地鐵站廳內(nèi)人員疏散路徑選擇影響因素研究

劉 毅， 沈斐敏， 王旭峰

(福州大學(xué)土木工程學(xué)院， 福建 福州 350116)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展， 城市規(guī)模急劇擴(kuò)張， 人口激增導(dǎo)致地面交通系統(tǒng)無法承受如此巨大的交通負(fù)荷， 擁堵已經(jīng)成為了現(xiàn)代城市的新常態(tài). 而地鐵運(yùn)輸作為主要的城市地下交通方式， 以其便捷、 快速等特點(diǎn)受到了人們的關(guān)注. 部分地鐵站廳深埋地下， 具有采光不足等特點(diǎn)， 受困人員疏散難度極大. 尤其是近幾年來越來越多的地鐵站開始與周邊商場業(yè)態(tài)相結(jié)合， 成為巨大地下綜合體， 例如日本東京的新宿站共有15條線路經(jīng)停， 多條地下通道使其與周邊眾多商場相連通， 猶如巨大的地下迷宮. 站廳的多元化、 復(fù)雜化形態(tài)日趨明顯， 一旦發(fā)生火災(zāi)， 極有可能造成巨大的人員傷亡[1].

建立可靠的疏散系統(tǒng)是有效減少火災(zāi)傷亡中最重要的一環(huán)[2]. 國內(nèi)外眾多專家學(xué)者早在20世紀(jì)20年代就針對如何有效進(jìn)行人員疏散展開了深入研究. Yuan等[3]建立了基于疏散人員行為的二維元胞自動機(jī)模型， 并重點(diǎn)研究距離與人員密度對于疏散行為的影響； Huang等[4]基于疏散路徑的寬度、 可見度和路徑擁堵程度建立新的路徑選擇規(guī)則， 并提出新的地板場模型； Shields等[5]分析和總結(jié)人在火災(zāi)中的行為特征和規(guī)律， 認(rèn)為人在緊急情況下產(chǎn)生的焦慮、 抑郁、 恐慌、 憤怒等情緒會引發(fā)群聚、 從眾等行為， 從而可能影響人們的疏散行為； 屈云超等[6]從微觀角度， 運(yùn)用啟發(fā)式力學(xué)模型研究從眾效應(yīng)對于人員疏散行為特性的影響， 認(rèn)為從眾行為在一定程度上能夠提高行人疏散效率. 如何組織受困人員進(jìn)行快速有效的應(yīng)急疏散一直是城市交通安全領(lǐng)域研究的重點(diǎn).

綜上所述， 現(xiàn)階段疏散行為研究多集中于通過建立模型分析個別影響因素與疏散效率的關(guān)系， 而沒有系統(tǒng)的從受困人的角度， 分析緊急疏散時多種因素對于疏散路徑選擇的影響. 火場情況復(fù)雜， 人員在進(jìn)行應(yīng)急疏散時容易受到各種因素干擾， 如何選擇合適的疏散路徑疏散在很大程度上左右了疏散結(jié)果[7]. 鑒于此， 運(yùn)用調(diào)查問卷和現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)的研究方法， 結(jié)合結(jié)構(gòu)方程模型分析地鐵站廳內(nèi)各因素對受困人員疏散路徑選擇行為的影響， 揭示在不同環(huán)境下受困人員的判斷傾向和選擇行為特征， 為地下人員疏散行為機(jī)理研究提供新的思路. 研究結(jié)果可以為地鐵火災(zāi)疏散疏導(dǎo)工作提出合理建議， 對于提高疏散效果， 降低火災(zāi)傷亡有著重要的積極意義.

1 調(diào)查問卷研究分析

采用收集調(diào)查問卷的形式獲得原始數(shù)據(jù)， 問卷參考文獻(xiàn)[4-5]的研究結(jié)果， 并根據(jù)消防安全領(lǐng)域?qū)＜业淖稍兘ㄗh制定問卷內(nèi)容， 其中涉及主要影響因素10個， 分別為： 光照條件、 能見度、 不明危險因素、 障礙物、 路徑熟悉度、 指示標(biāo)記、 聲音導(dǎo)向、 人流導(dǎo)向、 路徑距離(長短)、 路徑擁擠度， 每個因素對疏散路徑選擇行為的影響大小用1～10分來表示， 10～8分表示顯著影響； 8～6分表示較大影響； 6～4分表示有一定影響； 4分以下表示影響效果不明顯. 共發(fā)放問卷570份， 調(diào)查對象主要為單位職工與高校在校學(xué)生， 剔除不可用問卷外， 實(shí)際回收有效問卷464份， 有效回收率為81.4%, 問卷統(tǒng)計結(jié)果如表1.

