超高层建筑应急疏散拥挤踩踏事故形成机理研究

蒋思敏 JIANG Si-min；焦天骜 JIAO Tian-ao；朱菀婷 ZHU Wan-ting

（①北方工业大学建筑与艺术学院，北京 100144；②北方工业大学土木工程学院，北京 100144）

0 引言

近年来，随着经济与科技的高速发展，国内超高层建筑事业蓬勃发展，涌现了一大批超高层建筑。据1972年召开的国际高层建筑会议，将超过100m 或40 层的建筑规定为超高层建筑。我国《民用建筑设计通则》GB50352-2005 规定：建筑高度超过100m 时，不论住宅及公共建筑均为超高层建筑。根据世界高层建筑与都市人居学会（CTBUH）2020 发布的数据显示，国内150m 以上的超高层建筑有2581 座，200m 以上的超高层建筑有861 座，300m以上的超高层建筑有99 座，三者数量均位居全球第一。且目前全世界40%的超高层建筑均在中国，世界十大已建成超高层建筑排名中中国占有五位，如上海中心大厦、深圳平安金融大厦等。

超高层建筑在提高土地资源利用率、推动建筑工程技术进步和促进城市社会经济的发展的同时，也给建筑安全疏散带来了很大的挑战。超高层建筑疏散时会面临人员密度大、垂直疏散距离长、楼梯间坡度更大、空间更狭小等问题，因此，超高层建筑应急疏散时极易发生拥挤踩踏事故。目前国内有关应急拥挤踩踏事故机理的研究主要是针对学校、广场、大型公共活动、地铁、商业综合体等水平疏散为主的场景，但是鲜有对以垂直疏散为主的超高层建筑应急疏散拥挤踩踏事故机理的研究。

1 研究方法

陈安等[1]认为目前对突发事件演化机理为出发点的研究方式主要有阶段型、扩散型、因果型、情景型等方式，其中阶段型研究方法在目前所有方式中较为成熟并取得了丰富的研究成果，主要是通过时间和顺序对突发事件进行阶段性划分并研究。

2.情境激趣：作文中，教师精心创设情境，使学生有话可写，在轻松的氛围中，找到需要表达的内容 。记得有一次作文课上，我准备了几张纸条，上面写着“洋洋得意”“哈哈大笑”“愁眉苦脸”等有关人物表情的词语，找同学抽签并表演，其他同学根据他们的表情来写作，这样一堂课就在轻松的氛围中结束了，同学们兴趣浓厚。

人群拥挤踩踏事故风险四阶段理论最早由张青松等[2]于2009年提出，该理论是在经典风险理论、事故致因突变理论等理论的基础上，针对特定区域人群运动规律、拥挤踩踏事故致因及形成、演变机理和预测方法进行研究的理论体系。该理论将人群拥挤踩踏事故发生分为自由移动、滞留、拥挤和踩踏四个阶段。王蓝茗[3]指出自由移动阶段并不是踩踏事故的萌芽阶段，并根据扰动起源论将人群聚集看成踩踏事故的起源事件，即将人群拥挤踩踏事故发生分为人群聚集、滞留、拥挤和踩踏四个阶段，对四阶段理论进行了改进。本文基于改进后的四阶段理论模型，进一步研究超高层建筑应急疏散拥挤踩踏事故形成机理。

2 超高层建筑的特点及人群特点

2.1 超高层建筑的特点

超高层建筑拥挤踩踏事故的拥挤阶段主要发生在楼梯间入口和楼梯间，滞留时间过长，超高层建筑内人群几乎都疏散到了楼梯间入口和楼梯间，人群密度达到了峰值，进入人群拥挤阶段，此时人群开始表现出推挤、碰撞等行为。人群在拥挤的环境下会产生恐惧心理，再加上滞留时间过长，这一恐惧心理会不断向四周的人群进行扩散、传播，人群会表现出推挤等急躁行为，加速拥挤状况的形成。

②人群构成复杂。超高层建筑可作为住宅用于人们居住，也可作为办公楼用于工作人员办公，或是作为商业综合体集都市观光、时尚餐饮、购物休闲等为一体。故超高层建筑内会有各种各样的人群，他们在性别、年龄、学历、职业、素质、宗教信仰、文化等方面存在着很多差异，在管理方面存在很大的困难，如火灾、异常振动等突发事件来临疏散时，具备一定疏散技能的人会比没有疏散技能的人更安全，踩踏事故中像在身体素质上相对弱于男性、青年的幼儿、老年人、女性会更危险。

③建筑材料与结构复杂。超高层建筑的功能多样，不同空间因使用功能不同使用的材料也有所差异。若建筑中使用过多的易燃材料，发生火灾的风险会增加，且发生火灾后各种材料释放的有毒气体会增加火灾疏散的难度。超高层建筑因其垂直高度大故结构十分复杂，在台风的作用下会出现结构失稳、异常振动等问题。

