城市社区空间应急疏散能力评价模型构建及其应用——以北京市交道口社区为例

胡 映 洁，吕 斌

(北京大学城市与环境学院城市与区域规划系，北京 100871)



城市社区空间应急疏散能力评价模型构建及其应用
——以北京市交道口社区为例

胡 映 洁，吕 斌*

(北京大学城市与环境学院城市与区域规划系，北京 100871)

以城市防灾空间中最基本的单元——社区空间为研究对象，对其应急疏散能力评价方法进行探讨。建立了基于现状空间分析的应急疏散能力评价模型，模型由应急疏散时间半径与应急疏散容量半径两个维度及应急疏散距离、道路有效宽度、道路集成度、应急疏散场所容量、社区人口密度5个因素构成。最后，通过GIS中的服务区分析及空间句法分析等技术，将模型应用于北京市交道口社区，找到交道口社区中应急疏散能力较弱的区域，为社区应急疏散空间的优化提供了依据。

城市社区空间；应急疏散能力；评价模型；交道口社区

0 引言

目前，城市正成为灾害中发生人员伤亡和经济损失最严重的区域。我国不仅有大量城市位于自然灾害的高发区(如地震带与沿海地区)，并且随着城镇化进程的加快，人口与物质财富的高度集中使城市的易损性大大增加。因此，城市防灾规划的重要性日益凸显。社区作为城市中最基本的空间单元之一，在中国既是一种基本的功能地域，也是规划的公共政策依托街道权力得以实施的基本行政单元，因此也是城市防灾规划中最具操作意义的空间单元。并且，受灾人口疏散到应急避难场所是灾害发生后保障安全的第一步，这要求在社区尺度中规划有足够的应急避难空间和畅通的疏散道路。城市空间在防灾能力的分布上具有不均匀性，认识并分析这种不均匀性，对合理调配救灾资源、灾时应急救援等都具有极其重要的意义。本文主要研究城市社区空间应急疏散能力的评价方法，对这种防灾能力在社区内的不均匀分布进行测度，作为进一步改善社区空间安全的基础。

从国内外对城市防灾能力评价的研究看，空间层次以宏观为主，即将城市作为一个整体，对其自然、社会、经济等方面与城市防灾有关的因素进行综合评价[1-5]，中微观层面的研究相对较少，且通常将城市社区作为一个整体的“点”[6-9]，而很少将其作为一个具有内部差异的“块”进行研究[10]。从评价方法看，对应急疏散空间的评价一种是将问题抽象为相应的数学问题并进行建模，大多数学者将避难场所在城市中的空间分布问题转化为典型求集合覆盖的问题进行求解[11-13]，但这种方法在现实中的应用性较差。另一种是对实际空间进行空间分析，通常以现状的应急避难场所为源，以一定的距离为半径，做同心圆的服务区分析，得到应急避难场所的服务覆盖情况[14]，这种方法更多考虑现实中应急避难场所分布，但虚拟的同心圆服务区与实际情况相差仍较大。因此，本文将社区空间作为具有内部差异的“块”进行评价，是对微观层面研究的重要补充；评价方法上选择基于现状空间分析的方法，通过在已有模型中加入(如时间、实际疏散路径等)更多的因素，对现有方法进行改进。

1 研究方法

1.1 模型构建基本思路

首先，提出模型的基本假设：1)人口在社区内均匀分布；2)考虑地震对地面产生破坏前的紧急疏散情况；3)居民自发的选择疏散路径，无阻碍情况下疏散速度为快速步行速度，约100 m/min，实际疏散速度受道路拥堵情况影响。

本文认为应急疏散能力主要体现为应急避难场所的服务范围，这种服务范围既与应急避难场所的容量有关，也与人疏散至应急避难场所的时间有关。应急避难场所一方面要满足人群快速疏散的要求，另一方面要保证人群在避难场所中的避难生活空间与供给，因此，对避难场所服务范围的评价应考虑时间和容量两个因素(图1)。

图1 模型构建基本思路

Fig.1 The structure of evacuation model

1.2 应急避难疏散的时间半径

影响应急疏散时间的因素主要包括应急疏散距离、道路有效宽度、道路集成度3个因素。应急疏散距离(s)为社区中的疏散点与最近的避难场所出入口之间的最短路径长度，在计算距离时，选择实际路径的长度对疏散距离进行度量。道路有效宽度(W)是指道路在除去停车、商贩等占用之后，在疏散中实际可用的宽度，规划中一般不专门设置应急疏散的通道，就在平时路网的基础上形成疏散路网。社区级的疏散道路主要有避难通道和紧急避难通道两种。一般避难通道的最小宽度应在8 m以上，紧急避难通道宽度可在8 m以下。道路集成度(RA)为空间句法中的概念，用来衡量一个单元空间与系统中所有其他空间的集聚或离散程度，用在路网中，可以表示一条道路与其他道路的连接程度[15]。当一条道路与其他道路的连接程度越高，它越容易聚集人流，因此可以用集成度度量道路对于人流的聚集能力。