表1 影響因素得分表

從表1可以看出， 光照條件、 路徑距離(長短)兩因素的平均得分最高， 超過8分為顯著影響， 調(diào)查問卷的分析結(jié)果認(rèn)為， 這兩個因素對地鐵站廳人員疏散路徑的選擇行為影響最大.

2 實(shí)驗(yàn)研究分析

2.1 實(shí)驗(yàn)方案

圖1 疏散實(shí)驗(yàn)場地布置圖Fig.1 Illustration of experiment site

本次實(shí)驗(yàn)場地為F市地鐵2號線某站廳內(nèi)， 該站位于地下約9 m， 主體結(jié)構(gòu)已基本完成， 可作為典型地鐵站廳進(jìn)行實(shí)驗(yàn). 具體布置圖見圖1.

實(shí)驗(yàn)共設(shè)置A、 B、 C、 D 四個出口， 它們的環(huán)境與設(shè)置條件各不相同， 分別用來模擬地鐵站廳內(nèi)應(yīng)急疏散過程中光照、 路徑距離、 路徑擁擠度、 疏散引導(dǎo)系統(tǒng)等因素對于人員疏散路徑選擇行為的影響關(guān)系. 各出口設(shè)置見表2.

表2 疏散出口設(shè)置表

實(shí)驗(yàn)分M、 N兩組， 第M組參與人員為30名工地管理施工人員， 第N組為30名在校學(xué)生， 實(shí)驗(yàn)人員事先對場地布置狀況并不知情， 在實(shí)驗(yàn)開始前由工作人員由A點(diǎn)帶入至起點(diǎn)P(保持僅對A出口熟知)， 實(shí)驗(yàn)開始后同時由P點(diǎn)自由選擇不同路徑向四個疏散口進(jìn)行應(yīng)急疏散. 為了防止由于實(shí)驗(yàn)次數(shù)太多而對路線設(shè)置過于熟悉， 控制每組人員只能參加4次實(shí)驗(yàn). 每次實(shí)驗(yàn)結(jié)束后， 參與實(shí)驗(yàn)人員需填寫調(diào)查問卷并交于工作人員. 實(shí)驗(yàn)問卷共有9個選項(xiàng)， 與調(diào)查問卷中各影響因素相對應(yīng)， 參與實(shí)驗(yàn)人員從中選取影響其疏散路徑選擇行為的因素， 可多選. 實(shí)驗(yàn)中主要影響因素見表3.

表3 實(shí)驗(yàn)中的主要影響因素

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

圖2 實(shí)驗(yàn)問卷結(jié)果統(tǒng)計圖Fig.2 Statistics of questionnaire results

實(shí)驗(yàn)進(jìn)行時， 每小組4次， 共8次， 每次參與實(shí)驗(yàn)人數(shù)為30人， 總參與人次為240人次， 共發(fā)放問卷240份， 收回有效問卷213份， 有效回收率為88.75%. 通過對問卷結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計， 對于各影響因素的選擇人次如圖2所示.

從圖中可以看出， M、 N兩組實(shí)驗(yàn)人員對于影響因素的選擇趨向基本相同. 在這9個因素中， 人流導(dǎo)向、 光照條件、 路徑距離(長短)、 疏散標(biāo)記因素選擇人次較多， 而安全程度、 其他、 路徑擁擠度較少， 熟悉度、 聲音導(dǎo)向選擇人次最少.

2.3 結(jié)果對比分析

將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與調(diào)查問卷結(jié)果對比可以發(fā)現(xiàn)， 這兩種分析方法的結(jié)果部分相同： 均認(rèn)為光照條件、 路徑距離(長短)為主要影響因素， 可以理解為在地鐵站廳進(jìn)行疏散時， 受困人員更傾向于根據(jù)光照環(huán)境和疏散距離的長短來選擇疏散路徑. 但也存在著一些差別： 調(diào)查問卷結(jié)果顯示為次要影響因素的人流導(dǎo)向、 疏散標(biāo)識卻在現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)時對實(shí)驗(yàn)參與人員疏散路徑的選擇行為產(chǎn)生了較大影響.

為了分析產(chǎn)生這一差別的原因， 更深入地研究地鐵站廳人員疏散過程中的路徑選擇行為， 本文嘗試基于調(diào)查問卷所獲得的原始數(shù)據(jù)構(gòu)建結(jié)構(gòu)方程模型， 探討各影響因素與路徑選擇行為之間的潛在關(guān)系.

