地震时建筑中人员行为的研究

严铭姣，杨旸，陈杨

（1云南大学 城市建设与管理学院，云南昆明 650091；2河海大学 水利水电学院，江苏南京 210098）

0 引言

地震是一种危及国民生命安全的突发性自然灾害，其本身的特点是突发性强，破坏性大，地震预测这个科学难题目前在国内外仍处于探索阶段[1]。近年来，世界各地陆续不断发生的地震给国民经济和人们的生命安全带来了严重的威胁。据不完全统计，全球每年发生地震约500多万次，造成破坏的约有上千次，七级以上的大地震约有十余次。我国地处环太平洋和欧亚这两大地震带之间，受其影响，地震活动强度大，频度高，范围广，几乎各省均发生过强震。据记载，本世纪以来全球大陆发生过7级以上的强震我国约占35%。可见，我国是一个地震多发带国家。

造成地震中人员伤亡的主要原因是，地震发生时人员来不及疏散而导致。事实表明，了解地震时人员疏散行为规律、疏散时间以备制定出合理的紧急疏散预案是非常必要的，紧急的疏散预案可以极大地减少地震灾害所带来的经济损失和人员伤亡。

1 研究地震时建筑中人员行为规律的意义

不同的人在应对突发性的灾害时表现出来的行为有着很大的差异，年龄大小、性别、文化程度、健康状况、地震知识及经验等均是影响疏散的重要因素[2]。如：老年人和小孩无论是在感知地震所需的时间还是得知地震后逃生行动，都要比青年人差的多；此外，在突如其来的地震面前，大部分人的行为与正常情况下大相径庭，地震导致建筑物的晃动、结构、非结构构件的破坏等会让人们很快陷入恐慌，那些平时很容易注意到的疏散标志常常被忽略，紧急出口等利用率急剧下降，有的人甚至盲目出逃，以至于陷入困境。虽然人员在地震中的行为是复杂的，但仍可以结合灾后调查，了解人员疏散行为规律，利用统计学、行为学、心理学以及计算机仿真等方法加以研究[2]。

地震发生后，建筑内急于疏散逃生的人员会表现出一系列的行为过程，如图1所示。

图1 地震时人员对灾情的确认决策过程

在人的地震行为反应阶段，不同年龄、性别、文化程度、身体状况、有无地震经验、当时活动情况以及不同的获悉地震信息的途径等，会对地震做出不同的分析、评估、决策。因而地震行为反应是离散的、复杂的，研究人的地震行为反应一般采用灾后访问、问卷调查等方法。虽然有学者应用计算机对人的地震逃生行为进行仿真研究，但由于其影响因素复杂，参数离散，目前模拟研究仍基于很多假定，忽略因素较多，结果准确性仍不太理想[2]。

汶川特大地震以后，我国建筑抗震设计重新得到重视，抗震规范进行多处修改。然而，截止目前，对于建筑抗震设计必须的中国，人员的地震行为反应的基础数据依然几乎是空白，只能以国外专家的研究资料作为参照，其不合理性显而易见。因此迫切需要中国人对地震时建筑中人的行为反应进行深入的调查研究。研究突发事故的历史经验表明，事故发生和开始疏散时，尽管现场的人员自身千差万别，但其反应出的生理、心理状态以及逃生疏散行为却有一定的规律性。因此，根据地震发生时受灾人员所表现出来的行为特点及建筑物受力后产生的变化，研究人员疏散行为的规律，建立地震疏散中人的行为模型，有助于建筑物的设计者、拥有者、疏散计划者和其他人理解掌握地震时建筑中人的行为，对建筑物抗震设计和疏散体系的建立有重要的理论参考价值[3-4]。

2 地震时人员疏散行为规律

2.1 个体行为

突发情况下，人员会形成一定的规律性心理和行为特征。研究及现实情况表明，强烈地震给人们心理造成的恐慌程度和身体造成的物理冲击与其他灾害有所不同，如发生地震，人员经历短暂的认知过程，其心理立即受到外部环境的干扰，同时，产生的强烈的求生欲望，期待逃离建筑内部的焦虑心情与人员在地震情况下产生的恐惧、惊慌心理等因素对其疏散行为产生了交互式影响，放大了地震的破坏性。而火灾一般都是从建筑中的某一处开始，逐渐蔓延开来，有一定的时间过程，若有较好的报警和自动扑灭装置系统，建筑内人员的疏散将会相对容易。但强烈地震则具有不可预测的瞬时性。

如在汶川地震中，由于地震来临的突发性，人员在惊恐和慌乱中出现的跳楼等失去理智的行为。总体说来，人员心理在遭受剧烈刺激后，其认知能力和自我意识将受到严重影响，判断能力急剧下降，从而导致一系列异常行为。具体表现在以下几方面[5-8]：

（1）自期望速度比正常情况下快。

（2）人员密集场所中，人与人之间容易推挤，相互之间的作用力增大，甚至引起危险性的挤压或将墙体等推倒。

（3）在通过出口等瓶颈部位时，容易出现拱形分布或雪崩现象等，从而导致拥塞，人员出现等待时间，恐慌程度加剧，期望速度进一步增加，形成无效的流出量，这样等待时间再次增加，以至于引起强烈的挤压、跌倒甚至踩踏等悲剧的发生。

