某地下商場(chǎng)緊急情況下人員疏散實(shí)驗(yàn)研究

姜子港，霍非舟，劉曉棟，宋衛(wèi)國(guó)＊

（1.山東省東營(yíng)市公安消防支隊(duì)，東營(yíng)，257091；2.中國(guó)科技大學(xué)火災(zāi)科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，合肥，230026；3.香港城市大學(xué)土木與建筑工程系，香港，999077）

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，商場(chǎng)成為大多數(shù)人消費(fèi)的首選之地，卻也因此成為火災(zāi)頻發(fā)的場(chǎng)所之一。商場(chǎng)建筑由于其火災(zāi)因素復(fù)雜、可燃物質(zhì)多、火災(zāi)時(shí)疏散困難，其火災(zāi)嚴(yán)重性和危害性尤其突出［1，2］，極易造成嚴(yán)重的人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失，如2004年2月15日，吉林市中百商廈發(fā)生特大火災(zāi)，造成54人死亡，70人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失426萬(wàn)元；2010年11月5日，吉林商業(yè)大廈火災(zāi)，造成19人死亡，24人受傷，過火面積15830m2；2012年6月30日，天津薊縣萊德商廈火災(zāi)，造成10人死亡，16人受傷。因此，商場(chǎng)建筑的人員安全疏散設(shè)計(jì)顯得尤為重要。

對(duì)于商場(chǎng)內(nèi)人員疏散問題，國(guó)內(nèi)研究者們開展了較為廣泛的研究［3－5］。姚長(zhǎng)春、李元洲等人［6］利用性能化分析的方法分析了某地下商場(chǎng)防火分區(qū)的劃分方法及其對(duì)人員安全疏散的影響；程彩霞、方正等人［7］分析了一個(gè)大型商場(chǎng)建筑性能化防火設(shè)計(jì)案例，并與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了對(duì)比；張鴻鶴、楊利劍［8］探討了大型地下商場(chǎng)的防火分區(qū)設(shè)置的相關(guān)問題以及對(duì)人員安全疏散的影響；宋衛(wèi)國(guó)、于彥飛等人［9］采用社會(huì)力模型對(duì)緊急情況下的人員疏散現(xiàn)象進(jìn)行了模擬，分析了出口寬度、出口厚度等建筑結(jié)構(gòu)特征與疏散時(shí)間之間的關(guān)系。然而，目前針對(duì)地下商場(chǎng)緊急情況下人員疏散的研究仍然存在一些問題，主要有兩個(gè)方面：一方面，地下商場(chǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，營(yíng)業(yè)時(shí)物品種類繁多、人員密度大、人員構(gòu)成廣，緊急情況下的疏散演習(xí)實(shí)驗(yàn)難以實(shí)現(xiàn)；另一方面，對(duì)于相鄰防火分區(qū)之間借用防火門進(jìn)行疏散的實(shí)驗(yàn)研究相對(duì)較少。

基于上述兩個(gè)方面的問題考慮，我們?cè)O(shè)計(jì)并開展了地下商場(chǎng)緊急情況下的人員疏散演習(xí)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中考慮了相鄰防火分區(qū)借用防火門的問題以及不同人員分布的實(shí)驗(yàn)條件，此外對(duì)實(shí)驗(yàn)參與人員進(jìn)行了問卷調(diào)查，分析了人員疏散特性。

1 地下商場(chǎng)人員疏散實(shí)驗(yàn)

1.1 商場(chǎng)簡(jiǎn)介

某商場(chǎng)地上三層、地下一層，集購(gòu)物、餐飲、娛樂于一體，總建筑面積60000m2，共有員工1100余人。該商場(chǎng)地下一層被劃分為四個(gè)防火分區(qū)，各防火分區(qū)建筑面積如圖1所示，其中有14個(gè)消防安全出口，包括通向避難走道（2、3、4、5、13）、通向樓梯（1、6、14）和通向相鄰防火分區(qū)（7、8、9、10、11）的安全出口。

