高層住宅建筑火災(zāi)逃生前期的行為研究

秦　華, 劉博樂(lè), 王丁玎

(北京建筑大學(xué) 機(jī)電與車(chē)輛工程學(xué)院，北京 100044)

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高層住宅建筑火災(zāi)逃生前期的行為研究

秦華, 劉博樂(lè), 王丁玎

(北京建筑大學(xué) 機(jī)電與車(chē)輛工程學(xué)院，北京 100044)

摘要：本文目的是研究高層建筑居住人員獲悉火警信息后、決定逃生之前的各種行為反應(yīng)。采用的研究方法是，首先構(gòu)建虛擬交互式住宅內(nèi)部場(chǎng)景，在此基礎(chǔ)上獲取參試者在此場(chǎng)景中逃生前期的行為數(shù)據(jù)。研究結(jié)果表明：1) 發(fā)出火警信號(hào)后，較少的人立即做出逃生行為的反應(yīng)；2) 高層住戶的行為數(shù)量相對(duì)較少，同時(shí)高層住戶的逃生前期的行為總時(shí)間要短；3) 居住樓層和風(fēng)險(xiǎn)接受度這兩個(gè)因素對(duì)逃生前期的行為總時(shí)間產(chǎn)生了顯著性地影響。

關(guān)鍵詞：應(yīng)急行為； 逃生前期； 高層住宅建筑火災(zāi)

公安部消防局公布，2010年全國(guó)發(fā)生火災(zāi) 13 萬(wàn)起(不包括港澳臺(tái)地區(qū)，不包括森林火災(zāi)等)，直接財(cái)產(chǎn)損失17.7億，死亡1 108人； 2011年，全國(guó)共接報(bào)火災(zāi)12.5萬(wàn)起，直接財(cái)產(chǎn)損失18.8億元，死亡1 106人；2012年，全國(guó)共接報(bào)火災(zāi)15萬(wàn)起，直接財(cái)產(chǎn)損失21.8億元，死亡1 028人。由此數(shù)據(jù)可見(jiàn)火災(zāi)形勢(shì)非常嚴(yán)峻[1-3]。這些火災(zāi)事故中建筑火災(zāi)，尤其是高層建筑的火災(zāi)已成為城市中嚴(yán)重的公共災(zāi)害之一,例如，2004年2月15日，吉林省吉林市中百商廈發(fā)生火災(zāi)，造成54人死亡;2007年12月12日，浙江溫州溫富大廈發(fā)生火災(zāi)，21人死亡；2010年11月15日，上海靜安高層住宅火災(zāi)，58人死亡。高層建筑一旦發(fā)生火災(zāi)，人員疏散非常困難。這是因?yàn)楦邔咏ㄖ馂?zāi)相對(duì)于一般建筑的火災(zāi)有其自身的特殊性[4-6]。1)火災(zāi)蔓延途徑多、速度快：高層建筑內(nèi)樓梯間、電梯井、管道井、風(fēng)道、電纜井等豎向井道多，易形成煙囪效應(yīng)，所以建筑物越高，風(fēng)速越大，火災(zāi)擴(kuò)散速度越迅猛。2)逃生途徑少，疏散困難：首先由于層數(shù)多，垂直距離長(zhǎng)，人員到達(dá)地面所需時(shí)間長(zhǎng)；其次樓內(nèi)人員較集中，影響消防員登梯的速度和人員疏散的時(shí)間；高層綜合建筑層數(shù)多，樓層布局復(fù)雜，空間多變，在緊急狀況下不利于人們快速尋路與疏散。

火災(zāi)發(fā)展過(guò)程一般可分為起火、火災(zāi)初期，旺盛期和衰減期。伴隨著火災(zāi)發(fā)展過(guò)程，對(duì)人員逃生起關(guān)鍵作用的時(shí)刻是人員覺(jué)察火災(zāi)之后及達(dá)到危險(xiǎn)狀況之前。這段時(shí)間是人員能夠逃離火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的最佳時(shí)段，所以這期間人員的行為反應(yīng)非常關(guān)鍵[7]。但研究[8-9]認(rèn)為，當(dāng)人員感知到火災(zāi)信息后，作出的行為反應(yīng)并不是立刻逃生，而是：查證火災(zāi)信息；針對(duì)火災(zāi)信息作出響應(yīng)即評(píng)估、判斷、決策等[10-12]。以上過(guò)程中，信息查證和評(píng)估、判斷以及決策合在一起被稱為逃生行為前期(pre-movement time)。

