基于GIS空間分析的城市避震疏散規(guī)劃研究

單寶艷，郭金金

(山東建筑大學 土木工程學院，山東 濟南 250101)

一、引 言

城市人口密集、流動量大而頻繁, 并且集中了大量的國家、集體和居民的財富,由地震引發(fā)的災(zāi)害和次生災(zāi)害危害性大。做好避震疏散規(guī)劃對城市居民避難、震后救援及恢復(fù)重建均有重要意義。避震疏散規(guī)劃的原則是“平災(zāi)結(jié)合”，避震疏散場地平時可用于教育、體育、文娛和其他生產(chǎn)生活活動，臨震預(yù)報發(fā)布后或地震災(zāi)害發(fā)生時即作為避震疏散場所。避震疏散道路平時作為城市交通、消防通道，震時發(fā)揮防災(zāi)疏散等功能[1]。

采用GIS技術(shù)進行城市避震疏散規(guī)劃研究，國內(nèi)外已有不少研究成果。如李剛等把城市地震避難場所劃分為3個級別,并建立了相應(yīng)的避難場所規(guī)劃流程[2]；黃靜等立足于社區(qū)夜間避震疏散需求，綜合運用GIS空間分析技術(shù)，從應(yīng)急疏散需求分布、疏散空間可達性、疏散優(yōu)化歸屬3個方面構(gòu)建居民避震疏散區(qū)劃方法[3]；葉明武等采用2SFCA模型和ArcGIS集成技術(shù),定量研究上海中心城區(qū)公園的應(yīng)急避難服務(wù)與居民避難需求之間的平衡關(guān)系[4]；曹國強等對城市避震疏散場所公園綠地面積指標進行了研究[5]；鄒亮等基于GIS 技術(shù)，就災(zāi)害疏散模擬及救援調(diào)度進行了系統(tǒng)研究[6]。本文主要運用GIS空間分析方法，包括鄰近區(qū)分析、基于網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)區(qū)分析、疊加等方法，研究震時城市各小區(qū)居民沿著最便捷的疏散通道到最近的避震疏散場地避難的優(yōu)化問題，并針對不符合現(xiàn)行城市抗震防災(zāi)規(guī)劃標準[7]的區(qū)域，提出規(guī)劃思路和方案。

二、避震疏散場地和疏散通道

1. 避震疏散場地

城市避震疏散場地是居民為躲避地震災(zāi)害暫時棲身與救援部門集中救援的重要場所，可劃分為以下類型[1，6]：① 緊急避震疏散場所，供避震疏散人員臨時或就近避震疏散的場所；② 固定避震疏散場所，供避震疏散人員較長時間避震和進行集中救援的場所；③ 中心避震疏散場所，規(guī)模較大、功能較全、起避難中心作用的固定避震疏散場所。室外緊急避震疏散場所人均有效避難面積應(yīng)不小于1 m2；固定避震疏散場所人均有效避難面積不小于2 m2。緊急避震疏散場地的用地不宜小于0.1 hm2；固定避震疏散場地不宜小于1 hm2；中心避震疏散場地不宜小于50 hm2。 緊急避震疏散場所的服務(wù)半徑宜為500 m，步行大約10 min之內(nèi)可以到達；固定避震疏散場所的服務(wù)半徑宜為2～3 km，步行大約1 h之內(nèi)可以到達。

2. 避震疏散通道

緊急避震疏散場所內(nèi)外的避震疏散通道有效寬度不宜低于4 m；固定避震疏散場所內(nèi)外的避震疏散主通道有效寬度不宜低于7 m；與城市出入口、中心避震疏散場所、市抗震救災(zāi)指揮中心相連的救災(zāi)主干道不宜低于15 m。避震疏散主通道兩側(cè)的建筑應(yīng)能保障疏散通道的安全暢通。由于地震災(zāi)害發(fā)生后人流、車流較大,為確保人員安全與交通暢通,避難路線與救災(zāi)通道不宜混用[1，6]。

三、研究區(qū)域概況與數(shù)據(jù)獲取

本研究區(qū)域為濟南市經(jīng)十路、二環(huán)東路、歷山路、解放路4條道路所圍成的區(qū)域。該區(qū)域是濟南市較發(fā)達的區(qū)域，區(qū)域用地類型多樣，有道路、居民區(qū)、學校、工廠、公建、公園綠地等。

本研究采用的數(shù)據(jù)為濟南市全景遙感圖像，分辨率為0.5 m。主要通過目視解譯和實地調(diào)查的方式，獲取該研究區(qū)域的如下數(shù)據(jù)：居住區(qū)、公共建筑、避震疏散場地(包括綠地、操場、公園等)及其出入口、道路、危險點(包括加油站、化工廠等)。對于避震疏散場地和疏散通道的判定規(guī)則如上所述。對這些數(shù)據(jù)采用ArcGIS分別進行矢量化，部分結(jié)果如圖1所示。

