基于VOSviewer的2010—2020年安全疏散研究进展分析

高艺伟，岳丽宏，姜曙光

(1.青岛理工大学机械与汽车工程学院,山东 青岛 266500；2.鲁东大学资源与环境工程学院,山东 烟台 264025)

安全疏散是指引导危险区域内的人员向其他安全区域撤离，安全疏散通常在紧急情况下进行。安全疏散涉及的范围广，是每个公共场所性能设计和消防安全的规划内容。现有的安全疏散研究中，以火灾情况下的安全疏散为主，也有少数研究以地震、踩踏、塌方、恐怖袭击等为背景，安全疏散的场所有隧道、地铁车站等交通枢纽，以及高层及超高层建筑、娱乐及商业场所、车间等结构限制或人员密集区域。针对事故和事故发生场所，国内外学者对安全疏散的研究方法有仿真模拟、模型、算法和方法、实验等。这些以安全疏散为主题的研究主要针对具体对象、利用具体方法，从狭义层面出发对安全疏散进行分析。缺乏文献计量分析。因此，有必要对相关的文献进行梳理、归纳和分析，明确研究进展和发展趋势，为安全疏散领域的研究人员提供全面的参考与借鉴。

目前常用的文献计量分析软件有Histcite、BibExcel、CiteSpace、Pajeck、VOSviewer等。其中，VOSviewer软件主要基于文献共引、共被引原理绘制科学图谱，具有分析功能全面、可视化效果好等优势。借助VOSviewer软件对文献进行计量分析是近几年在大数据发展的支持下逐步兴起的一种文献计量分析方法，已经广泛应用于诸多学科领域，其中在安全科学领域如公共安全、安全科学、风险管理等方面均有涉及。因此，本文采用VOSviewer软件对2010—2020年国内外以“安全疏散”为主题的研究文献进行计量分析，从广义层面对安全疏散进行研究，这将有利于学者更清晰地了解安全疏散的研究进展，寻找安全疏散的研究热点，并预测其研究趋势。

1 数据与方法

1. 1 数据来源

(1) 国内文献数据来源：2020年4月6日，从CNKI的期刊数据库中，以“安全疏散”为主题，时间跨度为2010—2020年，期刊来源为核心、CSSCI、CSCD期刊，共检索出560篇文献，以RefWorks格式导出文献。

(2) 国外文献数据来源：2020年4月6日，从Web of Science(WOS)的核心合集中，以“safe eva-cuation”为主题，时间跨度为2010—2020年，引文索引选择SCI-EXPANDED、SSCI、A&HCI、ESCI期刊，共检索出1 040篇文献，以“其他文件格式”中的“纯文本”导出文献。

1. 2 数据处理方法

文献计量是利用数学、统计学等研究方法，定量分析文献，其计量对象以文献、词汇、作者为主。VOSviewer软件就是一个文献计量软件，本文应用VOSviewer软件对2010—2020年国内外安全疏散的研究文献进行计量分析，探索其研究热点和发展趋势。VOSviewer运行于Java环境下，可以导入RefWorks和Web of Science格式的文献。在VOSviewer中点击“Create”，将导出的国内外文献导入软件，按照分析目标依次选择对象和设置阈值。

1.2.1 CNKI的国内文献导入

将CNKI的文献导入VOSviewer中，阈值设置情况如下：

(1) 将“Minimum number of occurrences of a keyword(每个关键词最少出现数量)”设置为3，共有278个关键词达到阈值。

(2) 在“Verify selected keywords”中去掉与中文关键词重复的英文关键词。

(3) 将“Minimum number of documents of an author(每个作者的最少文献数量)”设置为2，共有191位作者达到阈值。

1.2.2 WOS的国外文献导入

将WOS的文献导入VOSviewer中，每个作者的最少文献数量和每个关键词最少出现数量的阈值设置与CNKI文献相同，其中分别有235个关键词、190位作者达到阈值。

2 基于VOSviewer的“安全疏散”相关文献计量分析

2. 1 不同时间文献发表数量分析

根据在CNKI和WOS中检索的“安全疏散”相关文献发表数量，整理得出图1和图2，分别代表2010—2020年国内、国外“安全疏散”相关文献的年度发表数量情况。

图1 2010—2020年国内“安全疏散”相关文献的发表数量情况Fig.1 Publication numbers of domestic literature on safety evacuation from 2010 to 2020

