嚴(yán)銘姣，楊旸，陳楊

（1云南大學(xué) 城市建設(shè)與管理學(xué)院，云南昆明 650091；2河海大學(xué) 水利水電學(xué)院，江蘇南京 210098）

0 引言

地震是一種危及國民生命安全的突發(fā)性自然災(zāi)害，其本身的特點(diǎn)是突發(fā)性強(qiáng)，破壞性大，地震預(yù)測(cè)這個(gè)科學(xué)難題目前在國內(nèi)外仍處于探索階段[1]。近年來，世界各地陸續(xù)不斷發(fā)生的地震給國民經(jīng)濟(jì)和人們的生命安全帶來了嚴(yán)重的威脅。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全球每年發(fā)生地震約500多萬次，造成破壞的約有上千次，七級(jí)以上的大地震約有十余次。我國地處環(huán)太平洋和歐亞這兩大地震帶之間，受其影響，地震活動(dòng)強(qiáng)度大，頻度高，范圍廣，幾乎各省均發(fā)生過強(qiáng)震。據(jù)記載，本世紀(jì)以來全球大陸發(fā)生過7級(jí)以上的強(qiáng)震我國約占35%?？梢?，我國是一個(gè)地震多發(fā)帶國家。

造成地震中人員傷亡的主要原因是，地震發(fā)生時(shí)人員來不及疏散而導(dǎo)致。事實(shí)表明，了解地震時(shí)人員疏散行為規(guī)律、疏散時(shí)間以備制定出合理的緊急疏散預(yù)案是非常必要的，緊急的疏散預(yù)案可以極大地減少地震災(zāi)害所帶來的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。

1 研究地震時(shí)建筑中人員行為規(guī)律的意義

不同的人在應(yīng)對(duì)突發(fā)性的災(zāi)害時(shí)表現(xiàn)出來的行為有著很大的差異，年齡大小、性別、文化程度、健康狀況、地震知識(shí)及經(jīng)驗(yàn)等均是影響疏散的重要因素[2]。如：老年人和小孩無論是在感知地震所需的時(shí)間還是得知地震后逃生行動(dòng)，都要比青年人差的多；此外，在突如其來的地震面前，大部分人的行為與正常情況下大相徑庭，地震導(dǎo)致建筑物的晃動(dòng)、結(jié)構(gòu)、非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞等會(huì)讓人們很快陷入恐慌，那些平時(shí)很容易注意到的疏散標(biāo)志常常被忽略，緊急出口等利用率急劇下降，有的人甚至盲目出逃，以至于陷入困境。雖然人員在地震中的行為是復(fù)雜的，但仍可以結(jié)合災(zāi)后調(diào)查，了解人員疏散行為規(guī)律，利用統(tǒng)計(jì)學(xué)、行為學(xué)、心理學(xué)以及計(jì)算機(jī)仿真等方法加以研究[2]。

地震發(fā)生后，建筑內(nèi)急于疏散逃生的人員會(huì)表現(xiàn)出一系列的行為過程，如圖1所示。

圖1 地震時(shí)人員對(duì)災(zāi)情的確認(rèn)決策過程

在人的地震行為反應(yīng)階段，不同年齡、性別、文化程度、身體狀況、有無地震經(jīng)驗(yàn)、當(dāng)時(shí)活動(dòng)情況以及不同的獲悉地震信息的途徑等，會(huì)對(duì)地震做出不同的分析、評(píng)估、決策。因而地震行為反應(yīng)是離散的、復(fù)雜的，研究人的地震行為反應(yīng)一般采用災(zāi)后訪問、問卷調(diào)查等方法。雖然有學(xué)者應(yīng)用計(jì)算機(jī)對(duì)人的地震逃生行為進(jìn)行仿真研究，但由于其影響因素復(fù)雜，參數(shù)離散，目前模擬研究仍基于很多假定，忽略因素較多，結(jié)果準(zhǔn)確性仍不太理想[2]。

