人因习惯心理对安全疏散的影响研究

益　朋，李　华

(西安建筑科技大学 材料与矿资学院，陕西 西安710055)

0　引言

目前，人员密集场所紧急情况下的安全疏散已成为社会公共安全保障的重要组成部分。影响安全疏散的主要因素有建筑物自身结构，疏散人员的性别、年龄、知识水平、个人能力及心理因素等[1-3]。其中针对人员心理因素对安全疏散的影响问题，国内外学者已经做了较多研究，Helbing等[4]发现，人员具有从众心理，人们倾向于面朝人多的方向行动，进而导致某些适合的逃生出口未被利用；Sime[5]考虑火灾的发展过程以及人员对火灾的心理反应和行为特点，提出OREST概念模型；阎卫东等[6]采用多元线性回归分析和曲线估计方法，建立了人员心理因素影响下疏散时间模型；何理等[7]调查了地铁乘客特性，应用相关性分析得出年龄、职业、使用频率是影响疏散行为的显著因素；邬剑明等[8]调查了火灾中个体的心理状况特点，得出性别、年龄、现场状况和类似经历是影响个体心理的主要因素；陈伟珂等[9]通过调查问卷分析，指出在熟悉环境下遇到紧急情况安全疏散时，习惯心理将对人员的疏散行为产生较大影响。

由此可见，人员心理是影响安全疏散的一个重要因素，而当建筑内人员特性相对固定，对环境熟悉程度较高时，习惯心理对安全疏散的影响将会更加突出。然而，现有研究通常将人员心理作为一个整体项目来考虑，并未单独深入讨论习惯心理对安全疏散的具体影响，而且对于人员在熟悉环境中，哪些外在因素会导致习惯心理的产生，以及习惯心理对安全疏散的具体影响的研究还不多见。本文以某高校学生食堂为例，探讨人员在熟悉环境中习惯心理的影响因素，并通过模拟疏散软件分析人员在习惯心理影响前后进行安全疏散的差异，研究结果可为高校人员密集建筑的优化设计与大学生应急能力的安全心理教育提供帮助。

1　安全疏散时的人员心理及寻路特性

在安全疏散时，人员的行为是其心理的外在表现，而心理差异又与性别、年龄、环境熟悉程度、专业知识训练、个人习惯、个人经历、个人能力等多种因素有关，人员疏散时心理的变化会导致行动的盲从、惊慌、行动迟缓等，从而拖延疏散时间[10-12]。

如果人员对建筑和周边环境熟悉度高，性别比例和年龄都在相对固定区间内，那么当发生紧急状况进行安全疏散时，建筑结构[13]和个人习惯心理，将会成为影响疏散行为的主要因素，但人员的恐慌和从众心理可能会导致其对逃生路线的选择发生改变，甚至表现出跳楼等极端行为。李晓萌[14]以“出口偏向度”来定量描述人员对建筑内不同出口的熟悉程度的差异，以人员对不同出口的方向势的大小来反应其对出口的选择习惯，但并未考虑人员与各个出口的实际距离，当人员距离某出口较近时，他可能放弃原出口偏向而选择从更近的出口逃生；李意、王春雪等[15-16]提出了一种疏散状况下个体恐慌度的量化模型，在对不同个体因素、环境因素和心理因素调查的基础上，计算出人员的恐慌程度，但并没有深入研究恐慌程度与习惯行为、从众选择之间的关系；魏震[17]从心理学角度，对人员短距离寻路特性进行分析，提出人员在疏散时除了遵循最短距离原则，还应考虑线路的拥堵状况，理性的寻路选择应综合考虑最短距离和更为通畅的线路，如果人员有明显的由于恐慌引起的决策能力下降，出现从众行为时，线路拥堵状况因子引起的寻路决策将发生反转。

本文在总结以上学者的研究基础上，提出一种改进的综合考虑人员习惯心理、恐慌心理、从众行为影响下人员疏散时的路线选择模型。若以Ti表示疏散时第i个出口对个体的吸引力，其计算方法如式(1)所示：

(1)

式中：Pi表示个体对第i个出口的偏向势值；Pmax为一组划分方式中Pi的最大值；Di表示个体到第i个出口的距离，单位为m；Ni表示第i出口理论最大聚集人数的百分比；H表示个体的恐慌度量化值。

