城市避震疏散交通系统及评价方法体系研究

桑晓磊

城市避震疏散规划是一项牵涉面广、关系复杂的专项防灾规划，以往在对避震疏散的问题上，更多的是将避震疏散空间和避震疏散通道看作两个独立的部分进行研究，很少将二者综合起来分析其相互之间的关系。本文对城市避震疏散可能产生的疏散交通，以及与其紧密相关的空间系统和通道系统等进行研究和分析，从中找出避震疏散不同于其他防灾疏散的特点，理清避震疏散交通、避震疏散空间和避震疏散通道等各系统之间的紧密关系，并通过评价方法体系的尝试性建构，寻找城市规划过程中在城市避震疏散环节上应该关注的重要问题，为认识和解决避震疏散的各项问题做进一步的理论探索。

1 避震疏散理论回顾

Steven Deban等对1994年诺斯里奇（Northridge）地震进行了总结，第一次从交通系统运行与管理的角度研究总结灾变城市交通系统管理问题。伦敦大学何友锋博士等人（2006）在第24届系统动态社会国际会议上发表了对城市避震防灾保护系统的动态模型的研究，他们认为城市避震防灾保护系统可以分为7个子系统，包括了人口系统、产业系统、交通系统、公建系统、住房系统、生命维持系统和环境保护系统。中国的蒋维、金磊等人（1992）全面论述城市灾害概念、评价方法、指标体系、技术管理对策，首次提出综合减灾、灾害系统论，减灾模型等概念及评估方法。作者还对地震灾害进行了深入的研究，分析了地震的发生对城市各个方面带来影响，以及各个方面的应对反应和措施[1]。台湾的蔡卓芬（2001）将避震疏散的时序分成3个阶段：分别是发震和灾民自救的第一避难阶段、灾区自行紧急救援和外援进驻全面救援的第二阶段，以及恢复和重建的第三阶段，并在此基础上分析了地震灾后不同阶段城市和居民的行为活动以及对应的防灾空间系统[2]（表1）。

表1 避震疏散时序及防救空间的优先次序表

图1 避震疏散交通系统示意图

2 城市避震疏散系统

“在地震灾害爆发的时候，道路和铁路可以作为运输紧急救援和物资的紧急通道，而开放的空间可以为幸存者提供临时避难或者庇护的服务[3]”。城市避震疏散交通是包括紧急避震疏散、转移避震疏散、救援疏散等在内的多层次交通，与以避震疏散场所为主的空间系统、以疏散（救援）通道为主的通道系统等很多系统之间有着非常紧密的联系。可以说城市避震疏散的实施效果是受到空间系统和通道系统制约的，要想在地震发生的紧急情况下实现较好的疏散，即形成快速、高效的疏散交通，靠的是空间系统和通道系统的有效支撑（图1）。

2.1 避震疏散的交通类型

根据地震发生期间交通产生行为人的不同以及时间和空间的区别，可以将避震疏散交通划分为紧急疏散交通、转移疏散交通和救援交通。

（1）紧急疏散交通：紧急疏散交通主要发生在城市社区局部层面，这类交通以步行为主，主要集中在地震发生后的10min以内。对城市支路、社区级道路等城市微观道路系统产生瞬间巨大交通压力。由于紧急疏散的时间紧迫，其交通特点表现为产生瞬间人流高峰，且流量很大，但持续时间短。另外由于紧急逃生的自发性特点，交通组织性差，秩序比较混乱。

（2）转移疏散交通：转移疏散交通发生在城市整体层面，这类交通以步行为主，机动交通为辅，时间主要集中在地震过后的1—24h（不包括地震过后的安置转移）。主要给城市主干路和次干路等城市宏观道路系统带来交通压力。其交通特点表现为流量比较平稳，持续时间较长。另外转移疏散多为有组织的交通行为，秩序较好。

（3）救援交通：救援交通除了地震发生初期群众的自救和互救行为所产生的交通之外，多为有组织的交通行为。根据主体的不同可以分为紧急营救交通和救援货运交通。

2.2 避震疏散的空间系统

避震疏散的空间系统主要是指地震发生期间能够为城市避难群众提供安全庇护和临时生活的避震疏散场所。按照所发挥的作用不同可以分为紧急避震疏散场所、长期避震疏散场所和中心避震疏散场所等(《城市抗震防灾规划标准（GB50413-2007）》)。

（1）紧急避震疏散场所：供避震疏散人员临时或就近避震疏散的场所，也是避震疏散人员集合并转移到固定避震疏散场所的过渡性场所。通常可选择城市内的小公园、小花园、小广场、专业绿地、高层建筑中的避难层（间）等；

