緊急情況下地下商場內(nèi)行人疏散實(shí)驗(yàn)研究

王 艷 （安徽省合肥市消防救援支隊(duì)，安徽 合肥 230001）

地下商場作為地下建筑的主要類型，其建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通過對人群緊急疏散現(xiàn)象的研究和分析，可以提前判斷人群的運(yùn)動特征，推測人群在緊急疏散時(shí)發(fā)生危險(xiǎn)的臨界點(diǎn)。對緊急情況下地下商場內(nèi)人員疏散的運(yùn)動特性和安全疏散的策略開展研究，具有非常重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

1 研究對象背景

本文對某地下商場（負(fù)一層）開展一次疏散實(shí)驗(yàn)。平面示意圖如圖1所示，本次的疏散實(shí)驗(yàn)選取地下商場內(nèi)的部分區(qū)域進(jìn)行，如圖2所示。該疏散區(qū)域面積約900㎡，參與疏散的人數(shù)共147人，疏散人員分為5組，每組有28～30人。疏散實(shí)驗(yàn)開始前，各小組人員分別分布在商場內(nèi)5個(gè)不同地點(diǎn)（位置1～位置5）。聽到疏散指令之后，5組人員按照指定路徑，同時(shí)進(jìn)行緊急疏散，經(jīng)樓梯疏散至地上一層安全地點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。

樓梯寬度為1 m，共30個(gè)臺階，踏板高0.2m，寬0.4m。直接連接地上一層。

圖1 某購物廣場平面布置圖

圖2 某購物廣場疏散場景平面圖

2 疏散實(shí)驗(yàn)設(shè)置

受實(shí)驗(yàn)人員身體條件及實(shí)驗(yàn)場景的限制，該疏散實(shí)驗(yàn)只做了一次。

①疏散實(shí)驗(yàn)人員的平均年齡為37歲，93%為周邊單位的工作人員。其中，43%的人未參加過消防疏散演練，40%的人參加過1～2次，17%的人參加過三次及以上的疏散演練，78%的人對消防知識比較了解。

②對于地下商場內(nèi)的疏散路線及出口位置，有12%的人員熟悉，有78%的人表示達(dá)到新環(huán)境后會仔細(xì)看疏散的路線圖。

3 典型人員疏散特征

3.1 匯流現(xiàn)象和避讓行為

圖3 匯流現(xiàn)象和避讓行為

在緊急情況下人群進(jìn)行疏散時(shí)，位于不同地點(diǎn)的人員會選擇不同的路徑快速向出口處疏散，會在疏散路徑的交匯處形成明顯的匯流現(xiàn)象。在人群匯流、擁擠的過程中，疏散人員為了自身的安全，避免摔倒和受傷，會出現(xiàn)避讓行為（圖3）。

3.2 沿樓梯行走和擁擠現(xiàn)象

在緊急疏散情況下，由于疏散運(yùn)動速度的加快，為保證自身的安全，同時(shí)由于周圍環(huán)境光照條件的變化，行人會尋找依附物行走，在通過樓梯疏散至地上一層時(shí)，行人會手扶樓梯行走以避免摔倒，人群的運(yùn)動速度也會變慢。

由于樓梯處的人群不能及時(shí)疏散至地上一層，會導(dǎo)致樓梯處的人群形成擁擠現(xiàn)象。人員間距變小，相互作用變大，容易造成人員摔倒，有進(jìn)一步發(fā)展為踩踏事故的可能性。因此在樓梯、匯流處等擁擠地點(diǎn)安排引導(dǎo)員進(jìn)行疏散指導(dǎo)尤為重要。

3.3 超越行為

在疏散實(shí)驗(yàn)過程中，行人超越行為的產(chǎn)生主要位于疏散通道和樓梯上。緊急疏散時(shí)，行人在較為寬敞的疏散通道內(nèi)，由于后方行人著急快速疏散到地上一層，因此其運(yùn)動速度大于前方行人，出現(xiàn)超越行為；在上樓過程中，位于樓梯外側(cè)的行人速度大于樓梯內(nèi)側(cè)行人的速度，也會產(chǎn)生超越行為。

行人的超越行為也帶來了一定的安全隱患，容易造成行人之間的碰撞，導(dǎo)致摔倒和受傷，在疏散過程中需要對超越行為予以引導(dǎo)和關(guān)注，避免發(fā)生危險(xiǎn)。這種行為的分析和研究對于人員疏散模型的設(shè)計(jì)提供了更為準(zhǔn)確和合理的依據(jù)。

4 數(shù)據(jù)處理及分析

根據(jù)在商場內(nèi)多處關(guān)鍵地點(diǎn)錄制的疏散實(shí)驗(yàn)視頻，統(tǒng)計(jì)了人群快速疏散的疏散時(shí)間、流量以及速度等運(yùn)動參數(shù)，這些參數(shù)對于評估人員安全逃生，以及指導(dǎo)疏散模擬研究具有重要的參考意義。

