视觉障碍人群在紧急状态下的疏散模型研究*

张　森，曾　坚，刘晓阳，池腾龙

(天津大学 建筑学院，天津 300072)

根据世界人口数据统计显示，弱势群体(儿童、老年人、残疾人等)占世界人口的近40%，其中盲人和视障人群占世界人口的4%[1-2]。在中国这样一个人口大国，约有2000多万视力残疾人群，同时，中国又是一个灾害多发的国家，每年因为自然灾害或者人为灾害，都会造成了大量的人员伤亡。无论在日常的生活中还是当出现紧急状态的时候，视觉障碍人群只能通过外界的引导和自身的行走能力进行疏散逃生。在人员相对密集的建筑物内部，发生紧急状况时，因为时间紧迫、疏散通道有限，再加上残疾人自身因活动能力较差，这类人群又往往成为最大的受害者[3-4]。例如2000年河南东都商厦火灾、2008年乌鲁木齐德汇国际广场火灾、2011年长春天元商厦火灾等。

早期关于疏散和人流动力学的研究主要集中在健全人群的特征研究上[5-7]，并且研究开发了楼梯水平步行速度模型以及疏散人流模型。这些模型为当今许多国家和国际关于建筑设计防火安全指南或标准等的制定奠定了基础。但是，社会弱势群体的数据有限，在开发和验证模型时很难有数据支持，因此弱势群体的数据在大多数模型中均没有考虑；在相关文献中，更是几乎没有视障人群的疏散特征的相关信息[8-10]。与健全人群相比，这部分人群在建筑物中的安全疏散问题是值得研究与考虑的。

当前国内外对于视觉障碍人群的研究主要有盲人在不同状态下的行走速度研究[11-12]，建筑内部发生火灾时候的残疾人的行为研究[13]，通过计算机进行虚拟技术，或者运用计算机软件通过正常人的疏散模拟提出盲人的疏散策略等[14-16]。比如，Proulx等人对建筑火灾情况下肢体残疾、视力残疾、听力残疾和智力残疾4类残疾人的疏散策略进行了研究，探讨了4类人群在疏散过程中需要的辅助器械和措施，认为究竟是选择全楼疏散还是楼内避险是确定整个人群疏散策略的第一步[17]；Grace Soong通过优先步行速度评估流动性模型进行对比分析，有指导技术和无指导技术对于视觉障碍者步行速度的影响，得出结论是这两种方式对于其步行速度没有明显差距[18]。从研究的整体状态看，以视觉障碍人群行走速度作为研究出发点，直接进行相关物理数据测试或者问卷调查的研究相对较少。

因此，在建筑发生紧急状态的时候，如何保证视觉障碍人群在有限的时间内，达到最大的疏散效率是本次的研究动机。本次研究以视觉障碍人群为研究对象，在第一阶段，选取32名视觉障碍志愿者进行3组不同条件下的实验，包括无引导员疏散测试、每个被试者配备引导员疏散测试以及单引导员集中疏散测试，记录每个成员的行走速度数据；在第二阶段，对实验数据进行量化分析，检验被试者在有引导状态与无引导状态下，他们的疏散效率区别；第三阶段，依据实验结果设计疏散模型，对视觉障碍人群在室内如何高效的进行疏散提出改进策略。

1　实验方案与实验数据

1.1　实验准备

实验日期从2016年4月开始，至2016年6月结束，实验地点为天津市盲人协会。测试总共由32名视觉障碍人群组成，年龄为28～55岁，覆盖了活跃人群的各个年龄段。被测试人群的视力等级均<0.3，按照国家标准属于视力残疾人群，平时依靠盲杖或者家人朋友引导行走。将被试人群平均分为4组，每组8个人，每一组单独进行整个实验，人员分配如表I所示，A、B两组为男性，C、D两组为女性。在室内固定两处摄像机，摄像机的型号为Kodak SP1。这是一款微型运动摄像机，尺寸为84.7 mm×1.4 mm×39.5 mm，对于整个实验所带来的干扰是十分有限的。两台摄像机分别安装在室内的平面处与屋顶处，从两个不同的角度进行数据收集，以便实现对盲人全方位的记录，原始的录像文件会通过电脑软件进行分析。

表1　实验分组情况

1.2　实验方法与过程

实验在盲人协会的活动大厅中进行，通过这个实验探讨视觉障碍人群在室内进行何种疏散模式，疏散效率会最高。活动大厅是一个20 m×30 m的方形室内空间，东侧是一排窗户，靠近北侧有一扇门，为整个房间的出入口，同时设计为实验中的安全疏散点。在距离疏散点15 m远的地方，随机选取8个位置安置被试者，在15 m的范围内设置了9个障碍物，如图1所示。安排一名实验员在出口处发出声音信号，被试者根据声音信号自行判断如何到达疏散点。在每次测试开始的时候，被试者与障碍物都按照随机的原则重新安置，避免因为重复记忆对实验带来的干扰。当实验员发出信号的时候，实验开始计时，当最后一名被试者到达疏散点的时候，这一组测试结束。由于室内场景的复杂度，被试者行走路径不好被完整记录，因此每组测试均以15 m为标准距离，进行步行速度计算。

