应急导向标识国外研究进展

刘卓然, 边 扬

(北京工业大学 城市建设学部, 北京 100124)

0 引言

火灾是最经常、最普遍地威胁公众安全和社会发展的主要灾害之一. 根据统计数据,2012—2021年,全国发生的居住场所火灾达132.4万起,导致11 634人遇难、6 738人受伤,直接财产损失高达77.7亿元. 在事故发生后,疏散人群的伤亡往往与应急标识系统的实际效用密切相关[1]. 当前,应急导向标识存在3个主要问题:①在突发情况下,应急导向标识的导向功能可能失效,具体表现为照明中断和由火灾引起的烟雾等视觉障碍,使得疏散人员难以有效识别标识;②应急导向标识系统无法有效缓解疏散人员的负面情绪,如紧张和恐慌,这些情绪可能严重阻碍疏散过程;③由于环境迅速恶化,疏散路径可能受到影响,疏散路线被切断,导致应急导向标识无法正确指引疏散路径. 在疏散过程中,人群在应急情况下的决策和行为与应急导向标识息息相关. 因此,对于应急导向标识的优化设计对于减少人员伤亡、财产损失,以及提升公共安全具有重要意义.

目前,应急导向标识研究领域越来越受到研究者的关注,涵盖的问题主要包括但不限于标识的设计与优化(例如字体、内容、颜色等)、标识对人员疏散的影响[2]、标识有效性的验证[3]、将标识引入疏散模型[4]等. 然而,对于应急导向标识相关主题的综述研究较少,而应急疏散领域的综述研究却相对较多. 应急导向标识领域的研究内容往往作为应急疏散领域综述的1个分支,很少有学者进行深入分析和总结. 同时,国内外在应急导向标识领域的研究进展对比也相对缺乏,无法全面了解国内研究成果与国外前沿领域的差距.

1 文献统计分析

本研究在Web of Science核心合集数据库中以关键词“emergency evacuation signs”“emergency exit signage”进行英文文献检索. 在排除了临床医学等不相关类别文献后,成功获取了165篇英文论文,其中包含656位作者和296个关键词. 为进行科学计量分析,将所有文献及其参考文献以文本文档格式导出,并利用CiteSpace进行可视化分析.

1.1 文献年度分析统计

学术论文数量的变化情况是反映某个研究领域发展趋势的重要指标[5]. 检索结果表明,1991—2022年,应急导向标识领域共计发表相关学术论文165篇,其数量变化趋势如图1所示.

图1 应急导向标识领域文献出版数量随时间变化情况(1991—2022年)

由图1可见,对应急导向标识的研究近年来愈来愈受到人们的重视且科研成果迅速增加. 其中,1991—2005年,应急导向标识领域发文量较少,平均每年仅发表论文0.5篇. 自2006年起,应急导向标识领域每年不间断发表论文,并呈逐年增长之势,特别是从2014—2022年,发文数量加大,增长势头明显,平均每年发表论文达到14.6篇.

1.2 国家及地区统计

由图2可知,应急导向标识领域的研究主要集中与中国、美国、日本、瑞典、英国以及德国等32个国家中.

图2 文献机构归属国家及地区

由表1可见,为该领域贡献文献数量排名前3位的国家依次为:中国、美国和日本,中国文献总量达到42篇,位居首位,占总研究成果的25.45%. 另一方面,该领域篇均被引次数排名前3国家依次为瑞典、美国和日本,瑞典的篇均被引次数达到9.2次,约为中国篇均被引次数的2.2倍. 相比于中国,欧美学者所发表的文献影响力更强. 近年来,中国在应急导向标识领域的研究起步较晚,但发展极为迅速,为该领域贡献了大量研究成果.

表1 应急导向标识领域文献数量排名前10位 的国家及地区(1991年至今)

1.3 来源出版物分析

通过CiteSpace软件对1991年至今共165篇文献做来源出版物分析,结果如图3所示.

在51个出版物中,有10个出版物的应急导向标识相关研究论文量在5篇及以上. 具体而言,研究者在投稿时更倾向于选择传统的消防安全领域出版物,例如FIRE SAFETY JOURNAL、FIRE TECHNOLOGY、FIRE AND MATERIALS等.

表2 应急导向标识领域文献数量排名前10位的期刊

图3 文献主要来源出版物

1.4 关键词共现分析

文献的关键词不仅是作者学术观点的结晶,也是文献计量研究的重要指标. 关键词共现分析是文献计量学中常用的研究方法,通过研究关键词之间的共现关系,揭示某一学术领域内部组成关系及其结构. 这种分析方法不仅能用于描述学科的发展动态,还能揭示研究热点和发展趋势[6].

本文使用CiteSpace软件从165篇文献中提取关键词,绘制了关键词共现网络,并对应急导向标识领域的研究进行总结和分析. 图4展示了应急导向标识领域文献的关键词提取结果,并基于图4进行聚类分析得到了关键词共现网络.