2.2 超高层建筑的人群特点

①人群密度大。由于超高层建筑建筑高度大这一特点，在可容纳的人数上相较于其他建筑上占据很大的优势。一般超高层建筑会提供办公、商业、观光、休闲等服务，吸引着有各种需求的人来往。如广东省的广州塔，集都市光、高空娱乐、时尚餐饮、文化教育、休闲购物等多功能于一体，自2023年暑假以来日均客流约8700 人次，单日最高客流11500 人次。

②楼梯坡度大。我国《民用建筑设计统一标准》GB50352-2019 规定超高层建筑核心筒内楼梯踏步最大高度为0.180m，在我国规范规定的公共的楼梯踏步最大高度中超高层建筑位居第一，如其规范规定踏步建筑楼梯踏步最大高度为0.175m。

③人群心理素质难以预测。心理素质包括情绪、认识能力、情感等方面，心理素质潜藏在人们的内心，在突发事件发生之前难以预测人群中每个人的心理素质是否良好。在突发事件来临时，迅速聚集的大量人群将带来大量的不可预测性，此时冷静、理性、乐观的心理状态能指导人们做出科学的判断，快速获得逃生的可能，相反惶恐、急躁的状态可能会盲目跟从，使得事故变得更加严重。

植物种类不同，其生长机制及规律也随之呈现出了明显的差异性特点，如果在风景园林施工阶段忽略植物生长规律，工程效果就会出现偏差。因此，这就需要技术人员将植物生长规律与施工技术有机结合，选择与之对应的栽植策略，促使植物能够正常生长，从根本上降低植物死亡率。例如：部分植物在生长阶段的需水指标较高，这就可以在树叶的表面上喷洒防止水分大量蒸发的抑制液，满足植物后续生长对水分的需求。

3 超高层建筑应急疏散拥挤踩踏事故形成机理

为充分发挥退休老校长优势资源，进一步加强农村教师队伍建设，加大教育扶贫力度，提高农村教育质量，河北省日前启动实施“老校长下乡”计划。

图1 超高层建筑踩踏形成机理示意图

图2 成拱现象

3.1 人群聚集阶段

对于滞留阶段，在超高层建筑安全通道、楼梯间入口等人群密度较高位置部署专业引导人员做好人员分流，保证各疏散楼梯得到较为均匀的使用，尽可能降低各楼梯间入口及楼梯间的人群密度。对像老弱病残等行进速度较慢的“异质”人群提供一定的帮助，协助他们快速顺利疏散逃生。

3.2 滞留阶段

人群滞留这一状态的形成源于空间与人群这两方面的阻碍。空间方面的阻碍主要是楼梯间内部以及入口的空间有限，楼梯间作为突发事故来临时超高层建筑疏散的主要通道，其数量和内部空间有时无法容纳突发情况下迅速聚集的大量人群。人的阻碍主要体现在人群密度和群集行为。当人群密度达到一定数值时，人们的前进速度会降低，导致人群滞留。超高层建筑疏散中群集行为主要有“异质群集”[5]、“成拱现象”[5]。“异质集群”是指人流中存在行进速度较慢的人使其后面的人行进速度受阻。超高层建筑内人群构成复杂，故在疏散时不可避免地出现老弱病残等“异质”人群行进速度较慢的情况，影响到后方的人，从而出现“异质现象”造成人群的滞留。“成拱现象”是大量的人流聚集于楼梯间入口并想要迅速进入楼梯间而形成的拱形人群。成拱现象造成人员之间行动互阻，很大程度上加重了人群的滞留。

3.3 拥挤阶段

①建筑高度大。首先，超高层建筑的第一个特点就是建筑高度大。据1972年召开的国际高层建筑会议，将超过100m 或40 层的建筑规定为超高层建筑。我国《民用建筑设计通则》GB50352-2005 规定：建筑高度超过100m 时，不论住宅及公共建筑均为超高层建筑。目前全世界已建成的高度最大的超高层建筑阿联酋迪拜的哈利法塔高达830m，且未来最高记录也会不断刷新。

3.4 踩踏阶段

根据前文的分析，超高层建筑拥挤踩踏事故的形成机理主要分为人群聚集阶段、滞留阶段、拥挤阶段和踩踏阶段四个阶段。因此，拥挤踩踏事故的防范主要从防范这四个阶段来实施，每个阶段超高层建筑安全管理部门做好相应的部署指挥工作。超高层建筑拥挤踩踏事故防范图形演示如图3 所示。

