劉 卿，曹慶貴，弭 新

(1.青島市嶗山區(qū)應(yīng)急管理局，山東 青島 266510；2.山東科技大學(xué) 安全與環(huán)境工程學(xué)院，山東 青島 266510)

0 引 言

公共安全問題一直與人類社會(huì)并存，并伴隨著人類社會(huì)的發(fā)展[1]，它對公眾的生命、健康、財(cái)產(chǎn)、生產(chǎn)和生活的安全，對于社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步和公眾的生命健康都具有極其重要的影響。大型人員聚集活動(dòng)踩踏事故作為一類公共安全事件近年來時(shí)有發(fā)生，探究其發(fā)生規(guī)律有利于降低事故發(fā)生的危險(xiǎn)性。

1 踩踏事故原因分析

處在經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的今天，大型活動(dòng)越來越多的成為社會(huì)生活的一種重要表現(xiàn)形式。中國人民素來熱愛熱鬧，諸如節(jié)日慶典之類活動(dòng)更是層出不窮，這些活動(dòng)引起的聚集人數(shù)動(dòng)輒幾萬甚至更多。大型聚集活動(dòng)為經(jīng)濟(jì)帶來發(fā)展的同時(shí)，不可忽視他們帶來的安全隱患，踩踏事件便是其中較為代表性的安全事故。通過對過去事故統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)人員心理因素和不安全行為均在事故發(fā)生過程中占重要地位，綜合大型活動(dòng)事件特點(diǎn)和城市公共場所的特點(diǎn)，從人員心理，人員行為，環(huán)境和管理4個(gè)方面進(jìn)行初步分析。

1.1 人員心理因素

馬斯洛需要層次理論指出，人具有歸屬感需要，當(dāng)單一人員出現(xiàn)在群體中時(shí)，各成員會(huì)把自己的所在的群體稱作為“我們”而非“他們”，人員著急恐慌和害怕的心理會(huì)加速傳遞造成情緒感染。人員的安全意識(shí)具有波動(dòng)性和忽視性的特點(diǎn)[2]。意識(shí)的波動(dòng)性要求定期對公眾的安全意識(shí)進(jìn)行強(qiáng)化，加固他們對事故原因的記憶，提高應(yīng)急能力。忽視性體現(xiàn)在2個(gè)方面，一方面是參與人員安全意識(shí)薄弱，忽略潛在的危險(xiǎn)；另一方面是管理者的安全意識(shí)薄弱，安全管理規(guī)則不健全導(dǎo)致管理不到位，應(yīng)急方案不到位。

1.2 不安全行為

在安全意識(shí)薄弱的情況下，一些人會(huì)出于好玩或者特立獨(dú)行的心理做出違反正常秩序行為，引起小范圍騷動(dòng)。在大量人員聚集團(tuán)體中，對于每個(gè)個(gè)體而言，他們更傾向于在大眾的思維和意識(shí)下指導(dǎo)行動(dòng)，在這種情況下，個(gè)體會(huì)陷入群體的同質(zhì)性之中，無意識(shí)性格特點(diǎn)會(huì)使人不自覺地跟隨多數(shù)人的行動(dòng)，在突發(fā)性事件中就表現(xiàn)出和大家一起做出破壞性行為，而且隨著人數(shù)的增多這種行為會(huì)不斷加大，所以在大型聚集活動(dòng)中會(huì)發(fā)現(xiàn)一些平時(shí)非常理性的人也會(huì)做出不理性的行為。

1.3 客觀環(huán)境因素

包含突發(fā)事件造成的情況混亂和聚集性場所本身客觀條件的欠缺。這里的緊急情況主要是指自然災(zāi)害和事故中的公共設(shè)施或設(shè)備事故，例如墻體坍塌、設(shè)備高處墜落、設(shè)施損壞等[3]。

1.4 管理因素

主要包括活動(dòng)組織管理和安全管理，涵蓋事故發(fā)生前和事故發(fā)生后2個(gè)方面。事故發(fā)生前主要表現(xiàn)在組織是否合理，規(guī)劃是否完善，是否進(jìn)行有效的安全培訓(xùn)，是否有應(yīng)急預(yù)案。事故發(fā)生后的管理主要體現(xiàn)在是否能夠有效執(zhí)行應(yīng)急預(yù)案。

