曹明，初建宇，劉喜暖

(1.河北聯(lián)合大學(xué) 建筑工程學(xué)院，河北 唐山063009;2.河北省冀東監(jiān)獄，河北唐山063000)

0 引言

國(guó)外有關(guān)城市避難疏散空間規(guī)劃的研究以日本、美國(guó)及歐洲國(guó)家為主，其中日本進(jìn)行的最為深入且行之有效。早在1998年，日本建設(shè)省制定了《防災(zāi)公園計(jì)劃和設(shè)計(jì)指導(dǎo)方針》，把防災(zāi)公園劃分為五種類型。國(guó)內(nèi)對(duì)城市防災(zāi)空間和避難疏散空間的研究中，河北聯(lián)合大學(xué)蘇幼坡教授在《城市地震避難所的規(guī)劃原則與要點(diǎn)》中對(duì)地震避難場(chǎng)所的規(guī)劃頗有論述。北京工業(yè)大學(xué)呂元博士的《城市防災(zāi)空間系統(tǒng)規(guī)劃策略研究》，主要從防災(zāi)空間系統(tǒng)的宏觀構(gòu)建方面作了論述，側(cè)重于整體性和系統(tǒng)性的研究。在城市避難疏散空間區(qū)位分布這一問(wèn)題上，有很多規(guī)劃評(píng)估方法，隨著GIS在城市規(guī)劃中的應(yīng)用日益成熟，本文以平面點(diǎn)集Voronoi圖為理論基礎(chǔ)，對(duì)應(yīng)急避難疏散空間分布進(jìn)行初步規(guī)劃研究。

1 城市應(yīng)急避難疏散空間

開敞空間是指城市公共外部空間，是存在于城市建筑實(shí)體之外的開敞空間體，是比較開闊、向公眾開放、具有一定公共服務(wù)設(shè)施、為多數(shù)民眾服務(wù)的空間，主要包括綠色空間(公園、開放式綠地、附屬綠地等)、廣場(chǎng)空間、親水空間(江湖水體及周圍綠帶)等［1］。

從避難疏散的角度來(lái)講，開敞空間是在城市建成區(qū)內(nèi)，距離建筑物有一定距離的、存在于建筑實(shí)體之外的、具有一定面積的空地，主要包括城市中的公園、廣場(chǎng)、體育場(chǎng)等空間［2］。

應(yīng)急避難疏散空間是臨時(shí)性的避震疏散空間，主要是為地震等災(zāi)難發(fā)生前到災(zāi)難發(fā)生后半日這段時(shí)間內(nèi)人們的自發(fā)性短期避難行為提供空間。

結(jié)合開敞空間的觀點(diǎn)，城市應(yīng)急避難疏散空間主要利用城市居住區(qū)、商業(yè)區(qū)等區(qū)域內(nèi)及其附近的小公園、小花園、小廣場(chǎng)、中小學(xué)操場(chǎng)、集中綠地等距離城市居民工作生活地點(diǎn)最近的開敞空間，以便于居民就近避難疏散。而城市水系、建筑內(nèi)部空間、路邊綠化帶、防護(hù)林綠地、面積過(guò)小的綠地地塊以及面積較小的地面停車場(chǎng)等都不作為本文的研究對(duì)象。城市應(yīng)急避難疏散空間的量化指標(biāo)見表1。

表1 城市應(yīng)急避難疏散空間量化指標(biāo)

2 Voronoi圖的基本理論

Voronoi圖的定義如下［3］:設(shè)平面上的一個(gè)控制點(diǎn)集，其中任意兩點(diǎn)都不共位，即pi≠，且任意四點(diǎn)不共圓，則任意點(diǎn)pi的Voronoi圖定義為:

式中，d為歐氏距離。

平面點(diǎn)集Voronoi圖也稱常規(guī)Voronoi圖、Thiessen多邊形或Dirichlet圖，如圖1所示。

圖1 Voronoi圖

(1)每個(gè)多邊形內(nèi)僅包含有一個(gè)離散點(diǎn);

(2)位于包含離散點(diǎn)(xi，yi)的多邊形內(nèi)的任意點(diǎn)(x，y)，恒滿足:

(3)若 (x，y) 位于離散點(diǎn) (xi，yi)和 (xj，yj)所在多邊形的公共邊上，則以下等式恒成立:

平面點(diǎn)集Voronoi圖的構(gòu)建可以直接基于離散點(diǎn)的矢量坐標(biāo)來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以利用基于柵格的擴(kuò)張?jiān)韥?lái)進(jìn)行。