3 結(jié)構(gòu)方程模型分析

國內(nèi)已有一些學(xué)者嘗試將結(jié)構(gòu)方程模型(structure equation modeling， SEM)與交通出行行為研究相結(jié)合， 但用于研究疏散路徑選擇行為的較少. SEM可以處理包含潛變量的多變量問題[8]， 這正是深入研究人員疏散路徑選擇行為機(jī)理所需要的.

3.1 模型構(gòu)建

通過對比篩選， 將10個主要影響因素歸納為環(huán)境因素、 導(dǎo)向因素、 路徑條件三大類， 其中： 光照條件X1、 能見度X2、 危險因素X3、 障礙物X4屬于環(huán)境因素； 路徑熟悉度X5、 指示標(biāo)記X6、 聲音導(dǎo)向X7、 人流導(dǎo)向X8屬于導(dǎo)向因素； 路徑距離(長短)X9、 路徑擁擠度X10屬于路徑條件; 連同個人屬性： 年齡X11、 學(xué)歷X12、 健康狀態(tài)X13. 構(gòu)建地鐵站廳人員疏散路徑選擇結(jié)構(gòu)方程模型， 如圖3.

圖3 地鐵站廳人員疏散路徑選擇行為結(jié)構(gòu)方程模型Fig.3 Structure equation model of choosing evacuation routes

3.2 模型識別

表4 t法則

模型識別是設(shè)定SEM的重點(diǎn)， 用來判斷所設(shè)定的模型是否合理， 是否具有可操作性[9]. 本文使用t法則對構(gòu)建模型進(jìn)行識別， 即通過比較模型待估參數(shù)數(shù)目t和數(shù)據(jù)資料點(diǎn)數(shù)目(DP)來檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷淖R別度， 如表4所示. 其中模型待估參數(shù)的個數(shù)為t， 內(nèi)生觀察指標(biāo)個數(shù)為k， 外生觀察指標(biāo)的個數(shù)為q， DP=(k+q)(k+q+1)/2.

本模型中t=34，k=2，q=13， 因此t

3.3 數(shù)據(jù)采集與模型擬合

調(diào)查問卷結(jié)果表明, 指示標(biāo)記和人流導(dǎo)向并不會對疏散路徑選擇行為產(chǎn)生顯著影響， 這與現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)結(jié)果不同， 也與現(xiàn)實(shí)群體疏散行為特征不符. 為了解釋這一現(xiàn)象， 以調(diào)查問卷結(jié)果作為原始數(shù)據(jù)， 運(yùn)用LISREL軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并對建立理論模型進(jìn)行檢驗(yàn). 經(jīng)過對模型進(jìn)行不斷調(diào)整優(yōu)化， 最終模型的擬合優(yōu)度參數(shù)見表5.

表5 結(jié)構(gòu)方程模型擬合優(yōu)度參數(shù)

表中DF為自由度; Chi-Square為卡方值; 本文中Chi-Square與DF的比值為1.77，小于一般檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)5.0[10]，P為顯著性水平， 表明模型擬合情況較好； NNFI、 CFI與RMSEA為三個主要的擬合指數(shù)， 一般認(rèn)為NNFI與CFI大于0.9[11]， RMSEA小于0.08[12]， 即表明模型與數(shù)據(jù)的擬合程度較好. 修正后的最終模型除CFI略低于標(biāo)準(zhǔn)值(0.9)之外， 其他參數(shù)均滿足相關(guān)要求， 表示本文中的模型適配度基本符合標(biāo)準(zhǔn)， 模型結(jié)果有效.

3.4 結(jié)果分析

模型參數(shù)計算結(jié)果如圖4所示.

圖4 結(jié)構(gòu)方程模型計算結(jié)果Fig.4 Model solving results

圖中路徑條件的標(biāo)準(zhǔn)化路徑系數(shù)最大， 為0.77； 環(huán)境因素的標(biāo)準(zhǔn)化路徑系數(shù)為0.33； 導(dǎo)向因素和個人屬性的標(biāo)準(zhǔn)化路徑系數(shù)最小， 分別為0.15和0.12. 可以認(rèn)為路徑條件與環(huán)境因素對于疏散路徑的選擇行為的影響較大.

