地震時建筑中人員行為的研究

嚴銘姣，楊旸，陳楊

（1云南大學 城市建設與管理學院，云南昆明 650091；2河海大學 水利水電學院，江蘇南京 210098）

0 引言

地震是一種危及國民生命安全的突發(fā)性自然災害，其本身的特點是突發(fā)性強，破壞性大，地震預測這個科學難題目前在國內外仍處于探索階段[1]。近年來，世界各地陸續(xù)不斷發(fā)生的地震給國民經濟和人們的生命安全帶來了嚴重的威脅。據不完全統計，全球每年發(fā)生地震約500多萬次，造成破壞的約有上千次，七級以上的大地震約有十余次。我國地處環(huán)太平洋和歐亞這兩大地震帶之間，受其影響，地震活動強度大，頻度高，范圍廣，幾乎各省均發(fā)生過強震。據記載，本世紀以來全球大陸發(fā)生過7級以上的強震我國約占35%?？梢?，我國是一個地震多發(fā)帶國家。

造成地震中人員傷亡的主要原因是，地震發(fā)生時人員來不及疏散而導致。事實表明，了解地震時人員疏散行為規(guī)律、疏散時間以備制定出合理的緊急疏散預案是非常必要的，緊急的疏散預案可以極大地減少地震災害所帶來的經濟損失和人員傷亡。

1 研究地震時建筑中人員行為規(guī)律的意義

不同的人在應對突發(fā)性的災害時表現出來的行為有著很大的差異，年齡大小、性別、文化程度、健康狀況、地震知識及經驗等均是影響疏散的重要因素[2]。如：老年人和小孩無論是在感知地震所需的時間還是得知地震后逃生行動，都要比青年人差的多；此外，在突如其來的地震面前，大部分人的行為與正常情況下大相徑庭，地震導致建筑物的晃動、結構、非結構構件的破壞等會讓人們很快陷入恐慌，那些平時很容易注意到的疏散標志常常被忽略，緊急出口等利用率急劇下降，有的人甚至盲目出逃，以至于陷入困境。雖然人員在地震中的行為是復雜的，但仍可以結合災后調查，了解人員疏散行為規(guī)律，利用統計學、行為學、心理學以及計算機仿真等方法加以研究[2]。

地震發(fā)生后，建筑內急于疏散逃生的人員會表現出一系列的行為過程，如圖1所示。

圖1 地震時人員對災情的確認決策過程

在人的地震行為反應階段，不同年齡、性別、文化程度、身體狀況、有無地震經驗、當時活動情況以及不同的獲悉地震信息的途徑等，會對地震做出不同的分析、評估、決策。因而地震行為反應是離散的、復雜的，研究人的地震行為反應一般采用災后訪問、問卷調查等方法。雖然有學者應用計算機對人的地震逃生行為進行仿真研究，但由于其影響因素復雜，參數離散，目前模擬研究仍基于很多假定，忽略因素較多，結果準確性仍不太理想[2]。

汶川特大地震以后，我國建筑抗震設計重新得到重視，抗震規(guī)范進行多處修改。然而，截止目前，對于建筑抗震設計必須的中國，人員的地震行為反應的基礎數據依然幾乎是空白，只能以國外專家的研究資料作為參照，其不合理性顯而易見。因此迫切需要中國人對地震時建筑中人的行為反應進行深入的調查研究。研究突發(fā)事故的歷史經驗表明，事故發(fā)生和開始疏散時，盡管現場的人員自身千差萬別，但其反應出的生理、心理狀態(tài)以及逃生疏散行為卻有一定的規(guī)律性。因此，根據地震發(fā)生時受災人員所表現出來的行為特點及建筑物受力后產生的變化，研究人員疏散行為的規(guī)律，建立地震疏散中人的行為模型，有助于建筑物的設計者、擁有者、疏散計劃者和其他人理解掌握地震時建筑中人的行為，對建筑物抗震設計和疏散體系的建立有重要的理論參考價值[3-4]。

