第1章 绪论
1.1 研究背景和意义
随着科技的发展和城市化水平的不断提高，现代城市的结构与形态越来越复杂，越来越多的人员密集公共场所大量涌现。城市面临的风险已从单纯的自然灾害，扩大到自然灾害和核泄漏、化工园区及城镇油气管道火灾爆炸、有毒气体泄漏等典型生产事故导致的多灾种特大突发事件。在地铁站、体育场馆、医院、商场、高层及超高层办公楼等公共场所及重大体育比赛或演唱会，一旦遭遇海啸、台风、地震、洪水等自然灾害，或火灾、爆炸、毒气泄漏等突发性生产事故，以及恐怖袭击等突发公共安全事件，由于突发事件的灾难性、复杂性、随机性特点，环境状态复杂多变，疏散通道和安全出口、避难空间的安全性和可利用程度遭到严重的威胁，传统的疏散诱导装置无法根据人流密度的变化及突发事件事态的发展即时调整疏散诱导指示方向和疏散策略，无法即时疏导分流高密度人群聚集，容易在疏散通道瓶颈区域产生大规模群集滞留。
由于大规模应急疏散诱导不力，滞留群集的密度和滞留时间往往会超过人们的生理和心理承受极限，群死群伤和群集伤害事故屡有发生。2008年9月20日，深圳舞王俱乐部发生火灾，造成43人死亡、88人受伤。2010年11月22日，在柬埔寨金边钻石岛的踩踏事故中，456人死亡、700多人受伤；2014年12月31日23时35分，大量游客及市民聚集在上海外滩迎接新年，有人在观景平台的人行通道阶梯底部失衡跌倒，继而引发多人摔倒、叠压，致使拥挤踩踏事件发生，造成36人死亡、49人受伤；2018年12月8日，意大利一家夜店发生踩踏事故，造成6人死亡、至少120人受伤；2019年12月1日，圣保罗发生踩踏事故，造成9人死亡、至少20人受伤；2022年10月29日晚，大量民众在韩国首都首尔市龙山区梨泰院洞一带参加万圣节活动时发生严重踩踏事故，造成150余人死亡。
影响人员密集公共场所大规模聚集人群生命安全的因素很多，包括物品的生产、储存、运输，物品的燃爆特性、毒性和发烟特性，以及烟与火的蔓延情况、消防设施和应急疏散诱导设备设施的配置及有效性、人员火灾安全意识、应急疏散能力等。在大多数突发事件中，人员密集公共场所人员的疏散安全问题取决于事故的发展情况及在事故直接威胁生命之前所采取的应急疏散决策行为反应。因此，在进行应急疏散诱导时必须认识人员在突发事件中所表现出来的应急疏散行为规律，包括应急决策心理和行为、疏散能力及突发事件对人的心理和行为活动的影响等。
理想的消防安全系统不应以人的正确反应为先决条件，在实际情况下，为提高设备的可靠性，在设计中要尽量使老、幼、病、残人士均能得到保护。而消防安全系统会因人的正确应急反应而加强，因人的不当决策和应急行为而削弱。然而遗憾的是，现有的消防安全技术还难以全面适应人在突发事件中的行为反应，未能充分地考虑人的行为因素影响。
因此，充分认识火灾等典型事故中人的应急疏散决策行为特点，制定科学合理的应急疏散方案，利用合理完善的疏散诱导设施，引导遇险人员采取正确的应急疏散行为，对于人员密集公共场所突发事件中的应急疏散和救援是非常重要的，这将为复杂环境下大规模人群安全管理提供重要的科技支撑作用。
1.2 人员应急疏散行为的研究现状
1.2.1 人员应急疏散行为特点
受先天因素和后天成长环境等因素的影响，人与人之间存在着个性差异，如性格、能力、修养、经验、兴趣等的差异，所以满足各不同个体需要的行为机制也不一样，这就是造成突发事件中人的应急疏散行为复杂性和多样性的本质原因。
以火灾事故为例，受到火灾中高温有毒烟气和火焰的威胁，人们会感受到不同程度的恐慌，产生尽快离开危险场所、到达安全避难地的迫切需求。为了达到这个目标，人们往往采取就近、障碍度最小等决策优化原则，在应急疏散诱导系统的指示下，或沿着多数人采用的逃生路线，或本能地沿着日常比较熟悉的路线向远离起火点的安全区域疏散。其中，恐慌行为、从众行为往往会对行为人本身及所处群体的疏散造成不利的影响。