綜合以上分析，運(yùn)用魚刺圖對事故產(chǎn)生的原因進(jìn)行總體分析如圖1所示。

圖1 踩踏事故魚刺圖分析Fig.1 Analysis of Fishbone Diagram of stampede accident

2 踩踏事故危險(xiǎn)性模型構(gòu)建

踩踏事故發(fā)生時(shí)，人員聚集在相對密閉的環(huán)境中，環(huán)境變化會(huì)影響公眾情緒變化，情緒的變化又會(huì)影響行為特征的變化，同時(shí)活動(dòng)安排的合理性、有效的安全教育與應(yīng)急管理也會(huì)影響公眾的安全意識(shí)和行為，進(jìn)而影響踩踏事故的發(fā)生。

2.1 踩踏事故因果因素分析

踩踏事件發(fā)生前，公共區(qū)域中特定區(qū)域的人群處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)。人群在相對較小的空間中高度密集，整個(gè)人群系統(tǒng)中的個(gè)體保持和諧的運(yùn)動(dòng)或相對靜止的狀態(tài)。當(dāng)疏散空間和疏散通道不足時(shí)，人群的警惕性差，一旦出現(xiàn)危險(xiǎn)源，就會(huì)破壞穩(wěn)定狀態(tài)，人群會(huì)立即動(dòng)蕩，焦慮和恐慌也會(huì)迅速蔓延，這將引發(fā)一系列人群的非適應(yīng)性行為，例如更快的步行，互相推動(dòng)等，導(dǎo)致?lián)頂D的踩踏事故[4]。參照組織行為學(xué)與安全心理學(xué)結(jié)合踩踏事故魚刺圖的分析結(jié)果進(jìn)行影響分析，得出踩踏事故的主要影響因素有環(huán)境因素、管理因素、活動(dòng)安排、應(yīng)急觀念、危險(xiǎn)因素識(shí)別、安全意識(shí)和不安全行為。

活動(dòng)安排主要受到活動(dòng)組織發(fā)起管理者的管理與決策影響，綜合考慮時(shí)間、場地容納量以及天氣情況能夠有效地提高活動(dòng)舉辦的效果，保持參與者的熱情，管理人員應(yīng)結(jié)合活動(dòng)舉辦時(shí)的各種情況綜合考量進(jìn)行活動(dòng)安排?；顒?dòng)安排不僅包括大型公共場所聚集活動(dòng)的安排，也包括學(xué)校中班級人數(shù)與大型體育場館等人員聚集場館入場與退場的安排。

當(dāng)危險(xiǎn)源出現(xiàn)時(shí)，準(zhǔn)確的危險(xiǎn)因素識(shí)別可以為人員行為提供有效的指導(dǎo)，當(dāng)注意到危險(xiǎn)時(shí)安全意識(shí)也會(huì)相應(yīng)喚起。人員的安全意識(shí)還受到安全教育和應(yīng)急演練的影響，有效的安全教育培訓(xùn)可以顯著提高人員的安全意識(shí)，影響人員安全行為。良好的應(yīng)急體系可以提高人員的應(yīng)急觀念，安全意識(shí)和對危險(xiǎn)因素的識(shí)別，減少不安全行為的發(fā)生，降低踩踏事故的發(fā)生概率。合理科學(xué)的應(yīng)急預(yù)案，行之有效的應(yīng)急演練無疑都是良好應(yīng)急體系的體現(xiàn)。

2.2 踩踏事故危險(xiǎn)性模型

踩踏事故是由主要因素和其他各種次要因素共同影響，按照上述思路，構(gòu)建出踩踏事故模型，如圖2所示。該模型描述了影響踩踏事故的主要因素及相互作用關(guān)系。模型中，不同類型的變量用不同的形狀進(jìn)行區(qū)分。矩形中的變量是狀態(tài)變量，是動(dòng)態(tài)變化的[5]。決策變量由圓角矩形表示，它的狀態(tài)變化由安全管理行為是否到位與安全教育的頻率和效果決定[6]。環(huán)境變量由六邊形表示，在這里主要考慮客觀環(huán)境條件和突發(fā)情況可能造成的干擾。

