民营科技 科技论坛 ２０１０年第６期 行人应急交通疏散仿真研究 徐晨曦 章广华 （１、深圳市政设计研究院有限公司，广东深圳５１８０００ ２、天津城建设计院有限公司，天津３０００００） 摘要：从分析应急疏散人员的行为活动入手，根据其在疏散活动开始前的决策行为获取应急疏散人员参与到疏散活动中的时间分布；根据其 在紧急疏散中表现出的理性程度以及对周围环境的熟悉距离建立应急疏散人员对避难所的选择模型，估测应急疏散人员的交通空间分布情况。以 实际居民区为例。结合人员的时间和空间分布特征，运用仿真软件ＶＩＳＳＩＭ模拟对应于不同理性程度和熟悉距离情况下人员的建筑物外徒步疏散过 程．推断人的不同行为反应对疏散效率的影响。 关键词：应急疏散；突发事件；行为分析；人员疏散 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｅｖａｃｕｅｅｓ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｄｕｒｉｎｇ ｅｖａｃｕａｔｉｏｎ，ａ ｔｅｍｐｏｒａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｒｅｓｉｄｅｎｔｓ ｃａｎ ｂｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｓｔｕｄｙｉｎｇ ｄｅｃｉｓｉｏｎ——ｍａｋｉｎｇ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｐｅｄｅｓｔｒｉａｎｓ ｂｅｆｏｒｅ ｅｖａｃｕａｔｉｏｎ；Ｒａｔｉｏｎａｌｉｔｙ ｄｅｇｒｅｅ ａｎｄ ｆａｍｉｌｉａｒ ｄｉｓｔａｎｃｅｓ ｏｆ ｅｖａｃｕｅｅｓ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｏ ｃｏｎ—— ｓｔｒｕｃｔ ａ ｍｏｄｅｌ ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｓｈｏｗ ｈｏｗ ｐｅｏｐｌｅ ｃｈｏｏｓｅ ｔｈｅｉｒ ｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎｓ ａｓ ｓａｆｅ ｐｌａｃｅｓ，ａｎｄ ｓｐａｔｉｌ ｄｉｓｔａｉｂｕｔｒｉｏｎ ｉｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｉｓ ｍｏｄｅ１． ＶＩＳＳＩＭ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｅｖａｃｕａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｏｆ ｐｅｏｐｌｅ ｉｎ ａ ｒｅｓｉｄｅｎｔｉａｌ ｄｉｓｔｒｉｃｔ ｗｈｏ ｅｖａｃｕａｔｅ ｏｎ ｆｏｏｔ，ｗｈｉｃｈ ｃｏｎｓｉｄｅｒｓ ｔｅｍｐｏｒａｌ ｄｉｓｔｉｂｕｔｒｉｏｎ ａｎｄ ｓｐａｔｉａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｅｖａｃｕｅｅｓ ｄｕｒｉｎｇ ｅｖａｃｕａｔｉｏｎ．Ｅｖａｃｕａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ａｒｅ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｃｈａｎｇｉｎｇ ｖａｌｕｅｓ ｏｆ ｒａｔｉｏｎａｌｉｔｙ ｄｅｇｒｅｅ ａｎｄ ｆａｍｉｌｉａｒ ｄｉｓ－ ｔａｎｅｅｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｐｅｏｐｌｅ Ｓ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｎ ｅｖａｃｕａｔｉｏｎ ｅｆｉｃｉｆｅｎｃｙ ｉｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ ｅｖａｃｕａｔｉｏｎ；ｐｕｂｌｉｃ ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ；ｂｅｈａｖｉｏｒ ａｎａｌｙｓｉｓ；ｐｅｄｅｓｔｉａｎ ｅｖａｃｕａｔｒｉｏｎ 目前，我国城市化进程日益加快，城市规模逐渐扩大、人口越来越稠 密，一旦在城市区域范围内发生突发事件，如果不能及时采取有效的人 员应急疏散措施，将会产生灾难性后果。由于无法对突发事件进行真实 试验，以及难以建立疏散人群运动规律的数学模型等特点，借助计算机 仿真技术替代对疏散人群的数学建模，已经成为研究应急疏散问题的主 要方法＿Ｊ－３］。区域内人员疏散过程包括建筑物内疏散和建筑物外疏散，建 筑物内疏散是指人从建筑物内部逃离至建筑物出口，建筑物外疏散是从 建筑物出口到相对安全区域的过程。