基于火灾监控视频的人员疏散行为统计分析

2013-12-09吴秀敏蹇兆刚唐志伟

火灾科学 2013年1期

吴秀敏，蹇兆刚，唐志伟，张辉

（1．福建省福州市闽侯县公安消防大队，福州，350100；2．清华大学公共安全研究院，北京，100084）

0 引言

火灾中人员的疏散行为将同时受到物理、生理、及心理等方面的影响。在物理方面，人员的行为将受到室内空间构造、障碍物、疏散路径宽度等建筑结构限制，同时火灾现场燃烧状态、热辐射以及能见度等也将对人员的行为产生影响。在生理方面，人员的行为将受限于自身的生理特征，如身高、行动速度、反应能力等外部体征，以及对于高温、有毒烟气的耐受程度等耐受性体征。在心理方面，人员会受到性别、性格、经历、文化及社会关系等产生的心理影响，以及人群恐慌、火焰、刺激性气味等产生的心理影响。

目前国内外众多的学者致力于开展火灾中人员行为的研究。STEPS［1］、EXODUS［2］、SIMULEX［3］、ORSET［4］等分别从不同的角度研究火灾中人员的行为，尤其是ORSET 详细分析了火灾中人的行为及其变化。科罗拉多大学及Galea等人曾对纽约世贸中心911火灾过程中的人员疏散行为进行了深入研究［5，6］。在国内，中国科学技术大学火灾科学实验室宋卫国、陈涛、于彦飞等人致力于开展紧急情况下（如火灾等）的人员疏散行为的模拟及疏散模型的研究开发［7－15］，在消防性能化评估中得到广泛应用；翁文国等人提出了一种基于运动模式和元胞自动机的人员疏散模型，考虑了火灾环境对人员的疏散行为的影响［16］；华中理工大学的黄恒栋深入研究了火灾中人群的疏散流动和聚集特性［17］；东北大学的阎卫东、西安建筑科技大学的张树平等人主要展开火灾中人员行为的问卷调查，分析影响因素［18，19］。利用火灾视频对比分析人员疏散的研究还比较缺乏。本文以我国南方某省一酒吧特别重大火灾事故的现场监控视频作为统计和研究对象，分析真实火灾情况下人员疏散心理行为的特点及规律，为优化和改进建筑消防疏散设计提供重要的依据。

1 视频信息分析

2009年1月31日深夜，我国南方某省一酒吧因室内燃放烟花引燃天花板上的吸音海绵装饰材料引发特大火灾，造成15人死亡，22人受伤［20］。灾后，勘察人员发现该酒吧内部的3处监控视频完整记录了火灾发生时起火点附近人员应激反应的全过程。这三处监控探头分别位于酒吧一层大厅东南角（探头编号Camera No．1），一层大厅中部（探头编号Camera No．3），东侧正门外（探头编号Camera No．8）。

1.1 火灾视频时段的确定

经火灾事故调查组认定，火灾的起火时间为北京时间1月31日23时56分00秒，但由于火灾现场监控系统的运行时间比北京时间慢1分25秒，起火时监控视频中对应显示的时间为1月31日23时54分35秒。为研究方便，本文用于分析的视频资料就从监控系统指示的起火时间（即1月31日23时54分35秒）开始截取，至监控视频被火灾烟气覆盖失去作用为止。

1.2 火灾视频分析样本的确定

起火部位附近的人群通常是最先接受到火灾信息，或接受火灾信息最多的人员，以这部分人群作为统计分析的样本具有广泛的代表性。根据火灾事故调查组的认定，该起火灾的起火部位位于酒吧东侧大门附近前10桌上方顶棚处。

火灾现场能覆盖起火部位的监控探头一共有两个，探头编号分别为Camera No．1、Camera No．3。其中，位于一层大厅东南角的监控探头Camera No．1的摄录范围为东侧出入口前门斗至临时搭建的7号桌，视频探头安装高度2．8m，该视频探头失效时间为火灾发生后73s，如图1；位于一层大厅中部的监控探头Camera No．3 的摄录范围为临时搭建的5号～10号桌，视频探头安装在酒吧吧台上方，该视频探头失效时间为火灾发生后77s，如图2。

