魏本勇 董翔 譚慶全 齊文華 郭欣欣

摘要：針對(duì)地震災(zāi)害應(yīng)急疏散策略，構(gòu)建了一種基于避難場(chǎng)所容量限制的災(zāi)民應(yīng)急疏散分配與路徑選擇算法模型。該模型綜合考慮了避難場(chǎng)所的容量受限性和人口分布的不均勻性，在兼顧避難場(chǎng)所容量限制的同時(shí)，使災(zāi)民的總疏散距離成本最小化。以北京市東西城為例，對(duì)給定情景下的災(zāi)民應(yīng)急疏散路徑進(jìn)行了實(shí)證研究。研究發(fā)現(xiàn)，在考慮避難容量限制的情形下，無(wú)論是地震初期，還是地震中后期，研究區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有應(yīng)急避難場(chǎng)所的容量都不足以滿足區(qū)域居民的避難需求?；趯?shí)際道路疏散成本和避難容量限制的災(zāi)區(qū)應(yīng)急疏散路徑評(píng)估模型，不僅能夠給出各疏散需求點(diǎn)最佳的疏散目的地和具體路徑，還能給出避難容量限制下各需求點(diǎn)疏散到不同目的地的人數(shù)，以及無(wú)法滿足避難需求的居民數(shù)量。

關(guān)鍵詞：避難場(chǎng)所;應(yīng)急疏散;路徑分析;地震災(zāi)害;北京市

中圖分類號(hào)：P315.953 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1000-0666（2022）01-0141-09doi：10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2022.0015

0 引言

避難疏散是減輕自然災(zāi)害影響與損失的重要措施，也是自然災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)的重要組成部分（Ikeda，Nagasaka，2011）。面對(duì)自然災(zāi)害或突發(fā)公共安全事件沖擊時(shí)，科學(xué)合理地實(shí)施應(yīng)急疏散策略，可以有效地提高災(zāi)時(shí)社會(huì)的避難疏散效率和應(yīng)急響應(yīng)能力，最大限度地減輕人員傷亡，保障救災(zāi)工作的順利實(shí)施與社會(huì)穩(wěn)定。然而，在突發(fā)災(zāi)害或安全事件下，如何快速合理地選擇最佳疏散路徑和安全空間是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。由于恐慌、混亂、缺乏疏散知識(shí)或日常演練等原因，災(zāi)區(qū)的部分居民往往無(wú)法及時(shí)找到最佳疏散路徑或安全的疏散目的地。

目前，在應(yīng)急避難疏散方面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已進(jìn)行了諸多的相關(guān)研究。如美國(guó)早在20世紀(jì)70年代即針對(duì)三里島核電站事故開發(fā)了應(yīng)急疏散模型（Cova，Church，1997;Cova，Johnson，2001），該模型通過評(píng)估疏散的可用時(shí)間和避難場(chǎng)所的可達(dá)性判定疏散時(shí)間，從而確定所用時(shí)間最短的疏散路線。Cova等（2005）使用“疏散觸發(fā)點(diǎn)”的概念評(píng)估了易受火災(zāi)影響的社區(qū)中的風(fēng)險(xiǎn)人群以及疏散所需的時(shí)間。Simonovic和Ahmad（2005）給出基于計(jì)算機(jī)的洪水應(yīng)急疏散計(jì)劃模型。Chen等（2005）提出了一種估計(jì)颶風(fēng)中人員撤離和疏散時(shí)間的方法。Dulebenets等（2019）提出一個(gè)混合整數(shù)規(guī)劃模型，將個(gè)人（包括弱勢(shì)群體）在可用時(shí)間段內(nèi)通過疏散路線分配到應(yīng)急避難場(chǎng)所，考慮了疏散人員的社會(huì)人口特征、疏散路線特征、駕駛條件和交通特征對(duì)疏散人員出行時(shí)間的影響。在避難場(chǎng)地適宜性與選擇方面，Pine 等（2003）基于颶風(fēng)災(zāi)害，綜合評(píng)估了颶風(fēng)避難場(chǎng)所的功效;Gall（2004）在莫桑比克實(shí)施了一個(gè)避難場(chǎng)所選址的適宜性模型;Kongsomsaksakul等（2005）提出了一個(gè)針對(duì)洪水疏散計(jì)劃的避難場(chǎng)所位置分配模型，適宜性的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)包括易受傷害人口的位置、靠近道路、當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)設(shè)施和農(nóng)田;Kar和Hodgson（2008）通過構(gòu)建一種避難場(chǎng)所適宜性方法，對(duì)佛羅里達(dá)州的應(yīng)急疏散避難場(chǎng)所進(jìn)行了評(píng)估和排序。