逃生所需的時(shí)間主要由逃生行為前期時(shí)間和逃生過(guò)程所需時(shí)間組成。當(dāng)逃生所需要的時(shí)間小于火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)安全逃生的可行時(shí)間時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)逃生。在實(shí)際的火災(zāi)發(fā)生現(xiàn)場(chǎng)，安全逃生的可行時(shí)間有限，研究表明，第一次發(fā)出火警信號(hào)，僅僅只有29%的人做出逃生行為的反應(yīng)，大部分人員處在猶豫、驗(yàn)證火災(zāi)信息等狀態(tài)之中[13-15]，這個(gè)前期時(shí)間持續(xù)5～25 min不等[13,16]，可見(jiàn)逃生行為前期時(shí)間占安全逃生可行時(shí)間的比重相當(dāng)高。因此，對(duì)于火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)有限的逃生可行時(shí)間來(lái)說(shuō)，減少逃生行為前期時(shí)間，就是相對(duì)為后面的逃生行為提供了更長(zhǎng)的可行時(shí)間。另一方面逃生前期人員行為反應(yīng)對(duì)后面逃生過(guò)程的實(shí)施效率與效果起到?jīng)Q定性作用，即能否快速而成功地逃生。因此，本文的目的是探索逃生行為前期的行為特點(diǎn)、決策傾向，為對(duì)研究逃生行為的影響因素、減少逃生前期時(shí)間、以及為進(jìn)一步研究高層建筑內(nèi)人員的安全疏散提供理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

本研究旨在研究高層住宅建筑火災(zāi)逃生前期人群的行為與決策的規(guī)律和特點(diǎn)，通過(guò)虛擬場(chǎng)景，收集并分析高層建筑火災(zāi)情景中逃生前期人群的行為和決策的規(guī)律，為高層住宅建筑火災(zāi)中人員行為矯正、人員的智能疏散提供理論與實(shí)踐的支持，對(duì)最終解決高層建筑火災(zāi)難題具有重要意義。

1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

為了調(diào)研高層住宅建筑火災(zāi)逃生行為前期的行為數(shù)據(jù)，本研究首先設(shè)計(jì)了虛擬交互式住宅內(nèi)部場(chǎng)景，參試者在此場(chǎng)景中進(jìn)行虛擬活動(dòng)，在此基礎(chǔ)上獲取參試者的行為數(shù)據(jù)并進(jìn)行相應(yīng)的問(wèn)卷調(diào)研。

1.1實(shí)驗(yàn)平臺(tái)—虛擬交互場(chǎng)景

由于人員行為反應(yīng)具有模糊性、隨機(jī)性和不確定性等特點(diǎn)，因此，本研究為了讓獲取的行為數(shù)據(jù)能夠反映真實(shí)狀態(tài)，構(gòu)建了虛擬交互式住宅內(nèi)部場(chǎng)景，目的是為了讓被試人員能夠沉浸在應(yīng)急場(chǎng)景狀態(tài)下，從而能夠讓其行為特點(diǎn)更接近真實(shí)。虛擬住宅建筑是一套兩居室，包括廚房、衛(wèi)生間、臥室、客廳等，室內(nèi)裝修布置按照典型居室設(shè)計(jì)。