圖2 踩踏事故危險(xiǎn)性模型Fig.2 A stampede accident risk model

為更好對公眾安全意識(shí)進(jìn)行定性描述，本章節(jié)將整個(gè)系統(tǒng)中的變量分為3類：環(huán)境變量、決策變量和狀態(tài)變量，模型中具體變量名及其代號(hào)見表1。

表1 變量名設(shè)置

3 定性模擬與QSIM算法

3.1 定性模擬及其應(yīng)用

定性模擬是一種依靠模型對系統(tǒng)進(jìn)行推理的方法。系統(tǒng)中的因素和數(shù)據(jù)在模型中展示，變量可以是數(shù)字或符號(hào)[7]。定量模擬可進(jìn)行數(shù)字信息和非數(shù)字信息建模處理，通過符號(hào)進(jìn)行模擬計(jì)算，研究能夠出現(xiàn)的情況狀態(tài)并且依此推斷系統(tǒng)內(nèi)在規(guī)律[8-9]。

定性模擬理論現(xiàn)階段主要有以下3類：樸素物理學(xué)、模糊模擬以及基于歸納學(xué)習(xí)的模擬方法[10]。樸素物理學(xué)是一個(gè)相對完整的系統(tǒng)，分為定性過程理論、定性微分方程理論等，QSIM算法也是定性微分方程理論的一部分[11]。定性模擬可以對不同種類的信息進(jìn)行模擬，QSIM算法已在一般管理領(lǐng)域和簡單物理系統(tǒng)等方面有相對開創(chuàng)性應(yīng)用[12]，尤其是作者所在課題組對煤礦職工群體安全行為相關(guān)的定性模擬研究中取得了顯著成效[13，20，22]。大型人員聚集活動(dòng)的踩踏事故危險(xiǎn)性系統(tǒng)中，客觀對象難以量化，具有模糊和不確定性，因此可使用QSIM算法對踩踏事故危險(xiǎn)性進(jìn)行定性模擬。

定性微分方程理論表明，變量、約束和操作域是系統(tǒng)組成的3要素。QSIM的定性模擬使用方便過程明了，能夠利用計(jì)算機(jī)語言編寫的系統(tǒng)的復(fù)雜狀態(tài)并對其進(jìn)行仿真模擬。運(yùn)用信息技術(shù)進(jìn)行定性仿真，提高了效率并受到高度評價(jià)且在定性模擬中廣泛推廣。在一次次的應(yīng)用過程中，QSIM算法的變量不斷改進(jìn)，約束和操作域不斷進(jìn)步，還增加了半定量分析方法[13]。

在定性物理學(xué)中，數(shù)量空間是系統(tǒng)實(shí)際緯度的提取。定性空間的值可以逐步分類并覆蓋變量。模糊定量是常規(guī)定性空間的半定量擴(kuò)展，是所有變量的定性值的子集集合[14]。踩踏事故危險(xiǎn)性系統(tǒng)中，需要專家知識(shí)確定許多的因素狀態(tài)[15]。心理學(xué)原理認(rèn)為人的認(rèn)知結(jié)果是模糊參量[16]。通過踩踏事故危險(xiǎn)性分析，能得到的大部分信息為定性值，當(dāng)需要獲取定量信息時(shí)，可以依據(jù)專家知識(shí)轉(zhuǎn)換為定性。采取二元組QS={QVAL，QDIR}表示變量，所取的定性值用QVAL來描述，{1，2，3，4，5}分別表示{很低，低，中等，高，很高}；變量的變化方向用QDIR描述，取{↓，，→，，↑}分別表示為快速減少、緩慢減少、不變、緩慢增加和急速增加[17]。

