視覺障礙人群在緊急狀態(tài)下的疏散模型研究*

張　森，曾　堅(jiān)，劉曉陽，池騰龍

(天津大學(xué) 建筑學(xué)院，天津 300072)

根據(jù)世界人口數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，弱勢(shì)群體(兒童、老年人、殘疾人等)占世界人口的近40%，其中盲人和視障人群占世界人口的4%[1-2]。在中國這樣一個(gè)人口大國，約有2000多萬視力殘疾人群，同時(shí)，中國又是一個(gè)災(zāi)害多發(fā)的國家，每年因?yàn)樽匀粸?zāi)害或者人為災(zāi)害，都會(huì)造成了大量的人員傷亡。無論在日常的生活中還是當(dāng)出現(xiàn)緊急狀態(tài)的時(shí)候，視覺障礙人群只能通過外界的引導(dǎo)和自身的行走能力進(jìn)行疏散逃生。在人員相對(duì)密集的建筑物內(nèi)部，發(fā)生緊急狀況時(shí)，因?yàn)闀r(shí)間緊迫、疏散通道有限，再加上殘疾人自身因活動(dòng)能力較差，這類人群又往往成為最大的受害者[3-4]。例如2000年河南東都商廈火災(zāi)、2008年烏魯木齊德匯國際廣場(chǎng)火災(zāi)、2011年長春天元商廈火災(zāi)等。

早期關(guān)于疏散和人流動(dòng)力學(xué)的研究主要集中在健全人群的特征研究上[5-7]，并且研究開發(fā)了樓梯水平步行速度模型以及疏散人流模型。這些模型為當(dāng)今許多國家和國際關(guān)于建筑設(shè)計(jì)防火安全指南或標(biāo)準(zhǔn)等的制定奠定了基礎(chǔ)。但是，社會(huì)弱勢(shì)群體的數(shù)據(jù)有限，在開發(fā)和驗(yàn)證模型時(shí)很難有數(shù)據(jù)支持，因此弱勢(shì)群體的數(shù)據(jù)在大多數(shù)模型中均沒有考慮；在相關(guān)文獻(xiàn)中，更是幾乎沒有視障人群的疏散特征的相關(guān)信息[8-10]。與健全人群相比，這部分人群在建筑物中的安全疏散問題是值得研究與考慮的。

當(dāng)前國內(nèi)外對(duì)于視覺障礙人群的研究主要有盲人在不同狀態(tài)下的行走速度研究[11-12]，建筑內(nèi)部發(fā)生火災(zāi)時(shí)候的殘疾人的行為研究[13]，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行虛擬技術(shù)，或者運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件通過正常人的疏散模擬提出盲人的疏散策略等[14-16]。比如，Proulx等人對(duì)建筑火災(zāi)情況下肢體殘疾、視力殘疾、聽力殘疾和智力殘疾4類殘疾人的疏散策略進(jìn)行了研究，探討了4類人群在疏散過程中需要的輔助器械和措施，認(rèn)為究竟是選擇全樓疏散還是樓內(nèi)避險(xiǎn)是確定整個(gè)人群疏散策略的第一步[17]；Grace Soong通過優(yōu)先步行速度評(píng)估流動(dòng)性模型進(jìn)行對(duì)比分析，有指導(dǎo)技術(shù)和無指導(dǎo)技術(shù)對(duì)于視覺障礙者步行速度的影響，得出結(jié)論是這兩種方式對(duì)于其步行速度沒有明顯差距[18]。從研究的整體狀態(tài)看，以視覺障礙人群行走速度作為研究出發(fā)點(diǎn)，直接進(jìn)行相關(guān)物理數(shù)據(jù)測(cè)試或者問卷調(diào)查的研究相對(duì)較少。

因此，在建筑發(fā)生緊急狀態(tài)的時(shí)候，如何保證視覺障礙人群在有限的時(shí)間內(nèi)，達(dá)到最大的疏散效率是本次的研究動(dòng)機(jī)。本次研究以視覺障礙人群為研究對(duì)象，在第一階段，選取32名視覺障礙志愿者進(jìn)行3組不同條件下的實(shí)驗(yàn)，包括無引導(dǎo)員疏散測(cè)試、每個(gè)被試者配備引導(dǎo)員疏散測(cè)試以及單引導(dǎo)員集中疏散測(cè)試，記錄每個(gè)成員的行走速度數(shù)據(jù)；在第二階段，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行量化分析，檢驗(yàn)被試者在有引導(dǎo)狀態(tài)與無引導(dǎo)狀態(tài)下，他們的疏散效率區(qū)別；第三階段，依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果設(shè)計(jì)疏散模型，對(duì)視覺障礙人群在室內(nèi)如何高效的進(jìn)行疏散提出改進(jìn)策略。