圖1 避震疏散現(xiàn)狀圖

對于以上空間數(shù)據(jù)，分別添加屬性數(shù)據(jù)。如道路添加編號、長度、寬度3種屬性；避震疏散區(qū)添加類型(公園、綠地、操場、空地、停車場等)、面積和編號3種屬性；居住區(qū)添加編號、樓棟數(shù)、樓的平均基地面積、樓的平均層高、區(qū)內(nèi)人口數(shù)、人口密度等。

四、基于道路網(wǎng)絡(luò)的避震疏散服務(wù)區(qū)規(guī)劃

服務(wù)區(qū)是一種較常用的空間概念，如距離某避震疏散場地步行10 min范圍可定義為該避震疏散場地的服務(wù)區(qū)。產(chǎn)生服務(wù)區(qū)的簡單方法是鄰近區(qū)生成法，對點狀服務(wù)設(shè)施來說，就是以該設(shè)施的位置為圓心，以服務(wù)距離為半徑，在地圖上產(chǎn)生同心圓?；诮煌ňW(wǎng)絡(luò)而生成的服務(wù)區(qū)比同心圓式的鄰近區(qū)精確得多，還可以考慮交通速度、運輸成本等因素。本文研究的是基于道路網(wǎng)絡(luò)的避震疏散服務(wù)區(qū)，用來評價公園、綠地等場所對研究區(qū)域內(nèi)小區(qū)居民避震疏散的服務(wù)水平。本研究采用ArcView3.3的Geoprocessing模塊進行基于網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)區(qū)分析，選定的服務(wù)范圍為1000 m，具體結(jié)果如圖2所示。

圖2 基于交通網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)區(qū)

圖2中的深色區(qū)域即是基于道路網(wǎng)絡(luò)的公園服務(wù)范圍，每塊深色區(qū)域是其所對應(yīng)公園、綠地等地震時可以容納的服務(wù)區(qū)范圍。將該服務(wù)區(qū)與居住區(qū)進行疊加分析，即可得到每個居住區(qū)應(yīng)到哪個避震疏散場地避難。由于該分析完全基于上述避震疏散通道到的要求進行疏散，因此避震疏散場地難以覆蓋全區(qū)。由于有很多小區(qū)內(nèi)的道路比較狹窄，在影像上很難辨認出來，因此這些小道路就沒有被矢量化出來。實際上有些小區(qū)從小道花費很短時間就能到達避震疏散區(qū)，如果矢量化得到的道路網(wǎng)絡(luò)再密集一些，網(wǎng)絡(luò)分析時，這些沒有被包含進去的小區(qū)就可以被包含進去。而且，震時避震疏散通道的實際選擇，往往不一定完全按照規(guī)范規(guī)定的道路進行，而是根據(jù)就近的原則，選擇能通過的道路進行，因此有必要進行更深入的分析，即作各避震疏散場地的鄰近區(qū)分析。

五、基于避震疏散場地的服務(wù)區(qū)分析

基于避震疏散場地的服務(wù)區(qū)就是以公園綠地為中心，研究避震疏散場地在地震時的服務(wù)范圍，并分析居民小區(qū)在地震時的最佳避震場所，研究這些避震場所是否能容納下附近小區(qū)的居民在此避難。

1. 避震疏散場地的服務(wù)區(qū)劃分

本研究采用ArcView3.3的Geoprocessing、Spatial Analyst兩個模塊進行分析。激活“避震疏散區(qū)”專題，點擊Analysis菜單下的Assign Proximity選項，Output Grid Extent選擇“避震疏散區(qū)”，Output Grid Cell Size選擇“邊界”，Cellsize選擇“5米”，得到最佳避震疏散區(qū)，然后將其轉(zhuǎn)化為矢量格式；再激活該矢量文件，點擊菜單中的Theme選項，選擇Edit Legend選項，在這里可以設(shè)置圖形顯示的顏色，Legend Type選擇“Unique Value”，Values Filed選擇“Gridcode”,將服務(wù)區(qū)重新調(diào)整顏色后顯示出來，并將避震疏散區(qū)顯示在服務(wù)區(qū)之上。激活避震疏散區(qū)，點擊菜單中的Theme選項，選擇Auto_Lable選項，Lable Field選擇“編號”，這樣避震疏散區(qū)的編號就顯示出來了。具體結(jié)果如圖3所示。

圖3 各避震疏散場地的服務(wù)區(qū)

由圖3可見，每個避震疏散區(qū)對應(yīng)一個服務(wù)區(qū)，避震疏散區(qū)的編號與服務(wù)區(qū)的編號是相同的，且一一對應(yīng)。如1號服務(wù)區(qū)內(nèi)的小區(qū)居民在地震時就可以到1號避震疏散區(qū)避震，因為1號服務(wù)區(qū)內(nèi)的居民到1號避震疏散區(qū)最短。

2. 公建、居住區(qū)與避震疏散場地服務(wù)區(qū)的疊加分析

該分析的主要目的是確定具體哪個小區(qū)(公建)到哪個避震疏散場地避難最合適。在ArcView的View1窗口中激活“居住區(qū)”專題，點擊菜單中的view選項，選擇Geoprocessing Wizard…選項，并在彈出的Geoprocessing對話框中選擇Union two themes選項。在Select input theme to union 中選擇“居住區(qū)”專題，在Select polygon overlay theme to union中選擇“服務(wù)區(qū)”專題，即可將居住區(qū)域服務(wù)區(qū)疊加到一起，并調(diào)整顯示顏色。具體結(jié)果如圖4所示。