公眾安全行為受人員心理因素、安全意識(shí)和決策因素、環(huán)境等多種外部條件的影響，具有不確定性，無法將所有信息進(jìn)行量化處理。因此，對踩踏事故人員不安全行為的分析適合采用定性模擬的方法，使用定性模擬進(jìn)行分析意味著定性分析是整個(gè)模擬過程的主流，并根據(jù)需要使用定量技術(shù)支持分析。鑒于此模型沒有客觀指標(biāo)，因此其值直接在模糊空間中表示。其中，環(huán)境變量A和決策變量B采用一元變量Ai=和Bi=表示，QVAL={0，1，2}。狀態(tài)變量C用二元變量QS={QVAL，QDIR}表示[18]。

3.2 QSIM算法原理及規(guī)則設(shè)計(jì)

定性仿真理論分析表明定性模擬需要處理大量定性邏輯數(shù)據(jù)和關(guān)系。QSIM算法能夠?qū)⒍ㄐ苑抡媾c計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，根據(jù)既定規(guī)則有效地模擬大量數(shù)據(jù)，在定性仿真領(lǐng)域得到廣泛研究和應(yīng)用[19]。

QSIM算法基于對踩踏事故的公共和危險(xiǎn)行為模型創(chuàng)建定性決策過程。將危險(xiǎn)行為模型視為一個(gè)系統(tǒng)，分析系統(tǒng)的初始狀態(tài)，將下一個(gè)可能行為置于約束或轉(zhuǎn)換規(guī)則的約束下，最后排列這些行為的構(gòu)成并描述系統(tǒng)結(jié)果的行為[20]。QSIM算法的基本邏輯關(guān)系如圖3所示。其原理主要包括變量輸入和輸出，模擬步驟，過濾方法等。

圖3 QSIM算法邏輯關(guān)系Fig.3 QSIM algorithm logic diagram

根據(jù)踩踏事故危險(xiǎn)性模型中變量之間的相互關(guān)系，設(shè)計(jì)規(guī)則如下。

規(guī)則1，決策變量A和環(huán)境變量B由環(huán)境和管理員的特征確定，允許在一定范圍內(nèi)波動(dòng)[21]。

規(guī)則2，狀態(tài)變量C的定性值只能連續(xù)更改。變量的變化方向可能會(huì)跳躍。變量會(huì)隨著時(shí)間推移和其他變量影響而逐漸變化，因此定性值不會(huì)突然變化。也就是說，定性值僅在連續(xù)狀態(tài)下變化[22]。

規(guī)則3，必須根據(jù)特定規(guī)則確定受2個(gè)因素影響的狀態(tài)變量，以確定其綜合作用。隨后應(yīng)在指定的轉(zhuǎn)換規(guī)則表中帶入進(jìn)行推理，作為確定此階段可能的狀態(tài)[23]。

規(guī)則4，受多個(gè)因素作用的狀態(tài)變量，要按照一定的規(guī)則依次進(jìn)行推導(dǎo)。從全局角度解釋，合理則進(jìn)行下一步，否則，模擬將以失敗告終[24]。

規(guī)則5，影響變量僅一個(gè)因素。作用因素當(dāng)前的變化方向是變量改變方向。前一級變量的效果和狀態(tài)與通用轉(zhuǎn)換規(guī)則表結(jié)合在一起，得出可確定當(dāng)前級狀態(tài)的結(jié)論。

規(guī)則6，在模擬過程中出現(xiàn)分支的情況下，根據(jù)均勻分布顯示分支簡化計(jì)算。文中按照隨機(jī)等概率進(jìn)行剪枝減少組合爆炸。

4 踩踏事故危險(xiǎn)性定性模擬

4.1 定性模擬方案設(shè)計(jì)

公眾不安全行為模型中各類狀態(tài)變量、環(huán)境變量和決策變量的初始狀態(tài)在不同的狀態(tài)下代表著不同的初始情況，初始情況不同最終得到的模擬結(jié)果也不同。為了使得到的結(jié)果具有對比性[25]，改變不同的變量條件探究對模擬過程以及結(jié)果的影響程度，結(jié)合收集到的事故案例分析以及多種致因因素的多重考慮，制定見表2的模擬方案，不同的方案代表不同初始狀態(tài)。

