城市社區(qū)空間應(yīng)急疏散能力評價模型構(gòu)建及其應(yīng)用
——以北京市交道口社區(qū)為例

胡 映 潔，呂 斌

(北京大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院城市與區(qū)域規(guī)劃系，北京 100871)

?

城市社區(qū)空間應(yīng)急疏散能力評價模型構(gòu)建及其應(yīng)用
——以北京市交道口社區(qū)為例

胡 映 潔，呂 斌*

(北京大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院城市與區(qū)域規(guī)劃系，北京 100871)

以城市防災(zāi)空間中最基本的單元——社區(qū)空間為研究對象，對其應(yīng)急疏散能力評價方法進(jìn)行探討。建立了基于現(xiàn)狀空間分析的應(yīng)急疏散能力評價模型，模型由應(yīng)急疏散時間半徑與應(yīng)急疏散容量半徑兩個維度及應(yīng)急疏散距離、道路有效寬度、道路集成度、應(yīng)急疏散場所容量、社區(qū)人口密度5個因素構(gòu)成。最后，通過GIS中的服務(wù)區(qū)分析及空間句法分析等技術(shù)，將模型應(yīng)用于北京市交道口社區(qū)，找到交道口社區(qū)中應(yīng)急疏散能力較弱的區(qū)域，為社區(qū)應(yīng)急疏散空間的優(yōu)化提供了依據(jù)。

城市社區(qū)空間；應(yīng)急疏散能力；評價模型；交道口社區(qū)

0 引言

目前，城市正成為災(zāi)害中發(fā)生人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失最嚴(yán)重的區(qū)域。我國不僅有大量城市位于自然災(zāi)害的高發(fā)區(qū)(如地震帶與沿海地區(qū))，并且隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，人口與物質(zhì)財富的高度集中使城市的易損性大大增加。因此，城市防災(zāi)規(guī)劃的重要性日益凸顯。社區(qū)作為城市中最基本的空間單元之一，在中國既是一種基本的功能地域，也是規(guī)劃的公共政策依托街道權(quán)力得以實(shí)施的基本行政單元，因此也是城市防災(zāi)規(guī)劃中最具操作意義的空間單元。并且，受災(zāi)人口疏散到應(yīng)急避難場所是災(zāi)害發(fā)生后保障安全的第一步，這要求在社區(qū)尺度中規(guī)劃有足夠的應(yīng)急避難空間和暢通的疏散道路。城市空間在防災(zāi)能力的分布上具有不均勻性，認(rèn)識并分析這種不均勻性，對合理調(diào)配救災(zāi)資源、災(zāi)時應(yīng)急救援等都具有極其重要的意義。本文主要研究城市社區(qū)空間應(yīng)急疏散能力的評價方法，對這種防災(zāi)能力在社區(qū)內(nèi)的不均勻分布進(jìn)行測度，作為進(jìn)一步改善社區(qū)空間安全的基礎(chǔ)。

從國內(nèi)外對城市防災(zāi)能力評價的研究看，空間層次以宏觀為主，即將城市作為一個整體，對其自然、社會、經(jīng)濟(jì)等方面與城市防災(zāi)有關(guān)的因素進(jìn)行綜合評價[1-5]，中微觀層面的研究相對較少，且通常將城市社區(qū)作為一個整體的“點(diǎn)”[6-9]，而很少將其作為一個具有內(nèi)部差異的“塊”進(jìn)行研究[10]。從評價方法看，對應(yīng)急疏散空間的評價一種是將問題抽象為相應(yīng)的數(shù)學(xué)問題并進(jìn)行建模，大多數(shù)學(xué)者將避難場所在城市中的空間分布問題轉(zhuǎn)化為典型求集合覆蓋的問題進(jìn)行求解[11-13]，但這種方法在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用性較差。另一種是對實(shí)際空間進(jìn)行空間分析，通常以現(xiàn)狀的應(yīng)急避難場所為源，以一定的距離為半徑，做同心圓的服務(wù)區(qū)分析，得到應(yīng)急避難場所的服務(wù)覆蓋情況[14]，這種方法更多考慮現(xiàn)實(shí)中應(yīng)急避難場所分布，但虛擬的同心圓服務(wù)區(qū)與實(shí)際情況相差仍較大。因此，本文將社區(qū)空間作為具有內(nèi)部差異的“塊”進(jìn)行評價，是對微觀層面研究的重要補(bǔ)充；評價方法上選擇基于現(xiàn)狀空間分析的方法，通過在已有模型中加入(如時間、實(shí)際疏散路徑等)更多的因素，對現(xiàn)有方法進(jìn)行改進(jìn)。