汶川特大地震以后，我國建筑抗震設(shè)計(jì)重新得到重視，抗震規(guī)范進(jìn)行多處修改。然而，截止目前，對(duì)于建筑抗震設(shè)計(jì)必須的中國，人員的地震行為反應(yīng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)依然幾乎是空白，只能以國外專家的研究資料作為參照，其不合理性顯而易見。因此迫切需要中國人對(duì)地震時(shí)建筑中人的行為反應(yīng)進(jìn)行深入的調(diào)查研究。研究突發(fā)事故的歷史經(jīng)驗(yàn)表明，事故發(fā)生和開始疏散時(shí)，盡管現(xiàn)場(chǎng)的人員自身千差萬別，但其反應(yīng)出的生理、心理狀態(tài)以及逃生疏散行為卻有一定的規(guī)律性。因此，根據(jù)地震發(fā)生時(shí)受災(zāi)人員所表現(xiàn)出來的行為特點(diǎn)及建筑物受力后產(chǎn)生的變化，研究人員疏散行為的規(guī)律，建立地震疏散中人的行為模型，有助于建筑物的設(shè)計(jì)者、擁有者、疏散計(jì)劃者和其他人理解掌握地震時(shí)建筑中人的行為，對(duì)建筑物抗震設(shè)計(jì)和疏散體系的建立有重要的理論參考價(jià)值[3-4]。

2 地震時(shí)人員疏散行為規(guī)律

2.1 個(gè)體行為

突發(fā)情況下，人員會(huì)形成一定的規(guī)律性心理和行為特征。研究及現(xiàn)實(shí)情況表明，強(qiáng)烈地震給人們心理造成的恐慌程度和身體造成的物理沖擊與其他災(zāi)害有所不同，如發(fā)生地震，人員經(jīng)歷短暫的認(rèn)知過程，其心理立即受到外部環(huán)境的干擾，同時(shí)，產(chǎn)生的強(qiáng)烈的求生欲望，期待逃離建筑內(nèi)部的焦慮心情與人員在地震情況下產(chǎn)生的恐懼、驚慌心理等因素對(duì)其疏散行為產(chǎn)生了交互式影響，放大了地震的破壞性。而火災(zāi)一般都是從建筑中的某一處開始，逐漸蔓延開來，有一定的時(shí)間過程，若有較好的報(bào)警和自動(dòng)撲滅裝置系統(tǒng)，建筑內(nèi)人員的疏散將會(huì)相對(duì)容易。但強(qiáng)烈地震則具有不可預(yù)測(cè)的瞬時(shí)性。

如在汶川地震中，由于地震來臨的突發(fā)性，人員在驚恐和慌亂中出現(xiàn)的跳樓等失去理智的行為?？傮w說來，人員心理在遭受劇烈刺激后，其認(rèn)知能力和自我意識(shí)將受到嚴(yán)重影響，判斷能力急劇下降，從而導(dǎo)致一系列異常行為。具體表現(xiàn)在以下幾方面[5-8]：

（1）自期望速度比正常情況下快。

（2）人員密集場(chǎng)所中，人與人之間容易推擠，相互之間的作用力增大，甚至引起危險(xiǎn)性的擠壓或?qū)w等推倒。

（3）在通過出口等瓶頸部位時(shí)，容易出現(xiàn)拱形分布或雪崩現(xiàn)象等，從而導(dǎo)致?lián)砣?，人員出現(xiàn)等待時(shí)間，恐慌程度加劇，期望速度進(jìn)一步增加，形成無效的流出量，這樣等待時(shí)間再次增加，以至于引起強(qiáng)烈的擠壓、跌倒甚至踩踏等悲劇的發(fā)生。

（4）擁擠的群體疏散時(shí)會(huì)產(chǎn)生“快即是慢”的現(xiàn)象，即疏散的人員越是努力的加快自身的速度，實(shí)際中可以移動(dòng)的速度越慢。