圖1 商場(chǎng)地下一層建筑平面示意圖Fig.1 Sketch of the underground floor of the market

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及實(shí)施

本實(shí)驗(yàn)選擇商場(chǎng)地下一層的第四防火分區(qū)作為人員初始分布位置，實(shí)驗(yàn)參與人員主要為不在該層工作的商場(chǎng)工作人員，實(shí)驗(yàn)時(shí)間選擇商場(chǎng)正常營(yíng)業(yè)之前，即早7點(diǎn)至早8點(diǎn)之間。其中第四防火分區(qū)通過安全出口3，4與避難走道相連，通過防火門7，8與第二和第三防火分區(qū)相連。該演習(xí)實(shí)驗(yàn)共設(shè)置四種不同的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，如表1所示，其中人員均勻分布是指實(shí)驗(yàn)人員被均勻地安排在第四防火分區(qū)內(nèi)，人員非均勻分布是指實(shí)驗(yàn)人員被安排在防火分區(qū)遠(yuǎn)離避難走道的一側(cè)區(qū)域內(nèi)。此外，我們分別在出口1，2，3，4，5，6，7，8等8個(gè)出口設(shè)置攝像機(jī)來(lái)拍攝人員通過出口的疏散過程。

表1 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景Table 1 Experimental scenarios

實(shí)驗(yàn)開始前，工作人員告知實(shí)驗(yàn)人員最終疏散目的地，即出口1，2，3，4，5，6，實(shí)驗(yàn)過程中實(shí)驗(yàn)人員可以選擇其中任意出口作為她們的最終疏散目的地。每次實(shí)驗(yàn)開始前，工作人員按各場(chǎng)景要求將人員分布在第四防火分區(qū)內(nèi)，以商場(chǎng)內(nèi)的消防警報(bào)聲作為疏散演習(xí)實(shí)驗(yàn)開始的信號(hào)，聽到警報(bào)聲后實(shí)驗(yàn)人員開始疏散，所有人離開安全出口后本次實(shí)驗(yàn)結(jié)束。每次實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，實(shí)驗(yàn)人員原路返回，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)工作人員改變實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景并安排人員的位置分布，一切準(zhǔn)備就緒后開始實(shí)驗(yàn)，直至四次場(chǎng)景全部做完，演習(xí)實(shí)驗(yàn)結(jié)束。

1.3 問卷調(diào)查

為了更深入的分析人員疏散過程中的行為特性，我們?cè)O(shè)計(jì)了一份消防安全疏散問卷，該問卷由實(shí)驗(yàn)人員在演習(xí)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后填寫。

2 數(shù)據(jù)處理及分析

根據(jù)開展的疏散演習(xí)實(shí)驗(yàn)及問卷調(diào)查，我們主要從疏散過程中的人員出口選擇、疏散時(shí)間及出口流率和疏散行為分析三個(gè)方面對(duì)地下商場(chǎng)緊急情況下人員疏散進(jìn)行分析。

2.1 出口選擇

演習(xí)實(shí)驗(yàn)過程中，實(shí)驗(yàn)人員未被指定具體的疏散出口及疏散路徑，因而她們有可能選擇任何一個(gè)出口到達(dá)最終疏散終點(diǎn)。為了分析疏散演習(xí)過程中人員對(duì)不同疏散出口的選擇比例，我們統(tǒng)計(jì)了四種實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景下通過疏散出口3、4、7、8的人數(shù)。其中實(shí)驗(yàn)過程中疏散出口3、4、7、8的寬度分別為：1.7m，3.0m，1.4m，1.6m。圖2為不同疏散場(chǎng)景的出口選擇比例。在實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景一、二中，實(shí)驗(yàn)人員在第四防火分區(qū)內(nèi)可通過出口3、4、7、8進(jìn)行疏散；而在實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景三、四中，出口7，8關(guān)閉，實(shí)驗(yàn)人員不能通過這兩個(gè)出口。從圖2可以看到，在場(chǎng)景一、二情況下出口4的疏散人數(shù)最多，依次為41.99%和36.79%。這是因?yàn)槌隹?寬度較寬，且更接近防火分區(qū)邊界位置的中心，該防火分區(qū)內(nèi)人員很容易看到該出口，導(dǎo)致大量人員通過該出口進(jìn)行疏散。另外我們發(fā)現(xiàn)在可借用防火分區(qū)防火門的情況下，有34.42%（場(chǎng)景一）和54.52%（場(chǎng)景二）的人員選擇通過相鄰防火分區(qū)防火門進(jìn)行疏散，這說明借用防火分區(qū)防火門可有效疏散某一防火分區(qū)內(nèi)的被困人員，提高疏散出口利用率及疏散效率。觀察場(chǎng)景三、四的結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)，選擇出口4的疏散人數(shù)是出口3的兩倍多，這說明在實(shí)驗(yàn)過程中會(huì)出現(xiàn)出口利用不均的現(xiàn)象，這對(duì)緊急情況下人員疏散是不利的，因而需要在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置合理的疏導(dǎo)設(shè)施來(lái)指導(dǎo)人員合理利用出口，提高疏散效率。