（2）长期避震疏散场所：又称固定避震疏散场地，是供避震疏散人员较长时间避震和进行集中性救援的场所。通常可选择面积较大、人员容置较多的公园、广场、体育场地／馆，大型人防工程、停车场、空地、绿化隔离带以及抗震能力强的公共设施、防灾据点等。

（3）中心避震疏散场所：规模较大、功能较全、起避难中心作用的固定避震疏散场所。场所内一般设抢险救灾部队营地、医疗抢救中心和重伤员转运中心等。

图2 疏散交通相关系统之间对应关系图

表2 避震疏散评价体系的总体构成

2.3 避震疏散的通道系统

避震疏散通道系统是指在地震发生期间，为避震疏散和转移的居民、营救队伍和车辆、救灾物资等提供疏散和救援通行服务的人行或车行通道，包括城市道路系统和震时能够开通的步行廊道和绿带等。根据地震过程承担疏散和救援职能的不同，可以划分为主要疏散通道、次要疏散通道和紧急疏散通道3个等级。

（1）主要疏散通道：疏散和救援的快速通道，主要担负整体城市层面的疏散和救援活动，包括灾民从紧急避震疏散场所到长期避震疏散场所的转移疏散交通、救援队伍和车辆组织和调配的救援交通以及伤员和救援物资的运输交通等，相当于城市道路系统中的主干道。

（2）次要疏散通道：配合主要疏散通道架构成完整的疏散和救援干道网络，主要为各避难场所之间相互联系及车辆运送物资往来于各防灾据点服务，相当于城市道路系统的次干道。

（3）紧急疏散通道：疏散和救援通道系统的毛细血管，主要担负着局部社区层面的疏散和救援活动，是居民从住所、办公场所等受灾场所向紧急疏散场所紧急疏散交通的重要通道，也是灾后消防和紧急救援的重要通道，相当于城市道路系统的支路和居住区级道路。

3 城市避震疏散交通相关系统之间的关系

（1）空间系统是疏散交通的据点

在日本和台湾，避震疏散场所被称为“防灾据点”[4]。顾名思义，避震疏散场所是地震过程中疏散和救援的根据地，既为受灾群众提供安全庇护和生活保障，又为营救提供人力和物力支援。紧急避震疏散场所是紧急避震的目的地、转移疏散的中转站，同时还是紧急救援的根据地；长期避震疏散场所是转移疏散乃至整个疏散的目的地、救援物资的储存点和供应基地。总之，避震疏散空间系统是受灾城市居民生存的“绿洲”，在避震疏散过程中的重要作用不容忽视。

（2）通道系统是疏散交通的命脉

避震疏散通道系统虽然有主次上的等级之分，但在疏散过程中的地位都很重要。紧急疏散的时候整个通道系统每个路段都要发挥紧急避震疏散的作用，特别是紧急疏散通道，它们就像身体里的“毛细血管”，影响着城市中每个角落里居民的生命安全；主要和次要疏散通道在转移疏散和救援疏散的过程中，地位更为突出，是疏散交通系统的“大动脉”。

（3）空间系统依托通道系统来支撑

没有通道系统的空间系统，势必成为“海中孤岛”，无法正常地发挥其安全庇护和生活保障的作用。要想充分发挥疏散空间系统的作用，必须注重空间系统与疏散系统的紧密配合，形成一个网络通畅、结点安全的整体性强、积极高效的疏散保障体系（图2）。

4 城市避震疏散交通评价方法体系的建构

由于避震疏散交通系统是个综合的系统，其在抗震救灾过程中疏散和救援作用的发挥，靠的是各组成部分之间的紧密配合，因此对避震疏散交通系统的评价，除了要对空间系统、通道系统等子系统的指标进行评价之外，还要看它们之间的联系和配合的情况，避震疏散交通系统评价体系的总体构成如表2中所示。

4.1 避震疏散空间系统的评价方法

对避难疏散空间的评价，主要通过服务覆盖率、服务重复率和服务质量3个指标来衡量[5]。前两者是看避震疏散场所空间布局的合理性，而对服务质量的评价重在避免产生过于拥挤的情况。

（1）服务覆盖率

服务覆盖率是避震疏散场所，基于通道网络的基础上，在一定距离（服务半径）内能够服务的区域占整个区域的面积比重，主要是用来衡量避震疏散场所的布点数量是否足够。如果布点不够、间距过大，就形成避震疏散场所服务不到的区域——“盲区”。

（2）服务重复率

避震疏散场所的布点也不是越多越好，太多了是对城市空间资源的浪费。服务重复率是指各避震疏散场所的服务区相互重叠的区域占总服务区的面积比重，从总体上衡量某一区域内紧急避震疏散场所的重复设置情况。通过对各重复区覆盖次数进行分析，可以更加直观地判断出紧急避震疏散场所布点过于密集的区域。