（5）在恐慌、擁擠及周圍環(huán)境變化的影響下，摔倒和受傷的人員會(huì)對(duì)疏散造成障礙，使得疏散速度變得更加緩慢。

（6）群體中的個(gè)體從眾、朋友吸引力現(xiàn)象加劇，即盲目地模仿他人行為或跟隨朋友移動(dòng)方向。

（7）由于恐慌心理的影響，備用的出口或緊急疏散路線容易被忽略。

在地震尤其在強(qiáng)震作用下，不僅會(huì)使人們產(chǎn)生恐慌、發(fā)生跌倒踩踏、導(dǎo)致逃生受阻等現(xiàn)象，其更典型的特征是建筑物非結(jié)構(gòu)構(gòu)件、結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其他設(shè)施也會(huì)相應(yīng)遭到破壞，如隔墻、門窗等的損壞，家具、吊頂及懸掛物等的傾倒或掉落，電梯等交通設(shè)備的受阻，這些都將直接影響人員的疏散行為及疏散路線。此外，地震作用引起建筑物本身的晃動(dòng)，還會(huì)在很大程度上加大疏散人員的恐慌程度、影響疏散移動(dòng)的自期望速度等。

考慮地震作用的以上特殊性，在人群疏散問題的研究中需要在以往突發(fā)事件的基礎(chǔ)上多考慮以下三個(gè)方面[9]。

（1）人員遭受強(qiáng)震后產(chǎn)生的恐慌心理對(duì)疏散行為的影響。眾所周知，強(qiáng)震作用下人身體承受的物理力和心理的緊張程度與其他災(zāi)害作用下有所不同，如火災(zāi)發(fā)生時(shí)，對(duì)疏散造成威脅有一定的時(shí)間過程，即從建筑物中的某處開始，并逐漸蔓延開來，若有較好的報(bào)警和自動(dòng)撲滅系統(tǒng)，建筑內(nèi)人員將會(huì)較易的疏散或逃生，但地震則具有不可預(yù)測(cè)的瞬時(shí)性。

（2）地震作用下，建筑物與人員之間的相對(duì)速度的影響。地震力使得建筑物產(chǎn)生的晃動(dòng)，這樣建筑物與人員產(chǎn)生相對(duì)速度，會(huì)在很大程度上影響人員的移動(dòng)速度或者也可以認(rèn)為地震力對(duì)人員的疏散速度的影響。

（3）建筑物非結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其他設(shè)施遭受地震破壞對(duì)人員逃生行為的影響。

如前所述，建筑物內(nèi)部非結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其他設(shè)施會(huì)在強(qiáng)震的作用下造成不同程度的破壞、倒塌、變形、移動(dòng)等，這些將會(huì)成為人員逃生通道的障礙。

2.2 群體現(xiàn)象

由于地震這種突發(fā)性事故的發(fā)生，建筑中不同位置的人們同時(shí)向著出口方向逃生，人員不斷地聚集，會(huì)產(chǎn)生以下幾種現(xiàn)象[10]。

（1）自動(dòng)渠化現(xiàn)象：即相反方向的行人會(huì)自動(dòng)不斷分離，而同方向的行人會(huì)不斷聚集的現(xiàn)象，此現(xiàn)象可有效減少行人與對(duì)面來的行人之間的沖突，可以提高通道域內(nèi)的利用率。

（2）流動(dòng)條紋現(xiàn)象：即不同方向（小于180°的方向）行人交匯時(shí)形成的自組織現(xiàn)象，也可以說是不同方向的行人相互滲透的現(xiàn)象，此現(xiàn)象與自動(dòng)渠化現(xiàn)象相似，但方向上存在不同，即自動(dòng)渠化現(xiàn)象是發(fā)生行人流方向正好相反，而流動(dòng)條紋現(xiàn)象則是行人以小于180O的角度交匯。

（3）瓶頸擺動(dòng)現(xiàn)象：即不同組行人都要通過瓶頸（如：門、樓梯口等）部位而到達(dá)另一位置時(shí)形成的自組織現(xiàn)象，不同方向的行人流輪流通過瓶頸，而非一方走完另一方再走。

只有了解了人員在地震來臨時(shí)的這些行為特征，才能制定出更為切實(shí)有效的緊急疏散預(yù)案，同時(shí)，通過對(duì)行人流的模擬，還可以給出對(duì)出入口和通道的一些改進(jìn)措施，以減小疏散時(shí)人群間的相互作用力，提高疏散效率。

