王雙燕

(中共中央黨校(國(guó)家行政學(xué)院),北京 100091)

0 引言

突發(fā)事件處置過(guò)程中，事故周邊區(qū)域人群疏散是應(yīng)急處置主要任務(wù)之一。事故預(yù)警是人群疏散的重要及首要環(huán)節(jié)。部分學(xué)者針對(duì)預(yù)警對(duì)疏散效率影響展開(kāi)研究，鄧云峰等[1]通過(guò)構(gòu)建人群疏散模型，發(fā)現(xiàn)預(yù)警越早或群眾對(duì)預(yù)警反應(yīng)越快，疏散效率越高；賀安特等[2]通過(guò)模擬地震預(yù)警下人員疏散，分析預(yù)警時(shí)間對(duì)疏散效率的重要性；孫典等[3]通過(guò)構(gòu)建疏散預(yù)警模型，提出預(yù)警信息發(fā)布的優(yōu)化路徑。

除預(yù)警發(fā)布時(shí)間、預(yù)警發(fā)布方式[4]、預(yù)警發(fā)布內(nèi)容[5]會(huì)影響疏散效率外，社會(huì)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)預(yù)警擴(kuò)散對(duì)疏散效率影響同樣重要。日本2011東部地震中，21%的響應(yīng)人員通過(guò)社會(huì)網(wǎng)絡(luò)接收預(yù)警[6]。社會(huì)網(wǎng)絡(luò)已被學(xué)者視為突發(fā)事件下信息擴(kuò)散的重要途經(jīng)之一[7]，通過(guò)監(jiān)測(cè)社會(huì)網(wǎng)絡(luò)中信息擴(kuò)散，能夠挖掘更多有效事故信息[8-9]，通過(guò)發(fā)揮其網(wǎng)絡(luò)型擴(kuò)散優(yōu)勢(shì)，充分?jǐn)U散事故預(yù)警信息[10]。因此，公眾間預(yù)警擴(kuò)散機(jī)理[11]以及基于社會(huì)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)警策略優(yōu)化[12-13]，成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。社會(huì)預(yù)警與疏散行為相互交織影響，需融合考慮才能充分呈現(xiàn)人群疏散的動(dòng)態(tài)復(fù)雜性。

本文以江蘇德橋倉(cāng)儲(chǔ)有限公司“4·22”較大火災(zāi)事故(以下簡(jiǎn)稱“4·22”火災(zāi)事故)為背景，構(gòu)建基于社會(huì)網(wǎng)絡(luò)預(yù)警傳播的人群疏散模型，包含社會(huì)個(gè)體間的預(yù)警傳播、個(gè)體疏散決策行為、避難所選擇以及疏散速度變化等典型要素?；谠撃Ｐ?，本文結(jié)合典型預(yù)警傳播策略，設(shè)計(jì)6組人群疏散實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)分析社會(huì)預(yù)警對(duì)疏散效率的影響，并提出提高疏散效率的有效建議，為制定疏散方案提供科學(xué)支撐。

1 “4·22”火災(zāi)事故概述

2016年4月22日9時(shí)13分，江蘇省靖江市新港園區(qū)德橋化工倉(cāng)儲(chǔ)有限公司發(fā)生火災(zāi)事故，事故當(dāng)天9時(shí)13分，江蘇德橋倉(cāng)儲(chǔ)公司組織承包商在檢修焊接作業(yè)時(shí)，引發(fā)泵房及附近油品管線著火，造成泵房上部管廊坍塌，2個(gè)儲(chǔ)罐內(nèi)油品外泄并燃燒。

消防隊(duì)到達(dá)事故現(xiàn)場(chǎng)后，第一時(shí)間開(kāi)展滅火和人員疏散工作。2016年4月22日15∶00時(shí)，開(kāi)始疏散事故中心半徑3 km內(nèi)人員，為安全起見(jiàn)，22∶30開(kāi)始進(jìn)行第2階段人員疏散，疏散范圍擴(kuò)大至半徑為5 km，2016年4月23日02時(shí)04分，火災(zāi)成功撲救。

2 基于社會(huì)預(yù)警的人群疏散模型構(gòu)建

本文模型基于Anylogic平臺(tái)運(yùn)用多智能體建模方法構(gòu)建，能夠呈現(xiàn)不同個(gè)體決策行為、疏散行為、預(yù)警行為的多樣性特征。模型構(gòu)建主要包含“4·22”火災(zāi)事故中2次疏散的疏散路網(wǎng)繪制以及社會(huì)預(yù)警機(jī)制和人群疏散行為構(gòu)建2個(gè)部分。