通过式(1)计算各个出口对个体的吸引力Ti，则吸引力Ti最大值所对应的出口即为个体在习惯、恐慌和从众心理共同影响下对疏散出口的最终选择。

表1出口选择偏向度划分
Table1Thedegreeofexit’sselectionbias

偏向度偏向势值Pi非常偏向0比较偏向1一般偏向2很少偏向3基本不偏向4完全不偏向5

影响因子exp[(1-Ni)·H]-1反应了个体恐慌情况下导致的从众行为产生的影响，即个体会向人员聚集更多的出口移动，恐慌程度越大，这种倾向越明显，而出口人员聚集程度越大，则更容易吸引从众行为的人员。其中Ni由建筑物内部结构和人员分布的初始情况决定，H可由式(2)计算得到。

(2)

式中：ri和βj分别为人员个体因素和环境因素的权重值；αi和bj分别为人员个体因素和环境因素的子因子所对应的恐慌程度分值；θi和θj分别为个体心理因素恐慌度量化调查表所得分值与该因素子因子平均分的比值。

2　习惯心理的影响因素

为了得到人员在熟悉环境中习惯心理的数据，本文以某高校学生食堂为例，调查人员习惯心理和行为的影响因素。该校学生食堂位置和各出口示意如图1所示。食堂位于校园西北角，地上3层，地下1层，南侧为通向教学楼的道路，东南侧为学生宿舍。食堂地下一层东侧有3个出口和1个楼梯口连接下沉广场，食堂一层南侧1个正门和1个楼梯口连接通往教学楼的道路，东南侧有1个出口连接通往人员宿舍的道路，东北侧有1出口连接通往学校北门(门未开通)的道路。

图1　食堂的位置和出口Fig.1　Location of the dining hall and its exits

问卷调查对象为本校安全工程专业4个年级共346人，收回有效调查问卷320份，总结问卷调查结果如下：

1)人员基本特性方面，接受问卷调查的人员男女比例约为1.5∶1，年龄段以17～26岁为主，人员身体状况均为良好。

2)认知水平方面，有92%的人员表示对建筑及周边环境比较熟悉，知道大部分安全出口的位置，有55%的人员认为自己具有一定的专业疏散知识，有72%的人员表示遇到紧急疏散情况时不会过度恐慌，但是绝大多数人没有实际经历。

3)习惯特性方面，所有人员都表示自己有习惯的出入口，最为习惯的出入口均位于食堂靠南的方位。有29%人员表示，遇到紧急疏散时依然会选择从习惯路线撤离。

人员基本特性调查相关数据如图2所示。

图2　人员基本特性Fig.2　Basic characteristicsof the investigator

为了更加深入的了解人员的习惯成因和紧急状况下的出口选择倾向性，后期又对食堂内就餐的100名人员进行了面对面访问，重点以个人习惯及习惯心理的影响因素调查、人员习惯出口偏向度的数据调查、人员心理因素恐慌度量化数据调查为主要内容，调查结果如下：

1)个人习惯和影响因素方面，位于食堂负一层和一层的同学都会选择从本层的出口离开；二层和三层的同学无特殊情况时，最终会从一层的出口离开；有30%左右的同学表示，从来不使用食堂东北侧的出口，此比例在楼层越高时还会进一步提升；所有同学都表示更习惯于从食堂面向南侧的一楼正门或楼梯口进出。导致个人习惯产生的主要原因，是由于食堂位于校园西北角，西侧和北侧无人员活动场所，而东北侧的道路由于学校北门不开通，也基本无人行走，同时，由于人员在食堂就餐后的目的地大多是宿舍或教学楼，因此不论是进入还是离开食堂，绝大部分人员都更加倾向于使用建筑物南侧的出入口。

2)对访谈人员假设需要紧急疏散情况，依照表1进行Pi偏向势的调查，统计各出口Pi值的选择人数，结果如表2所示。

表2　各出口偏向势选择人数统计　人

由表2可知，位于食堂一层南侧的1，2号出口Pi值普遍较低；而4号出口Pi值相对较高，3号出口对本来处于一层的人员有一定吸引力，但是对于从二层和三层通过中部楼梯下楼到一层的人员来说，在前往3号出口的途中会先达到更靠近2号出口的位置，所以3号出口对二层和三层的人员没有吸引力；负一层6，7，8号出口Pi值相近，5号出口由于位于4号出口下方，而又不和负一层内部联通，在实际疏散过程中负一层的人员无法到达5号出口，而其他楼层的人员会先经过4号出口，因此对人员完全无吸引力。