图1 酒吧Camera No．1摄录范围Fig．1 Covered range of Camera 1in the club

而位于东侧正门外的监控探头Camera No．8记录了火灾发生后人员从东侧主出入口疏散到安全区域的的情况，该视频探头失效时间为火灾发生后81s，如图3。

图2 酒吧Camera No．3摄录范围Fig．2 Covered range of Camera 3in the club

图3 酒吧Camera No．8摄录范围Fig．3 Covered range of Camera 8in the club

火灾现场调查资料显示［21］，火灾发生当晚，酒吧的现场人员约100人，且消费者主要集中在一层，一层大厅的座位基本满员，而二层夹层仅有不到20人。本文选取监控探头Camera No．1 与Camera No．3所记录到的起火前在起火部位附近相对稳定活动的26人作为统计分析的样本，其中男性19人，女性7人，男女比例约为：73∶27。样本人员初始位置如图4。

2 起火时样本人群应激行为信息甄别

根据监控系统的视频资料，通过逐帧分辨，逐一记录样本人群中各行为人在火灾发生时及发生后一段时间内的具体活动情况。例如：

（1）记录编号：3

性别：女

外貌特征：短长发，浅色连衣裙，着长靴

分别在三个监控探头摄录范围内出现的时间段：

图4 样本人员（26人）初始位置Fig．4 Initial locations of the sampled people（26persons）

Camera No．1：54′00″－55′32″

Camera No．3：54′09″－55′26″

Camera No．8：55′37″－55′50″

行为描述：第一个发现着火（54′49″），向周围人群指示着火点（54′57″），第二次指示附近一穿西装眼镜男性（7号男性）指示着火点（55′01″－55′07″），观望至酒吧管理人员（23号男性）催促（55′17″）后才决定撤离，离开时取东西（55′18″－55′19″），返回取手机（55′22″－55′25″），并回头检查是否有遗漏（55′28″），随后离开（55′29″）。

（2）记录编号：6

性别：男

外貌特征：浅色背心，牛仔裤，手臂上有大块刺青

分别在三个监控探头摄录范围内出现的时间段：

Camera No．1：54′00″－55′38″

Camera No．3：54′00″－55′36″

Camera No．8：55′46″－55′51″

行为描述：着火时正切蛋糕，未注意到酒吧管理人员（23号男性）提醒，55′19″发现着火，经管理员二次提醒（55′26″）后决定离开，离开时让女伴（5号女性）先走，自己拿服装（55′29″），随后排队撤离。

（3）记录编号：23

性别：男

外貌特征：酒吧管理人员，黑色t恤，浅色长裤

分别在三个监控探头摄录范围内出现的时间段：

Camera No．1：55′15″－55′18″，55′31″－55′38″

Camera No．3：55′15″－55′18″，55′31″－55′38″

Camera No．8：未发现

行为描述：发现起火并迅速招呼大家离开（55′15″）要求酒吧服务员（24号男性）拿灭火器，驱散围观人群（55′28″），再次驱散人群（55′31″），观察灭火器使用效果（55′35″），发现灭火效果不好且屋顶开始掉落燃烧残渣，于是迅速撤离（55′38″）。

3 样本人群疏散行为统计分析

3.1 样本人群疏散行为统计指标

在对火灾时样本人群活动信息甄别的基础上，将样本人群按照时间、人员反应、外界刺激等三个因素进行划分，以方便对人群整体活动情况进行定性的描述。

3．1．1 时间指标

以第一个发现着火的3号女性发现着火的时刻54′48″为起点，以最后一位确认安全疏散的人员22号男性安全撤离的时刻55′51″为终点，共计64s。并将这一时间区段以3″为一个区间进行划分，共形成21个统计时间节点。

3．1．2 人员反应指标

根据人员在火灾发生过程中的反应过程，将人员反应指标分为5种，分别是：

（1）发现着火：发现着火是人员对于周围环境发生变化的一种确认信号，该人员反应类别既包括直接目击现场着火（3号女性，54′48″），也包括听说着火（21号男性，55′09″）、被告知着火（26号男性，55′01″）及观察到周边情况发生变化（13 号女性，54′58″）。该反应类型是人员反应链中的起点。