3.5 討論

基于結(jié)構(gòu)方程模型可以很清晰地發(fā)現(xiàn)： 調(diào)查問卷分析結(jié)果中顯示的關(guān)鍵因素光照條件、 路徑距離(長短)屬于潛變量中的環(huán)境因素和路徑條件， 通常被人們理解為真實(shí)客觀存在的， 不存在錯誤或虛假信息的既成事實(shí)； 而現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)中對受困人員影響較大的關(guān)鍵因素人流導(dǎo)向、 指示標(biāo)記均屬于模型中的潛變量導(dǎo)向因素， 主要指由第三方提供的可能存在不確定性的信息. Weber[13]認(rèn)為， 疏散是人們感知風(fēng)險并作出相應(yīng)應(yīng)對措施的過程， 而風(fēng)險感知則是人們對于客觀信息通過主觀途徑的轉(zhuǎn)化. 人們在填寫調(diào)查問卷時處于相對穩(wěn)定、 安全的環(huán)境， 有充足的時間進(jìn)行理性的思考和分析， 此時多傾向于基于環(huán)境因素、 路徑條件等客觀信息進(jìn)行個人的主觀判斷， 從而理性選擇自己認(rèn)為安全系數(shù)最高的疏散路徑； 而他人提供的信息可能存在潛在風(fēng)險(如： 疏散指示標(biāo)志有可能將受困人員引向死胡同)， 通常在進(jìn)行思考分析后會被否定.

但在現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)中， 由于疏散時間限制、 現(xiàn)場氣氛等因素的影響， 參與實(shí)驗(yàn)人員在應(yīng)激狀態(tài)下容易產(chǎn)生恐慌， 難以進(jìn)行冷靜分析和決策， 從而出現(xiàn)了喪失自我意識而產(chǎn)生從眾行為的現(xiàn)象， 這與楊立中[14]、 Guo等[15]的研究結(jié)果相似. 在與實(shí)驗(yàn)人員的訪談中也驗(yàn)證了這一現(xiàn)象， 某實(shí)驗(yàn)人員明知道附近有更近的出口， 可是最終還是放棄自己選擇， 同大家一起選擇了更遠(yuǎn)的另一出口. 所以， 在應(yīng)激狀態(tài)下， 人們傾向于服從第三方提供的導(dǎo)向信息來指導(dǎo)自己的疏散路徑選擇行為， 這就是為什么在實(shí)驗(yàn)結(jié)果中出現(xiàn)人流導(dǎo)向、 指示標(biāo)記為主要影響因素的原因.

疏散行為是人們在緊急狀態(tài)下的應(yīng)激行為， 必須充分考慮應(yīng)激環(huán)境對受困人員的影響. 基于以上分析， 本研究認(rèn)為在進(jìn)行地鐵站廳的緊急疏散時人流導(dǎo)向、 光照條件、 路徑距離(長短)、 指示標(biāo)記為影響人員疏散路徑選擇行為的關(guān)鍵因素， 并針對研究結(jié)果， 提出以下建議：

1) 應(yīng)重視照明系統(tǒng)對應(yīng)急疏散方向的指示作用， 急照明系統(tǒng)的設(shè)置應(yīng)與疏散路徑相一致， 同時適當(dāng)減少非疏散路徑上的應(yīng)急照明；

2) 相關(guān)部門在設(shè)置疏散出口時應(yīng)盡量選取空間中心點(diǎn)和對稱點(diǎn)， 避免由于疏散路徑長短不同而造成各出口利用率不均的情況；

3) 利用受困人員的從眾心理， 在人員眾多的復(fù)雜區(qū)域設(shè)置安全引導(dǎo)員， 確保在發(fā)生突發(fā)事件后第一時間正確引導(dǎo)人流進(jìn)行疏散， 減少慌亂情緒傳播， 避免二次事故發(fā)生的同時， 有效提高疏散效率；

4) 在出入口以及電梯間、 候車站廳等人員主要停留休息處增加簡明清晰的平面布置圖及疏散出口分布圖， 合理增加復(fù)雜區(qū)域及路口的疏散指示標(biāo)志數(shù)量.

4 結(jié)語

對受困人員疏散路徑選擇行為研究可有效提高地鐵站廳人員疏散效率， 減少傷亡. 本研究基于調(diào)查問卷和現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)對影響受困人員疏散路徑選擇行為的關(guān)鍵因素進(jìn)行研究， 發(fā)現(xiàn)人在不同應(yīng)激狀態(tài)下對于關(guān)鍵影響因素有不同選擇傾向性的現(xiàn)象， 并通過構(gòu)建結(jié)構(gòu)方程模型， 從潛性變量的角度對這一現(xiàn)象進(jìn)行了深入分析. 研究表明： 路徑距離(長短)、 光照條件為影響地鐵站廳人員疏散路徑選擇行為的主要因素， 在應(yīng)激狀態(tài)下， 人流導(dǎo)向、 指示標(biāo)記等因素也會對疏散路徑選擇行為產(chǎn)生較大影響.

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