由于本文研究于2020年，故当年的文献量无法统计完全，所以在发表时间方面的分析不包括2020年。

由图1可见，2010—2019年国内以“安全疏散”为主题的文献年度发表数量呈现波动变化，2016年是近几年的发文量峰值，但基本保持平稳，文献发表数量每年50篇左右，说明国内对于安全疏散的研究仍有一定热度，处于稳定发展阶段。

由图2可见，国外以“safe evacuation”为主题的文献年度发表数量2010年仅有40篇，与2010年不连贯，2011年是近几年的发文量峰值，但从2011至2019年，文献年度发表数量呈现下降趋势。

图2 2010—2020年国外“安全疏散”相关文献的发表数量情况(源自Web of Scinence结果截图)Fig.2 Publication numbers of foreign literature on safety evacuation from 2010 to 2020 (from the screenshot of Web of Science)

2. 2 关键词热度及聚类分析

2.2.1 国内文献中关键词热度及聚类分析

将CNKI中检索的文献导入VOSviewer，去掉重复的英文关键词后，对关键词进行聚类分析，得到国内“安全疏散”相关文献中关键词视图，见图3。

图3 2010—2020年国内“安全疏散”相关文献中关键词视图Fig.3 Keyword view of domestic literature on safety evacuation from 2010 to 2020

根据对关键词的分析，得出出现频次不少于3次的共有158个关键词，相互之间的联系强度为1 081。图3中关键词字号越大代表出现的频次越高。

由图3可见，国内“安全疏散”相关文献中出现频次高的关键词有安全疏散、人员疏散、火灾、防火分区等。

由于页面限制，图中无法显示所有的相关关键词，所以本文利用表格列出相关关键词，并按关键词的意义进行分类，见表1。

表1 2010—2020年国内“安全疏散”相关文献中关键词分类及频次

由图3和表1可以看出：

(1) 国内“安全疏散”相关文献中的关键词聚类集中。

(2) 2010—2020年国内以“安全疏散”为主题的文献中，出现频次高的关键词反映了我国对安全疏散的主要研究方向和方法。关键词出现频次不低于20次的有安全疏散、人员疏散、火灾、数值模拟、防火分区、疏散、性能化设计、建筑防火、性能化防火设计、疏散时间、消防设计、高层建筑、Pathfinder、FDS、防火设计、消防。

(3) 研究对象以高层建筑居首位，地铁、隧道、商业综合体、体育馆等研究热度也较高。

(4) 数值模拟研究方法应用广泛，Pathfinder、FDS、Building EXODUS等工具类软件和元胞自动机模型作为研究方法和工具的应用频率高。

(5) 火灾与烟气相关的关键词在安全疏散主题文献中出现的次数多，说明安全疏散大多基于火灾的紧急情况下进行研究，以防火或消防设计为研究目的。

2.2.2 国外文献中关键词热度及聚类分析

将WOS中检索的文献导入VOSviewer，对关键词进行聚类分析，得到国外“安全疏散”相关文献中关键词视图，见图4。

图4中相同颜色的文献研究领域相同，红、绿、蓝色是视图中区域最大的。从图4中的分区来看，国外安全疏散的研究主要集中在安全疏散、管理、医疗等方面。

图4 2010—2020年国外“安全文献”相关文献中关键词视图Fig.4 Keyword view of foreign literature on safety evacuation from 2010 to 2020注：红色表示安全疏散为主的关键词聚类；绿色表示管理为主的关键词聚类；蓝色表示医疗为主的关键词聚类。

Web of Science中以“safe evacuation”为主题的文献中，出现频次不少于3次的文献共有235篇，相互之间的联系强度为3 031，出现频次较高的安全疏散相关文献的关键词见表2。

表2 2010—2020年国外“安全疏散”相关文献中关键词统计

由表2可知，国外“安全疏散”相关文献中出现频次较高的关键词有Evacuation、Management、Complications、Model、Safety等，说明管理、模型等方面的研究热度较高。