國(guó)內(nèi)在城市應(yīng)急避難場(chǎng)所效能分析、區(qū)位選擇及空間布局等領(lǐng)域也取得了一定研究進(jìn)展（蘇幼坡，劉瑞興，2004;陳志芬等，2010;徐立鵬等，2012;袁昀等，2015;魏本勇等，2019）。王海鷹（2005）以福建福清市為例，研究了城市地震應(yīng)急避難場(chǎng)所的選擇及疏散道路選擇問題;黃靜等（2011）以上海市陸家嘴街道為研究對(duì)象，從應(yīng)急疏散需求分布、疏散空間可達(dá)性、疏散優(yōu)化歸屬3方面逐步構(gòu)建了居民避震疏散區(qū)劃方法;Liu等（2011）基于汶川地震案例，提出了山區(qū)應(yīng)急避難場(chǎng)所選擇的方法;Hu等（2014）提出了一種解決地震避難地點(diǎn)和分區(qū)規(guī)劃問題的數(shù)學(xué)模型;施益軍（2015）研究了云南山地小城市應(yīng)急避難場(chǎng)所的空間布局和優(yōu)化問題;周愛華等（2016）利用GIS兩步移動(dòng)搜尋法對(duì)北京城區(qū)應(yīng)急避難場(chǎng)所的可達(dá)性進(jìn)行了分析;Chen和Cheng（2020）通過分析西安市城鎮(zhèn)復(fù)雜環(huán)境下的地震疏散行為發(fā)現(xiàn)，雖然大部分居民都會(huì)選擇安全的疏散目的地，但都不是離他們居所最近的目的地，且居民的疏散行為具有顯著的組間差異。然而，由于避難場(chǎng)所的空間有限，加之避難場(chǎng)所基本都具有“平、災(zāi)”兩用的性質(zhì)，其位置與人口避難需求分布可能并不完全匹配（魏本勇等，2019）。這就可能會(huì)引起災(zāi)時(shí)應(yīng)急疏散人員分配的不均衡性，從而導(dǎo)致發(fā)生疏散滯后甚至無(wú)法疏散的狀況。因此，科學(xué)合理地分配應(yīng)急避難場(chǎng)所對(duì)于保證應(yīng)急疏散安置效率具有重要的意義。

大地震災(zāi)害通常會(huì)引起巨大的恐慌。尤其在地震災(zāi)害初期，受災(zāi)群眾對(duì)災(zāi)害及次生災(zāi)害情況還不清楚，防備能力不足，通常會(huì)全部進(jìn)入避難場(chǎng)所進(jìn)行避難。如果缺少科學(xué)合理的避難疏散規(guī)劃，那么從居民點(diǎn)到周邊避難場(chǎng)所疏散的無(wú)序性必然會(huì)增加疏散安置過程的混亂與無(wú)效（Li et al，2008）。因而，加強(qiáng)對(duì)地震應(yīng)急疏散規(guī)劃的研究，對(duì)于提升震后應(yīng)急疏散效率，穩(wěn)定災(zāi)后社會(huì)情緒都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義?？茖W(xué)合理地對(duì)避難場(chǎng)所進(jìn)行分配，除了需要考慮疏散時(shí)間最短之外，還必須考慮每個(gè)避難場(chǎng)所的容量和所需疏散居民的空間分布，以使得應(yīng)急疏散過程中每個(gè)所需疏散空間單元被指定到盡可能近的避難場(chǎng)所。據(jù)此，本文綜合已有前期研究基礎(chǔ)和應(yīng)急避難需求，提出了地震應(yīng)急避難疏散路徑選擇的基本原則：①災(zāi)區(qū)民眾（疏散點(diǎn)）到其分配的避難場(chǎng)所的距離總和盡可能最小;②每個(gè)避難場(chǎng)所分配的疏散人口總數(shù)不能超出其已知最大設(shè)計(jì)容量;③為保證就近疏散，盡可能使每個(gè)避難場(chǎng)所分配的疏散點(diǎn)具有空間連續(xù)性。依據(jù)上述基本原則，基于ArcGIS平臺(tái)，本文構(gòu)建了一種考慮容量限制和疏散時(shí)間最短的地震應(yīng)急疏散模型，以北京市東西城為例，對(duì)給定地震情景下的災(zāi)民應(yīng)急疏散路徑進(jìn)行了實(shí)證分析。