圖4 避震疏散場地服務(wù)區(qū)與居住區(qū)的對應(yīng)關(guān)系

由圖4可見，每個服務(wù)區(qū)有其對應(yīng)的居住區(qū)(公建)，各個服務(wù)區(qū)內(nèi)居住區(qū)的居民到對應(yīng)服務(wù)區(qū)避震疏散場所避震的距離最短。在真正地震時，研究區(qū)域內(nèi)的居民就可到各自對應(yīng)的避震疏散區(qū)避難。同時可以通過屬性表來判定居住區(qū)與服務(wù)區(qū)的對應(yīng)關(guān)系，部分結(jié)果見表1。

表1 居住區(qū)與疏散場地服務(wù)區(qū)對應(yīng)表

由表1可見，到避震疏散場地8避難的居住區(qū)有177、178、179、181、241，共計2946人。對于其他的居住區(qū)也可如此找到各自對應(yīng)的避震疏散區(qū)避震。統(tǒng)計各個服務(wù)區(qū)域內(nèi)居民區(qū)的人口數(shù)量，并統(tǒng)計各個避震疏散區(qū)的面積。為便于觀察將這兩個表格放在一起，并按照每2 m2可容納一個居民計算，查看每個避震疏散區(qū)規(guī)劃分配給每個避震疏散區(qū)的居民總量是否合理。用每個避震疏散區(qū)的面積除以2后所得的值，即是每個避震疏散區(qū)可容納的人口數(shù)量，將其與對應(yīng)避震疏散服務(wù)區(qū)內(nèi)的人口統(tǒng)計數(shù)量進行比較，就可看出避震疏散規(guī)劃是否合理。比較時可以用避震疏散服務(wù)區(qū)內(nèi)的人口統(tǒng)計數(shù)量與對應(yīng)避震疏散區(qū)可容納人口數(shù)的比值來觀察避震疏散規(guī)劃是否合理。若比值大于1，則避震疏散區(qū)實際能容納的人口數(shù)量小于避震疏散規(guī)劃分配的人口數(shù)量；若比值小于1，則避震疏散區(qū)實際能容納的人口數(shù)量大于避震疏散規(guī)劃分配的人口數(shù)量。如果某避震疏散場所容納的人數(shù)小于到其避難的人，則現(xiàn)狀不合理，在真正地震時容易造成擁堵。因此應(yīng)該在其服務(wù)區(qū)內(nèi)或在其附近建立其他避震疏散場所，使該服務(wù)區(qū)內(nèi)居民用來避震。部分結(jié)果見表2。

表2 人口容納比較表

由表2可見，對于疏散場地2、5、17、18、19、20，該疏散場地容納的人數(shù)大于其按規(guī)范應(yīng)該容納的人數(shù)，必須將多容納的人數(shù)根據(jù)規(guī)范要求分配到就近的其他服務(wù)區(qū)，若就近的服務(wù)區(qū)仍舊不滿足規(guī)劃要求，則應(yīng)運用線性規(guī)劃等方法，提出設(shè)置新的避震疏散場地的具體方案。

六、結(jié)束語

準確、有效地確定各個居民區(qū)地震時的避震疏散場所，是城市避震疏散規(guī)劃的關(guān)鍵所在。本文將GIS空間分析方法應(yīng)用于城市避震疏散規(guī)劃，研究了濟南市部分區(qū)域的避震疏散規(guī)劃，為研究區(qū)域內(nèi)的居民制定了完善的避震疏散方案，為城市避震疏散有效規(guī)劃與布置避震疏散區(qū)域，降低地震災(zāi)害損失提供了科學決策依據(jù)。

參考文獻：

[1] 馬東輝，郭小東，王志濤.城市抗震防災(zāi)規(guī)劃標準實施指南[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[2] 李剛，馬東輝，蘇經(jīng)宇，等.城市地震應(yīng)急避難場所規(guī)劃方法研究[J]． 北京工業(yè)大學學報，2006，32(10):901-905．

[3] 黃靜，葉明武，王軍，等. 基于GIS 的社區(qū)居民避震疏散區(qū)劃方法及應(yīng)用研究[J].地理科學，2011，31(2)：204-210.

[4] 葉明武，王軍，陳振樓，等． 城市防災(zāi)公園規(guī)劃建設(shè)的綜合決策分析[J]． 地理與地理信息科學，2009，25(2):89-93．

[5] 曹國強, 李剛, 馬東輝. 城市避震疏散場所公園綠地面積指標的研究[J].防災(zāi)減災(zāi)工程學報,2006, 26(2):224-227.

[6] 鄒亮，任愛珠，張新．基于GIS 的災(zāi)害疏散模擬及救援調(diào)度[J]．自然災(zāi)害學報，2006，15(6):1-5．

[7] 中華人民共和國建設(shè)部，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB 50413—2007 城市抗震防災(zāi)規(guī)劃標準[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.