1 研究方法

1.1 模型構(gòu)建基本思路

首先，提出模型的基本假設(shè)：1)人口在社區(qū)內(nèi)均勻分布；2)考慮地震對地面產(chǎn)生破壞前的緊急疏散情況；3)居民自發(fā)的選擇疏散路徑，無阻礙情況下疏散速度為快速步行速度，約100 m/min，實(shí)際疏散速度受道路擁堵情況影響。

本文認(rèn)為應(yīng)急疏散能力主要體現(xiàn)為應(yīng)急避難場所的服務(wù)范圍，這種服務(wù)范圍既與應(yīng)急避難場所的容量有關(guān)，也與人疏散至應(yīng)急避難場所的時間有關(guān)。應(yīng)急避難場所一方面要滿足人群快速疏散的要求，另一方面要保證人群在避難場所中的避難生活空間與供給，因此，對避難場所服務(wù)范圍的評價應(yīng)考慮時間和容量兩個因素(圖1)。

圖1 模型構(gòu)建基本思路

Fig.1 The structure of evacuation model

1.2 應(yīng)急避難疏散的時間半徑

影響應(yīng)急疏散時間的因素主要包括應(yīng)急疏散距離、道路有效寬度、道路集成度3個因素。應(yīng)急疏散距離(s)為社區(qū)中的疏散點(diǎn)與最近的避難場所出入口之間的最短路徑長度，在計算距離時，選擇實(shí)際路徑的長度對疏散距離進(jìn)行度量。道路有效寬度(W)是指道路在除去停車、商販等占用之后，在疏散中實(shí)際可用的寬度，規(guī)劃中一般不專門設(shè)置應(yīng)急疏散的通道，就在平時路網(wǎng)的基礎(chǔ)上形成疏散路網(wǎng)。社區(qū)級的疏散道路主要有避難通道和緊急避難通道兩種。一般避難通道的最小寬度應(yīng)在8 m以上，緊急避難通道寬度可在8 m以下。道路集成度(RA)為空間句法中的概念，用來衡量一個單元空間與系統(tǒng)中所有其他空間的集聚或離散程度，用在路網(wǎng)中，可以表示一條道路與其他道路的連接程度[15]。當(dāng)一條道路與其他道路的連接程度越高，它越容易聚集人流，因此可以用集成度度量道路對于人流的聚集能力。

應(yīng)急疏散時間t由應(yīng)急疏散的距離和速度兩個因素度量：

t=s/v

(1)

應(yīng)急疏散的速度受到應(yīng)急疏散的有效道路寬度W及道路的集成度RA兩個因素影響，與道路的有效寬度呈正比，與道路的集成度呈反比。因此設(shè)正常無阻疏散速度為v0，則應(yīng)急疏散速度v為：

v=(k·W)/(RA·v0)

(2)

因此，應(yīng)急疏散時間t的評價值為：

t=(s·RA)/(k·W·v0)

(3)

按照公共應(yīng)急避難場所的相關(guān)規(guī)范，對疏散人群到達(dá)避難場所的時間有所規(guī)定，此時間有一個高標(biāo)準(zhǔn)t1和一個低標(biāo)準(zhǔn)t2(t1

(4)

1.3 應(yīng)急避難疏散的容量半徑

影響應(yīng)急疏散容量半徑的因素主要包括應(yīng)急避難場所的人口容量及周邊區(qū)域的人口密度。應(yīng)急避難場所的人口容量(V)決定了其在應(yīng)急疏散時能夠?yàn)橹車嗌偃丝谔峁┍茈y場所，主要由兩個因素決定：應(yīng)急避難場所實(shí)際可用作避難的用地面積S′及應(yīng)急避難場所的人均用地標(biāo)準(zhǔn)S0。即：