2.2.3 国内外文献中关键词视图对比

通过对比图3和图4可以看出：

(1) 国内“安全疏散”相关文献中关键词视图呈现“花瓣型”分布，安全疏散、人员疏散、火灾、性能化防火设计、防火分区等关键词作为联系网络的中心，这说明国内的安全疏散主要基于火灾情况，逐步衍生出相关的安全疏散研究，且Pathfinder、FDS、Pyrosim、Building EXODUS软件是文献中模拟方法使用率最高的软件。

(2) 国外“安全疏散”相关文献中关键词视图主要分成三部分聚类，与本文研究主题契合的为红色区域，而与国内研究重点不同的是关键词管理(Management)的出现频次高，但大多是以火灾为研究背景的情况与国内相同。另外，国外的研究中关键词Model和Trial出现的频次也较高。

2. 3 作者本人及相关合作情况分析

2.3.1 国内文献中作者本人及相关合作情况分析

将CNKI检索的文献导入VOSviewer，对作者进行聚类分析，得到国内“安全疏散”相关文献中作者视图，视图中相同颜色的作者属于同一聚类的合作网络，线条是作者之间的合作联系。

对2010—2020年安全疏散研究领域作者合作网络的清晰认识，能够据此对年度区间内的研究热点进行认识和了解，也对安全疏散研究现状的总结有一定的参考意义。2010—2020年国内“安全疏散”相关文献中作者最大相关合作网络、作者次相关合作网络见图5和图6，2010—2020国内“安全疏散”相关文献中作者联系强度和文献数量统计结果见表3。

由图5、图6和表3可见，国内发表文献数量最多的作者是朱国庆，在此期间发表13篇该主题文献；联系强度较高的作者为谢飞、宋文华、常力，联系强度均为26，姜雯的联系强度为24。通过合作网络与联系强度的结合可以看出，研究成果较多的作者在联系网络中居中心位置，占主导地位。

图5 2010—2020年国内“安全疏散”相关文献中作者最大相关合作网络Fig.5 Authors’ largest relevant cooperative network in domestic literature on safety evacuation from 2010 to 2020

图6 2010—2020年国内“安全疏散”相关文献中作者次相关合作网络Fig.6 Authors’ sub-related cooperative networks in domestic literature on safety evacuation from 2010 to 2020

表3 2010—2020年国内“安全疏散”相关文献中作者联系强度和文献数量统计表

2.3.2 国外文献中作者本人及相关合作情况分析

将WOS检索的文献导入VOSviewer，对作者进行聚类分析，得到国外“安全疏散”相关文献中作者视图，见图7。由于导出的结果无法显示完全，故利用Visio软件对所有合作网络中9个相对较大的作者合作网络进行复刻，得到图8，颜色与图7对应。按照文献被引频次从多到少排序，取被引频次排名前15位的作者，除去与医学研究领域的作者后剩余9位作者的联系强度和文献数量统计结果，见表4。

由图7、图8和表4可见：国外“安全疏散”相关文献中作者的合作网络分布均匀，且作者合作网络的规模无较大差异，联系强度低；发表文献数量最多的作者是Lo S，其次是Kimms A、Prater C S和Lindell M K,但国外作者的联系强度普遍不高。

图7 2010—2020年国外“安全疏散”相关文献中作者视图Fig.7 Author view of foreign literature on safety evacuation from 2010 to 2020

图8 2010—2020年部分国外“安全疏散”相关文献中作者合作网络Fig.8 Part of the authors’ cooperative network in domestic literature on safety evacuation from 2010 to 2020

表4 2010—2020年国外“安全疏散”相关文献中作者、文献被引频次、联系强度和文献数量统计表

2.3.3 国内外文献中作者合作情况对比

国内对安全疏散的研究以合作团队居多，各个团队的研究方向与研究侧重点有所差异，且国内的作者合作网络的规模较大，涉及的合作学者多，相互之间的联系强度高。相比之下，国外作者的合作网络分布平均，没有特别突出的大规模作者合作网络，学者之间的联系强度低。

2. 4 方法验证

现有研究中，利用VOSviewer软件对文献的研究热点、研究现状等进行计量分析这种方法已经得到了广泛应用。如以VOSviewer为工具，对源于Web of Science中以油料作物、机械故障诊断为主题的文献主题、发文机构、人员和文献来源国家等方面进行计量分析；应用VOSviewer软件，对学位论文的主题演变与分布、研究方法进行了计量分析；对多个检索网站中关于新型冠状病毒的文献作者、发文机构和高频关键词进行了计量分析等。根据已有的软件应用经验，本文应用VOSviewer软件对“安全疏散”相关文献进行计量分析是有效、可行的。