2.1 事故疏散路網(wǎng)構(gòu)建

本文將實(shí)際具有經(jīng)緯度的路網(wǎng)按照1 km=337.88像素比例繪制成二維坐標(biāo)系內(nèi)點(diǎn)線圖，繪制路網(wǎng)基本上包含車輛或行人可通行道路,如圖1所示。路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)表示道路與道路交叉，虛線圓圈范圍為第1次疏散范圍，實(shí)線圓圈范圍為第2次疏散范圍，按照行政區(qū)劃，第1次實(shí)際疏散范圍為A①區(qū)域，第2次實(shí)際疏散為B②區(qū)域。事故調(diào)查報(bào)告并未明確疏散避難所位置，本文假設(shè)第1次疏散時(shí)，避難所選取在安全區(qū)域內(nèi)的3個(gè)方位，第2次疏散時(shí)，在同方位安全區(qū)域設(shè)計(jì)4個(gè)疏散避難場(chǎng)所。

圖1 “4·22”火災(zāi)事故路網(wǎng)示意Fig.1 Road network of “4·22” fire accident

2.2 事故社會(huì)預(yù)警及典型行為構(gòu)建

本文模型包含社會(huì)群體內(nèi)部預(yù)警傳播及因預(yù)警而產(chǎn)生的疏散行為，模型設(shè)計(jì)機(jī)理在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善而成[14]。本文運(yùn)用Java開(kāi)發(fā)基于多智能體的預(yù)警疏散模型，模型構(gòu)建時(shí)需標(biāo)準(zhǔn)化個(gè)體的典型行為狀態(tài)示意如圖2所示，表1羅列圖2中個(gè)體在行為狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)的觸發(fā)條件。模型將個(gè)體從接收預(yù)警到疏散分為未被預(yù)警、接收信息、決策、傳播以及疏散5種狀態(tài)。其中，模型還考慮個(gè)體可能產(chǎn)生從眾行為以及虛假信息對(duì)社會(huì)預(yù)警傳播的干擾和對(duì)沖。

圖2 個(gè)體典型行為狀態(tài)示意Fig.2 Schematic diagram of individual typical behavior state

實(shí)際事故疏散人數(shù)6萬(wàn)余人，考慮到計(jì)算速度，基于復(fù)雜系統(tǒng)的自相似性，模型設(shè)計(jì)個(gè)體數(shù)量為1 000，即假設(shè)6萬(wàn)人中共有1 000種不同個(gè)體決策模式，模型中1個(gè)個(gè)體代表實(shí)際疏散的60人，在模擬初始狀態(tài)時(shí)，個(gè)體初始行動(dòng)位置為隨機(jī)分配的路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)。

該模型模擬的情景為2016年4月22日15∶00時(shí)，開(kāi)始第1次疏散，應(yīng)急人員開(kāi)始預(yù)警3 km半徑內(nèi)個(gè)體。應(yīng)急人員以事發(fā)地為核心，逐漸向外預(yù)警周邊個(gè)體，為體現(xiàn)社會(huì)傳播作用，模型假設(shè)應(yīng)急人員所能預(yù)警到的個(gè)體數(shù)量服從Poisson(100.0)分布，同時(shí)本文假設(shè)虛假信息的初始傳播者數(shù)量服從以50個(gè)個(gè)體為峰值的泊松分布。為保障疏散能夠在2016年4月23日2∶04前完成，本文通過(guò)預(yù)實(shí)驗(yàn)確定上述參數(shù)假設(shè)范圍。

表1 圖2中個(gè)體典型行為狀態(tài)轉(zhuǎn)換觸發(fā)條件Table 1 Trigger conditions for transition of individual typical behavior state in Figure 2

此外，模型還設(shè)計(jì)個(gè)體與其周邊個(gè)體的信息交互行為，如果個(gè)體i或其以D為半徑的圓圈范圍內(nèi)有個(gè)體具有傳播行為，則個(gè)體之間會(huì)產(chǎn)生傳播，半徑D服從88～207 m的均勻分布，最終相信預(yù)警的個(gè)體會(huì)疏散前往就近避難場(chǎng)所。在第1次疏散時(shí)，僅限制3 km半徑內(nèi)個(gè)體進(jìn)行疏散，直到第2次疏散時(shí)，所有個(gè)體向5 km范圍外避難所疏散。此外，模型假設(shè)個(gè)體在疏散中，會(huì)受周邊L半徑范圍內(nèi)個(gè)體數(shù)量的影響而改變自身疏散速度，半徑L服從5～250 m的均勻分布，該設(shè)計(jì)能夠呈現(xiàn)個(gè)體速度受周邊個(gè)體數(shù)量影響的變化特征。