高層建筑發(fā)生火災(zāi)后，研究發(fā)現(xiàn)建筑內(nèi)的人員會(huì)有各種與逃生相關(guān)的行為[17-18]：選擇逃生路徑、救火、跟隨大多數(shù)人等。由于前期是進(jìn)行逃生行為發(fā)生前的決策階段，并根據(jù)火災(zāi)中及后期的逃生行為，本研究提出在前期人員可能會(huì)有以下一些行為：報(bào)警、查詢決策行為需要的信息、收集私人物品包括財(cái)物、搜救親朋好友、救火等。在此基礎(chǔ)上，在虛擬場(chǎng)景中建立可交互的道具，以便與逃生前期的可能行為建立對(duì)應(yīng)關(guān)系(見(jiàn)圖1)。另外，要想在虛擬場(chǎng)景中提取出人們?cè)谡鎸?shí)火災(zāi)場(chǎng)景中的行為，還需要考慮到以下2個(gè)方面：1)在未發(fā)生火災(zāi)前，人們是處于正常生活行為狀態(tài)，只有這樣，一旦出現(xiàn)火情，才會(huì)出現(xiàn)從正常行為狀態(tài)至逃生行為狀態(tài)之間的逃生前期行為狀態(tài)；2)除了理性決策，人們?cè)诰o急狀態(tài)下還會(huì)受到情緒的影響，因此虛擬場(chǎng)景中還要考慮激發(fā)出參與者當(dāng)下的焦慮與緊張的情緒與心理，由此獲得的行為才真實(shí)可靠。為此，本文通過(guò)設(shè)計(jì)室內(nèi)場(chǎng)景、火災(zāi)發(fā)展過(guò)程中的用戶任務(wù)及時(shí)間要求來(lái)滿足上述兩方面的要求。

圖1　逃生前期的逃生行為與可交換的道具

Fig.1Probable behaviors in the pre-movement and interactive props

1.2問(wèn)卷調(diào)研

問(wèn)卷調(diào)研的目的是探索人的火災(zāi)經(jīng)驗(yàn)和對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的態(tài)度是否影響了其前期行為或逃生決策。在進(jìn)行正式實(shí)驗(yàn)之前，以問(wèn)卷的方式對(duì)被試的個(gè)人基本信息、火災(zāi)相關(guān)經(jīng)歷信息以及風(fēng)險(xiǎn)感知進(jìn)行了調(diào)研。其中個(gè)人信息包括：年齡、性別、家庭居住環(huán)境等，火災(zāi)相關(guān)經(jīng)歷信息包括：是否經(jīng)歷過(guò)真實(shí)火災(zāi)、火災(zāi)演習(xí)等，風(fēng)險(xiǎn)接受度評(píng)測(cè)問(wèn)卷主要測(cè)試被試在日常生活中對(duì)風(fēng)險(xiǎn)所持有的態(tài)度。日常生活中的風(fēng)險(xiǎn)行為對(duì)某些特定領(lǐng)域的風(fēng)險(xiǎn)行為具有一定的影響[19-20]，參考已有的文獻(xiàn)[21]，本問(wèn)卷主要涉及駕駛、健康、娛樂(lè)、社會(huì)生活、飲食等五個(gè)維度。風(fēng)險(xiǎn)接受度問(wèn)卷使用 7 級(jí)里克特(Likert)量表， 1表示非常不可能，7表示非?？赡?，其它可能性介于這兩者之間，其中4表示中立。完成整個(gè)問(wèn)卷需要 5～10 min。最終共收集到 160 份問(wèn)卷。

1.3實(shí)驗(yàn)過(guò)程

被試在開(kāi)始正式任務(wù)之前，先熟悉建筑室內(nèi)場(chǎng)景，以便讓其熟悉居住環(huán)境和可以點(diǎn)擊交互的物品。正式游戲開(kāi)始時(shí)有一個(gè)場(chǎng)景引導(dǎo)，目的是讓用戶盡快進(jìn)入居家環(huán)境的之中。該場(chǎng)景是：參試者的家位于一棟超過(guò)20層的高層建筑內(nèi)，他(她)的家位于5層(或者10層或者15層或者20層，均衡隨機(jī)設(shè)置)，參試者正在自己家中客廳的電視機(jī)前觀看一場(chǎng)精彩的比賽，這時(shí)隱約聞到了樓道里傳來(lái)的煙味，像是誰(shuí)家在燒烤，又像誰(shuí)家著火了(這些文字提示，顯示在虛擬場(chǎng)景界面上)，請(qǐng)被試根據(jù)這種情況確定下一步該做什么。在正式任務(wù)過(guò)程中，被試會(huì)被告知，這可能是真火警，也可能是假火警，如果發(fā)生火災(zāi)而被試沒(méi)有進(jìn)行逃生，表示游戲失敗，但是如果不是火災(zāi)而進(jìn)行逃生，也表示失敗。被試只有在順利完成游戲的情況下，才可以參加抽獎(jiǎng)，由此來(lái)激發(fā)被試類似于實(shí)際場(chǎng)景中存在的情緒與心理。