表2 模擬方案

*表中狀態(tài)變量初始值為一般表示為<3，→>，很高表示為<5，↑>，低表示為<2，↘>。

4.2 定性模擬結(jié)果分析

系統(tǒng)狀態(tài)變量定性值所占百分比可由公式(1)獲得，它反映了系統(tǒng)狀態(tài)變量的定性值在本輪模擬中的分布情況，占比最高的定性值就是該變量模擬后最可能達(dá)到的程度，是群體安全行為及其相關(guān)要素的重要考量指標(biāo)。為了便于對比分析，定性值所占百分比在模擬結(jié)果匯總表的基礎(chǔ)上，以柱狀圖等圖形方式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

(1)

式中pij為第i個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)變量的定性值j所占的百分比；sij為第i個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)變量的定性值j在整個(gè)模擬過程中出現(xiàn)的次數(shù)之和，其中，j={1，2，3，4，5}；nc為模擬的總次數(shù)。

依據(jù)模擬軟件，將表2中設(shè)定的10種方案，分別代入系統(tǒng)中，得到系統(tǒng)模擬的最終結(jié)果。統(tǒng)一設(shè)定模擬階段為20，模擬次數(shù)為100。圖中定性值1，2，3，4，5分別表示狀態(tài)變量的狀態(tài)為很低、低、一般、高和很高。具體模擬結(jié)果如圖4所示。

4.2.1 方案1

在不受到外界環(huán)境的干擾，且不進(jìn)行安全管理與安全教育的情況下，活動(dòng)安排的不合理性、不安全行為以及踩踏事故發(fā)生的危險(xiǎn)性從初始值“一般”(定性值3)逐步升高相對穩(wěn)定在“很高”(定性值5)，其余各要素包括危險(xiǎn)因素識(shí)別、安全意識(shí)、應(yīng)急預(yù)案、應(yīng)急演練以及應(yīng)急觀念均從初始值“一般”(定性值3)逐步惡化至“很低”(定性值1)，比例均在50%以上。從圖4可以直觀的看出，活動(dòng)安排的不合理性、不安全行為及踩踏事故發(fā)生的危險(xiǎn)性取值集中在“很高”，其余系統(tǒng)變量定性值取1的比重最大，說明系統(tǒng)各個(gè)狀態(tài)向“很低”方向發(fā)展。

圖4 方案1模擬結(jié)果柱狀圖分析Fig.4 Histogram analysis of simulation results of Option One

4.2.2 方案2

踩踏事故危險(xiǎn)性模型在受到強(qiáng)度一般的外界環(huán)境的干擾，且進(jìn)行一般強(qiáng)度的安全管理與安全教育的情況下，危險(xiǎn)因素識(shí)別、安全意識(shí)以及應(yīng)急演練因素從初始值“一般”(定性值3)逐步降低至“很低”(定性值1)，應(yīng)急預(yù)案向定性值1與定性值5分散發(fā)展，其余各要素應(yīng)急觀念、活動(dòng)安排的不合理性以及不安全行為均從初始值“一般”(定性值3)逐步升高至“很高”(定性值5)，比例均在45%以上，踩踏事故發(fā)生的危險(xiǎn)性主要集中在“很高”(定性值5)，取值在25%以上，在“低、一般、高”(定性值2、3、4)也有分布，取值在10%左右。