3 實(shí)例應(yīng)用

3.1 開敞空間篩選

作為分析實(shí)例的城市位于華北地區(qū)，是一座受多種地質(zhì)災(zāi)害影響的城市，其中主要有地震地質(zhì)和地面塌陷等。該市所處區(qū)域可劃分為華北平原活動(dòng)構(gòu)造帶、郯廬活動(dòng)構(gòu)造帶和疊加在NE向構(gòu)造帶上的張家口——蓬萊活動(dòng)構(gòu)造帶［4］。該市地面塌陷主要是由巖溶裂隙發(fā)育和破碎以及地下采煤引起的。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，該市中心區(qū)范圍內(nèi)共發(fā)生過(guò)80余次由巖溶裂隙引起的地面塌陷。另外，由于采煤、超量開采地下水、重力和地震力等多種因素的綜合作用，使巖溶內(nèi)所充填的泥土和水減少或流失，也是造成該市地面塌陷的重要原因［4］。

在實(shí)例分析中，主要選取該市符合地質(zhì)條件要求的公園、綠地和學(xué)校作為應(yīng)急避難疏散空間，并進(jìn)行空間分布分析和服務(wù)范圍劃分，探索GIS方法在場(chǎng)所分布規(guī)劃中的實(shí)用性。通過(guò)走訪有關(guān)單位收集到dwg格式的某市城市總體規(guī)劃(2009－2020)中心城區(qū)地質(zhì)條件圖［4］，使用Arcgis軟件將此dwg格式圖轉(zhuǎn)化為shp格式的文件并繪制相應(yīng)的圖層，其中斷裂帶為線狀要素圖層;塌陷區(qū)為該市的塌陷點(diǎn)集中區(qū)，為面狀要素圖層;液化區(qū)包括8度和9度液化區(qū)，為面狀要素圖層。由GIS得到的某市中心區(qū)地質(zhì)環(huán)境圖如圖2所示。

按照該市城市總體規(guī)劃中心城區(qū)用地布局規(guī)劃圖［4］，結(jié)合人口分布，應(yīng)用Arcgis軟件的圖層編輯功能，并對(duì)該市的開敞空間進(jìn)行篩選，去掉路邊綠化帶、地面停車場(chǎng)、面積的過(guò)小的綠地地塊等開敞區(qū)域，綜合圖2使用Arcgis的圖層疊加功能，對(duì)受地質(zhì)環(huán)境影響較小的公園、綠地和學(xué)校進(jìn)行選取，繪制公園與綠地分布專題地圖和學(xué)校分布專題地圖，如圖3和圖4所示。圖3和圖4中公園與綠地為面狀要素，學(xué)校為點(diǎn)狀要素，人口集中為面狀要素，包括該市的二類居住用地、行政辦公用地、商業(yè)金融用地、文化娛樂(lè)用地、醫(yī)療衛(wèi)生用地、教育科研設(shè)計(jì)用地。

3.2 城市應(yīng)急避難疏散空間Voronoi分析

根據(jù)Voronoi圖的理論，應(yīng)用Arcgis軟件創(chuàng)建Thiessen邊形的功能對(duì)可作為應(yīng)急避難疏散空間的公園、綠地、學(xué)校進(jìn)行Thiessen多邊形劃分，從幾何角度分析其分布的合理性，如圖5所示。

圖2 某市中心區(qū)地質(zhì)環(huán)境圖

由圖5可以看出，研究范圍內(nèi)中心區(qū)域多邊形分布相對(duì)均勻，說(shuō)明應(yīng)急避難疏散空間分布合理。而其它區(qū)域均出現(xiàn)較多面積較大的多邊形，說(shuō)明該區(qū)域應(yīng)急避難疏散空間的數(shù)目少，所分擔(dān)的服務(wù)范圍過(guò)大，容易出現(xiàn)服務(wù)盲區(qū)。例如，北部、西部、南部地區(qū)的多邊形面積較大，應(yīng)急避難疏散空間數(shù)目較少、分布稀疏，需要進(jìn)一步合理規(guī)劃。建議在上述區(qū)域的規(guī)劃中注重應(yīng)急避難疏散空間的配置，并在其分布稀疏的區(qū)域添加適量數(shù)目的可用于應(yīng)急避難疏散的場(chǎng)地。