1 震后災(zāi)民應(yīng)急疏散模型構(gòu)建

1.1 疏散安置網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集構(gòu)建

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集構(gòu)建是網(wǎng)絡(luò)分析的基礎(chǔ)和前提。一個(gè)基本的網(wǎng)絡(luò)主要由點(diǎn)狀要素和線狀要素及其屬性組成。以往關(guān)于地震災(zāi)區(qū)應(yīng)急疏散最佳路徑的選擇，通常以歐式距離作為主要評(píng)估參數(shù)，其結(jié)果對(duì)于強(qiáng)調(diào)實(shí)際道路網(wǎng)絡(luò)分析的應(yīng)急疏散研究的適用性較差。本文選擇實(shí)際道路網(wǎng)絡(luò)作為測(cè)算疏散需求點(diǎn)與目的地之間距離成本的基礎(chǔ)參數(shù)。

應(yīng)急避難場(chǎng)所以點(diǎn)要素的形式表達(dá)，以其實(shí)際中心點(diǎn)作為目的地的位置。疏散需求點(diǎn)也以點(diǎn)要素的形式表達(dá)。道路以線要素的形式表達(dá)，作為連接各應(yīng)急避難場(chǎng)所及避難人員疏散的通道。將研究區(qū)域道路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行拓?fù)?，?chuàng)建道路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集，并生成網(wǎng)絡(luò)分析圖層。因此，地震應(yīng)急疏散空間幾何網(wǎng)絡(luò)即是包含疏散需求點(diǎn)（i，如格網(wǎng)點(diǎn)、居民點(diǎn)等空間單元）、道路（節(jié)點(diǎn)）網(wǎng)絡(luò)（f）、應(yīng)急避難場(chǎng)所（j）的矢量數(shù)據(jù)集。其中I（i∈I）為疏散需求點(diǎn)集、J（j∈J）為目的地點(diǎn)集、F（f∈F）為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)U（u∈U）間的路段數(shù)據(jù)集。

1.2 地震應(yīng)急疏散模型算法

1.2.1 最短疏散路徑成本評(píng)估模型

疏散時(shí)間/距離成本最小，是選擇地震應(yīng)急疏散路徑的首要條件之一，也是空間可達(dá)性研究的主要內(nèi)容。本文以疏散距離最小化為目標(biāo)，基于解決最短路徑問題的Dijkstra算法計(jì)算疏散需求點(diǎn)i與疏散目的地點(diǎn)j的距離矩陣D（dij∈D），可得其評(píng)估公式為：

D=∑dij=∑min（fiu， fuj） （i=1，2，…，n;j=1，2，…，m）（1）

式中：dij表示疏散需求點(diǎn)i至避難場(chǎng)所j的最短網(wǎng)絡(luò)距離;fiu表示疏散需求點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)u的路段長(zhǎng)度;fuj表示節(jié)點(diǎn)u至避難場(chǎng)所j的路段長(zhǎng)度。

疏散需求點(diǎn)i歸屬避難場(chǎng)所j（疏散目的地）的判斷條件如下：

∑ni=1aij=m（2）

aij= 0 （dij>Rmax） 1 （dij≤Rmax）（3）

式中：aij表示疏散需求點(diǎn)i與避難場(chǎng)所j的歸屬關(guān)系;當(dāng)aij=0時(shí)，表示疏散需求點(diǎn)i無(wú)法歸屬于避難場(chǎng)所j;當(dāng)aij=1時(shí)，表示疏散需求點(diǎn)i歸屬于避難場(chǎng)所j;Rmax表示避難場(chǎng)所的最大服務(wù)半徑。