3 信息傳播策略對(duì)應(yīng)急疏散影響分析研究

基于上述模型構(gòu)建，本文開(kāi)展模擬實(shí)驗(yàn)，以分析信息傳播策略對(duì)應(yīng)急疏散效率影響。本文選取3種策略，分別為個(gè)體優(yōu)先向高度相連個(gè)體預(yù)警(LS)[16]、個(gè)體優(yōu)先向低度相連個(gè)體預(yù)警(SL)[17]以及隨機(jī)預(yù)警(R)，此外，本文還設(shè)計(jì)社會(huì)網(wǎng)絡(luò)通訊渠道完好和通訊部分失效2種實(shí)驗(yàn)背景。通訊部分失效是指在突發(fā)狀況下，遠(yuǎn)距離社會(huì)關(guān)系可能斷掉，造成通訊失效，預(yù)警無(wú)法擴(kuò)散，模型中假設(shè)在通訊失效情況下，當(dāng)個(gè)體間直線距離超過(guò)xm時(shí)，個(gè)體間社會(huì)連接會(huì)中斷，x服從1 000～1 500 m的均勻分布；當(dāng)個(gè)體間直線距離小于ym時(shí)，個(gè)體間社會(huì)連接重建，y服從0～1 000 m均勻分布。模型內(nèi)預(yù)警基于社會(huì)網(wǎng)絡(luò)得以擴(kuò)散，研究表明大部分社會(huì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有無(wú)標(biāo)度特性[18]，本文設(shè)計(jì)的社會(huì)網(wǎng)絡(luò)為典型無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)。模型模擬3種策略應(yīng)用下通訊完好和通訊部分失效的人群疏散過(guò)程，共6組實(shí)驗(yàn)，分別為①LS通訊完全、②LS通訊失效、③SL通訊完全、④SL通訊失效、⑤R通訊完全、⑥R通訊失效。每組實(shí)驗(yàn)按照Monte Carlo方法，重復(fù)模擬10次。

為全面呈現(xiàn)人群疏散效率，本文對(duì)每組10次實(shí)驗(yàn)的疏散到達(dá)個(gè)體數(shù)(圖3)、預(yù)警個(gè)體數(shù)(圖4)以及正在疏散個(gè)體數(shù)(圖5)按照時(shí)間節(jié)點(diǎn)求均值，用均值表示疏散過(guò)程。由圖3～5可知，模型時(shí)間為0時(shí)，開(kāi)始第1次疏散，模型時(shí)間為7.5時(shí)開(kāi)始第2次疏散；在社會(huì)層面上，第2次疏散前已經(jīng)開(kāi)始第1次疏散范圍外的預(yù)警傳播，因此圖4中預(yù)警人數(shù)在0.0～0.2 h快速增加；第2次疏散后，圖3中大概7.5 h后開(kāi)始出現(xiàn)疏散到達(dá)人數(shù)的顯著增加，并且圖5中7.5 h正在疏散的個(gè)體數(shù)明顯增加。

圖3 疏散到達(dá)人數(shù)隨時(shí)間變化關(guān)系Fig.3 Change of number of evacuation arriving personnel with time

圖4 預(yù)警人數(shù)隨時(shí)間變化Fig.4 Change of number of warned personnel with time

圖5 正在疏散人數(shù)隨時(shí)間變化情況Fig.5 Change of number of personnel in evacuation with time

3.1 疏散到達(dá)人數(shù)和預(yù)警人數(shù)情況

圖3和圖4分別呈現(xiàn)疏散到達(dá)人數(shù)和預(yù)警人數(shù)情況，其中⑤、⑥的疏散到達(dá)人數(shù)和預(yù)警人數(shù)最低，證明LS和SL能有效提高疏散效率，與已有研究結(jié)論相同。由圖3可知，①疏散到達(dá)人數(shù)最高，②僅次之。圖4顯示，①、②預(yù)警人數(shù)相對(duì)最高(①、②采用LS預(yù)警策略)，即使在通訊部分失效情景下，LS依然發(fā)揮其快速擴(kuò)散優(yōu)勢(shì)。圖3和圖4結(jié)果表明，預(yù)警人數(shù)越多，疏散到達(dá)人數(shù)越多。