应急疏散时间t由应急疏散的距离和速度两个因素度量：

t=s/v

(1)

应急疏散的速度受到应急疏散的有效道路宽度W及道路的集成度RA两个因素影响，与道路的有效宽度呈正比，与道路的集成度呈反比。因此设正常无阻疏散速度为v0，则应急疏散速度v为：

v=(k·W)/(RA·v0)

(2)

因此，应急疏散时间t的评价值为：

t=(s·RA)/(k·W·v0)

(3)

按照公共应急避难场所的相关规范，对疏散人群到达避难场所的时间有所规定，此时间有一个高标准t1和一个低标准t2(t1

(4)

1.3 应急避难疏散的容量半径

影响应急疏散容量半径的因素主要包括应急避难场所的人口容量及周边区域的人口密度。应急避难场所的人口容量(V)决定了其在应急疏散时能够为周围多少人口提供避难场所，主要由两个因素决定：应急避难场所实际可用作避难的用地面积S′及应急避难场所的人均用地标准S0。即：

V=S′/S0

(5)

应急避难场所的人均用地面积在相关规范中有其标准。应急避难场所的实际可用作避难面积与人均用地面积标准的比值即为避难场所的人口容量。研究区域的人口密度(ρ)此处定义为社区的人口平均密度，由相关人口统计数据得到。由于社区尺度较小，且用地性质、容积率等属性较为均质，可认为研究区域人口均匀分布。人口密度小的地区，较小的应急避难场所用地即可覆盖较大的距离，而人口密度高的区域，覆盖相同的距离需要更大的用地。

若设避难场所的容量服务范围是以其自身为圆心、r为半径的圆形区域，则V应该等于人口数量在这个区域内的总和，因此：

(6)

根据S0高低两个标准可以对应算出容量的两个标准V1和V2(V1

(7)

1.4 应急疏散能力综合评价

基于对应急避难场所在时间上和容量上服务半径的评价，可以分别得到其在时间和容量两个评价标准下的安全区域、较安全区域和不安全区域。对公共应急避难场所的服务能力的综合评价既要考虑其时间半径也要考虑容量半径，只有在两种半径评价中都安全的区域才属于安全区域，而只要有一种属性的评价为低，这个区域就属于不安全区域。因此，可以将两个指标的3个属性组成一个判断矩阵，从而得到应急避难场所服务能力的综合评价结果。判断矩阵如表 1所示。

表1 应急避难场所服务能力综合判断矩阵

Table1Theevaluationmatrixofemergencyevacuationcapacityforemergencyshelter

容量时间高中低高高中低中中中低低低低低

2 北京市交道口社区案例研究

本文选择了北京市交道口社区作为研究对象，其位于北京市中心城区，鼓楼东南侧，什刹海风景区以东。该社区面积1.45 km2，户籍常住人口约5.3万人，实际居住约3万人，暂住人口约5 000人，人口密度高，应急避难的压力巨大。根据调研结果，交道口社区内部及周围可作为应急避难场所的用地及其出入口的位置确定如图 2所示*根据《北京市中心城地震及应急避难场所(室外)规划纲要》，选择场地内符合标准的紧急和中长期避难场所，以及虽不在场地内，但距离少于500 m(步行时间少于15 min)的紧急和中长期避难场所，包括面积为1 000 m2左右及以上的学校小操场、城市小绿地、小广场、小运动场等。，主要包括国家话剧院、滨河公园、北京五中分校、中央戏剧学院以及皇城根遗址公园。而研究区域的主干道、次干道和支路构成了其应急疏散的道路系统，南北向的南锣鼓巷与四周东西向的胡同组成了主要的内部道路结构，呈“鱼骨状”。