目前有关疏散的研究主要集中在建 筑物内部 。对于建筑物外疏散，美国研究的较早且比较深入，主要研究 由飓风、洪水、毒气泄漏等受灾影响区域较大范围内的人员疏散 ，疏散 的主要方式是汽车，但对于采用徒步作为疏散方式的相关文献非常少 。 我国对区域应急交通疏散的研究仅提出了研究构想［９１，尚未有相关文献。 “９／１１”事件以及我国四川省发生的地震等突发事件表明：依靠步行作为 主要交通方式的疏散对于应对突发事件非常重要。主要从分析人的行为 出发，仿真居民区内的建筑物外的疏散过程，在此过程中，居民步行疏散 到相对安全地区。 １居民区应急疏散人员行为分析 在紧急疏散情况下，居民区内部及周边道路网上的交通组成主要是 徒步逃生的居民，他们的行为特征直接影响整个疏散过程。主要从两方 面考虑被疏散人员的行为： １）逃生前的决策行为，即根据不同人对于疏散活动的反应确定在不 同时间内参与到建筑物外疏散过程的人数；２）对周边多个避难所的选择 行为，该处考虑了人员的理性程度和对周围环境的熟悉程度。 １．１疏散开始前逃生者的决策行为分析 由于人们面对突发事件行为反应复杂并与具体环境相关。因此这里 对于疏散环境做如下假设：下达疏散指令时，距离突发事件的发生有一 定的时间间隔，这样，在突发事件发生前，有可能将危险地区的人员疏散 到安全区域。居民区内人员疏散通常分为建筑物内疏散和建筑物外疏散 两个过程，主要研究居民区的建筑物外疏散过程。逃生者由于受到年龄、 性别、生理、心理、荷载以及人员相互之间的社会关系等因素的影响，导 致在不同时段内参与建筑物外疏散的人数不同。根据Ｃｈｅｎ￣ 修正的人参 与疏散行动的反应曲线，可以得出不同时间段居民区内居民参与建筑物 外疏散的情况，从而得到居民逃生时间分布特征曲线，如图１所示。东北 大学张培红等用ＰＥＲＭ模型对建筑物内疏散行动开始前人的决策行为 进行预测得到相似的结果＿ｌｌｌ，说明逃生者对于疏散行动存在决策行为， 不同的逃生者开始疏散活动存在时间差异。正是由于人员对疏散的反应 不同，从而在疏散过程中产生了居民交通流时间分布，将此分布规律用 于后面的仿真实例中，可以更真实的模拟整个疏散过程” 。 １．２应急疏散人员的避难场所选择模型 ． 居民从建筑物内逃生出来后，仍处于危险区域，需要继续疏散到安 全区域。这时，面对周边多个可以作为疏散目的地的避难所存在选择问 题。应急疏散人员自身的心理、生理因素和外界客观条件都会影响其对 避难所的选择，从而影响交通流在疏散路线上的交通空间分布，影响疏 散时间。建立人员对避难所的选择模型，将这些影响应急疏散人员对避 奚 ｐｊ＝ ∑（Ｒ一一蕊 Ｒ．＋ｓ） （１） 作者简介：徐晨曦（１９８１ｍ），男，江西上饶人。 民营科技 而 丽 科技论坛 时疏散时间趋于稳定，在１９３５秒左右波动。产生这种现象的原因在于应 急疏散人员对周围环境越熟悉，就会受先前经验的影响从而选择头脑中 认为最优的避难所作为疏散的目的地，而无法根据实际情况调整从而选 择与自己所在位置距离最近的避难所作为逃生目的地，因此延长了疏散 时间。 ３结论 主要从分析人的行为出发仿真区域范围内人员的建筑物外徒步疏 散过程，考虑了疏散人员参与疏散行动的决策行为以及受理性程度和熟 悉距离影响的对周边多个避难所的选择行为，疏散中人员的路径选择通 过ＶＩＳＳＩＭ仿真软件中的Ｄｙｎａｍｉｃ Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ来实现。分别调整理性程 度和熟悉距离两个变量，利用ＶＩＳＳＩＭ模拟疏散过程，得出不同状态下的 疏散效率。研究结果表明：人员理性程度高，疏散效率高，反之，疏散效率 图２居民小区布局平面图 低；对周闱疏散环境越熟悉，受经验影响，反而导致疏散效率低。因此，决 根据公式（１）计算应急疏散人员对于周边避难所的选择概率，来推 策者制定应急疏散预案时应考虑到上述研究结果，采取合理措施对疏散 断应急疏散人员所处位置与避难所之间的交通分布情况。为了得出人员 人员进行引导，以便提高疏散效率。由于人对紧急事件的应急反应行为 的不同理性程度对疏散时间的影响，订’算当居民对居住环境的熟悉距离 复杂，这里对于人的理性程度和熟悉距离的取值只是为了仿真其不同取 取值一定时，改变应急疏散人员的理性程度ａ参数的取值时相应的选择 值变化对疏散效率的影响，从而得出疏散时间变化趋势，但若应用于实 概率，根据选择概率计算被疏散人员与第 个避难所之间的ＯＤ矩阵，得 际，在对变量量化上还需要进行大量的研究工作。 出交通流的空间分布。取ｓ＝５００ｍ、通过改变ａ值仿真居民的理性程度对 参考文献 疏散效率的影响，在此，ａ取值分别为０、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０。当ａ取 『１１ Ｚ．Ｓｉｎｕａｎｙ—Ｓｔｅｒｎ ａｎｄ Ｅ．