3)人员心理因素恐慌度调查方面，依据文献[16-17]设计的调查问卷计算个人恐慌度量化值，计算结果统计如表3所示。由表中数据可知，虽然在问卷调查中表示不会过度恐慌的人数较多，但是根据心理因素测试调查表得到的结果还是显示，只有50%人员的心理恐慌倾向处于极小和较小状态，可见在实际疏散过程中，还是需要考虑到恐慌心理以及其产生的从众行为的影响。

表3　恐慌程度量化区间人数统计Table 3　Data statistics of quantification of panic

3　习惯心理对安全疏散的影响

3.1　疏散模型的建立

为了研究习惯心理对疏散时间和出口利用情况的影响，选取Pathfinder软件进行模拟疏散分析，图3为在Pathfinder软件中所绘制的学生食堂平面图。根据食堂内实际就餐人流量情况，设置总人数为750人，男女比例为1.5∶1。人员年龄、身高、肩宽和速度设定为一个区间[18-19]，具体如表4所示。对于人员的习惯特性和恐慌、从众行为特性方面，依照表2和表3的统计结果，按相对比例为每层的人员随机设定出口偏向度Pi和恐慌度H。而每层内的人员聚集状态Ni，根据食堂内部结构、出口分布和座位分布进行设定，如表5所示。

图3　食堂各层平面示意Fig.3　The plan of each floor of thedining hall

表4　模拟疏散人员基本参数设置Table 4　Basic parameters of people in evacuation simulation

3.2　数据分析

由以上建立的疏散模型，分别进行常规情况和考虑式(1)影响下的习惯情况，共2种状态下的疏散模拟，对从人员开始行动计算的疏散总时间和各个出口的使用情况进行对比分析。模拟结果显示：不考虑人员习惯的情况下，疏散总时间为207.8 s；而在考虑人员习惯的情况下，疏散总时间为220.3 s，总时间延长了12.5 s，各个出口使用情况发生了较大的变化，模拟疏散数据统计如表6所示。根据表6数据，可初步分析如下：

表5　各层内人员聚集分布状态设定Table 5　Agglomeration situation of each exit

1)负一层各出口的使用情况变化

5号至8号出口疏散的总人数减少了17人，减少来自于原来通过内部楼梯和东北侧5号楼梯下楼的人员；而在疏散中期，由于无法看到负一楼的情况，位于其他出口排队的人员也不会选择改变路线下负一楼，这导致负一层7号出口的最后使用时间有较大差异。由此可见，在习惯心理的影响下，负一层和一层之间的人员流动变得更少，疏散过程中一层的人员更习惯从本层出口逃离，而二层和三层的人员并不愿意走内部楼梯下楼去探索新的无法明确看到的路线，这与之前的调查结果一致。另外，由于恐慌和从众心理的影响，由式(1)计算的结果中，负一层有20人改变了单纯由习惯因子所决定的最终出口，产生的从众行为导致7号出口使用总人数有所增加。

表6　各出口模拟疏散数据统计Table 6　Data statistics of each exits

2)一层各出口的使用情况变化

①一层的1号至4号出口在考虑由式(1)影响下的习惯心理前后，其使用时间、出口人流率和总疏散人数有较大的变化。

疏散时间方面，位于一层南侧和东南侧的1,2,3号出口，使用时间分别由191.0,42.7,33.2 s增加到220.3，151.0，74.2 s，而东北侧4号出口的使用时间由208.1 s降低到92.0 s。并且1号和2号出口的出口人流率无较大变化，但3号和4号出口的人流率明显降低，这是因为1、2号出口为人员的习惯出口，在考虑习惯心理影响时，选择它们的人员增加，导致使用时间增加，其中2号出口的使用时间增幅最为明显。

②疏散人数方面，1,2号出口的疏散人数由185人、85人分别增加到193人、288人；而3号和4号出口的疏散人数由33人、251人减少到13人、77人。由此可见，在习惯心理的影响下，二层和三层会有更多人员选择1号楼梯口下楼，或通过建筑中部的楼梯之后从一层的2号出口离开，导致1号楼梯口和2号出口人员增加，最终2号出口成为疏散人数最多的出口，而1号出口成为决定疏散总时间的关键出口；相应地，由于是非习惯出口，东北侧4号出口出现了明显的人员减少，同时3号出口由于对二层和三层的人员无吸引力，疏散人员也有所减少。