图1　室内疏散实验平面示意图

实验总共包含3组不同条件的测试场景，如图1所示，蓝色的点位示意的是被试者，棕色的点位示意的是障碍物的位置，绿色的点位示意的是引导员。第一组测试如图1a所示，当在门口发出声音信号时，8位被试者要穿越摆在房间当中的障碍物，达到大门口；第二组实验如图1b所示，8位视觉障碍者每位身边配备一名引导员，当门口信号声音响起的时候，引导员带领他们达到疏散大门处；第三组实验如图1c，在障碍物中间安置一位引导员发出信号，被试者穿过障碍物，集中到引导员的位置，由引导员带领被试者到达疏散大门口。

2　实验结果与讨论

2.1　视觉障碍人群疏散模式

根据实验结果可看出(表2)，男性视觉障碍人群(A、B组)的步行平均速度要高于女性视觉障碍者(C、D组)的平均速度，同时男性被试者在灵活性、反应力以及应变能力也要优于女性被试者。通过实验可以看到，视觉障碍人群在同一场景下，疏散方式的不同，对他们的行动效率有很大的影响。4个测试组分别进行了15 m的疏散距离测试，在无引导员疏散测试中，A组的平均步行速度为1.20 m/s，是4个组当中最高的一组，其它3个组的步行速度分别为1.15 m/s，0.87 m/s与0.92 m/s。

表2　实验测试结果

在第二组测试中，为每个被试者配备了一名引导员，引导他们避开障碍物到达疏散点。当有引导员存在的时候，被试人群之间的互动消失了，每个人努力的跟着引导员前行。在现场的试验中发现，当每个视觉障碍人群都配一个引导员，虽然在方向性有一定的提升，但是由于人多，躲避障碍物的时候容易产生拥挤碰撞，实际的疏散的时间不是特别理想。如表2所示A组的平均速度由原来的1.20 m/s下降到1.09 m/s，下降率为9.2%。B组的平均速度由原来1.15 m/s下降到0.95 m/s，下降率为17.4%。C组的平均速度由原来的0.87 m/s下降到0.75 m/s，下降率为13.8%。D组的平均速度从0.92 m/s下降至0.67 m/s，下降率为27.2%。从下降的趋势可以发现，女性测试组的下降趋势要高于男性测试组。在实验现场可以发现，由于引导员无法强行提高自身速度，只能跟随被试人员的速度行走，除了存在方向性的优势，对于视觉障碍人群自身提高步行效率效果甚微。

在第三组测试中，障碍物中部的位置，安排一名引导员发出声音信号，引导被试者集中，并带领进行疏散。从实验的结果可以看出，集中疏散模式对视觉障碍人群的疏散效率提升的最高。A组的平均步行速度由1.20 m/s上升到1.33 m/s，B组由原来的1.15 m/s上升到1.20 m/s，C组由0.87 m/s上升至1.09 m/s，D组的平均步行速度由0.73 m/s上升至1.06 m/s。

在第一组测试中，每一个分组中都存在这一个隐形“引导者”，这类人在发现一条没有障碍物路径的时候，会和其它人员打招呼，让他们跟随过来，一起到达疏散点。这种现象在真实的灾害场景中应该会存在，从这一点可以看出，视觉障碍人群存在相互沟通相互依赖的一种社会属性，这种属性，可以帮助他们脱离危险的状况。同时，在第一组测试和第三组测试中都存在一个普遍的现象，当实验测试开始的时候，被试者都会互相打招呼确认彼此的位置，然后才进行疏散，但是在第二组测试中，打招呼的现象就不存在。

基于实验的测试结果可以看出，当处于危险的情况下，视觉障碍人群自行进行活动的疏散效率与在有人帮助的情况下基本持平。从图2的实验个体统计结果可以看出，32名被试者在无引导员的疏散试验中，平均步行速度为0.75 m/s，在为每位被试者都提供引导员的条件下，他们的步行平均速度只提升至0.79 m/s，提升率只有5.3%。而当他们处于集中疏散的实验场景中，32名被试者的平均步行速度提升至0.97 m/s，提升率为29.3%，有一个很明显的提升变化。因此可以推断，集中式的引导疏散更有利于视觉障碍人群在灾害中的疏散逃生。

2.2　视觉障碍人群的疏散模型

通过对实验数据的统计与分析，可以明显的看出三种不同条件下，集中模式下的视觉障碍人群的疏散模型要好于其它两种情况。利用SPSS软件中的ANOVA检测，对实验数据进行进一步的分析比对，查看各组实验数据之间是否存在明显的差异性。ANOVA检测的目的是通过数据分析找出，不同的疏散条件是否对视觉障碍人群的步行速度有显著影响，以及显著影响的最佳水平等，数据分析结果如表3所示。