Ｓｔｅｒｎ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｎｇ ｔｈｅ Ｅｖａｃｕａｔｉｏｎ ｏｆ ａ Ｓｍａｌｌ 值为０时，表示应急疏散人员呈现最不理性的状态．ａ＝ｌ０表示应急疏散 Ｃｉｔｙ：ｔｈｅ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ Ｔｒａｆｉｆｃ Ｆａｃｔｏｒｓ［Ｊ］．Ｓｏｃｉｏ—Ｅｃｏｎｏｍｉｃ Ｐｌａｎｎｉｎｇ 人员最理性。在实验仿真过程中，我们发现路网清空时间与距离避难所 Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，１９９３，２７（２）：９７—１０８． 最远的、速度最慢的、出发时间最晚的行人到达目的避难所的时间有关， ［２】ｌＪ＿Ｄ．Ｈａｎ，Ｆ．Ｙｕａｎ．Ｅｖａｃｕａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ Ｕｓｉｎｇ Ｄｙｎａｍｉｃ 这可能与实际不符，为了更好的评价疏散效率，我们取疏散完８０％行人 Ｔｒａｆｆｉｃ Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ ａｎｄ Ｍｏｓｔ Ｄｅｓｉｒａｂｌｅ Ｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ Ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ［Ｃ］． 所需的时间对疏散效率进行衡量。对应于每个不同的ａ值将仿真过程运 Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｂｏａｒｄ ２００５ Ａｎｎｕａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇ，Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ 行十次，取平均值作为疏散时间，得到疏散效率随着理性程度ａ取值不 Ｄ．Ｃ．，２００５． ， 同时的变化曲线，如图３所示。 ［３ｌ Ｍ．Ｂａｔｔｙ，Ｊ．ＤｅＳｙｌｌａｓ ａｎｄ Ｅ．Ｄｕｘｂｕｒｙ．Ｔｈｅ Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｄｙｎａｍｉｃｓ ｏｆ Ｓｍａｌｌ—ｓｃａｌｅ Ｓｐａｔｉａｌ Ｅｖｅｎｔｓ：Ａｇｅｎｔ—ｂａｓｅ Ｍｏｄｅｌｓ ｏｆ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ ｉｎ Ｃａｒｎｉｖａｌｓ ａｎｄ Ｓｔｒｅｅｔ Ｐａｒａｄｅｓ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｍａｔ ｏｆ Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ．２００３．１７（７）：６７３—６９７． ［４】Ｍａｔｔｈｅｗ Ｏｗｅｎ．Ｔｈｅ ＥＸＯＤＵＳ Ｅｖａｃｕａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌ Ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｅｖａｃｕａｔｉｏｎ Ｓｃｅｎａｒｉｏｓ［Ｊ］．Ｆｉｒｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ Ｊｏｕｒｎａｌ，１９９６，２０（７）：２７—３０． ［５１方正，卢兆明．建筑物避难疏散的网格模型『Ｊ１．中国安全科学学报， ２００１．１１（４）：１０—１３． Ｆａｎｇ Ｚｈｅｎｇ，Ｌｕ Ｓｉｕｎｆｉｎｇ．Ａ Ｓｐａｔｉａｌ Ｇｒｉｄ Ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ Ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ Ｅｖａｃｕａｔｉｏｎ ｆｒｏｍ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ［Ｊ］．Ｃｈｉｎａ Ｓａｆｅｔｙ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｊｏｕｒｎａｌ，２００１，１ １ （４）：１０—１３，（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［６】刘强，杨浩，陆化普等．运动场馆人流疏散及其模型探讨【Ｊ］．土木工程 学报，２００４，３７（１０）：９２—９７． Ｌｉｕ Ｑｉａｎｇ，Ｙａｎｇ Ｈａｏ，Ｌｕ Ｈｕａｐｕ，Ｓｈｉ Ｊｉｎｇ．Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ Ｄｉｓｐｅｒｓａｌ ｏｆ Ｐｅｏｐｌｅ Ｆｌｏｗ ｉｎ ｔｈｅ Ｓｔａｄｉｕｍ［Ｊ］．