2 地震時人員疏散行為規(guī)律

2.1 個體行為

突發(fā)情況下，人員會形成一定的規(guī)律性心理和行為特征。研究及現實情況表明，強烈地震給人們心理造成的恐慌程度和身體造成的物理沖擊與其他災害有所不同，如發(fā)生地震，人員經歷短暫的認知過程，其心理立即受到外部環(huán)境的干擾，同時，產生的強烈的求生欲望，期待逃離建筑內部的焦慮心情與人員在地震情況下產生的恐懼、驚慌心理等因素對其疏散行為產生了交互式影響，放大了地震的破壞性。而火災一般都是從建筑中的某一處開始，逐漸蔓延開來，有一定的時間過程，若有較好的報警和自動撲滅裝置系統，建筑內人員的疏散將會相對容易。但強烈地震則具有不可預測的瞬時性。

如在汶川地震中，由于地震來臨的突發(fā)性，人員在驚恐和慌亂中出現的跳樓等失去理智的行為。總體說來，人員心理在遭受劇烈刺激后，其認知能力和自我意識將受到嚴重影響，判斷能力急劇下降，從而導致一系列異常行為。具體表現在以下幾方面[5-8]：

（1）自期望速度比正常情況下快。

（2）人員密集場所中，人與人之間容易推擠，相互之間的作用力增大，甚至引起危險性的擠壓或將墻體等推倒。

（3）在通過出口等瓶頸部位時，容易出現拱形分布或雪崩現象等，從而導致擁塞，人員出現等待時間，恐慌程度加劇，期望速度進一步增加，形成無效的流出量，這樣等待時間再次增加，以至于引起強烈的擠壓、跌倒甚至踩踏等悲劇的發(fā)生。

（4）擁擠的群體疏散時會產生“快即是慢”的現象，即疏散的人員越是努力的加快自身的速度，實際中可以移動的速度越慢。

（5）在恐慌、擁擠及周圍環(huán)境變化的影響下，摔倒和受傷的人員會對疏散造成障礙，使得疏散速度變得更加緩慢。

（6）群體中的個體從眾、朋友吸引力現象加劇，即盲目地模仿他人行為或跟隨朋友移動方向。

（7）由于恐慌心理的影響，備用的出口或緊急疏散路線容易被忽略。

在地震尤其在強震作用下，不僅會使人們產生恐慌、發(fā)生跌倒踩踏、導致逃生受阻等現象，其更典型的特征是建筑物非結構構件、結構構件及其他設施也會相應遭到破壞，如隔墻、門窗等的損壞，家具、吊頂及懸掛物等的傾倒或掉落，電梯等交通設備的受阻，這些都將直接影響人員的疏散行為及疏散路線。此外，地震作用引起建筑物本身的晃動，還會在很大程度上加大疏散人員的恐慌程度、影響疏散移動的自期望速度等。

考慮地震作用的以上特殊性，在人群疏散問題的研究中需要在以往突發(fā)事件的基礎上多考慮以下三個方面[9]。

（1）人員遭受強震后產生的恐慌心理對疏散行為的影響。眾所周知，強震作用下人身體承受的物理力和心理的緊張程度與其他災害作用下有所不同，如火災發(fā)生時，對疏散造成威脅有一定的時間過程，即從建筑物中的某處開始，并逐漸蔓延開來，若有較好的報警和自動撲滅系統，建筑內人員將會較易的疏散或逃生，但地震則具有不可預測的瞬時性。

（2）地震作用下，建筑物與人員之間的相對速度的影響。地震力使得建筑物產生的晃動，這樣建筑物與人員產生相對速度，會在很大程度上影響人員的移動速度或者也可以認為地震力對人員的疏散速度的影響。

