高层建筑火灾疏散中人的行为模式分析与致因机理研究

刘阳阳,蒋亚龙

(安徽新华学院 城市建设学院，安徽 合肥 230031)

0 引言

高层建筑具有楼层多、人员密集、内部装饰材料多等特点，一旦发生火灾将给人们的生命安全和财产带来巨大的威胁和损失，因此火灾危险性远高于普通建筑[1]。如今在城市楼房越建越高的情况下，完全依靠外部消防来减少伤亡和损失是不切实际的，即便是消防设施完善，在突发火灾的情势下，也不可能完全依赖消防设施来保证生命和财产安全。在火灾中，人只有发挥自己的主观能动性，采取切实可行的逃生措施，作出正确的自我保护行为，才最有可能幸免于难。从城市健康发展和人生命健康安全的角度出发，加强高层建筑火灾疏散中人的行为研究是很有必要的。

通过对疏散中人的行为机理进行探讨，分析不安全行为，找出导致人不安全行为的主要因素，在此基础上，研究干预防控措施，切实提高人的自救逃生能力，课题研究能够丰富火灾疏散研究领域的内容，为安全疏散提供了一种新的研究视角，DEMATEL方法的应用在火灾疏散研究中属于新的尝试，可为其他研究者提供新的方法和模式，具有重要的理论意义和现实意义。

1 高层建筑火灾和疏散特点

高层建筑一旦发生火灾，造成的损失巨大，主要与以下几个特点有关。

人员密集。高层建筑大多为住宅类建筑或公共类建筑，楼层高，层数多，人员数量较多，且在高层建筑内较为分散。某一楼层发生火灾，其他楼成如果信息发布不及时很容易造成人员伤亡众多的后果。

可燃装修材料较多。现代高层建筑装修材料多为高聚物或高分子合成拆料，新型的，轻质的的材料越来越普通被采用，这些材料本身极具燃烧性能，会形成较大的火灾隐患，如果发生燃烧，还会释放出有毒有害的物质，造成更多的人员伤亡。

电气设备较多。电器的使用在现代建筑中很普遍，高层建筑中更是如此，特别是大型的写字楼，线路错综复杂，如果天气炎热或者发生漏电，很容易造成电火花，电弧，静电等危险源，当管理疏忽时，就会引起电气火灾。

疏散困难。高层建筑在火灾疏散时，往往遇到人员疏散困难的局面，原因主要包括人员众多，较为分散，人员紧张盲从，疏散路线不明确，或者疏散时间过长，烟气窜通较快等方面。疏散困难往往会造成更加惨烈的后果，使损失进一步扩大。

受气压和风速的影响，高层建筑内空气流动快，特别容易造成火灾蔓延。同时大多数高层建筑都设有多而长的竖井如楼梯井、电梯井、管道井、排烟管道等，一旦室内起火，这些竖直通道的“烟囱效应”就会使烟火迅速由下层蔓延到上层[2]。

2 S-O-R模型与中介变量理论

2.1 S-O-R模型

S-O-R是早期认知行为学理论中影响较大的一种模式，它的具体含义是刺激-判断-响应，当外部环境变化时，人接收到变化信号，通过感官去听到，看到或触摸到这种变化，即为人接收到刺激；人在感受到外界变化信号后，开始调动大脑中所储存的知识和记忆去判断信号出现的原因，即将导致的结果，采取何种解决措施等，在这一阶段，思维和心理过程占有很大的比重，体现在认知，记忆，思维品质等多个方面，人的价值观，认知能力，思维能力等影响着判断的正确性；在判断阶段之后是人的行为响应阶段，判断的正确与否直接影响着行为的后果，在这一阶段实施的过程中，除了内在的心理因素占据着重要的指导地位之外，人的生理，情绪和外部环境等因素同样会影响行为的正确与否。

S-O-R认知行为模型对人的行为过程进行了基本表述，揭示了行为过程的心理历程。此模型把人的行为分为三个阶段，每一阶段的完成都有具体的生理要求和心理要求，完整的表述了行为产生的机制和产生的要素，为安全工程领域研究不安全行为提供了方法指导，为预防和控制不安全行为提供了管理角度。

2.2 中介变量理论

爱德华·C·托尔曼(1886-1995年)是美国著名的行为主义心理学家[3]，是认知心理学的先驱，他提出了两大理论，分别是中介变量理论和整体行为学说。中介变量是指介于刺激与反应之间因外在刺激而引起的内在变化过程。他为了把行为的最初原因和行为本身加以规定,提出自变量(或实验变项)和因变量(或依变项)的概念[4]。可用下面的公式(1)表述二者之间的函数(或变量)关系。