V=S′/S0

(5)

應(yīng)急避難場所的人均用地面積在相關(guān)規(guī)范中有其標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)急避難場所的實(shí)際可用作避難面積與人均用地面積標(biāo)準(zhǔn)的比值即為避難場所的人口容量。研究區(qū)域的人口密度(ρ)此處定義為社區(qū)的人口平均密度，由相關(guān)人口統(tǒng)計數(shù)據(jù)得到。由于社區(qū)尺度較小，且用地性質(zhì)、容積率等屬性較為均質(zhì)，可認(rèn)為研究區(qū)域人口均勻分布。人口密度小的地區(qū)，較小的應(yīng)急避難場所用地即可覆蓋較大的距離，而人口密度高的區(qū)域，覆蓋相同的距離需要更大的用地。

若設(shè)避難場所的容量服務(wù)范圍是以其自身為圓心、r為半徑的圓形區(qū)域，則V應(yīng)該等于人口數(shù)量在這個區(qū)域內(nèi)的總和，因此：

(6)

根據(jù)S0高低兩個標(biāo)準(zhǔn)可以對應(yīng)算出容量的兩個標(biāo)準(zhǔn)V1和V2(V1

(7)

1.4 應(yīng)急疏散能力綜合評價

基于對應(yīng)急避難場所在時間上和容量上服務(wù)半徑的評價，可以分別得到其在時間和容量兩個評價標(biāo)準(zhǔn)下的安全區(qū)域、較安全區(qū)域和不安全區(qū)域。對公共應(yīng)急避難場所的服務(wù)能力的綜合評價既要考慮其時間半徑也要考慮容量半徑，只有在兩種半徑評價中都安全的區(qū)域才屬于安全區(qū)域，而只要有一種屬性的評價為低，這個區(qū)域就屬于不安全區(qū)域。因此，可以將兩個指標(biāo)的3個屬性組成一個判斷矩陣，從而得到應(yīng)急避難場所服務(wù)能力的綜合評價結(jié)果。判斷矩陣如表 1所示。

表1 應(yīng)急避難場所服務(wù)能力綜合判斷矩陣

Table1Theevaluationmatrixofemergencyevacuationcapacityforemergencyshelter

容量時間高中低高高中低中中中低低低低低

2 北京市交道口社區(qū)案例研究

本文選擇了北京市交道口社區(qū)作為研究對象，其位于北京市中心城區(qū)，鼓樓東南側(cè)，什剎海風(fēng)景區(qū)以東。該社區(qū)面積1.45 km2，戶籍常住人口約5.3萬人，實(shí)際居住約3萬人，暫住人口約5 000人，人口密度高，應(yīng)急避難的壓力巨大。根據(jù)調(diào)研結(jié)果，交道口社區(qū)內(nèi)部及周圍可作為應(yīng)急避難場所的用地及其出入口的位置確定如圖 2所示*根據(jù)《北京市中心城地震及應(yīng)急避難場所(室外)規(guī)劃綱要》，選擇場地內(nèi)符合標(biāo)準(zhǔn)的緊急和中長期避難場所，以及雖不在場地內(nèi)，但距離少于500 m(步行時間少于15 min)的緊急和中長期避難場所，包括面積為1 000 m2左右及以上的學(xué)校小操場、城市小綠地、小廣場、小運(yùn)動場等。，主要包括國家話劇院、濱河公園、北京五中分校、中央戲劇學(xué)院以及皇城根遺址公園。而研究區(qū)域的主干道、次干道和支路構(gòu)成了其應(yīng)急疏散的道路系統(tǒng)，南北向的南鑼鼓巷與四周東西向的胡同組成了主要的內(nèi)部道路結(jié)構(gòu)，呈“魚骨狀”。