图2 交道口社区应急避难场所、应急疏散道路分布

Fig.2 The evacuation shelters and roads in Jiaodaokou community

2.1 交道口社区应急疏散时间半径评价

对交道口的道路宽度与占用情况进行现场测量，得到了应急疏散时道路的有效宽度，地块内部部分道路的有效宽度不到2 m，将严重影响应急疏散的速度。然后将道路网转换为轴线地图，在GIS中利用Axwoman插件进行道路集成度的分析，集成度最高的道路为地块四周的城市主干道、南锣鼓巷以及与南锣鼓巷相交的部分胡同，也就是说，这些道路更容易集聚人流而形成拥堵。由道路有效宽度与道路集成度的值计算出各条道路的疏散速度评价值(图 3，见封2)，可见地块内部鱼骨状结构的主要道路疏散速度过慢，四周道路相对速度较高。

在GIS的网络分析中，将每条道路的长度除以速度，得到每条道路的应急疏散时间字段，以此作为阻抗进行应急疏散场所的服务范围搜索。对疏散时间进行评价，参考《北京中心城地震及应急避难场所(室外)规划纲要》，5 min内达到为最安全，15 min以内比较及时，15 min以上将比较危险，得到疏散时间的评价结果(图4)，可以看到应急疏散最不及时的能力低谷区集中在北部南锣鼓巷的两侧以及地块东南部的小块区域。

图4 交道口社区应急疏散时间半径评价结果

Fig.4 The time radius of emergency evacuation in Jiaodaokou community

2.2 交道口社区应急疏散容量半径评价

根据《北京中心城地震及应急避难场所(室外)规划纲要》中的标准，紧急避难场所的人均用地面积为1.5～2.0 m2/人，中长期避难场所的人均用地面积为2.0～3.0 m2/人，认为交道口社区中常住人口为3万人，则可计算每一个避难场所的实际可服务半径，如表 2所示。将各个避难场所的容量半径相互叠加，得到交道口社区应急避难场所服务的容量半径分布图(图 5)，现有应急避难场所的容量能够覆盖社区的大部分区域，但社区北部仍有部分区域没有被覆盖。

表2 交道口社区应急避难场所面积大小及实际服务半径估算

Table 2 The area and service area of evacuation shelters in Jiaodaokou community

滨河公园国家话剧院北京五中分校中央戏剧学院皇城根遗址公园面积(m2)人均用地标准(m2/人)服务人数人口密度(人/m2)服务面积(m2)服务半径(m)1000020002000150060000低标准1．51．51．51．52高标准22223低标准666713331333100030000高标准500010001000750200000．02070．02070．02070．02070．0207低标准3222226444464444483331450000高标准241546483094830936232966184低标准320143143124680高标准277124124107555

2.3 交道口社区应急疏散能力综合评价结果及优化

根据上文所述的判断矩阵，将交道口社区应急避难场所时间半径与容量半径的分析结果叠加，得到社区应急疏散能力的综合评价结果(图 6)。

图5 交道口社区应急疏散容量半径评价结果 图6 交道口社区应急疏散能力综合评价

Fig.5 The volume radius of emergency evacuation in Jiaodaokou community Fig.6 The evaluation of emergency evacuation capacity in Jiaodaokou community

对交道口社区现有的应急避难场所服务半径进行评价可以发现，如果将社区空间分为高、中、低3个安全等级，则交道口社区现有大半空间的应急疏散安全性处于低水平，需要进行改善。造成这种状况的原因总结起来有：1)应急避难场所分布不均。在交道口社区中有五处应急避难场所，在整体容量上能够容纳社区的全部人口。但由于其主要分布在地块的西南侧，服务半径有限，因此在东北侧形成了服务盲区。2)应急避难场所的出入口设置不符合要求。按照《北京中心城地震及应急避难场所(室外)规划纲要》的要求，应急避难场所应该在各个方向设置出入口，但交道口社区中可作为避难场所的用地，大部分只有一个出入口，大大降低了避难场所的可达性，增大了某些疏散区域到达避难场所的路程。3)疏散道路网结构问题。交道口社区的道路网主体结构为“鱼骨形”，这就造成了地块在东西向的联系较好，但南北向的联系很弱，使某些疏散区域虽然距离避难场所很近却需要绕路，增加了疏散距离。另外，这样的路网结构使人流集中在“鱼骨”的“骨架”上，给这些道路带来很大的疏散压力。4)二级疏散道路有效宽度过窄。基于老城区风貌保护的需要等原因，地块内的道路宽度已经较窄，再加上路边停车情况很严重，使得有些道路的实际有效宽度只有2 m左右，大大削弱了应急疏散的速度。