1.2.2 考慮避難場(chǎng)所容量約束下的最短疏散路徑評(píng)估模型

基于空間可達(dá)性的疏散需求點(diǎn)歸屬分析，只保證了居民在有限的時(shí)間/距離內(nèi)能夠到達(dá)避難場(chǎng)所，但不能避免可能出現(xiàn)部分場(chǎng)所超出容量限制，而部分場(chǎng)所又出現(xiàn)極為空閑的不合理現(xiàn)象。因此，在分析避難場(chǎng)所空間可達(dá)性的基礎(chǔ)上，還應(yīng)考慮避難場(chǎng)所的實(shí)際容納能力。為此，在參考黃靜等（2011）研究基礎(chǔ)上，基于最短疏散路徑成本分析，本文建立了以容量限制與避難歸屬唯一為約束條件，以避難場(chǎng)所服務(wù)覆蓋人數(shù)最大化為目標(biāo)的災(zāi)民應(yīng)急疏散評(píng)估模型。其具體評(píng)估方法如下：

Cj=max∑mj=1∑ni=1aijPi（4）

Cj≤TCj（5）

aij=0，dij>d（i+1）j1，dij≤d（i+1）j（6）

∑ni=1aij≤m（7）

式中：Cj表示避難場(chǎng)所j所覆蓋的疏散需求人數(shù);Pi表示疏散需求點(diǎn)i的人口數(shù);TCj=St/S0表示避難場(chǎng)所j的人口容量，St為避難場(chǎng)所的有效面積，S0為人均有效避難面積;aij表示需求點(diǎn)i與避難場(chǎng)所j的歸屬關(guān)系。

2 模型算法開發(fā)

該模型算法是基于ArcGIS10.6版本系統(tǒng)下的Python2.7開發(fā)的擴(kuò)展工具系統(tǒng)，其開發(fā)流程主要包括路網(wǎng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、系統(tǒng)數(shù)據(jù)預(yù)處理、最優(yōu)疏散路徑計(jì)算和疏散路徑輸出與展示4個(gè)部分。具體算法實(shí)現(xiàn)過程如圖1所示。首先，利用路網(wǎng)創(chuàng)建預(yù)處理工具處理道路數(shù)據(jù)，修正道路路網(wǎng)的聯(lián)通性，指定要計(jì)算的路徑成本類型（時(shí)間、距離等），并將預(yù)處理后的路網(wǎng)數(shù)據(jù)生成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集備用。其次，進(jìn)行評(píng)估數(shù)據(jù)預(yù)處理，準(zhǔn)備疏散需求點(diǎn)（如居民點(diǎn)位置和災(zāi)民數(shù)量）和疏散目的點(diǎn)（如避難場(chǎng)所位置和容量）數(shù)據(jù)，如路網(wǎng)有中斷，則需要指定相應(yīng)的阻抗點(diǎn)（道路中斷的位置）。然后，利用上文確定的地震應(yīng)急疏散模型，計(jì)算所有需求點(diǎn)到所有目的點(diǎn)的通達(dá)成本，獲得整體的origin-destination（OD）成本矩陣結(jié)果;校驗(yàn)成本矩陣，將不可達(dá)的兩點(diǎn)補(bǔ)充虛擬值，將結(jié)果求解轉(zhuǎn)為線性規(guī)劃問題;再計(jì)算分配矩陣，利用線性規(guī)劃算法，計(jì)算需求點(diǎn)和目的點(diǎn)的最佳分配方式。最后，根據(jù)最佳生成結(jié)果，計(jì)算需求點(diǎn)和目的點(diǎn)的實(shí)際疏散路徑，并輸出展示實(shí)際疏散路徑及其屬性（如疏散成本、疏散人數(shù)等）。

3 實(shí)證研究

3.1 研究區(qū)概況

北京市是我國(guó)大陸東部多地震的地區(qū)之一。歷史上曾發(fā)生過多次強(qiáng)烈地震，如1679年三河—平谷8.0級(jí)、1057年大興6.8級(jí)和1730年頤和園6.5級(jí)等重大地震災(zāi)害。雖然北京市一直十分重視城市綜合防災(zāi)減災(zāi)相關(guān)建設(shè)工作，但由于北京市人口密集、建筑密度大且高層建筑多，因此一旦遭遇重大災(zāi)害或突發(fā)公共安全事件，實(shí)施應(yīng)急避難及救援的任務(wù)更重，對(duì)應(yīng)急疏散安置與避難場(chǎng)所需求更高。魏本勇等（2019）的研究也表明，雖然北京市應(yīng)急避難場(chǎng)所總體分布與人口分布趨勢(shì)基本一致，但其總體設(shè)計(jì)容量遠(yuǎn)低于需求容量，且區(qū)域間差異明顯。