火灾中火焰的高温及强烈热辐射、刺激性烟气等会对火场中的受困人员造成强烈的思想压力，并进一步导致恐慌情绪的产生。火灾等突发事件环境中的恐慌，是指受困群体或个人出现的无意识的、失去理智的、一种不合理的非理性行为状态，如跳楼、声嘶力竭地乱窜或者拥挤在出口等（Johnson，1988；Sime，1980）。恐慌具有传染性，恐慌一开始只是个别人的非理性行为，随后迅速蔓延，波及众人。在恐慌情绪的影响下，没有秩序的混乱和非理性逃生会造成严重的人员伤亡。Bryan（1977，1976）通过对Asundel Park办公楼火灾的访问调查发现，由于火灾中的烟、火及照明系统失灵，人员拥挤在出口处，纷纷地跳窗逃生，造成了11人死亡、250人受伤的惨剧。美国消防协会（National Fire Protection Association，NFPA）根据对630位受灾者的访问和对1117份调查表的分析，认为火灾中引起恐慌的诸多因素包括报警不及时、超员、出口拥挤、缺乏有效的疏散引导等（Keating，1982）。除上述环境因素外，心理因素、对受困环境状态信息不了解、缺乏应急培训和有效疏导等，也是造成恐慌行为的主要原因（Bryan，2002；Proulx et al.，1991）。通过对比佛利山庄晚餐俱乐部火灾、国王十字火车站等火灾案例及希尔斯伯勒群集踩踏事故案例的研究，Sime（1999）指出，由于火灾的突发性、建筑物超员、疏导不利、报警不及时等，恐慌无疑是在火灾条件下时有出现的一种行为，逃生的人群拥挤在出口处，争相逃命，互相踩踏，对人员生命安全造成更严重的威胁。因此，完善的应急疏散策略必须有关于恐慌行为的对策，通过合理的疏散通道设计、智能化的疏散诱导系统，合理地疏导人流，安抚人员的恐慌情绪，可最大程度地减少人员伤亡。
从众行为是指行为个体抛开原有的正常行为，对群体或他人行为的消极认同和盲目追寻，从众行为在火灾中会导致群聚体的形成。Bryan（1985）通过对高层建筑火灾的研究，发现了避难群聚体的存在。Kelley等（1965）在充满烟气的室内进行了群聚体的行为测试，试验结果表明：当每次单独安排一个被试者时，有75%的人在特定的烟气环境中只能忍耐4分钟。如果每次安排两个不相识的被试者在一起，则有90%的人会一直留在原地，共同克服烟气的侵扰。因此，群聚现象可以在一定条件下、一定程度上起到减少恐慌行为、增强信心的作用，尤其是当群聚体中的领导者是公共建筑的管理人员或消防人员时，他们带来的权威感和稳定情绪，无疑会增加个体对领导的敬重感、信赖感和亲切感，从而达到增强群聚体凝聚力和有序开展疏散的可能性（Johnson et al.，1994；Johnston et al.，1989）。但是，如果包括群聚体领导者在内的受困人员没有得到有效的疏散诱导，从众行为会造成人们在日常熟悉的疏散通道上长时间、高密度地聚集和滞留，在疏散路径的瓶颈区域常常会发生人流的骚乱，导致群集踩踏事故的发生。
1.2.2 人员应急疏散行为过程
建筑物火灾中人员的应急疏散行为过程概括为两个主要阶段，即疏散行动开始前的决策反应阶段和疏散行动开始后的人员疏散流动阶段。
发现火警后，建筑物内滞留的待疏散人员在疏散行动开始前的决策行为反应对于整个人员应急疏散行为过程的影响非常重要（Proulx et al.，1997；Brennan，1997；Saunders，1997；Sime，1986）。疏散行动开始后，人员疏散流动过程主要受到建筑物火灾烟气发展态势、建筑物结构、疏散通道可利用程度、疏散诱导和指挥、人流密度、人员生理及心理状态等因素的影响。对1993年世贸中心爆炸事件之后的调查表明（Fahy et al.，1997），110层的超高层建筑物中，全部人员完成安全疏散需要的时间（required safe egress time，RSET）为1～3h，其中人们做出疏散决策的时间占总完成疏散时间的2/3以上。疏散行动开始时间与整个疏散行动可利用的安全疏散时间（available safe egress time，ASET）的关系如图1.1所示，安全疏散目标：ASET＞RSET，RSET=NT+DT+FT。
