如圖8所示，藍(lán)顏色的人員表示被堵在出口兩側(cè)排隊(duì)等候疏散的學(xué)生，紅顏色的人員表示推動(dòng)人群前進(jìn)的學(xué)生。藍(lán)顏色的人員由于處于出口處的兩側(cè)排隊(duì)等候很難插入前進(jìn)的人群，雖然他們的初始位置離出口較近，但是反而比離出口更遠(yuǎn)處的紅顏色的人員的疏散時(shí)間長。該現(xiàn)象表明離出口較近處的人員并不都是最早疏散出去的。

（3）應(yīng)急疏散路徑的改變

緊急條件下，人員處于極度恐慌狀態(tài)，此時(shí)出口對人員的吸引力最大。為觀察人員的路徑選擇行為，設(shè)置一場景，初始時(shí)打開出口1，關(guān)閉出口2，疏散3s后打開出口2。圖9中為初始狀態(tài)，圖10和圖11分別為5s和6.5s時(shí)的疏散狀態(tài)。圖9中為T＝0s時(shí)人員在矩形區(qū)域內(nèi)隨機(jī)分布，5s時(shí)處于人群后方的部分學(xué)生發(fā)覺出口2的打開，轉(zhuǎn)向從出口2疏散。圖10中圓圈中的人在發(fā)現(xiàn)出口2打開后猶豫了一會(huì)，后選擇改變疏散路徑從出口2疏散（如圖11所示）。由于從眾現(xiàn)象，離出口2較近的其他人員改變疏散路徑，從而提高矩形區(qū)域內(nèi)人群整體疏散效率，緩解了出口1的出口壓力。

4 結(jié) 論

通過對人員疏散的演習(xí)實(shí)驗(yàn)，尤其是對疏散過程中幫扶小群體進(jìn)行疏散行為研究，得出以下結(jié)論：

（1）小群體的速度受群體成員的身高差的影響，身高差越大，幫扶小群體的速度越快，與小群體的性別組成關(guān)系不顯著。

（2）小群體的初始位置對自身疏散有影響，相對于場景中設(shè)置的初始位置B來說，小群體處于A位置更不利于疏散。小群體的組成和初始所處位置對整體疏散影響不大，但矩形區(qū)域內(nèi)幫扶小群體的數(shù)量對整體疏散有一定影響，隨著小群體組數(shù)的增加易造成出口處的擁堵，降低疏散效率。

（3）在疏散過程中存在避讓小群體行為，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證“快即是慢”和應(yīng)急疏散路徑的改變等現(xiàn)象。

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