圖2 不同疏散場(chǎng)景出口選擇比例Fig.2 The ratio of exit choice in different evacuation scenarios

2.2 疏散時(shí)間及出口流率

疏散時(shí)間是指行人從意識(shí)到危險(xiǎn)情況的發(fā)生到疏散至安全區(qū)域所用的時(shí)間，是評(píng)估建筑消防安全的一個(gè)重要參數(shù)。影響行人疏散時(shí)間的因素包括人的因素，如性別、年齡、對(duì)危險(xiǎn)狀態(tài)的感知能力、疲勞程度等，環(huán)境因素，如建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜度、出口位置、出口寬度等。本文主要從是否可以借用相鄰防火分區(qū)防火門的角度對(duì)行人疏散時(shí)間進(jìn)行了分析。圖3是四種不同實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景下各出口的累積疏散人數(shù)隨時(shí)間的變化曲線。其中在不同實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景下各出口疏散的人數(shù)如表2所示。

從圖3（a）中我們發(fā)現(xiàn)，在可借用防火分區(qū)防火門時(shí)出口3、7、8對(duì)應(yīng)的人員安全疏散時(shí)間分別為：18.68s，18.72s，17.48s；而出口4對(duì)應(yīng)的人員安全疏散時(shí)間為29.44s，因而安全疏散該場(chǎng)景下的312人的總疏散時(shí)間為：29.44s。在不可借用防火分區(qū)防火門時(shí)，如圖3（b），出口3、4對(duì)應(yīng)的人員安全疏散時(shí)間分別為：26.64s，32.8s，因而安全疏散該場(chǎng)景下的299人的總疏散時(shí)間為：32.8s。比較這兩個(gè)結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)借用防火分區(qū)防火門在疏散人數(shù)較多的情況下其總疏散時(shí)間仍低于不借用防火分區(qū)防火門的情況，說明借用防火分區(qū)防火門作為安全出口提高了人員安全疏散效率，但值得注意的是在借用防火分區(qū)防火門，即增加出口7、8的情況下，其總疏散時(shí)間與不借用的情況相比并未得到顯著降低。這可以從兩個(gè)方面來(lái)解釋：一方面，從圖3（a）以及圖2的結(jié)果可知，在實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景一中選擇出口4的人數(shù)較多，導(dǎo)致該出口疏散完畢所用的時(shí)間較長(zhǎng)，這極大地增加了總疏散時(shí)間；另一方面，該實(shí)驗(yàn)中人員數(shù)量較少，在出口3、4處并未形成比較嚴(yán)重

的擁堵現(xiàn)象，因而增加出口7、8并不能顯著的提高安全疏散效率，降低總疏散時(shí)間，然而在該防火分區(qū)內(nèi)人員數(shù)量較多時(shí)，采用借用相鄰防火分區(qū)防火門作為安全出口進(jìn)行疏散將會(huì)顯著提高疏散效率，降低總疏散時(shí)間。基于以上考慮，我們認(rèn)為在人員疏散過程中應(yīng)對(duì)人員疏散路徑進(jìn)行合理的規(guī)劃，指導(dǎo)人員合理選擇疏散出口，同時(shí)在防火分區(qū)內(nèi)人數(shù)較多的情況下選擇借用相鄰防火分區(qū)防火門作為安全出口進(jìn)行疏散，這將有效避免在某一出口處聚集人數(shù)過多而形成擁堵現(xiàn)象，有效提高疏散效率及降低總疏散時(shí)間。