（3）服务质量

对避震疏散场所服务质量的评价，主要通过场所的饱和度来衡量，可以根据下边的公式求得：

在避震疏散场所能够提供的有效避难面积一定的情况下，服务质量是判断防灾疏散分区合理性的重要指标。同样，在疏散分区人口一定的情况下，服务质量也是调整避震疏散场所规模和数量的重要依据。人口可分昼间人口和夜间人口，以此考虑居住人口和就业（就学）人口对各级避震疏散场所规模的需求。

4.2 避震疏散通道系统的评价方法

对城市避震疏散通道系统的评价主要在于通道系统的抗灾性能，主要表现在通达性和可靠性两个方面，通道系统的通达性评价可以通过网络集成度的方法进行分析，而通道系统的可靠性则主要是看各个路段的有效疏散宽度、街道高宽比保障和在地震灾害中的易损程度。

表3 路段连接度与控制值的计算式表[8]

（1） 通道系统的通达性

本文借鉴了空间句法（Space Syntax）集成度的理论和分析方法，主要研究连接度和控制值[6]。为了与避震疏散交通的实际相结合，将城市GIS 数据系统中的道路中心线，转化为轴线来进行空间句法计算[7]，以路段（交叉口之间的道路）作为一个空间单元，比较其各自的连接度和控制度，分析每一路段在避震疏散过程中的重要程度，具体计算方法如表3所示。

连接度（connectivity）：表示与一个路段直接相连的路段数，在疏散通道系统中连接度值越多，则表示该路段对外连接的选择性越多，抗灾性能越好。

控制值（control value）：假设每个路段对外连接的权重都是1，则某路段i从相邻路段j分配到的权重为1/Cj （路段j的连接值）。那么与路段i直接相连的其他路段的连接值倒数之和，就是路段i从与之直接相连路段中分配到的权重，就是路段i的控制值，表示该路段对与之直接相连的路段的影响程度。在避震疏散通道上的实际意义，就是一个路段的通行情况对其周边路段的影响。路段的控制值越高，对其相连道路的影响就越大，在其周边区域内的重要性就越高。在实际中应考虑不同的道路等级的影响，因为不同道路在避震疏散中的作用是不一样的。快速路可能控制值不一定是最高的，但可能作为主要疏散通道。

（2）不包括桥梁路段的可靠性

对不包括桥梁路段可靠性的影响，主要来自两个方面，一方面是道路本身即路基在地震作用下的受损对路段通行能力造成的影响，另一方面则是道路两侧建筑物或者路上构筑物受震坍塌后造成的堵塞对路段通行能力带来的影响。避震疏散通道的有效宽度是考虑地震中通道两侧的建筑受灾倒塌时，通道的横断面部分受阻，但还有足够的宽度保证救援车辆、消防车辆以及疏散人群的通行。

避震疏散通道的有效宽度应符合下列关系式：

式中：N为疏散通道的有效宽度，W为道路红线宽度，H1、H2 为两侧建筑高度，S1、S2为两侧建筑退红线距离[9]。

考虑到不同等级的避震疏散通道在疏散交通和救援交通上所发挥的作用，对有效宽度的要求也有所不同。紧急疏散通道主要是城市紧急疏散和紧急救援的通道，以步行为主，因此紧急疏散通道的有效宽度不小于2.5m[10]即可；而主要疏散通道和次要疏散通道是城市避震疏散和抗震救灾的主要通道，除了满足大量疏散居民的步行需求之外，还要为消防车、救护车、救援机械车辆以及救灾物资等众多车辆预留通行宽度。因此次要疏散通道的有效宽度要不小于7m，人车混行的情况保障行人与车辆同时通行的需要。而主要疏散通道的要求更高，有效宽度不小于15m，即在保障行人通行的基础上，满足车辆双向通行的要求。

（3）包括桥梁路段的可靠性

包括桥梁的路段实际上是桥梁单元和路段单元的串联，因此地震对包括桥梁路段可靠性的影响，应分为对桥梁单元的影响和对路段单元的影响。在评价包括桥梁路段的可靠性时，不同于无桥梁路段直接采用路段单元的通行概率（P=P2），而是将桥梁单元的通行概率和路段单元的通行概率相叠合（P=P1×P2）。本文暂不牵涉到工程结构、地震发生几率和加速度的空间差异，只是将有无桥梁作为影响路段通行的一个因素参与分析（图3）。

图3 路段通行概率影响因素图

图4 疏散空间与疏散通道吻合情况示意图

4.3 空间系统与通道系统联系的评价方法

衡量避震疏散场所与通道系统的联系情况，应该从疏散空间与疏散通道的相对位置、疏散空间周边的通道网络情况、疏散空间与疏散通道的吻合情况和疏散服务的薄弱度等几个方面来衡量。前两者侧重于对影响避震疏散场所服务范围的因素进行评价，后两者则侧重于利用量化手段对疏散空间与疏散通道相互配合的服务效果进行评价（图4）。