北京市東西城位于中心地區(qū)，是首都功能核心區(qū)，共包含32個(gè)街道辦事處，地區(qū)總面積約為92.54 km2。2019年?yáng)|西城的常住人口為193.1萬(wàn)人，平均常住人口密度高達(dá)20 866人/km2，遠(yuǎn)高于北京市整體平均人口密度（1 312人/km2）。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2016年12月，北京市東西城統(tǒng)計(jì)在案的地震應(yīng)急避難場(chǎng)所只有13個(gè)，包括Ⅰ類應(yīng)急避難場(chǎng)所1個(gè)、Ⅱ類4個(gè)、Ⅲ類8個(gè)，總面積僅為68.26萬(wàn)m2，屬于應(yīng)急避難場(chǎng)所服務(wù)配置需求缺口較大的地區(qū)（魏本勇等，2019）。因而，其未來面對(duì)應(yīng)急疏散安置與避難需求的任務(wù)更艱巨。基于此，本文以北京東西城為例，以公里格網(wǎng)尺度的空間單元作為人口疏散需求點(diǎn)，以區(qū)域地震應(yīng)急避難場(chǎng)所為疏散目的點(diǎn)，應(yīng)用本文開發(fā)的地震應(yīng)急疏散模型評(píng)估系統(tǒng)，對(duì)給定情景下的區(qū)域人員應(yīng)急疏散路徑進(jìn)行了實(shí)證案例分析，以期為未來區(qū)域應(yīng)急疏散與救援避難策略的制定提供參考。

3.2 數(shù)據(jù)資料與處理

在地震初期，群眾對(duì)災(zāi)害及次生災(zāi)害情況不清楚，防備能力不足，尤其當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生在夜晚、高人口密度的地區(qū)時(shí)，更容易引起恐慌性疏散，因而設(shè)定研究區(qū)地震應(yīng)急疏散的需求為全部區(qū)域人口數(shù)量，即區(qū)域人口疏散需求的上限。在地震災(zāi)害中后期，地震及其次生災(zāi)害影響一般已得到控制。此時(shí)，住房未被破壞的居民將陸續(xù)返回家中，只有住房破壞嚴(yán)重的災(zāi)民需要繼續(xù)在避難場(chǎng)所避難，因此，疏散安置人員需求應(yīng)視當(dāng)?shù)胤课菘拐鹉芰Φ纫蛩卮_定。根據(jù)對(duì)北京市房屋建筑抗震防災(zāi)工作調(diào)查http：//zjw.beijing.gov.cn/bjjs/xxgk/xwfb/318135/index.，北京市1976年后新改建房屋已基本滿足Ⅷ度設(shè)防要求，只有舊城平房區(qū)及個(gè)別簡(jiǎn)易樓抗震能力不足，綜合北京市各方面情況，擬按地震烈度Ⅷ度時(shí)15%的房屋及設(shè)施損毀率，即約30%的居民需要進(jìn)入避難場(chǎng)所進(jìn)行避難安置測(cè)算。

本文以公里格網(wǎng)尺度的人口分布空間單元，作為地震情景下的疏散需求點(diǎn)。人口數(shù)據(jù)為2010年全國(guó)第六次人口普查調(diào)查數(shù)據(jù)。疏散目的地為截至2016年12月統(tǒng)計(jì)在案的北京市地震應(yīng)急避難場(chǎng)所，包括各避難場(chǎng)所的名稱、位置、有效面積等基本信息，此數(shù)據(jù)由北京市地震局提供（表1）。由于避難場(chǎng)所一般都有多個(gè)不同的進(jìn)出口，到達(dá)目的地點(diǎn)（不同進(jìn)出口位置）的不同，也會(huì)對(duì)具體疏散路徑和成本產(chǎn)生一定的影響。但由于數(shù)據(jù)限制，本文以各應(yīng)急避難場(chǎng)所的中心點(diǎn)位置作為疏散目的地點(diǎn)。路網(wǎng)數(shù)據(jù)為矢量化的城市道路網(wǎng)，包括道路名稱、寬度、長(zhǎng)度等基本屬性信息，由北京市地震局提供（表1）。結(jié)合國(guó)內(nèi)外及前期研究，本文人均有效避難面積采用2 m2核算（魏本勇等，2019）;由于只考慮步行疏散，因而疏散路徑成本以距離成本衡量，考慮實(shí)際疏散現(xiàn)實(shí)和居民平均步行速度，本文限定疏散距離成本為2 km范圍內(nèi)，即居民疏散的最遠(yuǎn)目的地為距離疏散需求點(diǎn)2 km。