圖2 交道口社區(qū)應(yīng)急避難場所、應(yīng)急疏散道路分布

Fig.2 The evacuation shelters and roads in Jiaodaokou community

2.1 交道口社區(qū)應(yīng)急疏散時間半徑評價

對交道口的道路寬度與占用情況進(jìn)行現(xiàn)場測量，得到了應(yīng)急疏散時道路的有效寬度，地塊內(nèi)部部分道路的有效寬度不到2 m，將嚴(yán)重影響應(yīng)急疏散的速度。然后將道路網(wǎng)轉(zhuǎn)換為軸線地圖，在GIS中利用Axwoman插件進(jìn)行道路集成度的分析，集成度最高的道路為地塊四周的城市主干道、南鑼鼓巷以及與南鑼鼓巷相交的部分胡同，也就是說，這些道路更容易集聚人流而形成擁堵。由道路有效寬度與道路集成度的值計算出各條道路的疏散速度評價值(圖 3，見封2)，可見地塊內(nèi)部魚骨狀結(jié)構(gòu)的主要道路疏散速度過慢，四周道路相對速度較高。

在GIS的網(wǎng)絡(luò)分析中，將每條道路的長度除以速度，得到每條道路的應(yīng)急疏散時間字段，以此作為阻抗進(jìn)行應(yīng)急疏散場所的服務(wù)范圍搜索。對疏散時間進(jìn)行評價，參考《北京中心城地震及應(yīng)急避難場所(室外)規(guī)劃綱要》，5 min內(nèi)達(dá)到為最安全，15 min以內(nèi)比較及時，15 min以上將比較危險，得到疏散時間的評價結(jié)果(圖4)，可以看到應(yīng)急疏散最不及時的能力低谷區(qū)集中在北部南鑼鼓巷的兩側(cè)以及地塊東南部的小塊區(qū)域。

圖4 交道口社區(qū)應(yīng)急疏散時間半徑評價結(jié)果

Fig.4 The time radius of emergency evacuation in Jiaodaokou community

2.2 交道口社區(qū)應(yīng)急疏散容量半徑評價

根據(jù)《北京中心城地震及應(yīng)急避難場所(室外)規(guī)劃綱要》中的標(biāo)準(zhǔn)，緊急避難場所的人均用地面積為1.5～2.0 m2/人，中長期避難場所的人均用地面積為2.0～3.0 m2/人，認(rèn)為交道口社區(qū)中常住人口為3萬人，則可計算每一個避難場所的實(shí)際可服務(wù)半徑，如表 2所示。將各個避難場所的容量半徑相互疊加，得到交道口社區(qū)應(yīng)急避難場所服務(wù)的容量半徑分布圖(圖 5)，現(xiàn)有應(yīng)急避難場所的容量能夠覆蓋社區(qū)的大部分區(qū)域，但社區(qū)北部仍有部分區(qū)域沒有被覆蓋。

表2 交道口社區(qū)應(yīng)急避難場所面積大小及實(shí)際服務(wù)半徑估算

Table 2 The area and service area of evacuation shelters in Jiaodaokou community

濱河公園國家話劇院北京五中分校中央戲劇學(xué)院皇城根遺址公園面積(m2)人均用地標(biāo)準(zhǔn)(m2/人)服務(wù)人數(shù)人口密度(人/m2)服務(wù)面積(m2)服務(wù)半徑(m)1000020002000150060000低標(biāo)準(zhǔn)1．51．51．51．52高標(biāo)準(zhǔn)22223低標(biāo)準(zhǔn)666713331333100030000高標(biāo)準(zhǔn)500010001000750200000．02070．02070．02070．02070．0207低標(biāo)準(zhǔn)3222226444464444483331450000高標(biāo)準(zhǔn)241546483094830936232966184低標(biāo)準(zhǔn)320143143124680高標(biāo)準(zhǔn)277124124107555

2.3 交道口社區(qū)應(yīng)急疏散能力綜合評價結(jié)果及優(yōu)化

根據(jù)上文所述的判斷矩陣，將交道口社區(qū)應(yīng)急避難場所時間半徑與容量半徑的分析結(jié)果疊加，得到社區(qū)應(yīng)急疏散能力的綜合評價結(jié)果(圖 6)。