（3）建筑物非結構構件及其他設施遭受地震破壞對人員逃生行為的影響。

如前所述，建筑物內部非結構構件及其他設施會在強震的作用下造成不同程度的破壞、倒塌、變形、移動等，這些將會成為人員逃生通道的障礙。

2.2 群體現象

由于地震這種突發(fā)性事故的發(fā)生，建筑中不同位置的人們同時向著出口方向逃生，人員不斷地聚集，會產生以下幾種現象[10]。

（1）自動渠化現象：即相反方向的行人會自動不斷分離，而同方向的行人會不斷聚集的現象，此現象可有效減少行人與對面來的行人之間的沖突，可以提高通道域內的利用率。

（2）流動條紋現象：即不同方向（小于180°的方向）行人交匯時形成的自組織現象，也可以說是不同方向的行人相互滲透的現象，此現象與自動渠化現象相似，但方向上存在不同，即自動渠化現象是發(fā)生行人流方向正好相反，而流動條紋現象則是行人以小于180O的角度交匯。

（3）瓶頸擺動現象：即不同組行人都要通過瓶頸（如：門、樓梯口等）部位而到達另一位置時形成的自組織現象，不同方向的行人流輪流通過瓶頸，而非一方走完另一方再走。

只有了解了人員在地震來臨時的這些行為特征，才能制定出更為切實有效的緊急疏散預案，同時，通過對行人流的模擬，還可以給出對出入口和通道的一些改進措施，以減小疏散時人群間的相互作用力，提高疏散效率。

此外，地震時人員是否能夠安全疏散的另一個決定因素是疏散時間和建筑破壞時間之間的關系。

3 安全疏散

3.1 安全疏散的時間條件

人員安全疏散指的是地震作用下建筑破壞之前，將建筑內部的所有人員安全地疏散到安全區(qū)域的行動[11]。這就需要進一步了解人的行為反應與地震發(fā)生時建筑物的破壞發(fā)展及逃生時間的關系，如圖2所示。

圖2 人的行為反應過程與地震時建筑中逃生條件的關系

建筑物遭遇地震作用后，其中的人員能否安全疏散主要取決于兩個特征時間，一個是從地震發(fā)生導致建筑破壞到對人構成危險所需的時間，亦稱可用安全疏散時間（Available Safety Egress Time，ASET）；另一個是從地震到來時刻起到人員疏散到安全區(qū)域的時間，或稱所需安全疏散時間（Require Safety Egress Time， RSET）[12-13]。 由圖2可以看出，假設從發(fā)生地震到室內人員意識到地震的反映時間為T1，疏散到達安全地帶的時間為人員疏散運動時間T2，則所需安全疏散時間：RSET=T1+T2，那么，隨著地震的發(fā)生，建筑內的狀況不斷發(fā)生變化，保證人員安全疏散的時間基本條件是：ASET>RSET=T1+T2。

3.2 安全疏散的建議

綜上所述，對于建筑設計人員，在滿足建筑結構抗震設計規(guī)范的基礎上，還應該了解人員在地震等突發(fā)情況下的疏散行為規(guī)律，設計出更人性化、更便捷的疏散通道；此外，隨著城市化的發(fā)展，建筑物高度越來越高，考慮地震的瞬時特征，建筑設計人員應該注重建筑每層的安全備用疏散區(qū)域的設計，減小所需安全疏散時間，保證安全疏散時間的基本條件，并在后期使用過程中做好指引工作，從而降低地震等緊急情況下由于不合理疏散造成的傷亡。

對于使用建筑的人員，普及地震知識、了解建筑物發(fā)生地震時結構、非結構構件等的變化規(guī)律是降低受害的必要條件。

4 結束語

突發(fā)情況下建筑物中人員疏散行為的研究是一個復雜的、綜合性強的系統性課題，雖然近年來得到各界人士的關注，但國內還主要是針對火災等消防情況下的研究，而針對地震作用的情況卻并不成熟，本文只是通過調查歸納總結得出地震時人員疏散行為的一般規(guī)律以及安全疏散的時間條件，為地震疏散課題起到拋磚引玉的作用，后續(xù)還可以進一步采用現場調查、計算機仿真模擬及基于已知的數據，應用模型系統的觀點對人員疏散的動態(tài)行為進行模擬，建立相應的數據庫，同時應用數學等相關學科對人員行為規(guī)律進行具體量化，建立更接近現實的疏散模型，以滿足建筑抗震性能化設計的要求。

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