3.2 10.2～10.4 h疏散人數(shù)增幅現(xiàn)象分析

圖3局部放大圖中，①、②、③、④在10.2～10.4 h到達(dá)人數(shù)約增長(zhǎng)30人，圖5中，10.2～10.4 h正在疏散人數(shù)約減少20人，出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因是在10.2～10.4 h，部分正在疏散個(gè)體已經(jīng)疏散至避難所周邊區(qū)域，可能在避難所附近造成擁堵，該部分擁堵個(gè)體持續(xù)低速行進(jìn)，最終到達(dá)避難所，因此疏散到達(dá)人數(shù)顯著增加，相對(duì)應(yīng)地正在疏散人數(shù)顯著下降。本文選取實(shí)驗(yàn)中疏散到達(dá)人數(shù)最接近均值的1次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),以呈現(xiàn)個(gè)體速度變化和位置變化情況，顏色越深，速度越小，如圖6～7所示，10.2～10.4 h個(gè)體速度均較小。圖8顯示個(gè)體不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)移動(dòng)位置，①、②、③中避難所附近均產(chǎn)生擁堵(布點(diǎn)較多且速度低)。

圖6 LS通訊完全中個(gè)體速度隨時(shí)間變化情況Fig.6 Change of individual speed in LS communication completeness with time

圖7 LS通訊失效中個(gè)體速度隨時(shí)間變化情況(顏色越深速度越小)Fig.7 Change of individual speed in LS communication failure with time (darker color,smaller speed)

3.3 10.2～10.4 h疏散人數(shù)增幅不同原因分析

此外，從圖3中10.2～10.4 h增幅量可知，通訊失效情景下受擁堵影響，個(gè)體數(shù)量大于通訊完全情景。以LS為例，圖8顯示①中避難所周圍個(gè)體速度較低，個(gè)體布點(diǎn)較多，說(shuō)明①中前往避難所的個(gè)體數(shù)更多，與其疏散人數(shù)最多的結(jié)論相符，但這并不代表①中10.2～10.4 h避難所附近個(gè)體數(shù)更多。①中總疏散人數(shù)最多且10.2～10.4 h受擁堵影響個(gè)體數(shù)較少的原因是，在8.0～8.5 h該情景下正在疏散人數(shù)出現(xiàn)更大幅度降幅(圖5放大圖)，即在8.0～8.5 h有更多的人到達(dá)避難所附近，造成擁堵并最終一起抵達(dá)，圖9可以佐證這個(gè)觀點(diǎn)，①中8.0～8.5 h到達(dá)個(gè)體數(shù)量較多，10.2～10.4 h中到達(dá)個(gè)體數(shù)量較少。

3.4 8.0～8.5 h正在疏散人數(shù)降幅原因分析

①中8.0～8.5 h有更多人到達(dá)，而②中相對(duì)較少，這是因?yàn)棰僦行畔U(kuò)散速度快，8.0～8.5 h到達(dá)個(gè)體是較早接收到預(yù)警較早疏散的人，②中信息擴(kuò)散效率次之，從而導(dǎo)致本應(yīng)盡早疏散的個(gè)體疏散時(shí)間滯后。為進(jìn)一步佐證①中個(gè)體疏散較②更快的猜想，本文整理個(gè)體疏散時(shí)間，即1個(gè)個(gè)體從開(kāi)始疏散至到達(dá)避難所時(shí)間，如圖10所示，第1次疏散時(shí)，①中較多個(gè)體疏散時(shí)間比②時(shí)小(圖10A)，而②中第1次疏散部分個(gè)體疏散滯后，導(dǎo)致疏散時(shí)間變長(zhǎng)(圖10B)，在第2次疏散時(shí)，人數(shù)增加使該現(xiàn)象更明顯(圖10C)。綜上，①中疏散總?cè)藬?shù)多，但疏散尾聲避難所附近擁堵人數(shù)相對(duì)于②較少，根本原因是①中信息擴(kuò)散效率較高，部分個(gè)體預(yù)警及時(shí)、疏散較快，而②信息擴(kuò)散效率相對(duì)較低，導(dǎo)致個(gè)體疏散相對(duì)滯后，從而造成疏散尾聲疏散人數(shù)堆積。①信息擴(kuò)散效率高于②是因?yàn)槠渖鐣?huì)網(wǎng)絡(luò)完全，傳播渠道較②更多。正因?yàn)棰谥胁糠謧€(gè)體疏散相對(duì)滯后，造成該情景下更多個(gè)體在短時(shí)間內(nèi)集中疏散，對(duì)交通產(chǎn)生的擁堵路段更多，圖8中②避難所周邊擁堵雖然不是最嚴(yán)重，但本應(yīng)該暢通的部分區(qū)域也出現(xiàn)擁堵(中間區(qū)域圓圈內(nèi)個(gè)體顏色相對(duì)偏深)。圖8中顏色越深表示速度越低，ABCD為4個(gè)最終避難所。