1　實(shí)驗(yàn)方案與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

1.1　實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)日期從2016年4月開始，至2016年6月結(jié)束，實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)為天津市盲人協(xié)會(huì)。測(cè)試總共由32名視覺障礙人群組成，年齡為28～55歲，覆蓋了活躍人群的各個(gè)年齡段。被測(cè)試人群的視力等級(jí)均<0.3，按照國家標(biāo)準(zhǔn)屬于視力殘疾人群，平時(shí)依靠盲杖或者家人朋友引導(dǎo)行走。將被試人群平均分為4組，每組8個(gè)人，每一組單獨(dú)進(jìn)行整個(gè)實(shí)驗(yàn)，人員分配如表I所示，A、B兩組為男性，C、D兩組為女性。在室內(nèi)固定兩處攝像機(jī)，攝像機(jī)的型號(hào)為Kodak SP1。這是一款微型運(yùn)動(dòng)攝像機(jī)，尺寸為84.7 mm×1.4 mm×39.5 mm，對(duì)于整個(gè)實(shí)驗(yàn)所帶來的干擾是十分有限的。兩臺(tái)攝像機(jī)分別安裝在室內(nèi)的平面處與屋頂處，從兩個(gè)不同的角度進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)盲人全方位的記錄，原始的錄像文件會(huì)通過電腦軟件進(jìn)行分析。

表1　實(shí)驗(yàn)分組情況

1.2　實(shí)驗(yàn)方法與過程

實(shí)驗(yàn)在盲人協(xié)會(huì)的活動(dòng)大廳中進(jìn)行，通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)探討視覺障礙人群在室內(nèi)進(jìn)行何種疏散模式，疏散效率會(huì)最高?；顒?dòng)大廳是一個(gè)20 m×30 m的方形室內(nèi)空間，東側(cè)是一排窗戶，靠近北側(cè)有一扇門，為整個(gè)房間的出入口，同時(shí)設(shè)計(jì)為實(shí)驗(yàn)中的安全疏散點(diǎn)。在距離疏散點(diǎn)15 m遠(yuǎn)的地方，隨機(jī)選取8個(gè)位置安置被試者，在15 m的范圍內(nèi)設(shè)置了9個(gè)障礙物，如圖1所示。安排一名實(shí)驗(yàn)員在出口處發(fā)出聲音信號(hào)，被試者根據(jù)聲音信號(hào)自行判斷如何到達(dá)疏散點(diǎn)。在每次測(cè)試開始的時(shí)候，被試者與障礙物都按照隨機(jī)的原則重新安置，避免因?yàn)橹貜?fù)記憶對(duì)實(shí)驗(yàn)帶來的干擾。當(dāng)實(shí)驗(yàn)員發(fā)出信號(hào)的時(shí)候，實(shí)驗(yàn)開始計(jì)時(shí)，當(dāng)最后一名被試者到達(dá)疏散點(diǎn)的時(shí)候，這一組測(cè)試結(jié)束。由于室內(nèi)場(chǎng)景的復(fù)雜度，被試者行走路徑不好被完整記錄，因此每組測(cè)試均以15 m為標(biāo)準(zhǔn)距離，進(jìn)行步行速度計(jì)算。

圖1　室內(nèi)疏散實(shí)驗(yàn)平面示意圖

實(shí)驗(yàn)總共包含3組不同條件的測(cè)試場(chǎng)景，如圖1所示，藍(lán)色的點(diǎn)位示意的是被試者，棕色的點(diǎn)位示意的是障礙物的位置，綠色的點(diǎn)位示意的是引導(dǎo)員。第一組測(cè)試如圖1a所示，當(dāng)在門口發(fā)出聲音信號(hào)時(shí)，8位被試者要穿越擺在房間當(dāng)中的障礙物，達(dá)到大門口；第二組實(shí)驗(yàn)如圖1b所示，8位視覺障礙者每位身邊配備一名引導(dǎo)員，當(dāng)門口信號(hào)聲音響起的時(shí)候，引導(dǎo)員帶領(lǐng)他們達(dá)到疏散大門處；第三組實(shí)驗(yàn)如圖1c，在障礙物中間安置一位引導(dǎo)員發(fā)出信號(hào)，被試者穿過障礙物，集中到引導(dǎo)員的位置，由引導(dǎo)員帶領(lǐng)被試者到達(dá)疏散大門口。