（4）拥挤的群体疏散时会产生“快即是慢”的现象，即疏散的人员越是努力的加快自身的速度，实际中可以移动的速度越慢。

（5）在恐慌、拥挤及周围环境变化的影响下，摔倒和受伤的人员会对疏散造成障碍，使得疏散速度变得更加缓慢。

（6）群体中的个体从众、朋友吸引力现象加剧，即盲目地模仿他人行为或跟随朋友移动方向。

（7）由于恐慌心理的影响，备用的出口或紧急疏散路线容易被忽略。

在地震尤其在强震作用下，不仅会使人们产生恐慌、发生跌倒踩踏、导致逃生受阻等现象，其更典型的特征是建筑物非结构构件、结构构件及其他设施也会相应遭到破坏，如隔墙、门窗等的损坏，家具、吊顶及悬挂物等的倾倒或掉落，电梯等交通设备的受阻，这些都将直接影响人员的疏散行为及疏散路线。此外，地震作用引起建筑物本身的晃动，还会在很大程度上加大疏散人员的恐慌程度、影响疏散移动的自期望速度等。

考虑地震作用的以上特殊性，在人群疏散问题的研究中需要在以往突发事件的基础上多考虑以下三个方面[9]。

（1）人员遭受强震后产生的恐慌心理对疏散行为的影响。众所周知，强震作用下人身体承受的物理力和心理的紧张程度与其他灾害作用下有所不同，如火灾发生时，对疏散造成威胁有一定的时间过程，即从建筑物中的某处开始，并逐渐蔓延开来，若有较好的报警和自动扑灭系统，建筑内人员将会较易的疏散或逃生，但地震则具有不可预测的瞬时性。

（2）地震作用下，建筑物与人员之间的相对速度的影响。地震力使得建筑物产生的晃动，这样建筑物与人员产生相对速度，会在很大程度上影响人员的移动速度或者也可以认为地震力对人员的疏散速度的影响。

（3）建筑物非结构构件及其他设施遭受地震破坏对人员逃生行为的影响。

如前所述，建筑物内部非结构构件及其他设施会在强震的作用下造成不同程度的破坏、倒塌、变形、移动等，这些将会成为人员逃生通道的障碍。

2.2 群体现象

由于地震这种突发性事故的发生，建筑中不同位置的人们同时向着出口方向逃生，人员不断地聚集，会产生以下几种现象[10]。

（1）自动渠化现象：即相反方向的行人会自动不断分离，而同方向的行人会不断聚集的现象，此现象可有效减少行人与对面来的行人之间的冲突，可以提高通道域内的利用率。

（2）流动条纹现象：即不同方向（小于180°的方向）行人交汇时形成的自组织现象，也可以说是不同方向的行人相互渗透的现象，此现象与自动渠化现象相似，但方向上存在不同，即自动渠化现象是发生行人流方向正好相反，而流动条纹现象则是行人以小于180O的角度交汇。

（3）瓶颈摆动现象：即不同组行人都要通过瓶颈（如：门、楼梯口等）部位而到达另一位置时形成的自组织现象，不同方向的行人流轮流通过瓶颈，而非一方走完另一方再走。

只有了解了人员在地震来临时的这些行为特征，才能制定出更为切实有效的紧急疏散预案，同时，通过对行人流的模拟，还可以给出对出入口和通道的一些改进措施，以减小疏散时人群间的相互作用力，提高疏散效率。

此外，地震时人员是否能够安全疏散的另一个决定因素是疏散时间和建筑破坏时间之间的关系。

3 安全疏散

3.1 安全疏散的时间条件

人员安全疏散指的是地震作用下建筑破坏之前，将建筑内部的所有人员安全地疏散到安全区域的行动[11]。这就需要进一步了解人的行为反应与地震发生时建筑物的破坏发展及逃生时间的关系，如图2所示。

图2 人的行为反应过程与地震时建筑中逃生条件的关系

建筑物遭遇地震作用后，其中的人员能否安全疏散主要取决于两个特征时间，一个是从地震发生导致建筑破坏到对人构成危险所需的时间，亦称可用安全疏散时间（Available Safety Egress Time，ASET）；另一个是从地震到来时刻起到人员疏散到安全区域的时间，或称所需安全疏散时间（Require Safety Egress Time， RSET）[12-13]。 由图2可以看出，假设从发生地震到室内人员意识到地震的反映时间为T1，疏散到达安全地带的时间为人员疏散运动时间T2，则所需安全疏散时间：RSET=T1+T2，那么，随着地震的发生，建筑内的状况不断发生变化，保证人员安全疏散的时间基本条件是：ASET>RSET=T1+T2。

3.2 安全疏散的建议

综上所述，对于建筑设计人员，在满足建筑结构抗震设计规范的基础上，还应该了解人员在地震等突发情况下的疏散行为规律，设计出更人性化、更便捷的疏散通道；此外，随着城市化的发展，建筑物高度越来越高，考虑地震的瞬时特征，建筑设计人员应该注重建筑每层的安全备用疏散区域的设计，减小所需安全疏散时间，保证安全疏散时间的基本条件，并在后期使用过程中做好指引工作，从而降低地震等紧急情况下由于不合理疏散造成的伤亡。

对于使用建筑的人员，普及地震知识、了解建筑物发生地震时结构、非结构构件等的变化规律是降低受害的必要条件。

4 结束语

突发情况下建筑物中人员疏散行为的研究是一个复杂的、综合性强的系统性课题，虽然近年来得到各界人士的关注，但国内还主要是针对火灾等消防情况下的研究，而针对地震作用的情况却并不成熟，本文只是通过调查归纳总结得出地震时人员疏散行为的一般规律以及安全疏散的时间条件，为地震疏散课题起到抛砖引玉的作用，后续还可以进一步采用现场调查、计算机仿真模拟及基于已知的数据，应用模型系统的观点对人员疏散的动态行为进行模拟，建立相应的数据库，同时应用数学等相关学科对人员行为规律进行具体量化，建立更接近现实的疏散模型，以满足建筑抗震性能化设计的要求。

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