唐藝璇 常波峰 孫璐瑤 王啟睿 田水承

摘 要：事故發(fā)生后的人員緊急疏散情境下，羊群行為會造成疏散過程的人員擁堵，進而延長疏散時間，影響疏散效率。為探究突發(fā)事件下羊群行為對疏散效率的影響，文中以某辦公樓作為疏散場景，基于Pathfinder軟件構(gòu)建仿真模型，通過模擬不同程度的羊群行為，探究疏散時間的變化規(guī)律。仿真結(jié)果表明，少量羊群行為平衡了疏散通道的人員流量，部分通道的利用率顯著提高，人員疏散時間減少，疏散效率提高，對人員疏散具有促進作用;當羊群行為的比例提高至40%時，疏散時間有所增加，疏散效率下降;當羊群行為的比例提高至60%時，疏散時間大幅提高，阻礙人員疏散的作用十分顯著。研究發(fā)現(xiàn)，疏散過程中的羊群行為帶來的負面影響遠高于其帶來的正面促進作用。為緩解人員擁堵問題，可通過設(shè)置適當?shù)恼系K物提高疏散效率，為突發(fā)事件下的應(yīng)急疏散研究作為參考。

關(guān)鍵詞：羊群行為;Pathfinder;人員疏散;突發(fā)事件;數(shù)值模擬

中圖分類號：X 915.2

文獻標志碼：A

文章編號：1672-9315（2021）03-0457-07

DOI：10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2021.0310

Abstract：It is generally believed that herd behavior will cause congestion in the evacuation process in the emergencies，thus extending the evacuation time and affecting the evacuation efficiency.In order to explore the impact of herd behavior on evacuation efficiency in emergencies，an office building was taken as an evacuation scene，and a simulation model was built based on Pathfinder software to simulate the variation rule of evacuation time under different degrees of herd behavior.The simulation results show that the behavior of a small number of sheep balances the flow of people in the evacuation passage way，and the utilization rate of some passage ways is significantly increased，with the evacuation time of people reduced and the evacuation efficiency improved，promoting the evacuation efficiency.When the herd behavior ratio increased to 40%，the evacuation time increased and the evacuation efficiency decreased.When the herd behavior proportion is increased to 60%，the evacuation time is significantly increased，which hinders the personnel evacuation.It can be found that the negative effects of herd behavior during evacuation was much higher than the positive effects.In order to alleviate the problem of personnel congestion，appropriate obstacles can be set to improve evacuation efficiency，which can serve as a reference for emergency evacuation research.Key words：herd behavior;Pathfinder;personnel evacuation;emergencies;numerical simulation

0 引 言

隨著社會的不斷發(fā)展，各類突發(fā)事件頻現(xiàn)，疏散是保證人員生命財產(chǎn)安全最快速、高效的途徑，對時間、空間的充分利用顯得尤為重要。突發(fā)事件本身具有的突發(fā)性、普遍性和不確定性等特點，使人必須在極短的時間內(nèi)作出判斷和決策，這會導(dǎo)致人直面此類危險的威脅時，由于危險而產(chǎn)生的恐懼、焦慮等心理干擾人的決策行為，進而對疏散效率產(chǎn)生影響[1-3]。疏散效率是保證人員安全疏散的關(guān)鍵。