图4 应急导向标识领域文献关键词

图5 应急导向标识领域文献关键词共现网络

如图4所示,应急导向标识领域文献关键词共现网络中共包含296个关键词. 在排除笔者在检索时所使用的检索词包括“emergency sign”和“exit sign”等词后,其中86个关键词出现3次以上,12个关键词出现10次以上,主要为:行为(behavior)、模型(model)、仿真(simulation)、紧急疏散(emergency evacuation)、火灾(fire)、选择(choice)、设计(design)、虚拟现实(virtual reality)、系统(system)等. 由图5可知,关键词共聚类为3类,核心主题包括:标识的设计、疏散行为以及动态应急导向标识等.

1.4.1 群集1:应急导向标识对人类疏散行为的影响

本群集共包含32个关键词,主要有:人类行为(human behavior)、寻路行为(way finding)、出口选择(exit choice)、决策制定(decision making)、社会影响(social influence)、疏散实验(evacuation experiment)、人为因素(human factor)、疏散策略(evacuation strategy)等. 其中关键词共现高频词为人类疏散行为、出口选择以及人为因素.

部分研究表明,建筑物的布局对于疏散人员制定行动决策时极为重要[7],但是应急导向标识仍然是目前常用且被广泛接受作为标记出口路线的重要工具[8]. 大量实验结果证明,应急导向标识可引导人们疏散至安全出口,大大减少疏散时间并降低死亡率[9]. 在疏散行为领域中,研究重要集中在疏散中的个人行为[8]、疏散路线决策[10]、互助行为及社会影响[11]以及个人的动态疏散路线选择机制[12].

在疏散过程中,人们可能收到不同来源的疏散信息[13],这些信息主要可分为2类:静态疏散信息和动态疏散信息. 这些信息对人们的疏散行为和决策产生重要影响. 首先,应急导向标识引导人们沿着固定路线疏散,提供了不受时间或紧急事件发展而改变的静态疏散信息;另一方面,人们受到周围人群的影响,面对疏散压力时可能会展现出追随他人的倾向,这被称为“羊群效应”[14],疏散人群中其他人的行动提供了动态的疏散信息. 有研究提出,在某些情况下,人群跟随行为可能有助于找到出口,但在不同情境下也可能导致出口过度拥挤[14]. 因此,人们在疏散过程中更倾向于跟随熟悉的人、熟悉的路线和出口撤离[15],研究显示,71%的行人选择他们曾经进入建筑物的门进行疏散[16]. Nikola等[8]认为这2种信息源及其相互组合的效应是影响人们疏散的关键原因.

1.4.2 群集2:应急导向标识设计与可见度优化

本群集共包含27个关键词,主要有:可见度(visibility)、可供性理论(theory of affordance)、火灾(fire)、设计(design)、理解力(comprehension)、消防安全(fire safety)、可见度受损(impaired visibility)、隧道疏散(tunnel evacuation)、决策信息处理(decision-making information processing)等.

应急导向标识的设计与可见度优化主要受到标识的字体、内容、颜色等因素的影响.

应急导向标识的可见度受字体和图案影响,全球通常采用文字和图案组合. Wong等[17]通过问卷调查发现,人们普遍认为黑体字更正规、更安全,显示人们在公共场合更倾向于遵循黑体字的权威性. 在香港这种中英文混合的双语环境中,英语单词“EXIT”相较于汉语词语“出口”更具可见性.

相比于文字,图形的指示作用更加显著. Boyce等[18]通过对比实验发现同时增加应急导向标识箭头的对比度、扩大图案“跑步者”的面积和改变图案“跑步者”的纵横比将显著增加应急疏散识别距离. Bierman等[19]发现标志面积、笔划厚度、单词边界面积、单词间距、字符亮度、对比度、颜色、方向都会对应急导向标识的易读性产生影响.

在应急导向标识设计中,颜色相较于文字更能吸引注意力,且具有更高的感官启示效果[20]. 颜色能加强个体对周围环境信息的感知,因而常用色彩辅助文字. 然而,不同观察者对于颜色的认知和理解反应时间可能存在差异,受文化和民族背景影响[21]. 不同颜色在引导注意力方面存在显著差异,红色具有最佳引导效果,其次为绿色、黄色和蓝色[22]. 红色闪光灯可增强导向标识的存在感,但可能引发紧迫感或沮丧感[23]. 相比之下,绿色背景的应急导向标识更容易让人理解指示的疏散路线为安全路线[24-25]. 不同颜色和图案的疏散标志具有不同的引导效果,绿色“奔跑者”标志效果最佳[26].

1.4.3 群集3:动态应急导向标识

本群集共包含24个关键词,主要有:动态标识(dynamic signage)疏散引导系统(evacuation guidance system)、算法(algorithm)、最短路径(shortest path)、智能出口标志(smart exit sign)、室内导航(indoor navigation)等.