在被試完成任務(wù)的過(guò)程中，記錄了其在居室內(nèi)決定逃生之前的行為類型和數(shù)量和完成任務(wù)的時(shí)間。從 2014年10月上旬開(kāi)始實(shí)施實(shí)驗(yàn)與問(wèn)卷調(diào)研，為期一個(gè)多月完成。

2結(jié)果與分析

2.1參試者信息

本次實(shí)驗(yàn)一共有160名參試者，男性占62.5%。年齡從18～71歲均有， 其中18～25歲占61.9%，26～35歲占28.8%，36歲及以上占9.3%。160名參試者中，56.9%目前居住在4層樓以上。大部分參試者目前房子的居住年限1年以上，其中1～3年的占38.1%，5年以上的占28.8%。40%的參試者沒(méi)有參與過(guò)火災(zāi)演習(xí)，97.5%沒(méi)有經(jīng)歷過(guò)火災(zāi)。

對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)接受度問(wèn)卷，參試者對(duì)健康維度所持有風(fēng)險(xiǎn)態(tài)度的均值為2.9，對(duì)社會(huì)關(guān)系維度所持有風(fēng)險(xiǎn)態(tài)度的均值為3.6，對(duì)駕駛維度所持有風(fēng)險(xiǎn)態(tài)度的均值為2.9，對(duì)娛樂(lè)維度所持有風(fēng)險(xiǎn)態(tài)度的均值為3.6，對(duì)飲食維度所持有風(fēng)險(xiǎn)態(tài)度的均值為2.7，總體均值為3.2。該結(jié)果表明，人們?cè)谌粘Ｉ钪袑?duì)風(fēng)險(xiǎn)所持有的態(tài)度相對(duì)比較保守。

2.2前期逃生行為

2.2.1行為類型

參與實(shí)驗(yàn)的160名參試者中，居住在虛擬居室5層、10層、15層、20層的各為40位，每種樓層參試者的行為類型和數(shù)量見(jiàn)表1。

表1　逃生前期行為數(shù)量統(tǒng)計(jì)

通過(guò)表1可以發(fā)現(xiàn)對(duì)于行為類型，選擇逃生的參試者最多，達(dá)到94.4%，尤其是10層以上的參試者在95%以上；其次是尋找并攜帶老人和孩子準(zhǔn)備逃生，達(dá)到83.1%；64.4%的參試者打電話求證信息和求助；接下來(lái)有59.4%的參試者使用毛巾來(lái)保護(hù)自己，在這個(gè)數(shù)據(jù)中，20層以上的參試者的比例很低，只有15.0%；查看逃生路線圖的參試者比例為38.8%，尤其是20層以上的參試者，比例明顯高于其他層；收拾貴重財(cái)物的參試者達(dá)到41.3%，以10層的參試者的比例最高，達(dá)到62.5%；使用繩索自行逃生和采用電腦查詢解決辦法的比例較低，分別為18.8%和10.0%。平均每名參試者的行為數(shù)量為4.3個(gè)，其中5層和10層的參試者的平均行為數(shù)量為4.4個(gè)和4.7個(gè)，15層與20層的參試者的平均行為數(shù)量為3.0個(gè)和4.0個(gè)。該結(jié)果也表明，在行為數(shù)量上與早期的研究分析比較一致[13-15]，即第一次發(fā)出火警信號(hào)，較少的人立即做出逃生行為的反應(yīng)；該結(jié)果同時(shí)也顯示了不同樓層之間人員的行為數(shù)量存在著差異，高層住戶的行為數(shù)量相對(duì)較少。