圖5 方案2模擬結(jié)果柱狀圖分析Fig.5 Histogram analysis of simulation results of Option Two

4.2.3 方案3，方案4

通過對比方案3與方案4模擬結(jié)果的柱狀圖可以看出，方案3中公眾在受到強(qiáng)度較低的外界環(huán)境的干擾情況下，進(jìn)行高強(qiáng)度的安全管理與安全教育，活動(dòng)安排的不合理性、不安全行為以及踩踏事故發(fā)生的危險(xiǎn)性從初始值“一般”(定性值3)逐步降低到“很低”(定性值1)，其余各要素包括危險(xiǎn)因素識(shí)別、安全意識(shí)、應(yīng)急預(yù)案、應(yīng)急演練以及應(yīng)急觀念均從初始值“一般”(定性值3)逐步升高至“很高”(定性值5)，比例均在90%左右。在方案3中，活動(dòng)安排的不合理性、不安全行為以及踩踏事故發(fā)生的危險(xiǎn)性取值集中在“很低”，其余系統(tǒng)變量定性值取5的比重最大，說明系統(tǒng)各個(gè)狀態(tài)向“很高”的方向發(fā)展，相對比可以看出方案4中，在受到強(qiáng)度較高的外界環(huán)境的干擾情況下，進(jìn)行低強(qiáng)度的安全管理與安全教育情況，系統(tǒng)各個(gè)狀態(tài)向“很低”的方向惡化，與方案5恰好相反。

圖6 方案3模擬結(jié)果柱狀圖分析Fig.6 Histogram analysis of simulation results of Option Three

圖7 方案4模擬結(jié)果柱狀圖分析Fig.7 Histogram analysis of simulation results of Option Four

4.2.4 方案5

圖8 方案5模擬結(jié)果柱狀圖分析Fig.8 Histogram analysis of simulation results of Option Five

方案5中，系統(tǒng)受到一般的外界環(huán)境的干擾，且進(jìn)行高強(qiáng)度的安全管理與安全教育的情況下，應(yīng)急演練和應(yīng)急預(yù)案從初始值“一般”(定性值3)逐步降低至“很低”(定性值1)。危險(xiǎn)因素識(shí)別和安全意識(shí)穩(wěn)定在初始值“一般”(定性值3)，活動(dòng)安排不當(dāng)，不安全行為以及踩踏事故發(fā)生的危險(xiǎn)性趨向初始值“很高”(定性值5)，應(yīng)急觀念從初始值“一般”(定性值3)逐步升高最終穩(wěn)定在“高”(定性值4)。

4.2.5 方案6，方案7

方案6和方案7中，不論是初始值為“很高”的公眾不受到外界環(huán)境的干擾且不進(jìn)行安全管理與安全教育，還是初始值為“低”的公眾受到強(qiáng)度高外界環(huán)境的干擾但進(jìn)行高強(qiáng)度安全管理與安全教育，最終的演化結(jié)果均相對發(fā)散。2種方案下，危險(xiǎn)因素識(shí)別和應(yīng)急演練從初始值逐步降低并相對穩(wěn)定在“很低”(定性值1)，應(yīng)急預(yù)案、應(yīng)急觀念以及不安全行為均相對穩(wěn)定在初始值“很高”(定性值5)。相對方案6中，其他各因素在方案7中的演化結(jié)果更加向兩極化分散，總體來說兩者演化結(jié)果都沒有明顯降低踩踏事故的危險(xiǎn)性。

圖9 方案6模擬結(jié)果柱狀圖分析Fig.9 Histogram analysis of simulation results of Option Six

圖10 方案7模擬結(jié)果柱狀圖分析Fig.10 Histogram analysis of simulation results of Option Seven

5 結(jié) 論

1)在環(huán)境干擾不變和不采取任何安全管控對策的情況下，踩踏事故危險(xiǎn)性系統(tǒng)狀態(tài)注定會(huì)向糟糕的方向惡化。在不同初始值狀態(tài)下，采取與環(huán)境干擾同等強(qiáng)度的安全管控手段，系統(tǒng)演化效果均不理想，并不能明顯降低公眾的不安全行為和踩踏事故發(fā)生的危險(xiǎn)性。

2)采取安全管控強(qiáng)度高于環(huán)境干擾強(qiáng)度的方案，能夠明顯提高參與人員的安全意識(shí)，降低聚集活動(dòng)安排的不合理性，降低人的不安全行為和踩踏事故發(fā)生的危險(xiǎn)性，系統(tǒng)演化效果相對理想；與之相對，如果采取安全管控強(qiáng)度低于環(huán)境干擾強(qiáng)度的方案時(shí)，活動(dòng)安排的不合理性、人的不安全行為以及踩踏事故發(fā)生的危險(xiǎn)性顯著上升，系統(tǒng)整體狀態(tài)趨向惡化。