3 国内外研究进展分析及研究趋势预测

通过上述应用VOSviewer软件对国内外“安全疏散”相关文献进行了计量分析，得出主要关键词和2010—2020年内具有代表性的作者。在安全疏散的研究前提下，按照主要关键词和具有代表性的作者或者团队分别进行分类，主要关键词反映了文献的研究主题，据此可对国内外安全疏散研究进展进行分析，并对国内外安全疏散研究趋势进行预测。

3. 1 国内研究进展分析

国内作者中发表文献较多的有朱国庆、谢天光等人，其中朱国庆等的研究团队主要借助疏散仿真模拟软件和理论计算对不同种类建筑安全疏散进行了研究，并引进和善用其他领域的方法。如以安全疏散为主题的文献中，对火灾时“准安全区”的可行性和安全性进行了判定和研究；以地下商业建筑为研究对象，采用理论计算和软件模拟两种方法对地下商业建筑安全疏散进行研究与对比分析，得出计算机软件模拟相对保守，但更能考虑到疏散细节；运用模拟软件Building EXODUS，对高层办公建筑、室内步行街、含避难走道的综合体建筑、大型商业综合体、下沉式广场等不同类型建筑的安全疏散进行了模拟研究；在可行范围内对大型超市、小空间三层办公楼、教室等开展危险情况和安全疏散实验，并将实践与理论相结合对建筑安全疏散的影响因素、疏散时间、瓶颈、安全性等进行了研究或验证；引入、结合了其他领域的方法，如利用Matlab层次分析法评价疏散路径，在机场航站楼引入国内外常用的防火仓、燃料岛等消防理念，提出了人员安全疏散过程确定性与随机性的数学描述等；除火灾紧急情况下的疏散外，对氨气泄漏情况下的人员应急疏散也提出了相应的方案。

谢天光等的研究团队对安全疏散的研究侧重于疏散方案的提出、设计与验证。如利用FDS和Pathfinder验证了高层办公建筑的双内天井能在火灾初期提供较长时间的安全环境；以高层塔式办公楼为研究对象，提出了将核心筒与办公区进行防火分隔，设置环形走道的疏散方案；对比城市地下交通隧道的2种疏散方案的疏散时间和出口利用率，得出采取有效防火分隔的前提下，利用地下车库可以提高安全疏散效率；利用数值模拟的方法验证了某会展中心防火设计中防火分区和疏散策略的可行性；根据地铁隧道的特殊性，利用FDS分析了不同位置火源点对应的疏散方式；对大底盘建筑内的步行街消防设计的难点进行了研究，分析和计算了重要疏散设施之间的距离、疏散时间等，并验证了方案的可行性；利用Pathfinder针对中小学地下体育场馆、商业综合体、超高写字楼等不同类型建筑安全疏散进行了模拟，分别得出下沉式广场能够提高疏散安全性以及改变楼梯宽度和数量等参数可优化疏散方案等结论；取高层建筑多个楼层进行对比，对楼梯井的烟囱效应进行了探讨，并提出限制火灾蔓延的方案等。

常力、姜雯、谢飞、宋文华、宋云龙等在研究时间段内安全疏散领域的合作频率最高，经常以合作的形式出现在文献作者中。该团队的主要研究方法是利用火灾、疏散仿真模拟软件对具体的建筑进行仿真模拟，以此来评估该建筑的安全性。另外，宋云龙与代君雨、李小菊、朱杰等的合作，更注重以建筑内某构件为研究对象。

根据上述对关键词的分析结果以及具有代表性的作者及团队的研究，可总结出目前国内对安全疏散的研究中存在的瓶颈问题：①国内现有研究中，大部分建立在火灾背景的前提下，少部分以有毒有害气体泄漏等危险为背景，安全疏散的研究背景不广泛，而除火灾以外仍有大量的自然或人为灾害需要开展安全疏散研究；②以人员密集的场所作为研究对象，对各种类别建筑的研究范围广，已经较为成熟，但随着社会进步和时代发展，特殊的建筑逐渐增多，而国内现有研究中以超高层建筑、综合性建筑、特殊结构建筑或将周边环境对建筑的影响考虑融合其中的研究较少；③安全疏散的研究方法有理论分析、利用火灾和疏散模拟软件进行仿真模拟，也有利用全尺寸、模拟实验以及从其他学科领域引进的研究方法，但实验相较于模拟虽然更接近现实情况，但是对于安全疏散中独立个体的行为、心理、相互影响等微观研究和探讨仍未达成；研究的目的有寻找安全疏散研究中存在的瓶颈问题，验证建筑防火设计的可行性，对疏散方案进行改进、优化、设计等。