4.1 流量

疏散時(shí)間是表征人群疏散能力的重要參數(shù)，同時(shí)也是評估緊急情況下人群能否迅速安全逃生的重要指標(biāo)。

本文統(tǒng)計(jì)了人群從疏散指令發(fā)出后至全部疏散至地上一層的時(shí)間，總共用時(shí)150 s，地下商場內(nèi)的實(shí)驗(yàn)人群全部疏散完畢。疏散人數(shù)與時(shí)間的關(guān)系見圖4，由圖中所示結(jié)果可知，疏散人數(shù)與疏散時(shí)間大體是成線性遞增的關(guān)系，但隨著時(shí)間增加至75 s以后，圖中疏散過程的斜率有所減小，這說明疏散人群的速度逐漸變慢，這是由于樓梯處產(chǎn)生擁擠現(xiàn)象，人員的運(yùn)動速度變慢，人群疏散的較為緩慢。

圖4 疏散人數(shù)與疏散時(shí)間的關(guān)系

計(jì)算地下商場各位置處的流量、流率，其計(jì)算公式如式1、2所示，式中的F代表流量，R代表流率，N代表Δt時(shí)間間隔內(nèi)通過的人數(shù)，L代表通道的寬度。

統(tǒng)計(jì)了初始疏散位置1～位置5、交匯處以及樓梯處，人群的流量、流率等數(shù)據(jù)，見下表。地下商場不同位置處的流量對比如圖5所示。樓梯在地上一層出口處的流量，計(jì)算公式見式1，流量隨時(shí)間的變化如圖6所示。

圖5 地下商場不同位置的流量對比

圖6 樓梯出口流量與時(shí)間的關(guān)系

地上商場各位置的流量流率

根據(jù)表1和圖6分析可得，疏散通道的寬度越大，人群的流量、流率越大；商場各疏散位置的流量之和大于交匯處的流量（3.8人/s），從而會導(dǎo)致交匯處出現(xiàn)擁擠現(xiàn)象；由于樓梯較窄，流量會明顯變小，擁擠現(xiàn)象更為嚴(yán)重。

圖6是樓梯上疏散人數(shù)流量隨時(shí)間的變化圖，流量整體在0.75～1.75之間波動，該疏散實(shí)驗(yàn)樓梯處的平均流量為1.178人/s，人員運(yùn)動穩(wěn)定階段的平均流量約為1.4人/s。

因此合理設(shè)置疏散通道的交匯處，以及疏散樓梯的寬度，對于有效、快速地疏散人群具有非常重要的意義。

4.2 速度

在疏散實(shí)驗(yàn)過程中，疏散人員開始快速疏散后，經(jīng)過指定的疏散路徑，到達(dá)交匯處，最后通過樓梯至地上一層。其中樓梯上最容易造成人員擁擠，是影響人群疏散時(shí)間的關(guān)鍵位置。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中，在樓梯上的人員速度大都集中在0.5 m/s～0.9 m/s，平均速度是0.79 m/s。在疏散位置1的人員運(yùn)動速度均大于1.0 m/s，平均速度是1.71 m/s。位置1處的人員運(yùn)動速度明顯高于樓梯上的疏散速度。

5 結(jié)語

通過分析疏散實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，獲得了緊急情況下人員的典型行為特征、運(yùn)動速度和流量，得出以下結(jié)論。

①當(dāng)?shù)叵律虉鰞?nèi)的人員在緊急情況下疏散時(shí)，人員會在疏散路徑交匯處形成明顯的匯流現(xiàn)象，并出現(xiàn)擁擠，同時(shí)疏散人員為避免摔倒和受傷，會出現(xiàn)避讓行為；行人在樓梯上疏散時(shí)，會沿樓梯行走，由于速度減慢會出現(xiàn)擁擠現(xiàn)象，同時(shí)在疏散時(shí)，有部分行人會有超越行為。

②疏散通道較寬時(shí)，人群的流量、流率會比較大；商場內(nèi)各疏散位置的流量之和大于交匯處的流量（3.8人/s），交匯處的流量大約降低1人/s，導(dǎo)致交匯處擁擠；較窄樓梯的流量會明顯變小，擁擠現(xiàn)象更為嚴(yán)重。

③在樓梯上的人員速度大都集中在0.5 m/s～0.9 m/s，平均速度是 0.79 m/s。在疏散位置1的人員運(yùn)動速度均大于1.0 m/s，平均速度是1.71 m/s。疏散位置的速度到樓梯上運(yùn)動速度的驟減容易導(dǎo)致?lián)頂D。對地下商場內(nèi)，疏散通道的交匯處的寬度應(yīng)大于2.8 m，減緩人員擁擠現(xiàn)象；樓梯出口處要引導(dǎo)人員快速離開，避免造成擁擠堵塞。

此外，地下商場的管理部門需要讓商場內(nèi)的人群了解建筑物的疏散路線和安全出口，緊急疏散中正確有效的疏散、逃生的宣傳和指示，對地下商場內(nèi)人群安全疏散非常重要。