圖8 幾種情景下疏散過(guò)程中個(gè)體的位置標(biāo)示Fig.8 Individual location marking during evacuation in several scenarios

圖9 LS 2種情景下個(gè)體到達(dá)時(shí)間分布Fig.9 Distribution of individual arriving time in two scenarios

圖10 LS 2種情景下個(gè)體疏散時(shí)間分布Fig.10 Distribution of individual evacuation time in LS two scenarios

此外，圖8①、③、⑤的平均速度對(duì)比可看出，疏散總?cè)藬?shù)多，個(gè)體疏散平均速度相對(duì)較低，理論上，①中個(gè)體平均速度應(yīng)遠(yuǎn)大于②，但由于②中擁堵路段增多，個(gè)體整體疏散速度降低，導(dǎo)致②中平均疏散速度僅略低于①(如圖8所示)。綜上，本文對(duì)提升人群疏散效率提出以下4點(diǎn)建議：

1)應(yīng)運(yùn)用社會(huì)傳播渠道，選擇預(yù)警效率較高的策略，確保個(gè)體早預(yù)警早疏散。

2)①中預(yù)警速度較快且最終預(yù)警人數(shù)最多，過(guò)快增加的預(yù)警人數(shù)容易導(dǎo)致更多個(gè)體在短時(shí)內(nèi)集中疏散，從而導(dǎo)致交通容量(正在疏散人數(shù))增大，即使因其預(yù)警速度快，促使部分個(gè)體“早疏散早到達(dá)”，避免更大程度地集中疏散，但其平均疏散速度仍舊較低。③中預(yù)警速度相對(duì)較低，個(gè)體平均疏散速度便相對(duì)較高，因此，在疏散過(guò)程中，需保持預(yù)警總?cè)藬?shù)較高前提下，通過(guò)優(yōu)化預(yù)警策略，避免預(yù)警個(gè)體數(shù)量的短期內(nèi)急劇增加，或通過(guò)制定疏散優(yōu)先級(jí)，降低擁堵，提高個(gè)體平均疏散速度。

3)②中推演結(jié)果表明，通訊失效會(huì)抹殺掉LS“早預(yù)警早到達(dá)”的優(yōu)勢(shì)，反而抑制整體疏散速度。按照模型對(duì)通訊失效情景的設(shè)計(jì)，在提升平均疏散速度方式探索上，切斷社會(huì)網(wǎng)絡(luò)中遠(yuǎn)距離的預(yù)警傳播并不可取，這種情景下，預(yù)警在局部范圍內(nèi)擴(kuò)散，除因預(yù)警效率較低引發(fā)部分個(gè)體疏散滯后外，還容易造成局部道路擁堵。

4)從本文分析中發(fā)現(xiàn)，避難所周邊是擁堵程度較高的路段，在本文疏散路網(wǎng)中，避難所代表的4個(gè)節(jié)點(diǎn)，其網(wǎng)絡(luò)連接邊僅為1條，對(duì)于每個(gè)避難所而言，其可達(dá)路徑僅1條，所以容易產(chǎn)生擁堵。因此，為緩解擁堵，應(yīng)當(dāng)為避難所創(chuàng)造多條可達(dá)路徑，即增加避難所節(jié)點(diǎn)在路網(wǎng)中與其他路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的連邊，從而對(duì)擁堵人流進(jìn)行有效分流，減緩交通壓力。

4 結(jié)論

1)基于“4·22”火災(zāi)事故疏散路網(wǎng)及疏散時(shí)間，構(gòu)建基于社會(huì)預(yù)警的人群疏散模型，融合基于社會(huì)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)警及基于路網(wǎng)的疏散。

2)基于模型構(gòu)建，運(yùn)用Monte Carlo方法設(shè)計(jì)人群疏散推演實(shí)驗(yàn)，推演并分析動(dòng)態(tài)疏散過(guò)程。

3)應(yīng)盡可能提高預(yù)警擴(kuò)散總?cè)藬?shù)，保障最終疏散人數(shù)維持在較高水平；應(yīng)優(yōu)化社會(huì)預(yù)警策略，避免出現(xiàn)集聚性疏散，降低整體疏散速度；應(yīng)避免預(yù)警只在局部區(qū)域內(nèi)擴(kuò)散；應(yīng)強(qiáng)化避難所周邊疏散人員管理以及分流疏散優(yōu)化。