图2　室内引导与无引导过障碍物疏散速度对比

表3　实验测试的方差分析结果

从分析结果可以看出，视觉障碍人群自行进行疏散的实验结果与每人配备引导员疏散的实验结果差异性数值为0.597(>0.05)，从统计学的角度，说明两种疏散方法不存在差异性，因此，为每个视觉障碍人群配置一名引导员在室内疏散，对于步行速度的提升几乎没有帮助。无引导疏散与集中疏散的差异性比较值为0.014(<0.05并接近0.01)，每人配置引导疏散与集中疏散的差异性比较值为0.049(<0.05)，集中疏散引导对步行速度的提升与其它两种方式相比，具有明显的差异性，说明集中引导疏散模式对视觉障碍人群的步行速度的提升具有十分显著的帮助。

基于对实验数据的分析以及ANOVA的检测结果，可以说明当室内出现灾害的时候，视觉障碍人群应该采用集中疏散的方式可以到达最大的疏散效果。同时，在整个实验中可以观察到，视觉障碍人群除了利用声音信号来引导自己进行疏散，还会利用触觉来感受周边的环境变化。因此，在建筑内部提供更多的可接触性的信号提示，尤其是在墙面，可以为他们在进行疏散时提供更多的帮助与支持。结合实验场景，设计了符合视觉障碍人群的室内疏散概念模型，在现行安全规范的基础下，进一步优化和丰富防火分区中的配置，以满足城市不同人群的需求。如图3所示，圆形的范围是新建的疏散分区，红色的通道是可触摸信号通道(例如盲道或者可触摸墙等)，应设置在建筑内部紧邻墙的四周，紫色的是疏散出口，每个防灾分区中心位置应该配备一定数量的引导员。

图3　视觉障碍人群疏散模型

当有紧急情况发生的时候，视觉障碍人群可以通过两种方式进行疏散逃生。①当没有声音信号发出的时候，可以自己向建筑内部的四周墙面疏散，找到墙面设置的触摸式信号系统或者设有盲道的通道系统，他们可以跟随这些信号的引导进行疏散；②如果在防灾疏散分区中，设置有引导员或者一些其它设备发出声音信号，可以将需要疏散的视觉障碍人群(也可以包括肢体正常的人群)集中到这个位置，再引领人群直接前往防灾疏散出口。在现实社会当中，在商场、医院或者一些公共场所单独设立引导员很不现实，而且也会造成公共资源的浪，建议将公共场所服务人员的服务培训都加入疏散引导这一项即可。在出现紧急情况的时候，场所服务人员可以转变为引导员，带领人群到达指定的疏散地点，为他们提供帮助。

3　结论

通过实验的过程可以看出，视觉障碍人群对于声音的敏感度辨识度很高。在做疏散模拟实验的时候，他们提出一定要有一个稳定的声源指引他们，这样才能有自己的方向感和判断力，同时他们还会利用触觉去感受外界的信息。因此，当没有条件去建立竖向立体的疏散系统或者引导员配置的时候，一个稳定的声源信号和触觉信号显得十分重要。

从实验的结果可以看出，男性视觉障碍者的步行速度在不同的疏散测试中均要高于女性。在理想条件下，为每个视觉障碍人群配备一名引导员的疏散效率与不配备引导员的效率相接近(显著性差异只有0.597)，远远不如集中疏散引导模式效率高。集中式引导使得视觉障碍人群的步行速度有了较大幅度的提升，这种模式的疏散与前两者性比，显著性差异分别为0.014与0.049。因此，在情况紧急状态下，疏散引导系统应该在第一时间将视觉障碍人群疏散到一个相对开阔并且具有指示性的空间中，为视觉障碍人群提供足够的时间进行疏散逃生。依据实验结果，结合国家相关安全规范，提出了视觉障碍人群疏散模型。在现实的生活中，在公共场所无论是医院、活动中心或者是活动场所，都应该与建筑防火分区结合设定更细化的疏散分区，在建筑内部设置可触摸的信息通道，并配备一定比例的引导员。当灾害发生的时候，这种可触摸式的信息系统和引导员既可以对普通人的疏散提供一定的帮助 ，也可以协助视觉障碍人群顺利到达疏散出口。

通过与视觉障碍人群的访谈，了解到这类人群对于社会的存在感十分低，当突发事件出现的时候，也没有相应的知识储备来指导他们完成疏散。因此，社会应该提高在无障碍设施以及疏散管理政策规划的质量，让城市更多的人群受到照顾，让那些特殊的人群也感受到社会的关爱。视觉障碍人群的疏散模型提出，有助于丰富现行的城市、建筑安全设计规范，同时体现社会的公平性。社会在发展的同时，应该对城市各类群体都有所考虑，这样才能使国家的建设发展得到进一步的提升，避免出现灾害时候，产生重大的人员伤亡。

致谢国家自然基金“快速城镇化典型衍生灾害防治的规划设计原理与方法”(51438009)的资助，感谢天津市盲人协会的大力支持，感谢协会中视觉障碍志愿者与课题组同学们的努力付出，保证了这个研究的顺利进行，也保证了未来进一步的研究的可实施性。