表2 出口流率Table 2 Exit flow rate

圖3 各出口疏散人數(shù)隨時(shí)間的變化（a：實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景一；b：實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景二；c：實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景三；d：實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景四）Fig.3 The relationships between cumulative evacuated persons and evacuation time（a：experiment one；b：experiment two；c：experiment three；d：experiment four）

另外我們分析了人員分布對(duì)人員安全疏散的影響。由圖3總疏散時(shí)間及表1疏散總?cè)藬?shù)可知，實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景一、二的出口平均流量分別為：10.6ped／s，11.6ped／s；實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景三、四的出口平均流量分別為：8.5ped／s，8.0ped／s。由此可見人員不同分布對(duì)出口平均流量并未產(chǎn)生比較明顯的影響。這是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)人員聽到警報(bào)后立即向出口處運(yùn)動(dòng)，且運(yùn)動(dòng)速度比較快。因人員不同分布而產(chǎn)生的人員行走距離的變化對(duì)疏散時(shí)間的影響比較小，因而人員疏散過程沒有因人員分布不同而產(chǎn)生大的變化。

為了分析安全出口的疏散效率，我們統(tǒng)計(jì)分析了不同實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景下不同出口的出口流率，如表2所示。其中我們每隔0.4s統(tǒng)計(jì)一次通過各出口的人數(shù)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)的結(jié)果及出口寬度得到各出口的流率，包括最大流率、最小流率以及平均流率。我們發(fā)現(xiàn)出口7、8的平均流率相對(duì)比較高，這是因?yàn)檫@兩個(gè)出口為相鄰防火分區(qū)防火門，實(shí)驗(yàn)人員通過后會(huì)繼續(xù)向最終出口疏散，因而在這兩個(gè)出口處形成比較快速且連續(xù)的行人流，相應(yīng)的流率比較高。

2.3 疏散行為分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，我們開展了問卷調(diào)查來(lái)分析人員疏散行為特性，一共向?qū)嶒?yàn)人員發(fā)放了300份問卷，因?yàn)闀r(shí)間有限，商場(chǎng)工作人員急于上班，因而最后收取有效問卷190份。根據(jù)問卷結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)參與實(shí)驗(yàn)的人員中97%為商場(chǎng)工作人員，其平均年齡為30歲；其中95%的人員參與過消防疏散演練，94%的人員熟悉商場(chǎng)。圖4為問卷調(diào)查中的結(jié)果（圖4（a）中A：尋找同伴；B：立即報(bào)警；C：打電話或大聲呼喊通知其他人；D：收拾自己的貴重物品；E：立即朝出口運(yùn)動(dòng)；圖4（b）中A：選擇最近出口；B：選擇最熟悉出口；C：跟隨別人行走；D：按照疏散指示標(biāo)志或聽消防廣播的指導(dǎo)；圖4（c）中A：立即跟隨奔跑；B：詢問原因；C：不理不睬；D：其他；圖4（d）中 A：耐心等待；B：向前擠；C：跟在強(qiáng)壯的人后面；D：繞道走）。

從圖4可以看到，當(dāng)聽到消防警報(bào)聲音時(shí)，有40.53%的人選擇立即朝出口運(yùn)動(dòng)，另外有25.95%的人選擇立即報(bào)警，25.41%的人選擇打電話或大聲呼喊通知其他人；這說明參與過消防疏散演練和安全培訓(xùn)的商場(chǎng)工作人員在發(fā)生緊急情況下時(shí)能夠及時(shí)進(jìn)行疏散，且同時(shí)能夠提醒商場(chǎng)內(nèi)顧客及其他人員開始疏散，這將有利于商場(chǎng)在發(fā)生危急情況時(shí)有效降低人員傷亡。在緊急情況下，有63.24%的人選擇最近出口，22.71%的人選擇按照疏散指示標(biāo)志或消防廣播的指導(dǎo)；當(dāng)看到周圍有人因恐慌而奔跑時(shí)，70.05%的人會(huì)選擇詢問原因，26.20%的人會(huì)選擇立即跟隨奔跑；但行走過程中感覺到擁擠時(shí)，47.57%的人會(huì)選擇耐心等待，31.35%的人會(huì)選擇繞道走。此外，我們發(fā)現(xiàn)，在實(shí)驗(yàn)行走過程中，93.01%的人認(rèn)為她們的速度比平時(shí)要快；當(dāng)人們?cè)谛凶哌^程遇到障礙時(shí)，56.08%的人會(huì)選擇減速，30.16%的人會(huì)選擇向右繞行。