（1）空间关系评价

出入口评价：对避震疏散场所出入口的评价，主要是看其对外联系疏散通道的等级。避震疏散场所对外联系的疏散通道直接影响着进出避震疏散场所的交通方便程度。由于不同等级的疏散空间要求连接的疏散通道的最低等级不同，因此在进行出入口评价时，应该同级进行比较。

距离评价：无论是紧急避震疏散场所还是长期（固定）避震疏散场所，都不是孤立的“防灾据点”，它们必须与其他避震疏散场所以及指挥中心、医疗中心、物质储备中心等抗震救灾的重大基础设施保持着方便而紧密的联系。主要疏散通道是人员疏散、救援实施和物资输送的重要命脉，因此避震疏散场所与主要疏散通道的距离，直接关系着避震疏散场所与其他区域和设施的联系方便程度。

（2）场所周边的通道网络评价

疏散空间周边的通道网络是支撑其发挥避震疏散作用的重要骨架，是避震疏散场所对外联系，特别是与受灾地点之间联系的重要网络平台，直接影响着避震疏散场所所能服务到的范围。网络评价主要从疏散场所周边通道的平均连接度和通道网络密度两个方面来进行：平均连接度是评价避震疏散场所周边通道连通性好坏的重要指标，而通道网络密度是反映疏散空间周边通道疏密的重要指标。分析避震疏散场所周边的通道网络密度，有助于更加理性地分析通道网络对避震疏散场所服务范围的影响。

（3）疏散空间与疏散通道的吻合评价

避震疏散空间与疏散通道之间存在着非常紧密的联系，通道网络形式的不同、通道网络通达性的不同、疏散空间周边通道网络密度不同以及疏散空间与疏散通道的相对位置关系不同都会影响到避震疏散场所的服务结果——服务范围大小。本文为了更好地研究疏散空间与疏散通道之间的契合关系，引入吻合度（Anastomose value）的算法，通过量化的手段来分析和评价避震疏散空间与其周边疏散通道的联系情况，是对避震疏散场所在通道系统基础上覆盖服务的深化分析。

疏散空间与疏散通道的吻合度，是一个衡量网络中某一服务点与该网络配合情况的整体性指标，计算公式为：

式中r是指基于路网建立服务区的半径，Ar是指基于路网在半径为r的条件下形成服务区的面积，借助于GIS的网络分析功能（Network Analyst）可以完成。吻合度是一个0＜AN≤1的数值，吻合度越高，服务区的形状越饱满，越接近于圆形，说明疏散空间与疏散通道之间的契合性越好。

（4）避震疏散服务的薄弱度分析

基于通道网络形成的避震疏散场所的服务区是一个个的不规则形状，虽然形状的外边缘到避震疏散场所的网络距离是一样的——都等于服务半径，但是它们到避震疏散场所的空间距离却不同。空间距离大的部分，场所在这部分的交通可达性较好，能够服务到比较远的区域；空间距离小的部分，场所的交通可达性较差，其疏散服务只能到达距离其自身很近的地方，换言之，这部分是避震疏散场所服务的薄弱部分。

场所服务薄弱度（Weakness Value）的计算公式：

式中：W表示的是一个服务设施点的服务薄弱度，r表示基于网络生成服务区时使用的服务半径，li表示服务区边缘线上参与分析点到服务设施点的空间距离，n表示的是服务区边缘线上参与分析点的数量。

整个的服务薄弱度求得是全部参与分析点r/li的平均值，而且那些距离服务设施很近的点，对整体的服务薄弱度影响就很大。

避震疏散场所周边的通道网络是影响其服务能力的直接原因，分析避震疏散场所薄弱度的目的就在于寻找通道系统的不完整部分，为加强通道网络建设，提高避震疏散场所的服务能力，提供更加直观、更有说服力的依据。基于网络通过GIS工具生成的服务区图形、判断避震疏散场所的薄弱部分，是寻找疏散空间周边通道网络问题的有效手段。

5 结语

在认真分析避震疏散交通系统的基础上，分析避震疏散的交通类型以及疏散空间的组成和疏散通道的区别，对避震疏散规划和研究的方法进行了梳理和补充，并融合空间句法等其他理论方法，尝试性地建立一个相对较为完整的评价方法体系，包括了对避震疏散空间系统的空间布局和服务质量的评价、避震疏散交通系统通达性和可靠性的评价以及两者联系紧密程度的吻合度和服务薄弱度评价等。

通过对避震疏散交通体系内各项要素及相互联系的评价，旨在更好地发现城市在避震疏散的几个重要环节（包括疏散场所的空间布局、道路系统以及各系统相互衔接等）的问题和不足，为城市避震疏散交通系统的改善和提升寻求更加科学合理的依据。参考文献 References

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