4 超高层建筑拥挤踩踏事故防范应对措施

当疏散进行到一定时间，由于超高层建筑高度大、楼梯坡度大的特点，人们体力消耗过多，加上火灾中会产生大量的热量和烟气，且超高层建筑中可燃物种类繁多，燃烧释放出的烟气复杂，其中不乏众多有毒气体，CO 气体在含量和人体伤害上位居第一。有研究表明，人体只可短时间忍受60℃的烟气温度，温度越高，人体可忍受的时间越短；当人体处于CO 气体浓度为200ppm 的环境下连续2-3 小时会轻微头疼、乏力，CO 气体浓度越高，对人体造成的伤害越致命[6]。体力透支加上由火灾带来的高温及有毒气体影响人们的状态导致行人跌倒，前面行人的跌倒会使得后面行人因为惯性而跌倒，严重则会出现“塔罗牌”现象。

图3 超高层建筑拥挤踩踏事故防范示意图

4.1 人群聚集阶段

对于人群聚集阶段主要采取干预手段，高效合理应用各类安全警示设备设施辅助疏散顺利进行。在突发事件来临时，及时开启声光报警系统，提醒人员突发紧急情况，为后续准备工作争取更多时间。在人群疏散的初期，正确、及时的信息传递十分重要，可以避免人群因收不到信息或是收到错误信息而出现从众等行为。安全管理部门应在人群聚集前充分利用智能化动态疏散指示标志、广播系统等安全警示设备设施及时做好人群疏散预测和人群分流工作，合理地对人群进行疏散引导，防止出现局部人群密度过大的情况。

“机理”指事物所遵循的内在逻辑和发展规律[4]，踩踏事故的形成机理包含了事故触发的整个过程。超高层建筑踩踏形成机理图形演示如图1 所示。

4.2 滞留阶段

当超高层建筑出现火灾、异常振动等突发事件时，人群会通过楼梯疏散至超高层建筑外，或是通过楼梯通往超高层建筑避难层。在突发事故的影响下，基于逃生的本能，在人员安全意识和技能薄弱的情况下，激发从众行为，人群行进速度加快，短时间内消防通道、楼梯间入口聚集大量人群。随着疏散时间的推移，人群不断聚集，导致局部人群密度不断扩大，个体活动的空间不断减小。此阶段人群相对集中，但尚未出现明显的体力消耗、人员跌倒，还未达到拥挤踩踏的强度值，拥挤踩踏事故发生的几率较低。

这26件雕塑在规划分布上是以《沙丘》《视界》为中轴线，向四周分布。根据地形，布置得高低错落，起伏有序，节奏合度。既考虑到雕塑之间在视觉上的相互关系；又考虑到每个单体之构造特点。既考虑到各个视角的观看效果；又考虑到其整体的空间渗透与场域围合。

4.3 拥挤阶段

对于拥挤阶段，各位置部署的引导人员及时劝止推挤、碰撞等不良应急疏散行为，指导被疏散人群保持冷静，听从指挥，合理有序地按照引导路线疏散。对于拥挤环境下人群产生的恐惧心理，安全管理部门要做好平息人群情绪，具体可通过广播的形式和引导人员及时与人群沟通的方式实现人群情绪的安抚。疏散时间过长，人群体力消耗过多，甚至会出现体力透支的情况，这时可以将部分体力透支的人员引导疏散到避难层。避难层是超高层建筑中用于紧急避难的楼层，避难层耐火等级高，其内部有完善的应急照明、应急广播等应急设备，可为疏散过程中的临时避难人员提供足够的保护[7]。

当然，现在的线上线下混合式教学改革还只是迈出了一小步，还存在许多问题值得我们进一步反思和研究，如：在应用中如何对学生的自主学习过程进行设计与监测、该模式应用效果如何从量化的角度加以论证与评价等，本文只是抛砖引玉，期待在现今的教学改革中激起一片小小涟漪。

4.4 踩踏阶段

对于踩踏阶段出现单个人员跌倒时，引导人员应该及时叫停后面的人群，避免更多的人员跌倒。人员跌倒会触发人群惶恐、焦急等不良情绪，引导人员应该保持冷静和自信，不断地通过语言安抚、鼓励人群，给他们足够的安全感，保证人群撤离有序、顺利地进行。

根据表1比较结果及工程现场实际情况，填筑料场位于项目区河道内，储量190.68万m3，距工程区平均运距500m，土石笼袋填筑料各项试验指标满足质量要求。综合分析选用土石笼袋护岸形式更适宜。

5 结论

根据改进的人群拥挤踩踏事故风险四阶段理论，将超高层建筑拥挤踩踏事故形成阶段分为人群聚集、滞留、拥挤、踩踏四个阶段。人群聚集阶段主要是由火灾、异常振动等突发事故引发；人群滞留阶段由空间、人群本身和外物三个方面阻碍形成；拥挤阶段的形成主要是由于滞留时间长、人群非常态化情绪和人群密度达到峰值；踩踏阶段的诱发主要是单个人员的摔倒导致更多人员摔倒。超高层建筑拥挤踩踏事故防范应对措施从形成机理出发，对每个阶段安全管理部门做好应急管理工作来防范踩踏事故的发生。