圖5 交道口社區(qū)應(yīng)急疏散容量半徑評價結(jié)果 圖6 交道口社區(qū)應(yīng)急疏散能力綜合評價

Fig.5 The volume radius of emergency evacuation in Jiaodaokou community Fig.6 The evaluation of emergency evacuation capacity in Jiaodaokou community

對交道口社區(qū)現(xiàn)有的應(yīng)急避難場所服務(wù)半徑進(jìn)行評價可以發(fā)現(xiàn)，如果將社區(qū)空間分為高、中、低3個安全等級，則交道口社區(qū)現(xiàn)有大半空間的應(yīng)急疏散安全性處于低水平，需要進(jìn)行改善。造成這種狀況的原因總結(jié)起來有：1)應(yīng)急避難場所分布不均。在交道口社區(qū)中有五處應(yīng)急避難場所，在整體容量上能夠容納社區(qū)的全部人口。但由于其主要分布在地塊的西南側(cè)，服務(wù)半徑有限，因此在東北側(cè)形成了服務(wù)盲區(qū)。2)應(yīng)急避難場所的出入口設(shè)置不符合要求。按照《北京中心城地震及應(yīng)急避難場所(室外)規(guī)劃綱要》的要求，應(yīng)急避難場所應(yīng)該在各個方向設(shè)置出入口，但交道口社區(qū)中可作為避難場所的用地，大部分只有一個出入口，大大降低了避難場所的可達(dá)性，增大了某些疏散區(qū)域到達(dá)避難場所的路程。3)疏散道路網(wǎng)結(jié)構(gòu)問題。交道口社區(qū)的道路網(wǎng)主體結(jié)構(gòu)為“魚骨形”，這就造成了地塊在東西向的聯(lián)系較好，但南北向的聯(lián)系很弱，使某些疏散區(qū)域雖然距離避難場所很近卻需要繞路，增加了疏散距離。另外，這樣的路網(wǎng)結(jié)構(gòu)使人流集中在“魚骨”的“骨架”上，給這些道路帶來很大的疏散壓力。4)二級疏散道路有效寬度過窄。基于老城區(qū)風(fēng)貌保護(hù)的需要等原因，地塊內(nèi)的道路寬度已經(jīng)較窄，再加上路邊停車情況很嚴(yán)重，使得有些道路的實(shí)際有效寬度只有2 m左右，大大削弱了應(yīng)急疏散的速度。

應(yīng)急疏散能力的評價結(jié)果具有重要的應(yīng)用價值，基于應(yīng)急疏散能力的評價結(jié)果，可以進(jìn)行應(yīng)急疏散空間的優(yōu)化。圖 7所示為基于現(xiàn)狀評價的社區(qū)應(yīng)急疏散空間優(yōu)化方法，在現(xiàn)狀評價的基礎(chǔ)上，可以針對形成應(yīng)急疏散盲區(qū)的不同原因(時間或容量)提出針對性的優(yōu)化策略。

3 結(jié)論與展望

圖7 基于現(xiàn)狀評價的城市社區(qū)應(yīng)急疏散空間優(yōu)化方法

Fig.7 Optimization method of community emergency evacuation space based on status evaluation

基于城市防災(zāi)空間非均質(zhì)性的重要特點(diǎn)，本文認(rèn)為對城市存量空間防災(zāi)功能的評價是對其進(jìn)行優(yōu)化的基礎(chǔ)，因而尤其重要。本文主要針對社區(qū)應(yīng)急疏散能力的評價方法進(jìn)行了研究，構(gòu)建了基于現(xiàn)狀空間分析的城市社區(qū)空間應(yīng)急疏散能力評價模型，主要貢獻(xiàn)在于：1)在模型構(gòu)建時同時考慮了應(yīng)急避難場所的實(shí)際時間服務(wù)半徑與容量服務(wù)半徑，而不僅是虛擬的空間半徑；2)在計算時間半徑時運(yùn)用的是實(shí)際疏散路網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行服務(wù)區(qū)分析，相較于傳統(tǒng)的同心圓服務(wù)區(qū)分析方式有很大改進(jìn)；3)通過GIS中相關(guān)空間分析技術(shù)、空間句法技術(shù)，本文將模型運(yùn)用于北京市交道口社區(qū)，找到了社區(qū)中應(yīng)急疏散能力較弱的區(qū)域并分析了相關(guān)原因。

[1] 李輝霞,陳國階.可拓方法在區(qū)域易損性評判中的應(yīng)用——以四川省為例[J].地理科學(xué),2003,23(3):335-341.