3 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)并開展了地下商場(chǎng)緊急情況下人員疏散實(shí)驗(yàn)和問卷調(diào)查，并分別從出口選擇、疏散時(shí)間及出口流率、疏散行為分析三個(gè)方面對(duì)實(shí)驗(yàn)及問卷結(jié)果進(jìn)行了探討。從對(duì)結(jié)果的分析和討論中我們可以得到以下一些結(jié)論：

（1）在疏散實(shí)驗(yàn)過程中會(huì)出現(xiàn)出口利用不均的現(xiàn)象，這極易造成局部出口處形成擁塞，進(jìn)而對(duì)緊急情況下人員疏散產(chǎn)生不利影響，因而需要在商場(chǎng)內(nèi)部設(shè)置合理的疏導(dǎo)設(shè)施來(lái)指導(dǎo)人員合理利用出口，提高疏散效率；

（2）在人員疏散過程中應(yīng)對(duì)人員疏散路徑進(jìn)行合理的規(guī)劃，指導(dǎo)人員合理選擇疏散出口，同時(shí)在防火分區(qū)內(nèi)人數(shù)較多的情況下選擇借用相鄰防火分區(qū)作為安全出口進(jìn)行疏散，這將有效避免在某一出口處聚集人數(shù)過多而形成擁堵現(xiàn)象，降低總疏散時(shí)間；

（3）人員在防火分區(qū)內(nèi)的位置分布對(duì)疏散過程的影響并不明顯，同時(shí)通向相鄰防火分區(qū)的防火門處能夠形成比較快速且連續(xù)的行人流，流率較高。但是，通向相鄰防火分區(qū)的出口可能會(huì)出現(xiàn)人群相向運(yùn)動(dòng)的情況，在以后的研究中應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步分析；

（4）參與過消防疏散演練和安全培訓(xùn)的商場(chǎng)工作人員在發(fā)生緊急情況下時(shí)能夠及時(shí)進(jìn)行疏散，且同時(shí)能夠提醒商場(chǎng)內(nèi)顧客及其他人員開始疏散，這將有利于商場(chǎng)在發(fā)生危急情況時(shí)有效降低人員傷亡。

圖4 問卷調(diào)查結(jié)果Fig.4 The results of questionnaire

［1］劉仁存.地下商場(chǎng)的火災(zāi)特點(diǎn)及其建筑防火設(shè)計(jì)［J］.消防科學(xué)與技術(shù)，2005，24：34－38.

［2］宋偉杰.火災(zāi)時(shí)地下商場(chǎng)人員疏散的研究［J］.現(xiàn)代物業(yè)，2012，11（6）：36－37.

［3］謝景榮.某地下商場(chǎng)火災(zāi)危險(xiǎn)性分析及其消防對(duì)策［J］.消防科學(xué)與技術(shù)，2007，26（6）：641－645.

［4］朱杰，夏銳，唐家祥，等.某高層建筑商業(yè)中心火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及人員疏散研究［J］.消防科學(xué)與技術(shù)，2008，27（8）：570－573.

［5］謝飛，楮新穎，薛奕.地下建筑購(gòu)物中心火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及人員疏散研究［J］.消防科學(xué)與技術(shù)，2009，28（3）：163－166.

［6］姚長(zhǎng)春，李元洲，鐘委，等.某地下商場(chǎng)防火分區(qū)劃分對(duì)人員安全疏散的影響研究［J］.火災(zāi)科學(xué)，2006，15（3）：144－149.

［7］程彩霞，方正，胡忠日，等.大型商場(chǎng)建筑性能化防火設(shè)計(jì)實(shí)例分析［J］.災(zāi)害學(xué)，2003，18（3）：84－90.

［8］張鴻鶴，楊利劍.淺談大型地下商場(chǎng)的防火分區(qū)和安全疏散［J］.消防科學(xué)與技術(shù)，2003，22（5）：384.

［9］宋衛(wèi)國(guó)，于彥飛，陳濤.出口條件對(duì)人員疏散的影響及其分析［J］.火災(zāi)科學(xué)，2003，12（2）：100－104.