通過構(gòu)建北京東西城地震應(yīng)急疏散網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集（疏散需求點(diǎn)和目的地均為點(diǎn)狀數(shù)據(jù)集;道路網(wǎng)絡(luò)為線狀數(shù)據(jù)集），基于開發(fā)的地震應(yīng)急疏散模型評(píng)估系統(tǒng)，即可給出給定情景下的北京東西城地震應(yīng)急疏散最佳路徑與策略。

3.3 北京東西城地震應(yīng)急疏散路徑分析

圖2展示了在地震發(fā)生初期情景下，北京市東西城的民眾應(yīng)急疏散與安置路徑。由圖可見，在考慮全體居民疏散情形下，以區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有應(yīng)急避難場(chǎng)所為疏散安置點(diǎn)，其疏散分配缺口為1 739 860，說明有超過170萬(wàn)人因?yàn)楸茈y場(chǎng)所的容量限制而得不到安置，區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有應(yīng)急避難場(chǎng)所的容量不能滿足實(shí)際疏散需求。表2給出了各疏散需求點(diǎn)（格網(wǎng)單元）具體的疏散路徑和疏散目的地（應(yīng)急避難場(chǎng)所），以及各避難場(chǎng)所對(duì)應(yīng)能夠安置的不同需求點(diǎn)的居民數(shù)量。從表2中可以看出，在考慮全體居民需要應(yīng)急疏散安置的情形下，由于疏散需求巨大，各避難場(chǎng)所的容量最大僅能滿足其周邊2 km范圍內(nèi)的居民疏散需求，區(qū)域內(nèi)避難容量遠(yuǎn)不能滿足周邊居民的避難疏散需求。

圖3展示了地震災(zāi)害發(fā)生中后期，只考慮住房破壞嚴(yán)重的災(zāi)民需要繼續(xù)避難的情景。雖然地震中后期，各疏散需求點(diǎn)需要繼續(xù)避難安置的人口數(shù)較地震初期有了較大幅度的下降，但評(píng)估結(jié)果發(fā)現(xiàn)，北京市東西城現(xiàn)有應(yīng)急避難場(chǎng)所仍不能滿足區(qū)域內(nèi)居民的疏散需求。即使在不考慮疏散距離（2 km）限制情景下，當(dāng)?shù)鼐用駪?yīng)急疏散分配缺口仍達(dá)到283 055。在這種情況下，雖然部分避難場(chǎng)所的服務(wù)空間可以擴(kuò)展到最遠(yuǎn)6.5 km的區(qū)域，但僅目前區(qū)域內(nèi)的避難空間容量仍不能滿足避難需求，仍有超過28萬(wàn)人因?yàn)楸茈y場(chǎng)所的容量限制而得不到疏散安置（圖3）。而如果考慮疏散距離（2 km）的限制，則當(dāng)?shù)貙⒂薪?0萬(wàn)（39.46萬(wàn)）的居民因避難場(chǎng)所容量限制而無(wú)法疏散安置（表3）。因而，無(wú)論是在地震初期還是中后期，北京東西城現(xiàn)有的應(yīng)急避難場(chǎng)所容量無(wú)法滿足實(shí)際避難需求。在制定當(dāng)?shù)氐膽?yīng)急疏散策略與疏散路徑時(shí)，除了需要考慮實(shí)際道路疏散成本外，更重要的還要考慮應(yīng)急避難場(chǎng)所的容量限制。只有兼顧避難場(chǎng)所容量限制與實(shí)際道路疏散成本的災(zāi)民應(yīng)急疏散路徑評(píng)估，對(duì)于制定科學(xué)合理的應(yīng)急疏散策略才有更實(shí)際的參考意義。