由此，國內(nèi)外眾多學(xué)者針對疏散效率的影響因素進行了大量的論證研究。對于外部環(huán)境因素的影響，田水承、XIA、宋洋等借助仿真模擬的方法，認為合理的應(yīng)急出口位置分布、室內(nèi)布局與有效的智能消防聯(lián)動裝置是提高疏散效率的重要因素，對疏散效率的影響較大[4-7];羅凌燕、ENRICO、王彥雲(yún)等以地鐵站為研究場景，認為能見度、出口形狀、人體疲勞度、人的心理變化等都會影響乘客的疏散效率，而安全疏導(dǎo)員的增加在一定程度上有助于平衡各個出口的使用效率[8-11];益鵬等認為在緊急疏散過程中，當人員環(huán)境熟悉度較高時，習慣是影響人員出口選擇與疏散總時間的重要因素[12-13];陳一洲等通過構(gòu)建人群疏散模型，得到與Pathfinder一致的模擬結(jié)果，得出疏散效率由人員密度、移動速度、疏散時間三者相互控制[14]。除環(huán)境因素對疏散效率帶來影響之外，部分學(xué)者從心理層面出發(fā)，袁春燕等運用模糊邏輯方法對人員心理量化分析，構(gòu)建了“心理-環(huán)境模型”這一可靠性更高的疏散模型，為人員疏散研究提供參考[15];王莉、李曉艷、HELBING等認為人員心理因素顯著影響疏散效率，其中，恐慌和從眾心理的權(quán)重值最高[16-18];SALOMA、HELBING、顏向農(nóng)等研究認為，羊群行為阻止了對有效出口的利用，疏散時間顯著增加，大大降低了人員疏散速度[19-21];李昌華等研究表明，羊群行為對疏散的影響具有不確定性，需適當加入引導(dǎo)員等外界因素，方可確定羊群行為的促進作用[22]。

綜合上述研究發(fā)現(xiàn)，前人對疏散效率的影響因素研究大多集中于環(huán)境和人的心理層面，忽視了疏散過程中發(fā)生的羊群行為，或簡單地認為該行為抑制了人員疏散，將其片面地歸于負性影響因素，沒有分類討論此行為對疏散效率的具體影響。鑒于此，文中借助Pathfinder軟件，從羊群行為的自變量出發(fā)，根據(jù)不同比例的羊群行為對疏散效率的影響程度，綜合分析應(yīng)急疏散過程中羊群行為扮演的角色，期望為應(yīng)急疏散仿真模擬與疏散模型的構(gòu)建研究提供更為細致的參考。

1 羊群行為

1.1 羊群行為產(chǎn)生機制

羊群行為（herd behavior）最初起源于對牛羊等畜類成群移動現(xiàn)象的描述，后被社會學(xué)領(lǐng)域用來描述人類社會中的一種非理性行為：是指在社會情景或群體壓力下，個人改變自己的態(tài)度、放棄原先的意見，產(chǎn)生和多數(shù)人一致的行為。20世紀30年代，謝里夫的流動錯覺實驗是首次圍繞羊群行為開展的研究。

各項社會心理學(xué)研究成果證實，安全氛圍作為社會環(huán)境因素影響著個體行為，當人處于應(yīng)急狀況下，最易產(chǎn)生從眾心理，導(dǎo)致羊群行為[23-25]。法國社會學(xué)家TARDE認為，模仿是社會集體中最基本的社會現(xiàn)象，在沒有干擾的情況下，模仿一旦開始，便會以幾何級數(shù)的速度迅速增長蔓延，從而使個體行為上升為群體行為[26]。1922年，瑞士心理學(xué)家榮格提出了集體無意識理論，即在特定情況下，一群聚集的人會表現(xiàn)出全新的特點，個體特征消失，感情傾向趨同，服從于群體精神統(tǒng)一法則，使群體成員在情緒和行為上表現(xiàn)出一致性[27]。群體中的成員易受群體情緒的感染，從而選擇與多數(shù)人一致的行為，群體的一致性又促進情緒在群體中的傳播擴散，此類“暗示-模仿-循環(huán)反應(yīng)”的過程，就是研究證實的求同心理過程。這種求同心理是造成羊群行為的心理基礎(chǔ)，羊群行為是人尋求社會認同感和安全感的結(jié)果。

1.2 羊群行為影響因素

突發(fā)事件背景下，羊群行為的影響因素大致分為個人因素與群體因素。個人因素包括人的生理、心理特征以及對場景的熟悉程度等;群體因素包括人群的恐慌程度、行動方向等。在個體受群體情緒感染后，不安全感造成部分人理智缺失、判斷能力下降，在選擇疏散路線時不以距離等因素為參考標準，而是跟隨人群流動方向進行疏散。