2.2.2前期行為總時(shí)間

從發(fā)出火警開(kāi)始到參試者決定逃出居所為止為逃生前期的行為總時(shí)間。由于這是虛擬環(huán)境，所以實(shí)施行為時(shí)間相對(duì)較短，參試者平均逃生時(shí)間117.7 s， 從具體的時(shí)間值來(lái)看，10層和5層的前期行為時(shí)間要長(zhǎng)，分別為148.0 s和161.7 s，而15層和20層參試者在前期的行為時(shí)間要短，分別為66.6 s和94.5 s。

表2逃生前期行為總時(shí)間統(tǒng)計(jì)

Tab.2The time of total behaviors during pre-movements

居住樓層5層10層15層20層總體均值161.7148.066.694.5117.7方差59.147.340.430.059.5

為了檢驗(yàn)居住在不同樓層和不同的風(fēng)險(xiǎn)接受度是否對(duì)行為總時(shí)間產(chǎn)生顯著性地不同影響，采用方差分析模型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果如表3所示。對(duì)于樓層所帶來(lái)的影響，該結(jié)果顯示居住在不同樓層的參試者之間的行為總時(shí)間存在顯著性的差異(P=0.000)，居住在5層和10層的參試者的行為總時(shí)間明顯多于居住在高層的15層和20層的參試者的行為總時(shí)間。即，居住在10層及以下的住戶在實(shí)施逃生之前消耗的時(shí)間明顯多于居住在更高層的住戶。對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)接受度所帶來(lái)的影響，表3結(jié)果表明其對(duì)行為總時(shí)間也產(chǎn)生了顯著性地影響(P=0.007)，風(fēng)險(xiǎn)接受度較高的參試者的行為總時(shí)間越多。

表3　不同樓層、風(fēng)險(xiǎn)接受度對(duì)行為總時(shí)間的差異性檢驗(yàn)

3結(jié)論

本文目的是研究高層住宅建筑火災(zāi)逃生前期人群的行為與決策的規(guī)律和特點(diǎn)，通過(guò)虛擬交互式住宅內(nèi)部場(chǎng)景，參試者在此場(chǎng)景中進(jìn)行虛擬活動(dòng)，在此基礎(chǔ)上獲取參試者在逃生前期中的行為數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明：發(fā)出火警信號(hào)后，較少的人立即做出逃生行為的反應(yīng)；不同樓層之間人員的行為數(shù)量存在著差異，高層住戶的行為數(shù)量相對(duì)較少，同時(shí)高層住戶的逃生前期的行為總時(shí)間要短；并且，居住樓層和風(fēng)險(xiǎn)接受度這兩個(gè)因素對(duì)逃生前期的行為總時(shí)間產(chǎn)生了顯著性地影響。

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A Study of Behaviors in Pre-movement in High-rise Residential Building Fire

QIN Hua, LIU Bole, WANG Dingding

(School of Mechanical-electronic and Automobile Engineering,Beijing University of Civil Engineering and Architecture, Beijing 100044,China)

Abstract：High building residents’ behavioral responses after hearing fire signals and before determining to escape are studied. The virtual interactive residential interior scenes are methodologically constructed. Based on the scenes, participants’ behaviors in the period of pre-movement are investigated. The results indicate that, 1) while the fire signals are sent out, few people make an immediate escape in reaction; 2) behaviors of participants living in the higher rises are relatively fewer and the total time spent in pre-movement is shorter than that of those in the lower rises; and 3) the number of floors and risk acceptance exert a significant impact on the total time spent in pre-movement.

Key words：emergent behaviors; pre-movement time; high-rise residential building fire

中圖分類號(hào)：TB18

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1007-7375(2016)01- 0086- 05

doi:10.3969/j.issn.1007- 7375.2016.01.013

作者簡(jiǎn)介：秦華(1971-)，女，安徽省人，副教授，博士, 主要研究方向?yàn)槿艘蚬こ?、人機(jī)交互、建筑人因等.

基金項(xiàng)目：北京市自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(9122008)

收稿日期：2014- 12- 29