动态应急导向标识因其优秀的被识别率和更加高效的实时引导作用逐渐走入人们的视野. 一些研究致力于通过在应急导向标识上添加简单的动态元素来增强其可见性. 研究指出,在导向标识中加入闪光灯对乘客寻路产生积极影响[27-28],提高感知启示力,引起更多关注[29],并在疏散试验中提高使用率[30-31]. 虚拟测试环境中的研究显示,在应急标识上方使用闪光灯可增加其可视性[27, 32]. 基于这些发现,Galea等[33]设计了1种新型应急导向标识,采用动态闪烁箭头,相较于静态标识,提高了识别率,被认为有助于迅速做出路线决策,而不引起困惑或犹豫.

学者们对于动态疏散路线引导的研究展开了广泛讨论. Jehyun等[34]基于Dijkstra算法设计了自动方向设置算法(ADSA),将建筑物出口作为起点,简化了多个起点到多个出口的方向计算,实现了实时动态重新计算应急导向标识的指引方向. 然而,该研究未考虑火灾蔓延、烟雾和拥挤等因素的影响. Moon等[35-37]考虑了火灾蔓延情况,提出了“智能出口标识系统”,通过传感器采集火灾状态数据,中央服务器计算最短安全路径. 尽管这种系统在网络通信方面简便,但安装成本高且步骤复杂. 目前,动态导向标识领域主要集中在最短安全路径算法的研究上,实际系统应用尚需解决众多挑战,如火灾受烟雾、毒气等未知因素的影响.

2 现状总结与展望

2.1 研究现状总结

应急导向标识相关研究主要涵盖人类疏散行为、导向标识设计与可见度、动态导向标识3个领域. 在人类疏散行为方面,强调了建筑布局对疏散决策的影响,同时突出了应急导向标识在引导疏散中的关键作用. 导向标识设计研究关注字体、图案和颜色对可见度的影响,强调在低能见度环境中的设计调整. 动态导向标识研究解决了静态标识在复杂结构和突发事件中的不确定性,引入动态元素提高标识可见性. 最短安全路径算法研究也是关键领域,但在实际应用中需要考虑多个因素. 总体而言,这些研究强调了建筑环境、导向标识设计和动态引导技术在提高疏散效率和安全性方面的重要性. 未来研究可聚焦深入的动态导向标识算法和多信息源综合,以更全面理解和优化人类疏散行为,从而制定智能、适应性的疏散策略,提高建筑安全性,减少人员伤亡.

2.2 研究展望

1)目前在成本和技术等因素的制约下,现有应急导向标识研究过于理论化,应推动实验验证,重点关注应急情况下导向标识对群体行为的影响及个人与群体行为的相互作用.

2)研究场景较为单一. 研究场景偏向居民楼和学校,未来应该在复杂场景(如交通枢纽、地铁站)中进行研究,制定因地制宜的导向标识系统,以最大程度确保各种场所的安全疏散.

3)多模态信息传递:考虑引入多模态的信息传递方式,如声音提示、震动反馈等,以增强导向标识的感知效果.

4)采用更可靠的数据收集方法. 紧急事件难以预测,建议引入更可靠的数据收集方法,如利用视频监控系统结合深度学习技术捕捉真实疏散行为,使用手机信号数据生成乘客轨迹数据等.

5)应急导向标识的设计优化应当考虑弱势群体. 未来应急导向标识的设计与设置应当考虑到特殊人群的生理特点,将导向标识设立在合理的位置上,同时设计相关的图形符号,保障特殊人群对应急导向标识的识别.

6)现有动态应急导向标识的疏散路径往往通过最短可通行路径计算,未来应综合考虑疏散时间、拥堵程度、安全出口的通行能力等各种因素的影响.

3 结束语

本文借助文献计量方法分析了应急导向标识领域最近30a研究成果. 探讨了应急导向标识对行人的影响机理以及应急导向标识的设计与应用. 全面概述了应急导向标识在人员疏散中的重要性,并深入研究了目前面临的关键问题. 通过从应急导向标识的特征和人类疏散行为的角度入手,对该领域的现状进行了详细分析,并通过科学知识图谱呈现了相关研究的发展进程和结构关系. 尽管目前已经取得了一些显著的成果,但也指出了现有研究的一些不足之处. 对于复杂场景中迅速高效疏散大量人员的需求,当前的应急导向标识仍然存在挑战和限制. 另外在应用层面,应急导向标识的重要作用在实际场景中常常被低估或忽视. 应加强对应急导向标识的重要性宣传与培训,提高其在建筑和应急管理中的地位,只有充分认识和重视应急导向标识的核心作用,才能推动其相关研究在实际应用中的有效落地,从而提升建筑安全和人员疏散效率. 最后,对未来应急导向标识领域的发展进行了梳理和展望. 强调了在设计和优化应急导向标识方面的关键方向,为未来的研究和实践提供了参考. 希望本文对于推动公共安全领域的发展,提高人员疏散效率,以及保障人们生命安全方面能起到积极的促进作用.