4 結(jié)論

本文基于ArcGIS平臺(tái)，開發(fā)了一種考慮容量限制和疏散距離成本最短的地震應(yīng)急疏散評(píng)估模型，并以北京市東西城為例，對(duì)給定情景下的災(zāi)民應(yīng)急疏散路徑進(jìn)行了實(shí)證研究，得到如下主要結(jié)論：應(yīng)急疏散路徑的選擇需要兼顧疏散成本和避難場(chǎng)所容量。對(duì)北京市東西城居民應(yīng)急疏散的實(shí)例分析發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是考慮地震初期，還是地震中后期，區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有應(yīng)急避難場(chǎng)所的容量都不足以安置所有需要疏散的人口?；趯?shí)際道路疏散成本和避難容量限制的災(zāi)區(qū)應(yīng)急疏散路徑的評(píng)估模型，不僅能夠給出各疏散需求點(diǎn)最佳的疏散目的地和具體路徑，還能給出避難容量限制下各需求點(diǎn)疏散到不同目的地的人數(shù)，以及無(wú)法滿足避難需求的居民數(shù)量。這不僅能為區(qū)域?yàn)?zāi)民應(yīng)急疏散策略選擇提供科學(xué)依據(jù)，也能為未來的區(qū)域避難場(chǎng)所規(guī)劃建設(shè)提供參考基礎(chǔ)。

本文實(shí)際案例研究中，只考慮了研究區(qū)域內(nèi)的避難場(chǎng)所分布。實(shí)際上，在應(yīng)急疏散中，區(qū)域外的避難場(chǎng)所也同樣可以參與分配。本文最主要目的是構(gòu)建一種能夠兼顧避難場(chǎng)所容量且疏散成本最低的地震災(zāi)害應(yīng)急疏散路徑評(píng)估模型，因而未將研究區(qū)外的避難場(chǎng)所納入評(píng)估。另外，本文設(shè)定避難場(chǎng)所中心點(diǎn)位置為疏散目的地到達(dá)點(diǎn)，這在一定程度上會(huì)影響避難場(chǎng)所的實(shí)際服務(wù)范圍與疏散路徑規(guī)劃，尤其是對(duì)于超大面積且多出入口的避難場(chǎng)所。未來，隨著數(shù)據(jù)的完善，可以進(jìn)一步提升地震應(yīng)急疏散評(píng)估模型結(jié)果的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。

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Analysis of the Earthquake Emergency Evacuation Route Basedon the Capacity of Shelters

WEI Benyong1，2，DONG Xiang3，TAN Qingquan4，QI Wenhua1，2，GUO Xinxin1，2

（1.Key Laboratory of Seismic and Volcanic Hazards，China Earthquake Administration，Beijing 100029，China）

（2.Institute of Geology，China Earthquake Administration，Beijing 100029，China）

（3.Shandong Earthquake Agency，Jinan 250014，Shandong，China）（4.Beijing Earthquake Agency，Beijing 100080，China）

Abstract

Evacuation is an important measure to reduce the impacts and losses from natural disasters.Scientific and timely selection of the best evacuation path is of great significance for improving the efficiency of emergency evacuation and for the stability of society after an earthquake.For the measure of the earthquake emergency evacuation，an algorithm model of emergency evacuation arrangement and path selection based on the capacity of shelters is constructed.The model minimizes the cost of total evacuation distance for victims by considering the capacity of shelters and the uneven distribution of the population.Taking Dongcheng District and Xicheng District of Beijing as samples，the selection of the emergency evacuation route for the victims in a given scenario is studied.It is found that the capacity of the existing emergency shelters is not enough to meet the need of the residents living in the area，whether in the early stage or in the late period of an earthquake event.The evaluation model of emergency evacuation route in the disaster area based on the evacuation cost of the actual route for victims and the shelters ?capacity，can not only give the best evacuation destinations and specific routes for each place on demand for evacuation，but also provide the number of the victims on demand for evacuation to different destinations as well as the number of the victims remained unevacuated.

Keywords：emergency shelters;emergency evacuation;path analysis;earthquake disaster;Beijing City