B=fx(S、P、H、T、A)

(1)

其中B代表因变量(行为)；S代表环境刺激(或情境)；P代表生理内驱力；H代表遗传；T代表过去经验或训练；A代表年龄。

整个公式的意思是:行为是环境刺激、生理内驱力、遗传、过去经验或训练以及年龄等的函数。也就是说,有机体的行为随着这些自变量的变化而变化。但是,更重要的是要知道自变量的变化为何会引起行为的变化[4]。

其中环境刺激指外界环境的变化，例如声光变化，温度变化，空气成分变化等，生理内驱力指人的生理机制的健康程度，能调动大脑，神经，和肌肉完成连贯性动作的能力，遗传和生理内驱力在一定程度上有一定的相似性，但是遗传也涉及了心理，性格，气质和精神等方面的因素，过去经验或训练指人的记忆中储存的解决问题的知识或技能，年龄在一定程度上决定了行为者的认知能力和行为能力，间接的影响着行为的正确与否。这五大因素影响着行为的导向和结果，可为行为致因因素分析提供分析的角度。

3 高层建筑疏散行为分析

3.1 疏散路线

高层建筑疏散对于保证火灾中人员的生命健康安全至关重要，一般来说，为了尽量以最短的时间把人员疏散到安全地带，疏散路线需要结合人平时习惯与行走路线，发挥人在疏散中的本能，让人以最快的反应与速度到达室外安全空间。

通过以上分析，疏散路线可根据人的平时习惯和行走路线分为三个阶段，分别是室内疏散，走道疏散和楼梯疏散。室内疏散指人起身到房门口的过程，走道疏散是指人从房门口到楼梯口的过程，楼梯疏散是指楼梯口到室外房门口的过程。

3.2 疏散行为模式

结合S-O-R认知行为模式，三阶段疏散过程可表述为人在室内受到外界刺激，接收到火灾发生或疏散广播信号，调动认知和记忆思维判别目前的形势、处境，决定采取何种行动，然后调动大脑和肌肉，完成疏散过程的行为响应。在这一过程中，人在室内疏散阶段明显接收到刺激信号的变化，开始进行复杂的心理和思维活动，然后采取行动，是完整的刺激-判断-响应认知行为模式。在走道疏散阶段，人继续疏散，这一阶段行为依然是对室内刺激信号的响应，虽然有一些其他的外界刺激，但不明显，对行为的决定作用不强，因此，这一阶段的行为模式中，判断和行为响应的比重较大，刺激可忽略。同理，楼梯疏散阶段的行为模式主要体现在判断和行为响应阶段。

根据中间变量理论，行为是年龄、生理内驱力、环境刺激、遗传、过去经验或训练的函数，这五个方面通过影响人的感知觉能力，判断能力和行动能力，进而影响人的行为结果，这五个因素贯穿到整个疏散行为模式中，包括刺激阶段，判断啊阶段和行为响应阶段。

在刺激阶段，人员能否正确接收到刺激与人员本身的感觉、知觉能力有关，还与外界刺激信号的强弱，吸引性有很大关系，当然，也存在干扰因素的影响。人的感知觉能力与年龄，生理内驱力有关，外界干扰因素主要包括照明、噪声、振动、辐射等因素，从高层建筑场所来看，主要是照明和噪声两大因素。

在判断阶段，人员通过调动记忆、认知、逻辑能思维去识别危险信号并决定采取何种行动。这一阶段主要与人内在因素有关，包括人的知识与技能、认知能力、记忆力、经验、逻辑推理能力、注意力、快速反应能力等方面，也包括情绪稳定性的内在品质，比如冷静。如果存在较大的干扰因素，也会造成判断失误。

在行为响应阶段，人员根据判断阶段的逻辑推断，采取行动，消除危险状态。在判断无误的情况下，这一阶段行为正确与否，是否能尽快疏散，主要与人员的知识、技能、行动能力、快速反应能力、冷静从容有关。除此之外，建筑的疏散设计对行为也会有一定的影响，如疏散指示标志，照明等，外界噪声和人员群体性行为则会造成盲从，惊慌失措，判断失误等情况。

根据以上分析，可得高层建筑人员疏散认知行为模型，如图1所示。

图1 高层建筑人员疏散认知行为模型

4 不安全疏散行为致因因素分析

通过以上对人员疏散认知行为模式的构建和分析，可知，人员要做到安全疏散，必须保证此认知模式的每一阶段都能成功完成，行为中的每一个流程都准确无误。刺激阶段，人员要在既定的情境下接收到信号，判断阶段，人员要准确无误的识别危险状况并做出决策，行为响应阶段，人员要快速行动。每一环节缺一不可，如果有一个阶段功能没有完成，那么，最终导致疏散行为的不正确或者不能采取疏散行动，无论哪一种结果，对于火场中自身生命安全都是非常危险的。