可以将影响人员应急疏散行为过程的因素归纳为三个互相作用的变量，即目标变量、约束变量和运动变量。目标变量，即疏散过程中当前的疏散行动目标和最终安全目标。约束变量，即对应急疏散行为的约束或障碍，包括疏散人员彼此之间的相互影响和制约，烟气或火焰等周围环境热物理状态对疏散行动的制约，疏散空间建筑结构或空间障碍物对疏散人员疏散行动的阻碍作用等。运动变量，即疏散行动人员疏散的运动速度、疏散通道的流动能力等。在这三个变量的相互作用下，人员应急疏散行为过程遵循下述三个方面的规则。
（1）目标规则。疏散人员可以根据事故状态的变化，克服疏散行动过程中所遇到的各种障碍性约束，即时调整自己的行动目标，不断尝试并努力保持最优的疏散运动方式，向既定的安全目标移动。
（2）约束规则。疏散人员将不断调整自己的行为决策，以受到的约束和障碍度最小为原则，争取在最短的时间内完成当前的安全目标。
（3）运动规则。疏散人员会根据疏散过程中所接受和反馈的各种信息，不断调整自己的疏散行动目标和疏散运动方式，以最快的疏散速度，力争在最短的时间内，以受到的障碍程度最小为疏散行动原则向最终的疏散目标疏散。
其中，人的生理及心理特点、火灾安全的教育背景和经验、当时的工作状态等行为特点因素，对疏散行动开始前的决策过程，尤其是目标规则和约束规则起着非常重要的制约作用。建筑物发生火灾时，人流密度是影响人员应急疏散行为和疏散流动中运动规则的一个至关重要的因素。根据疏散人流密度，人员疏散流动状态可概括为两种：离散状态和连续状态。
（1）离散状态，即疏散人流密度较小，个人行为特点占主导作用的流动状态，人与人之间的互相约束和互相影响较小，疏散人员可以根据自己的状态和火灾物理状态，主动地对自己的疏散行动路线、行动速度和目标等进行调整，人员疏散行动呈现很大的随机性和主动性。离散状态常常在整个建筑物疏散行动的初始阶段和最后阶段占主导地位。并且，将对RSET起到一定的制约作用。
（2）连续状态，即约束规则占主导作用的流动状态。因为人流密度较大，人与人之间的间距非常小，疏散人员呈现群集的特征。除个别比较有影响力和权威的人士之外，个人的行为特征对整个人员流动状态的影响可以忽略不计，整个疏散行动呈现连续流动状态，群集人员连续不断地向目标出口移动。
若将向目标出口方向连续行进的群集称作群集流，如图1.3所示，在群集流中取疏散通道截面出现瓶颈的断面（2-2断面）作为基准面，则向该基准面流入的
群集称为集结群集，单位时间集结群集人流中的总人数称为集结流量F1，自该基准面流出的群集称为流出群集，单位时间流出群集人流中的总人数可称为流出流量F2。当集结流量F1与流出流量F2相等时，称为定常流，此时流动稳定，不会出现混乱；当集结群集人数大于流出群集人数时，将有一部分人员在基准面处滞留，在该点处滞留的人群称为滞留群集。
一般地，滞留群集出现在人流速度突然下降的空间断面收缩处或转向突变处，如出口、楼梯口等处。如果滞留持续时间较长，滞留人员可能会因为争相找路而出现混乱。在空间断面收缩处，除了正面的人流外，往往有许多人从两侧挤入，阻碍正面流动，使群集密度进一步增加，形成拱形的人群，谁也无法通过。滞留群集和成拱现象造成人流速度和出口流动能力下降，人员从建筑物空间完成安全疏散所需的行动时间产生迟滞，最终导致群集伤害事故的发生。
近年来，围绕人员应急疏散行为决策、疏散流动过程中离散状态人员应急疏散行为的随机性和优化，以及连续疏散流动过程中的群集滞流等现象，国内外学者进行了大量的理论研究和试验模拟，并进一步延伸到建筑物性能化防火设计及大规模应急疏散预案与策略的制定等。
1.2.3 人员应急疏散行为影响因素
人的行为反应是一个认知和决策的过程，通过认知过程，人们首先了解周围环境状态的演变