（2）观望：观望是人员对于周围环境变化的一种持续性信息搜集，该人员反应类别包括观察火势蔓延情况（18 号男性，54′22″），观察周围群众反应（7号男性，55′16″）、和同伴商量对策（26号男性，55′14″）及对事件发展表示出好奇的状态（10 号男性，55′25″）。该反应类型是人员反应链中的第一过程区间。在该过程中人员未察觉到火灾对自身的危险。

（3）撤离准备：撤离准备是指现场人员意识到火灾对自身的威胁，从而开始准备撤离的过程，该人员反应类别不包括撤离行为，而特指在撤离行为发生前的人员准备工作，包括下决心离开、下决心离开时的特征性动作（喝掉桌上的残酒，14号男性，55′16″）以及离开时收拾个人物品（3号女性，55′18″－55′19″）等。该反应类型是人员反应链中的第二过程区间。在该过程中人员察觉到火灾对自身的危险，但未开始向安全方向疏散。

（4）撤离：指现场人员意识到火灾对自身的威胁，向安全方向疏散的过程。该反应过程是人员反应链的终点，也是人员疏散行为的开始。

（5）安全：指现场人员疏散到安全区域的状态，是人员疏散行为的终点。人员到达安全区域后，虽然个体已经安全，但往往会在安全区域逗留，形成拥堵，从而影响后续人流的疏散。因此，对于安全区域人群的二次疏散仍然是值得重视的问题。

3．1．3 外界刺激指标

外界刺激是加速或减缓火灾中人员做出疏散行为反应的重要外在因素，在火灾视频样本中，采集到了3个影响样本人群的重要外界刺激事件。

（1）3号女性指示着火点：3号女性在发现顶棚着火之后，通过语言及动作（伸手指向着火点）向周围人群指示着火点（54′57″），随后第二次拉扯提醒西装眼镜男（7号男性）屋顶着火，并向其指示着火点（55′01″－55′07″）。该行为动作幅度较大，影响范围较广，使得周围人群发现现场情况有变化，从而意识到发生火灾。

（2）酒吧管理员提醒：酒吧管理员（23号男性）发现现场发生火灾后，于55′15″大声招呼大家离开，并于55′28″、55′31″两次次驱散人群。由于其作为酒吧管理者的权威性，促使周围围观人群意识火灾的威胁，进而准备撤离。

（3）灭火：酒吧管理员（23号男性）于55′15″要求酒吧伙计（24号男性）拿灭火器灭火，但灭火器喷射（55′30″－55′33″）后效果不佳，仅喷出大量烟雾，无法控制火势，火势开始蔓延，同时顶棚向下掉落余火和燃烧残余物。该行为引发了部分人员的好奇心来观察灭火过程，但灭火器所喷出的大量粉尘药剂也驱赶了部分围观人员。

3.2 样本人群疏散心理行为还原

在对样本人群在火灾中的疏散行为进行有效统计的基础上，将样本人群疏散时的心理状态依时间顺序（21个统计时间节点）进行还原，为火灾中人员疏散行为的讨论分析提供客观依据。图5就是各时刻样本人员所处火场位置与其当时疏散心理行为对应图（由于篇幅限制仅截取有代表性的10个时间节点）。用标有序号的圆点代表样本人群的个体，并用不同的颜色来区分样本人群个体在相应时间点上的疏散心理状态。其中白色圆点代表疏散的初始状态，即人员未察觉到危险或人员撤离到安全区域，心理状态为安全；灰色圆点代表疏散预警状态，即人员察觉到危险，并进入危机决策的状态，人员反应主要表现为发现着火和观望；黑色圆点代表疏散执行状态，即人员察觉到危险，开始执行疏散动作的状态，人员反应主要表现为撤离准备及撤离执行。

3.3 人员疏散行为统计分析

3．3．1 外界刺激对人员疏散行为的影响

将同一时刻不同心理状态的样本人数经统计整理，可以在时间轴上绘制出随时间推移的人员疏散心理行为折线图，其中横轴表示时间截点，纵轴表示人数。如图6所示：

其中，粗线代表随时间推移处于疏散执行心理状态的人数变化曲线；虚线代表随时间推移处于疏散预警心理状态的人数变化曲线；细线代表随时间推移处于疏散起始心理状态的人数变化曲线。对于人员疏散行为分析而言，粗线和虚线更具有现实意义。