此外，地震時(shí)人員是否能夠安全疏散的另一個(gè)決定因素是疏散時(shí)間和建筑破壞時(shí)間之間的關(guān)系。

3 安全疏散

3.1 安全疏散的時(shí)間條件

人員安全疏散指的是地震作用下建筑破壞之前，將建筑內(nèi)部的所有人員安全地疏散到安全區(qū)域的行動(dòng)[11]。這就需要進(jìn)一步了解人的行為反應(yīng)與地震發(fā)生時(shí)建筑物的破壞發(fā)展及逃生時(shí)間的關(guān)系，如圖2所示。

圖2 人的行為反應(yīng)過程與地震時(shí)建筑中逃生條件的關(guān)系

建筑物遭遇地震作用后，其中的人員能否安全疏散主要取決于兩個(gè)特征時(shí)間，一個(gè)是從地震發(fā)生導(dǎo)致建筑破壞到對(duì)人構(gòu)成危險(xiǎn)所需的時(shí)間，亦稱可用安全疏散時(shí)間（Available Safety Egress Time，ASET）；另一個(gè)是從地震到來時(shí)刻起到人員疏散到安全區(qū)域的時(shí)間，或稱所需安全疏散時(shí)間（Require Safety Egress Time， RSET）[12-13]。 由圖2可以看出，假設(shè)從發(fā)生地震到室內(nèi)人員意識(shí)到地震的反映時(shí)間為T1，疏散到達(dá)安全地帶的時(shí)間為人員疏散運(yùn)動(dòng)時(shí)間T2，則所需安全疏散時(shí)間：RSET=T1+T2，那么，隨著地震的發(fā)生，建筑內(nèi)的狀況不斷發(fā)生變化，保證人員安全疏散的時(shí)間基本條件是：ASET>RSET=T1+T2。

3.2 安全疏散的建議

綜上所述，對(duì)于建筑設(shè)計(jì)人員，在滿足建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的基礎(chǔ)上，還應(yīng)該了解人員在地震等突發(fā)情況下的疏散行為規(guī)律，設(shè)計(jì)出更人性化、更便捷的疏散通道；此外，隨著城市化的發(fā)展，建筑物高度越來越高，考慮地震的瞬時(shí)特征，建筑設(shè)計(jì)人員應(yīng)該注重建筑每層的安全備用疏散區(qū)域的設(shè)計(jì)，減小所需安全疏散時(shí)間，保證安全疏散時(shí)間的基本條件，并在后期使用過程中做好指引工作，從而降低地震等緊急情況下由于不合理疏散造成的傷亡。

對(duì)于使用建筑的人員，普及地震知識(shí)、了解建筑物發(fā)生地震時(shí)結(jié)構(gòu)、非結(jié)構(gòu)構(gòu)件等的變化規(guī)律是降低受害的必要條件。

4 結(jié)束語

突發(fā)情況下建筑物中人員疏散行為的研究是一個(gè)復(fù)雜的、綜合性強(qiáng)的系統(tǒng)性課題，雖然近年來得到各界人士的關(guān)注，但國內(nèi)還主要是針對(duì)火災(zāi)等消防情況下的研究，而針對(duì)地震作用的情況卻并不成熟，本文只是通過調(diào)查歸納總結(jié)得出地震時(shí)人員疏散行為的一般規(guī)律以及安全疏散的時(shí)間條件，為地震疏散課題起到拋磚引玉的作用，后續(xù)還可以進(jìn)一步采用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、計(jì)算機(jī)仿真模擬及基于已知的數(shù)據(jù)，應(yīng)用模型系統(tǒng)的觀點(diǎn)對(duì)人員疏散的動(dòng)態(tài)行為進(jìn)行模擬，建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，同時(shí)應(yīng)用數(shù)學(xué)等相關(guān)學(xué)科對(duì)人員行為規(guī)律進(jìn)行具體量化，建立更接近現(xiàn)實(shí)的疏散模型，以滿足建筑抗震性能化設(shè)計(jì)的要求。

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