Ｃｈｉｎａ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｊｏｕｒｎａｌ， ２００４，３７（１０）：９２—９７．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） 『７１ Ｅ．Ｕｒｂｉｎａ，Ｂ．Ｗｏｌｓｈｏｎ．Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ Ｈｕｒｒｉｃａｎｅ Ｅｖａｃｕａｔｉｏｎ Ｐｌａｎｓａｎｄ Ｐｏｌｉｃｉｅｓ：Ａ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒａｓｔ ｏｆ Ｓｔａｔｅ Ｐｒａｃｔｉｃｅｓ［Ｊ］． Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐａｒｔ Ａ，２００３，３７（３）：２５７—２７５． ［８】Ｐａｔｒｉｃｉａ Ａ．Ｂｏｈｏｎ．Ｍａｎａｇｉｎｇ Ｐｅｄｅｓｔｉｒａｎｓ ｄｕｒｉｎｇ Ｅｖａｃｕａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｍｅｔｒｏｐｏｌｉｔａｎ Ａｒｅａｓ［Ｒ］．Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，ＤＣ：Ｕ．Ｓ．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｆｅｄｅｒａｌ Ｈｉｇｈｗａｙ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ，Ｍａｒｃｈ ２００７：５－２０． 【９】袁建平，方正，卢兆明，等．城市灾时大范围人员应急疏散探讨［Ｊ］．自然 灾害学报，２００５，１４（６）：１ １６—１１９． Ｙｕａｎ Ｊｉａｎｐｉｎｇ，Ｆａｎｇ Ｚｈｅｎｇ，Ｌｕ Ｓｉｕｍｉｎｇ，ｅｔ ａ１．Ｌａｒｇｅ—ｓｃａｌｅ Ｅｖａｃｕａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｅｏｐｌｅ ｆｒｏｍ Ｕｒｂａｎ Ｄｉｓａｓｔｅｒ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎａｔｕｒａｌ Ｄｉｓａｓｔｅｒｓ， ２００５，１４（６）：１１６—１１９．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ｉ１０】Ｃｈｅｎ Ｘｕｗｅｉ，Ｊｏｈｎ Ｗ．Ｍｅａｋｅｒ ａｎｄ Ｆ．Ｂｅｎｊａｍｉｎ Ｚｈａｎ．Ａｇｅｎｔ—Ｂａｓｅｄ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｈｕｒｒｉｃａｎｅ Ｅｖａｃｕａｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｆｌｏｒｉｄａ Ｋｅｙｓ［Ｊ］．Ｎａｔｕｒａｌ Ｈａｚａｒｄｓ．２００６。３８（３）：３２１—３３８． １１１】张培红，陈宝智，卢兆明．人员应急疏散行动开始前的决策行为【Ｊ】＿东 北大学学报（自然科学版）２００５，２６（２）：１７９—１８２． Ｚｈａｎｇ Ｐｅｉｈｏｎｇ，Ｃｈｅｎ Ｂａｏｚｈｉ，Ｌｕ Ｓｉｕｍｉｎｇ．Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｅｃｉｓｉｏｎ Ｂｅｈａｖｉｏｒ ｂｅｆｏｒｅ Ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ Ｅｖａｃｕａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ （Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ），２００５，２６（２）：１７９—１８２．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） 【ｌ２１ Ｊ．Ｌｉ，Ｓ．Ｌｉ，Ｙ．Ｓ．Ｌｖ，ｅｔ ａ１．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｉｍｐａｃｔ ｏｆ Ｐｅｄｅｓｔｒｉａｎ Ｔｒａｆｆｉｃ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｎ Ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ Ｅｖａｃｕａｔｉｏｎ［Ｃ］．Ｔｈｅ Ｆｉｒｓｔ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．２００７．