2 模型構(gòu)建

Pathfinder是由美國Thunderhead Engineering公司開發(fā)的一款基于人員運動的仿真模擬器，常用于對人員的緊急疏散逃生評估。通過對人員肩寬、移動速度、預(yù)動作時間等相關(guān)參數(shù)的設(shè)置，計算出疏散的最佳時間，獲得直觀的可視化結(jié)果。使用者可根據(jù)軟件模擬結(jié)果篩選出最優(yōu)疏散方案，減少人員傷亡[28]。其中人員運動方式有2類可供選擇，分別是Steering模式和消防工程師協(xié)會（society of fire protection engineers，SFPE）模式。Steering模式下，通過路徑規(guī)劃、指導(dǎo)機制和碰撞處理3類機制相結(jié)合對人員運動進行控制，如果人員之間的距離和最近點的路徑超過某一閾值，可以重新規(guī)劃路線以適應(yīng)新的形勢，簡單來說就是在該模式下人員的疏散方向及速度取決于實際環(huán)境情況及人員密度等綜合因素，不單以距離為參考量。SFPE模式利用空間密度確定運動速度，依據(jù)就近原則，疏散人員對出口的選擇僅以距離作為選擇該出口的原則。2類模式中，Steering模式疏散路徑的規(guī)劃參考條件更加豐富，考慮因素較多，更貼近人員真實疏散情況，更符合實際需要，故選擇該模式作為文中人員的運動方式。

文中借助Pathfinder仿真平臺，通過構(gòu)建虛擬場景，模擬不同程度的羊群行為對疏散效率的影響。與實景實驗相比，該方法節(jié)省了大量人力物力，且避免大量人群疏散情境下可能發(fā)生的擁擠、踩踏事故。

2.1 場景構(gòu)建

以某辦公樓火災(zāi)為例，該辦公大樓共地上4層，1～3層為標準層，層高3 m，寬9 m，長22 m，4層天臺建筑高2.6 m，建筑面積共691.02 m2。文中對建筑采用1∶1的比例簡化模型內(nèi)外結(jié)構(gòu)。室內(nèi)共有2部樓梯，其中一部為從一樓直通3樓的旋轉(zhuǎn)樓梯，一部為連接各樓層直至天臺的單跑樓梯。選擇發(fā)生火災(zāi)時的最不利情況，將起火點假設(shè)為位于靠近一層正門與旋轉(zhuǎn)樓梯口的位置，選擇一層側(cè)門（Exit 1）與天臺（Exit 2）作為人員疏散的2個出口，寬度分別為2 m和1 m，連通一二層的旋轉(zhuǎn)樓梯不做疏散用途，僅將單跑樓梯和連通二三層的旋轉(zhuǎn)樓梯作為連接室內(nèi)各個樓層的疏散通道。場景模型如圖1所示。

2.2 人員參數(shù)設(shè)定

據(jù)事件新聞報道，事件發(fā)生時建筑內(nèi)共70人，1樓12人，2樓31人（15女，16男），3樓27人（14女，13男），其中69人在20～50歲區(qū)間內(nèi)，1名60歲以上的老人。面對突發(fā)火災(zāi)，人員疏散行為通常會稍做延遲，根據(jù)人員所處樓層的不同，以一層反應(yīng)時間T1=0.62 s為基礎(chǔ)，依次遞增1 s作為各層人員的反應(yīng)時間[29]。構(gòu)建疏散模型時，人員空間位置分布隨機設(shè)定如圖2所示，相關(guān)參數(shù)見表1。