[2] RASHED T,WEEKS J.Assessing vulnerability to earthquake hazards through spatial multicriteria analysis of urban areas[J].International Journal of Geographical Information Science,2003,17(6):547-576.

[3] DAVIDSON R A,SHAH H C.An Urban Earthquake Disaster Risk Index[R].The John A,Blume Earthquake Engineering Center,1997.

[4] 張風(fēng)華,謝禮立.城市防震減災(zāi)能力評估研究[J].自然災(zāi)害學(xué)報,2001,10(4):57-64.

[5] 尹之潛.城市地震危害性分析的基本框架和方法[J].地震工程與工程振動,1999,19(1):70-75.

[6] 帥向華,成小平,袁一凡.城市震害高危害小區(qū)的研究和的實(shí)現(xiàn)技術(shù)[J].地震,2002,22(3):113-119.

[7] 楊挺.城市局部地震災(zāi)害危害性指數(shù)(ULEDRI)及其在上海市的應(yīng)用[D].北京：中國地震局地球物理研究所，2000.

[8] 夏書丹.城市建設(shè)用地地震危害性綜合評價方法的研究[D].北京：北京工業(yè)大學(xué),2005.

[9] 莊麗，高杰，馮啟民，等.城市居住區(qū)抗震防災(zāi)規(guī)劃達(dá)標(biāo)模糊評價[J].世界地震工程,2008,24(2):78-84.

[10] 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(xué),2011(2):204-210.

[11] ALY A A,WHITE J A.Probabilistic formulation of the emergency service location problem[J].The Journal of the Operational Research Society,1978,29(12):1167-1179.

[12] TOREGAS C.The location of emergency service facilities[J].Operations Research,1971,19(6):1363-1373.

[13] 徐波,關(guān)賢軍,尤建新.城市防災(zāi)避難空間優(yōu)化模型[J].土木工程學(xué)報,2008(1):93-98.

[14] 謝軍飛,李延明,李樹華.北京城市公園綠地應(yīng)急避險功能布局研究[J].園林科技,2008(2):28-32.

[15] 李云飛.基于空間句法的網(wǎng)絡(luò)城市評價體系研究[D].長沙：中南大學(xué),2009.

Construction of Evaluation Model of Emergency Evacuation Capacity in Urban Community: Case Study in Jiaodaokou,Beijing

HU Ying-jie，LV Bin

(DepartmentofCityandRegionalPlanning，CollegeofUrbanandEnvironmentalSciences，PekingUniversity，Beijing100871,China)

The paper established a model to evaluate the evacuation capacity of urban community space.The model had two dimensions:the time radius and the volume radius of emergency evacuation.The time radius can be evaluated by the evacuation distance,the valid width and integration of evacuation roads.The volume radius can be evaluated by the capacity of emergency shelter and the population density in the community.Then the paper took Jiaodaokou community in Beijing as an example to apply the model,using the service area analysis and space syntax function in GIS,and found the weak points of evacuation in Jiaodaokou community.

urban community;emergency evacuation capacity;evaluation model;Jiaodaokou community

2014-04-20；

2014-07-04

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“中國城市空間增長的低碳化形態(tài)模式研究”(41171130)

胡映潔(1988-)，女，博士研究生，研究方向?yàn)槌鞘信c區(qū)域規(guī)劃。*通訊作者E-mail:binlu@pku.edu.cn

10.3969/j.issn.1672-0504.2015.01.025

TU984.11+6

A

1672-0504(2015)01-0120-05