3.3 城市應(yīng)急避難疏散空間的服務(wù)范圍劃分

采用凸角圓弧法對(duì)應(yīng)急防災(zāi)避難疏散場(chǎng)所進(jìn)行緩沖分析，該算法的原理是首先對(duì)邊線做其平行線，然后在線狀要素的首尾點(diǎn)處，作其垂線并按緩沖區(qū)半徑r截出左右邊線的起止點(diǎn)，然后以r為半徑分別以首尾點(diǎn)為圓心，以垂線截出的起止點(diǎn)為圓得起點(diǎn)和終點(diǎn)作半圓弧，在其它的折點(diǎn)處，首先判斷該點(diǎn)的凹凸性，在凸側(cè)用圓弧彌合，在凹側(cè)用與該點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的兩個(gè)相鄰線段的平行線的交點(diǎn)來(lái)確定［5］。

以研究范圍內(nèi)的應(yīng)急避難疏散空間為中心，以500m為服務(wù)半徑為緩沖距離，得到服務(wù)范圍覆蓋圖，如圖6(a)所示。在規(guī)劃范圍內(nèi)，可用于應(yīng)急避難疏散的空間距離較近，各緩沖區(qū)之間很多都有重疊的情況，表明在重疊的區(qū)域，市民可選擇2個(gè)以上的場(chǎng)所進(jìn)行避難，但這也顯示出可作為應(yīng)急防災(zāi)避難疏散空間的場(chǎng)地在一些區(qū)域的分布不均勻，空間配置不合理。

以適宜作為應(yīng)急避難疏散場(chǎng)所的公園綠地和學(xué)校為中心，路網(wǎng)中的道路中心線為邊線，基于道路長(zhǎng)度的避難場(chǎng)所服務(wù)半徑為阻力，構(gòu)建出應(yīng)急避難疏散場(chǎng)所的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集，應(yīng)用Arcgis基于路網(wǎng)對(duì)應(yīng)急防災(zāi)避難疏散場(chǎng)所的服務(wù)范圍進(jìn)行分析。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集中必須至少有一個(gè)類型的cost在此設(shè)置為Meters:5min和Minutes:500m，cost屬性特點(diǎn)是沿著道路比例分布，其類型可以是時(shí)間，也可以是距離;hierarchy為道路等級(jí)，網(wǎng)絡(luò)分析設(shè)置時(shí)支持三個(gè)等級(jí)，primary roads、secondary roads、local roads，在此設(shè)置為默認(rèn);restriction為被限制的網(wǎng)絡(luò)元素在分析的時(shí)候是不連通的，道路的大部分通行狀況都是由restriction屬性模擬的，在此采用單向限制Oneway;descriptor描述網(wǎng)絡(luò)元素的整體特征，比如車道數(shù)、路面材質(zhì)，一般descriptor是不會(huì)影響路徑計(jì)算的結(jié)果［6-7］?；诰W(wǎng)絡(luò)分析的應(yīng)急避難疏散場(chǎng)所服務(wù)范圍如圖6(b)所示。

圖6 應(yīng)急避難疏散空間服務(wù)范圍圖

基于相同服務(wù)半徑，兩種方法得到的服務(wù)范圍不同，緩沖分析得到的服務(wù)范圍大于基于路網(wǎng)劃分得到的服務(wù)范圍。這是由于兩種方法對(duì)距離的計(jì)算方法不同。前者以應(yīng)急防災(zāi)避難疏散場(chǎng)所為中心，服務(wù)半徑為各自的500m直線距離為半徑;后者以規(guī)劃中真實(shí)的路網(wǎng)為基礎(chǔ)，考慮實(shí)際的道路交通情況，因此其避災(zāi)路徑要大于直線距離。比較而言，基于路網(wǎng)的服務(wù)范圍劃分較為合理。而無(wú)論是緩沖分析還是網(wǎng)絡(luò)分析，圖中均有未被服務(wù)范圍覆蓋的區(qū)域，需要規(guī)劃相應(yīng)的應(yīng)急避難疏散場(chǎng)地。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)某市中心城區(qū)應(yīng)急避難疏散空間的GIS分析，初步探討了其分布情況。將廣場(chǎng)綠地、學(xué)校操場(chǎng)等開闊區(qū)域用點(diǎn)來(lái)標(biāo)記，進(jìn)行Voronoi圖劃分。通過(guò)緩沖分析和網(wǎng)絡(luò)分析，進(jìn)行了應(yīng)急避難疏散空間服務(wù)范圍的劃分。結(jié)果顯示該市規(guī)劃中現(xiàn)有應(yīng)急避難疏散開敞空間尚不能滿足城市應(yīng)急避難需求，建議進(jìn)一步合理規(guī)劃應(yīng)急避難疏散開敞空間。本文城市避難疏散空間Voronoi圖劃分基于點(diǎn)狀標(biāo)記，在區(qū)域面積的表現(xiàn)上略顯不足，可結(jié)合加權(quán)Voronoi圖面狀劃分算法，進(jìn)一步研究。

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