3. 2 国外研究进展分析

外文作者中发表文献较多的有Prater S和Lindell M K等，两位学者合作的研究方向偏向飓风情况下的安全疏散。如利用实验评估了学生在4种不同的飓风场景中的判断与保护行动；统计分析了飓风安全疏散方面的研究，并提出了飓风疏散决策的多阶段模型；调查飓风期间家庭疏散的后勤情况，疏散变量包括疏散路线信息源、疏散出发日期、避难住所等；另外，他们还研究证实了官方预警、感知风暴特征和危险经验对个人影响的重要性。

由于外文作者发表文献数量相差不大，因此本文对其余发表文献和被引次数多的作者也进行了分析。

Kimms A和Bretschneider S在2011年开发了一个基本的安全疏散模型，在考虑疏散过程的安全性和用时短的前提下，不仅能重构疏散情况下的交通路径，还能估计撤离时间，并提出启发算法，求解基本疏散模型和松弛问题后执行该算法；2012年，他们在2011年研究的基础上将其改进成两阶段启发式算法，分别在两步中考虑了街道网络的交通路径和车辆流量，计算包含岔口在内的道路网交通路线和流量。此外，Kimms A利用Daganzo细胞传输思想，以德国某城市的真实数据为依据，针对城市交通堵塞进行模拟并提出了疏散计划；在街道疏散中引入韧性，基于细胞传播模型(CTM)的假设，提出一种新的基于双目标路径的疏散模型；提出基于细胞传播的疏散计划模型(CTEPM)，用以降低计算成本，并研究了各种疏散场景参数对疏散时间的影响。

Lo S等的研究团队针对行人决策的不确定性、模糊性等提出了基于细胞空间的离散疏散模型，将人类感知信息和各种特征作为参数模糊输入，定量分析了疏散的影响因素，并在有无障碍物两种情况下进行测试，丰富了元胞自动机模型；使用多重网络模型，提出一种结合行人运动和情绪传播的步行模型，量化情绪传播以及对行人的影响，以此判断行人是否跌倒成为障碍；量化人群生理、心理因素对大规模模拟疏散的影响，并将其纳入疏散人员的随机马尔科夫路径选择模型中，得到人的路径选择的概率描述；将流行性病学SIR模型修改为元胞自动机方法来模拟人群情绪感染的动态过程，结果表明个体运动能加速情绪传播速度，减少感染的持续时间和再次感染的可能性；利用基于agent的微观行人流量仿真模型CityFlow，模拟和比较了包括走廊内的单向和双向流动以及通过瓶颈的流动，提出该方法在可接受的系统维数范围内逼近密度-速度基本图和瓶颈处的经验流速；基于离散元法，提出一种将人体简化为自驱动球体的粒状动力学模型，用于模拟出口人群的流动特性；通过实验和建模，改进社会力模型，对行人选择门的不平衡性进行研究；设计了一种船舶走廊模拟器，研究行人在快走时船舶横、纵向倾斜对疏散速度的影响；针对列车车厢内部的狭窄座位通道，分析了正反两向疏散时间，并预测单排行人运动速度等，结果表明独处行人步速与通道宽度呈正相关，行人步速还受性别、与前车车头距离和速度等因素的影响。

Koshimura S等以海啸情况下的安全疏散研究为主，在印尼、泰国、日本、秘鲁的海啸案例的研究中，介绍了基于主体海啸疏散模型的实际应用，重点对基于agent模型的疏散方法的研究进展进行了总结；针对日本东京的海啸，为海啸警报信息建立了适当的通信系统，用以建立更多具有良好疏散路线的避难场所。此外，Helsloot I等根据大规模疏散决策存在的不确定性，提出应当采取概率方法，并从管理的角度对疏散规划提出建议。