Pathfinder软件统计了每个出口在各个时刻的人流量，其在时间上为一离散数列，可以在软件内或通过其他数据分析软件将其进行低通滤波后转化为连续曲线，以便更加直观地显示各个出口的人流量随时间的变化的情况。图4为综合考虑习惯心理、恐慌和从众心理影响前后食堂一层的4个出口的人流率曲线，结合表6数据，可以进一步分析得到以下结论。

图4　建筑一层各出口在考虑习惯因素影响前后的人流率Fig.4　Flow Rate of each exit in floor 1 before and after considering the effects of habit factors

1)位于食堂南侧的2号正门和东北侧的4号楼梯口在考虑习惯心理影响前后变化最为明显，在考虑人员心理因素之后，2号正门承担了更多疏散二楼和三楼人员的任务，且由于门宽度为各出口中最大，拥有更高的瞬时人流率，在整个疏散过程中呈现出人流量最大，单位时间通过率最大，排队时间较短的状态，这对安全疏散是非常有利的；而4号楼梯口的使用人数则大大减少，起到的疏散效果也更低。2号出口成为主要疏散出口，而4号出口人流量减少，这与之前的调查中人员的习惯选择相一致。

2)不论是否考虑人员心理因素影响，1号楼梯口总是疏散二层和三层人员的主要出口，但由于宽度小，可提供的最大人流率较低，导致虽然疏散总人数不及2号出口，但排队时间较长，总使用时间最长，是决定疏散总时间的关键出口。1号比2号出口在疏散过程中多使用了69 s，且从人流开始进入时，就一直保持满负荷状态，疏散负担最重。若能增加1号出口的宽度，可以对此建筑的安全疏散效率产生更加有利的影响。

3)由于到达3号出口的过程中，大多数人员首先会靠近2号出口，而2号出口又有足够大的宽度来吸引人流，所以即便3号出口拥有仅次于2号出口的宽度，也没有得到很好的利用。由此可见，在此建筑中，出口的相对位置比出口的宽度更能影响疏散时出口的使用情况；同样5号出口由于在4号出口垂直方向的更远端，对于疏散过程完全起不到作用，仅能作为非疏散情况下一个连接一层和负一层的通道。

而在人员个体疏散用时方面，由式(1)计算结果中由于恐慌导致的从众人员个体的疏散情况统计如表7所示。可以看出，产生从众行为而改变出口选择的总人数为130人，在各楼层均匀分布；从众行为主要发生在负一层中部的7号、一层南部的2号和1号出口，其中走向1号和7号出口的人员个体疏散总时间有延长的趋势，这些人员相比不改变出口选择时所需要的疏散时间的平均时间差为9.93 s和1.01 s；而走向2号出口的人员疏散时间反而减少，其平均时间差为-1.09 s。由此可见，当从众行为导致某出口人数增多时，宽度较小的出口负担将更加严重；但宽度较大，疏散能力较强的出口，在其疏散能力范围内的人员增加反而能提高疏散效率，减少个体疏散的时间。因此，在建筑物人员易聚集方位上设置足够宽敞的出口，对疏散将是有利的。

表7　从众行为人员数量及平均疏散时间差　s

4　结论

1)人员处在熟悉建筑环境时，容易形成较为固定的行进路线和出口选择习惯，习惯心理的产生和建筑物周边环境、人员运动目标、建筑物出口方位等因素有关，习惯心理会对紧急情况安全疏散造成影响。

2)人员易聚集的出口可能会由于从众行为而承担更多人流量，故在建筑设计时，应充分考虑内部结构设计和临近各出口的人员数量，将容易产生人员聚集的出口设计为更宽的形式，以应对安全疏散时更大的人流量。

3)人员习惯性较强的出入口最有可能成为影响疏散总时间的关键出入口，故建议在建筑设计阶段，充分考虑可能的人员习惯心理的影响，合理设计主要出口的方位和宽度，在人员的习惯运动方向设置更加宽敞的主要出口，以提高紧急情况下安全疏散的效率。

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