应急疏散能力的评价结果具有重要的应用价值，基于应急疏散能力的评价结果，可以进行应急疏散空间的优化。图 7所示为基于现状评价的社区应急疏散空间优化方法，在现状评价的基础上，可以针对形成应急疏散盲区的不同原因(时间或容量)提出针对性的优化策略。

3 结论与展望

图7 基于现状评价的城市社区应急疏散空间优化方法

Fig.7 Optimization method of community emergency evacuation space based on status evaluation

基于城市防灾空间非均质性的重要特点，本文认为对城市存量空间防灾功能的评价是对其进行优化的基础，因而尤其重要。本文主要针对社区应急疏散能力的评价方法进行了研究，构建了基于现状空间分析的城市社区空间应急疏散能力评价模型，主要贡献在于：1)在模型构建时同时考虑了应急避难场所的实际时间服务半径与容量服务半径，而不仅是虚拟的空间半径；2)在计算时间半径时运用的是实际疏散路网数据进行服务区分析，相较于传统的同心圆服务区分析方式有很大改进；3)通过GIS中相关空间分析技术、空间句法技术，本文将模型运用于北京市交道口社区，找到了社区中应急疏散能力较弱的区域并分析了相关原因。

[1] 李辉霞,陈国阶.可拓方法在区域易损性评判中的应用——以四川省为例[J].地理科学,2003,23(3):335-341.

[2] RASHED T,WEEKS J.Assessing vulnerability to earthquake hazards through spatial multicriteria analysis of urban areas[J].International Journal of Geographical Information Science,2003,17(6):547-576.

[3] DAVIDSON R A,SHAH H C.An Urban Earthquake Disaster Risk Index[R].The John A,Blume Earthquake Engineering Center,1997.

[4] 张风华,谢礼立.城市防震减灾能力评估研究[J].自然灾害学报,2001,10(4):57-64.

[5] 尹之潜.城市地震危害性分析的基本框架和方法[J].地震工程与工程振动,1999,19(1):70-75.

[6] 帅向华,成小平,袁一凡.城市震害高危害小区的研究和的实现技术[J].地震,2002,22(3):113-119.

[7] 杨挺.城市局部地震灾害危害性指数(ULEDRI)及其在上海市的应用[D].北京：中国地震局地球物理研究所，2000.

[8] 夏书丹.城市建设用地地震危害性综合评价方法的研究[D].北京：北京工业大学,2005.

[9] 庄丽，高杰，冯启民，等.城市居住区抗震防灾规划达标模糊评价[J].世界地震工程,2008,24(2):78-84.

[10] 黄静,叶明武,王军,等,基于GIS的社区居民避震疏散区划方法及应用研究[J].地理科学,2011(2):204-210.

[11] ALY A A,WHITE J A.Probabilistic formulation of the emergency service location problem[J].The Journal of the Operational Research Society,1978,29(12):1167-1179.

[12] TOREGAS C.The location of emergency service facilities[J].Operations Research,1971,19(6):1363-1373.

[13] 徐波,关贤军,尤建新.城市防灾避难空间优化模型[J].土木工程学报,2008(1):93-98.

[14] 谢军飞,李延明,李树华.北京城市公园绿地应急避险功能布局研究[J].园林科技,2008(2):28-32.

[15] 李云飞.基于空间句法的网络城市评价体系研究[D].长沙：中南大学,2009.

Construction of Evaluation Model of Emergency Evacuation Capacity in Urban Community: Case Study in Jiaodaokou,Beijing

HU Ying-jie，LV Bin

(DepartmentofCityandRegionalPlanning，CollegeofUrbanandEnvironmentalSciences，PekingUniversity，Beijing100871,China)

The paper established a model to evaluate the evacuation capacity of urban community space.The model had two dimensions:the time radius and the volume radius of emergency evacuation.The time radius can be evaluated by the evacuation distance,the valid width and integration of evacuation roads.The volume radius can be evaluated by the capacity of emergency shelter and the population density in the community.Then the paper took Jiaodaokou community in Beijing as an example to apply the model,using the service area analysis and space syntax function in GIS,and found the weak points of evacuation in Jiaodaokou community.

urban community;emergency evacuation capacity;evaluation model;Jiaodaokou community

2014-04-20；

2014-07-04

国家自然科学基金项目“中国城市空间增长的低碳化形态模式研究”(41171130)

胡映洁(1988-)，女，博士研究生，研究方向为城市与区域规划。*通讯作者E-mail:binlu@pku.edu.cn

10.3969/j.issn.1672-0504.2015.01.025

TU984.11+6

A

1672-0504(2015)01-0120-05