根据图4和表2的结果显示，以及对国外研究进展的分析得出，国外的研究背景较国内更为广泛，除与国内相同的以火灾为背景外，还有飓风、海啸等自然灾害背景下的研究，其研究对象与国内不同的有城市交通、走廊、船舶以及自然灾害下的家庭疏散等。此外，国外学者在安全疏散的研究中十分注重对疏散模型和算法等研究方法的开发、改进与优化，并以开发新的疏散模型、计算疏散时间、建立疏散路线和避难场所、提出疏散规划建议等为研究目的。

3. 3 国内外研究趋势预测

目前，国内外对安全疏散的纵向研究已经步入成熟，预测未来安全疏散的研究趋势将在研究背景、研究对象、研究方法等方面逐步横向发展，具体如下：

(1) 在研究背景方面，将不仅局限于火灾背景情况下的安全疏散研究，而会向其他自然和人为灾害拓宽，如当下频发的季节性洪涝灾害、突发的暴力事件等。但由于国内外的地理位置有所差异、自然环境不同，预测以飓风、海啸等为背景的安全疏散研究并不会在短时间内较快发展。

(2) 在研究对象方面，随着超高层建筑和特殊结构建筑的逐步兴起和普及，结合这些建筑难以疏散的弱势，更有安全疏散的研究价值；同时具有综合性质的建筑，如含有商业区的地下交通枢纽的安全疏散研究也值得期待。此外，目前大部分研究针对已成形或已投入使用的建筑，而在设计期间就应当考虑影响安全疏散的因素，以尽早避免疏散缺陷；除以建筑本身为研究对象外，还需考虑周边环境对该建筑的影响。

(3) 在研究方法方面，目前应用广泛的以国外仿真软件居多，以国内人群特质为基础的仿真软件较少，预测今后将会有适用于国内人群的仿真软件被陆续开发。此外，由于国内外文化差异导致的紧急情况下个体的心理变化、个体反应和个人相互影响各不同，因此结合个体行为、心理因素的安全疏散研究会更贴合实际，而具有视觉、听觉障碍以及其他残疾的人群也将会被考虑。现已有借助其他领域的理论方法用于安全疏散的研究，预测将会有更多各领域的研究方法交叉应用于安全疏散的研究中。

4 结 论

本文应用VOSviewer软件对国内外2010—2020年有关“安全疏散”的核心期刊文献进行了计量分析，得出研究热点和活跃作者，并通过类比已有对VOSviewer应用的文献，验证了本文方法的有效性。同时，根据对文献的计量分析，有针对性地分析了国内外安全疏散的研究进展，并对未来的研究趋势进行了预测，得出以下结论：

(1) 从文献发表时间来看，国内针对安全疏散的相关文献年度发表数量基本保持平稳，2016年文献发表数量相对较多；国外针对安全疏散的相关文献年度发表数量呈现下降趋势。

(2) 从文献关键词视图分析来看，除“安全疏散”本身作为关键词外，国内对安全疏散的研究主要围绕火灾、数值模拟、防火分区、性能化设计等方面展开；国外对安全疏散的研究文献中，出现频次最高的关键词有Management、Complications、Model、Trial等。

(3) 从作者本人及相关合作视图分析来看，国内安全疏散研究发文量最多的作者有朱国庆、谢天光、宋文华、谢飞等，其中谢天光、朱国庆分别为作者最大相关合作网络、作者次相关合作网络的中心人物；国外安全疏散研究发文量最多的作者有Lo S、Kimms A、Prater C S和Lindell M K,其中Prater S与Lindell M K、Kimms A与Bretschneider S合作较多。但由于各期刊对作者姓名的要求格式不同，所以VOSviewer对国外发文量的统计与实际情况有差异。

(4) 根据国内外安全疏散研究进展的分析，预测未来的研究将朝横向发展，即向其他自然和人为灾害等研究背景拓宽，并以超高层建筑、特殊结构建筑、综合性建筑为研究对象，还需考虑周边环境对建筑的影响，研究方法将出现更多适用于国内人群的仿真软件，并逐步引入个人行为、心理以及个体相互影响等因素。

通过对相关文献进行计量，分析研究热点和活跃作者，以分析有代表性的文献得到国内外研究进展，并预测国内外研究趋势。