2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1　視覺障礙人群疏散模式

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可看出(表2)，男性視覺障礙人群(A、B組)的步行平均速度要高于女性視覺障礙者(C、D組)的平均速度，同時(shí)男性被試者在靈活性、反應(yīng)力以及應(yīng)變能力也要優(yōu)于女性被試者。通過實(shí)驗(yàn)可以看到，視覺障礙人群在同一場(chǎng)景下，疏散方式的不同，對(duì)他們的行動(dòng)效率有很大的影響。4個(gè)測(cè)試組分別進(jìn)行了15 m的疏散距離測(cè)試，在無引導(dǎo)員疏散測(cè)試中，A組的平均步行速度為1.20 m/s，是4個(gè)組當(dāng)中最高的一組，其它3個(gè)組的步行速度分別為1.15 m/s，0.87 m/s與0.92 m/s。

表2　實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

在第二組測(cè)試中，為每個(gè)被試者配備了一名引導(dǎo)員，引導(dǎo)他們避開障礙物到達(dá)疏散點(diǎn)。當(dāng)有引導(dǎo)員存在的時(shí)候，被試人群之間的互動(dòng)消失了，每個(gè)人努力的跟著引導(dǎo)員前行。在現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)每個(gè)視覺障礙人群都配一個(gè)引導(dǎo)員，雖然在方向性有一定的提升，但是由于人多，躲避障礙物的時(shí)候容易產(chǎn)生擁擠碰撞，實(shí)際的疏散的時(shí)間不是特別理想。如表2所示A組的平均速度由原來的1.20 m/s下降到1.09 m/s，下降率為9.2%。B組的平均速度由原來1.15 m/s下降到0.95 m/s，下降率為17.4%。C組的平均速度由原來的0.87 m/s下降到0.75 m/s，下降率為13.8%。D組的平均速度從0.92 m/s下降至0.67 m/s，下降率為27.2%。從下降的趨勢(shì)可以發(fā)現(xiàn)，女性測(cè)試組的下降趨勢(shì)要高于男性測(cè)試組。在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)可以發(fā)現(xiàn)，由于引導(dǎo)員無法強(qiáng)行提高自身速度，只能跟隨被試人員的速度行走，除了存在方向性的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于視覺障礙人群自身提高步行效率效果甚微。

在第三組測(cè)試中，障礙物中部的位置，安排一名引導(dǎo)員發(fā)出聲音信號(hào)，引導(dǎo)被試者集中，并帶領(lǐng)進(jìn)行疏散。從實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可以看出，集中疏散模式對(duì)視覺障礙人群的疏散效率提升的最高。A組的平均步行速度由1.20 m/s上升到1.33 m/s，B組由原來的1.15 m/s上升到1.20 m/s，C組由0.87 m/s上升至1.09 m/s，D組的平均步行速度由0.73 m/s上升至1.06 m/s。

在第一組測(cè)試中，每一個(gè)分組中都存在這一個(gè)隱形“引導(dǎo)者”，這類人在發(fā)現(xiàn)一條沒有障礙物路徑的時(shí)候，會(huì)和其它人員打招呼，讓他們跟隨過來，一起到達(dá)疏散點(diǎn)。這種現(xiàn)象在真實(shí)的災(zāi)害場(chǎng)景中應(yīng)該會(huì)存在，從這一點(diǎn)可以看出，視覺障礙人群存在相互溝通相互依賴的一種社會(huì)屬性，這種屬性，可以幫助他們脫離危險(xiǎn)的狀況。同時(shí)，在第一組測(cè)試和第三組測(cè)試中都存在一個(gè)普遍的現(xiàn)象，當(dāng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試開始的時(shí)候，被試者都會(huì)互相打招呼確認(rèn)彼此的位置，然后才進(jìn)行疏散，但是在第二組測(cè)試中，打招呼的現(xiàn)象就不存在。

基于實(shí)驗(yàn)的測(cè)試結(jié)果可以看出，當(dāng)處于危險(xiǎn)的情況下，視覺障礙人群自行進(jìn)行活動(dòng)的疏散效率與在有人幫助的情況下基本持平。從圖2的實(shí)驗(yàn)個(gè)體統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，32名被試者在無引導(dǎo)員的疏散試驗(yàn)中，平均步行速度為0.75 m/s，在為每位被試者都提供引導(dǎo)員的條件下，他們的步行平均速度只提升至0.79 m/s，提升率只有5.3%。而當(dāng)他們處于集中疏散的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景中，32名被試者的平均步行速度提升至0.97 m/s，提升率為29.3%，有一個(gè)很明顯的提升變化。因此可以推斷，集中式的引導(dǎo)疏散更有利于視覺障礙人群在災(zāi)害中的疏散逃生。