从图6 中可以发现，随时间的推移，虚线在55′03″－55′06″时段内出现了明显的陡增趋势，对应的是第一个发现着火的女性（3 号女性）向身边的7号男性指示顶棚着火的事件。而粗线分别在55′15″－55′18″时段和55′27″－55′30″时段内出现了两次明显的陡增趋势，对应的是酒吧管理人员（23 号男性）两次大声呼喊警示火警的事件。

分析发现，3号女性向身边的人员指示顶棚着火，并引起了周围人员的注意，使他们在视觉上接收到了火灾信息对他们的刺激，但并没有使他们直接进入疏散执行状态，而不约而同的采取了观望的行为。当酒吧管理人员（23号男性）两次大声呼喊警示火情时，样本人群中的绝大部分人员迅速采取了疏散撤离的行为，这种听觉上对样本人群的刺激在启动疏散的过程中取得了显著的效果。而触觉刺激对于整个样本人群的疏散而言，多发生在疏散过程的后期，对于样本个体而言，甚至产生了一些负反馈，如受到疏散人群的推挤而产生反抗，迟滞了疏散的进程，或是受到掉落的燃烧物和烟气的影响慌不择路，阻碍了疏散的有序进行。因此，三类外界刺激在对样本人群疏散行为的影响中，有效刺激作用最强的是听觉刺激，其次是视觉刺激，较弱的是触觉刺激。

图5 火灾现场样本人员疏散心理行为对应图Fig．5 Corresponding figure on human behavior during evacuation of the sampled people

图6 火灾现场样本人员疏散心理行为折线图Fig．6 Plot of human behavior during evacuation of the sampled people

3．3．2 人员疏散路径的选择

从3．2节对样本人群疏散心理的对应图中可以发现，在人员疏散的行动过程中，样本疏散人群在疏散响应、疏散程序和疏散路径表现出了路径依赖，所有样本个体都是从酒吧东侧的主出入口疏散到室外安全区域，其中10、21号样本个体即使已经很接近位于酒吧西南角处的安全出口，但仍然按照思维定势绕回了酒吧东侧的主出入口疏散到室外。因为消费人员都是从酒吧东侧的主出入口进入酒吧的，人员在疏散过程中往往沿着自己熟悉的路径返回，对于其他路径则不敢尝试。

3．3．3 人员疏散过程中的羊群效应

在疏散过程中，样本人群还表现出明显的羊群效应特征。表现为：虽然样本个体发现火灾的时间点并不一致，但是从观望到疏散行为的转换，却极为统一，表现出明显的从众心理。在酒吧发生火灾初期，大部分人员都处于观望状态，即使是感觉到火灾威胁的人员，也不愿意独自撤离；但是当酒吧管理员要求现场人员迅速离开撤离时（时间大约在55′15″和55′28″），现场人员就纷纷撤离，即使其并未感觉到火灾的威胁。由此可见，人员疏散过程中，一个经过安全培训教育的人员可以充分发挥羊群效应的正面作用，当好“领头羊”，积极引导人员疏散。

4 结论

（1）火灾中人员的疏散行为受到众多外界刺激的干扰，在本文中，将同一时刻不同心理状态的样本人数经统计，处于疏散执行心理状态的人数变化曲线分别在55′15″～55′18″时段和55′27″～55′30″时段内出现了两次明显的陡增趋势，与人员受到的两次听觉刺激相对应。因此，在建筑消防疏散设计中突出听觉上的火灾示警及疏散指令的传达，对于火灾疏散的有效开展具有十分积极的作用。

（2）疏散执行中样本人群在疏散响应、疏散程序和疏散路径上表现出了显著的路径依赖特征，所有样本个体都是从酒吧东侧的主出入口疏散到室外安全区域。因此优化主出入口的疏散设计，加大其余各安全出口的指引，将会有效增加疏散成功的概率。

（3）疏散过程中样本人群表现出了典型的羊群效应，即从众心理。要充分利用好羊群效应的作用，就要强化场所相关使用人员的消防安全教育培训，使其在火灾发生时，能组织、引导临时在场人员的安全疏散。

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