3 羊群行為模擬

3.1 不同比例的羊群行為模擬

突發(fā)事件疏散過程中的羊群行為表現(xiàn)為人員疏散過程中對出口的選擇，當群體處于正常情況時，人員往往會根據(jù)自身對場景的熟悉程度、出口距離、自身習慣和需要等對出口做出選擇。一旦遇到情況不明的緊急事件，在逃生本能的驅(qū)使下，處于群體中的人因恐懼失去理智，出于對群體選擇的信任，常常會選擇做出與群體一致的行為。文中以正常情景下的疏散情況為對照組，由圖3可知，模擬發(fā)現(xiàn)通過Exit 1的人員數(shù)量略多于Exit 2，故文中將出現(xiàn)羊群行為的人員設(shè)定為僅選擇Exit 1作為疏散出口，其余人員仍遵循Steering模式進行疏散。本模型選擇以0.2為步長，模擬了羊群行為人數(shù)占比從0到1的疏散情況，將疏散時間作為評定疏散效率的指標。

3.2 結(jié)果分析

疏散模擬結(jié)果如圖4所示。正常情況下的疏散時間為64.3 s，與對照組相比，在羊群行為比例達到20%時，疏散效率最高，所需疏散時間為60.8 s;40%時疏散效率有所下降，但對疏散仍起正向促進作用。當羊群行為比例上升到60%時，疏散時間提高了19.84%，增長速度較快，說明此時羊群行為大大影響了人員疏散。此后，疏散時間隨著該行為比例的上升持續(xù)增大，當整個群體都發(fā)生羊群行為時，疏散時間提高至91.5 s。與對照組相比，最短疏散時間減少了5.44%，最長疏散時間增加了42.31%。

分別選取模擬結(jié)果中疏散時間最短和最長的情況，如圖5～圖8所示，發(fā)現(xiàn)疏散過程中3層樓梯拐角處出現(xiàn)人員密度最大且移速最慢的情況，說明此處發(fā)生人員擁堵情況。當疏散通道口達到自身疏散極限時會出現(xiàn)如圖所示的“成拱效應(yīng)”，群體內(nèi)的相互作用力使得該效應(yīng)下的疏散效率降低，導(dǎo)致人員滯留，3層樓梯拐角人員疏散路徑的相互交錯情況如圖9所示。針對上述問題，在不改變樓梯寬度與拐角空間的狀況下，在擁堵處增加適當?shù)恼系K物可適當分流人群，減少人員間的摩擦力。結(jié)合實際情況在距樓梯不遠處設(shè)置一1.1 m×0.1 m的障礙物，改進前后疏散時間見表2，改進后的疏散時間均有減少，其中比例為20%和100%的分別為57.5和90.8 s，分別下降了10.58%和0.77%，對疏散效率有促進作用。

驗證了以往研究中認為羊群行為會導(dǎo)致疏散時間增加、疏散效率下降的觀點的正確性。但文中通過將羊群行為劃分成不同比例的方法，發(fā)現(xiàn)較小比例的羊群行為對人員的疏散速度起到促進作用。這是由于正常情況下，各出口會出現(xiàn)利用不均的情況，而羊群行為導(dǎo)致的出口利用不均衡，可改善正常情境中出口利用不均的缺陷。改進后障礙物的設(shè)置，能有效改變?nèi)藛T疏散路徑，減弱了人群成拱效應(yīng)的穩(wěn)定性，減緩成拱效應(yīng)的形成周期，緩解人員擁擠狀況，有效提高疏散效率。

4 結(jié) 論

文章借助Pathfinder軟件，以某辦公樓為場景構(gòu)建了疏散模型，目的是探究羊群行為對疏散效率的影響，并以縮短疏散時間為目的對模型加以改進，得到以下結(jié)論。

1）疏散過程中的羊群行為不能簡單歸結(jié)為負性影響因素。羊群行為比例在20%～40%時，有助于提高疏散效率;一旦超過該范圍，疏散時間顯著增長，效率降低。

2）一定條件下的障礙物對人員疏散有促進作用。正常疏散條件下，障礙物可以消解或抑制疏散口的成拱效應(yīng)，改變?nèi)藛T路徑，緩解疏散過程中的擁擠程度，提高疏散效率。

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