2.2　視覺障礙人群的疏散模型

通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與分析，可以明顯的看出三種不同條件下，集中模式下的視覺障礙人群的疏散模型要好于其它兩種情況。利用SPSS軟件中的ANOVA檢測(cè)，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的分析比對(duì)，查看各組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之間是否存在明顯的差異性。ANOVA檢測(cè)的目的是通過數(shù)據(jù)分析找出，不同的疏散條件是否對(duì)視覺障礙人群的步行速度有顯著影響，以及顯著影響的最佳水平等，數(shù)據(jù)分析結(jié)果如表3所示。

圖2　室內(nèi)引導(dǎo)與無引導(dǎo)過障礙物疏散速度對(duì)比

表3　實(shí)驗(yàn)測(cè)試的方差分析結(jié)果

從分析結(jié)果可以看出，視覺障礙人群自行進(jìn)行疏散的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與每人配備引導(dǎo)員疏散的實(shí)驗(yàn)結(jié)果差異性數(shù)值為0.597(>0.05)，從統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度，說明兩種疏散方法不存在差異性，因此，為每個(gè)視覺障礙人群配置一名引導(dǎo)員在室內(nèi)疏散，對(duì)于步行速度的提升幾乎沒有幫助。無引導(dǎo)疏散與集中疏散的差異性比較值為0.014(<0.05并接近0.01)，每人配置引導(dǎo)疏散與集中疏散的差異性比較值為0.049(<0.05)，集中疏散引導(dǎo)對(duì)步行速度的提升與其它兩種方式相比，具有明顯的差異性，說明集中引導(dǎo)疏散模式對(duì)視覺障礙人群的步行速度的提升具有十分顯著的幫助。

基于對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析以及ANOVA的檢測(cè)結(jié)果，可以說明當(dāng)室內(nèi)出現(xiàn)災(zāi)害的時(shí)候，視覺障礙人群應(yīng)該采用集中疏散的方式可以到達(dá)最大的疏散效果。同時(shí)，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)中可以觀察到，視覺障礙人群除了利用聲音信號(hào)來引導(dǎo)自己進(jìn)行疏散，還會(huì)利用觸覺來感受周邊的環(huán)境變化。因此，在建筑內(nèi)部提供更多的可接觸性的信號(hào)提示，尤其是在墻面，可以為他們?cè)谶M(jìn)行疏散時(shí)提供更多的幫助與支持。結(jié)合實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，設(shè)計(jì)了符合視覺障礙人群的室內(nèi)疏散概念模型，在現(xiàn)行安全規(guī)范的基礎(chǔ)下，進(jìn)一步優(yōu)化和豐富防火分區(qū)中的配置，以滿足城市不同人群的需求。如圖3所示，圓形的范圍是新建的疏散分區(qū)，紅色的通道是可觸摸信號(hào)通道(例如盲道或者可觸摸墻等)，應(yīng)設(shè)置在建筑內(nèi)部緊鄰墻的四周，紫色的是疏散出口，每個(gè)防災(zāi)分區(qū)中心位置應(yīng)該配備一定數(shù)量的引導(dǎo)員。

圖3　視覺障礙人群疏散模型

當(dāng)有緊急情況發(fā)生的時(shí)候，視覺障礙人群可以通過兩種方式進(jìn)行疏散逃生。①當(dāng)沒有聲音信號(hào)發(fā)出的時(shí)候，可以自己向建筑內(nèi)部的四周墻面疏散，找到墻面設(shè)置的觸摸式信號(hào)系統(tǒng)或者設(shè)有盲道的通道系統(tǒng)，他們可以跟隨這些信號(hào)的引導(dǎo)進(jìn)行疏散；②如果在防災(zāi)疏散分區(qū)中，設(shè)置有引導(dǎo)員或者一些其它設(shè)備發(fā)出聲音信號(hào)，可以將需要疏散的視覺障礙人群(也可以包括肢體正常的人群)集中到這個(gè)位置，再引領(lǐng)人群直接前往防災(zāi)疏散出口。在現(xiàn)實(shí)社會(huì)當(dāng)中，在商場(chǎng)、醫(yī)院或者一些公共場(chǎng)所單獨(dú)設(shè)立引導(dǎo)員很不現(xiàn)實(shí)，而且也會(huì)造成公共資源的浪，建議將公共場(chǎng)所服務(wù)人員的服務(wù)培訓(xùn)都加入疏散引導(dǎo)這一項(xiàng)即可。在出現(xiàn)緊急情況的時(shí)候，場(chǎng)所服務(wù)人員可以轉(zhuǎn)變?yōu)橐龑?dǎo)員，帶領(lǐng)人群到達(dá)指定的疏散地點(diǎn)，為他們提供幫助。

3　結(jié)論

通過實(shí)驗(yàn)的過程可以看出，視覺障礙人群對(duì)于聲音的敏感度辨識(shí)度很高。在做疏散模擬實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，他們提出一定要有一個(gè)穩(wěn)定的聲源指引他們，這樣才能有自己的方向感和判斷力，同時(shí)他們還會(huì)利用觸覺去感受外界的信息。因此，當(dāng)沒有條件去建立豎向立體的疏散系統(tǒng)或者引導(dǎo)員配置的時(shí)候，一個(gè)穩(wěn)定的聲源信號(hào)和觸覺信號(hào)顯得十分重要。

從實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可以看出，男性視覺障礙者的步行速度在不同的疏散測(cè)試中均要高于女性。在理想條件下，為每個(gè)視覺障礙人群配備一名引導(dǎo)員的疏散效率與不配備引導(dǎo)員的效率相接近(顯著性差異只有0.597)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如集中疏散引導(dǎo)模式效率高。集中式引導(dǎo)使得視覺障礙人群的步行速度有了較大幅度的提升，這種模式的疏散與前兩者性比，顯著性差異分別為0.014與0.049。因此，在情況緊急狀態(tài)下，疏散引導(dǎo)系統(tǒng)應(yīng)該在第一時(shí)間將視覺障礙人群疏散到一個(gè)相對(duì)開闊并且具有指示性的空間中，為視覺障礙人群提供足夠的時(shí)間進(jìn)行疏散逃生。依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合國家相關(guān)安全規(guī)范，提出了視覺障礙人群疏散模型。在現(xiàn)實(shí)的生活中，在公共場(chǎng)所無論是醫(yī)院、活動(dòng)中心或者是活動(dòng)場(chǎng)所，都應(yīng)該與建筑防火分區(qū)結(jié)合設(shè)定更細(xì)化的疏散分區(qū)，在建筑內(nèi)部設(shè)置可觸摸的信息通道，并配備一定比例的引導(dǎo)員。當(dāng)災(zāi)害發(fā)生的時(shí)候，這種可觸摸式的信息系統(tǒng)和引導(dǎo)員既可以對(duì)普通人的疏散提供一定的幫助 ，也可以協(xié)助視覺障礙人群順利到達(dá)疏散出口。

通過與視覺障礙人群的訪談，了解到這類人群對(duì)于社會(huì)的存在感十分低，當(dāng)突發(fā)事件出現(xiàn)的時(shí)候，也沒有相應(yīng)的知識(shí)儲(chǔ)備來指導(dǎo)他們完成疏散。因此，社會(huì)應(yīng)該提高在無障礙設(shè)施以及疏散管理政策規(guī)劃的質(zhì)量，讓城市更多的人群受到照顧，讓那些特殊的人群也感受到社會(huì)的關(guān)愛。視覺障礙人群的疏散模型提出，有助于豐富現(xiàn)行的城市、建筑安全設(shè)計(jì)規(guī)范，同時(shí)體現(xiàn)社會(huì)的公平性。社會(huì)在發(fā)展的同時(shí)，應(yīng)該對(duì)城市各類群體都有所考慮，這樣才能使國家的建設(shè)發(fā)展得到進(jìn)一步的提升，避免出現(xiàn)災(zāi)害時(shí)候，產(chǎn)生重大的人員傷亡。

致謝國家自然基金“快速城鎮(zhèn)化典型衍生災(zāi)害防治的規(guī)劃設(shè)計(jì)原理與方法”(51438009)的資助，感謝天津市盲人協(xié)會(huì)的大力支持，感謝協(xié)會(huì)中視覺障礙志愿者與課題組同學(xué)們的努力付出，保證了這個(gè)研究的順利進(jìn)行，也保證了未來進(jìn)一步的研究的可實(shí)施性。