通过以上对疏散认知行为模式每一阶段影响因素的分析，可得出每一阶段失误的致因因素。 如表1所示。

表1 阶段失误致因因素

表1中，感知觉能力、认知能力、记忆力不好、逻辑推理能力、注意力、快速反应能力、冷静思考能力与人的心理特征和个性特征有很大关系，因此，这些能力可以用人员个性心理特征加以表述，感知觉能力、行动能力等方面与人的生理特点有关，那么人员不安全疏散行为影响因素包括：人员个性心理特征、刺激信号强弱、照明、噪声、群体性为、疏散指示标志、知识和技能、经验、生理特征。

5 基于DEMATEL方法的人员不安全疏散行为影响因素分析

DEMATEL(Decision Making Trial and Evaluation Laboratory)法，它的中文含义是决策试行与评价实验室，是美国学者1971年提出来的。它是进行因素分析与识别的一种有效的方法，这种方法是充分利用专家的经验和知识来处理复杂的社会问题，尤其对那些要素关系不确定的系统更为有效。DEMATEL方法主要使用图论理论，以构造图的矩阵演算为中心进行。 这种方法往往用于指标体系中要素的重要性分析[5-7]，可为后期采取针对性的措施提供指导。有些研究者将DEMATEL方法与其他方法结合起来[8-11]，用于指标体系的影响因素分析。

5.1 DEMATEL方法计算步骤

5.1.1 影响程度分析

选择生长120 d时记录生长指标。从表1可以看出，黄石叶开展度最高，艳紫次之，三红五寸参第三；艳紫地上部株高最高，莫迪次之，三红五寸参第三。玫瑰红叶开展度和株高均为最低。

这一阶段内容主要是分析系统各要素之间直接关系的有无以及关系的强弱度。假定系统S={a，b，c，d}，用数字表示要素之间影响关系，如果有直接影响关系，则数值取1，如果无直接影响关系，则数值取0。

5.1.2 直接影响矩阵

将系统S={a，b，c，d}的各因素影响值表示成矩阵形式，称为直接影响矩阵，记为Xd，其中xij表示因素i对因素j有无直接影响。如a、b、c、d四个元素之间的影响程度用矩阵(2)表示。

(2)

5.1.3 综合影响矩阵T

对直接影响矩阵Xd各行元素之和进行计算并取最大值，将直接影响矩阵Xd各元素除以最大值，可以得到正规化影响矩阵X，然后根据公式(3)进行综合影响矩阵T的计算。

T=X(1-X)-1=(tij)

(3)

5.1.4 影响因素分析

影响度指T的每行元素之和称为该行对应元素对所有其它元素的综合影响值。被影响度指T的每列元素之和为该列对应元素受其它各元素的综合影响值。中心度指每个元素的影响度与被影响度之和，它表示了该元素在系统中的位置，所起作用大小。原因度指影响度与被影响度之差，当原因度>0表明该元素对其它要素影响大，称为原因要素。当原因度<0表明该元素受其它要素影响大，称为结果要素。

6 人员不安全疏散行为影响因素分析

由以上分析可知，人员不安全疏散行为影响因素包括人员个性心理特征、刺激信号强弱、照明、噪声、群体行为、疏散指示标志、知识和技能、经验、生理特征九个方面，分别用序号n(n=1,2,3...9)来表示。

通过对这9个因素进行两两评判，如果有直接影响关系，那么取值为1，如果没有关系，取值为0 ，最终得到直接影响矩阵，如表2所示。

表2 直接影响矩阵

对上述矩阵每行元素相加，得到最大值为6，然后影响矩阵每一元素除以最大值，可得正规化影响矩阵。正规化影响矩阵如表3所示。

表3 正规化影响矩阵

根据公式(3)，得到综合影响矩阵，将矩阵中每行元素相加得到影响度，将每列元素相加得到被影响度，将影响度与被影响度相加得到中心度，将影响度与被影响度相减得到原因度，具体计算结果如表4所示。

表4 综合影响矩阵及原因度、中心度

根据表4中数值可知，个性心理特征、外界信号强弱、知识和技能、生理特征的中心度较大，标明这四种元素在人员疏散行为安全中所起的作用较大，同时，这四个因素原因度小于0，表明这四个因素容易受到其他因素的影响，是结果要素，照明、噪声、群体行为、疏散指示标志、经验这五个因素原因度大于0，表明这五个因素对其他因素影响大。

因此，要保证高层建筑火场中疏散安全，就要充分调动人的积极主动性，注重人员的火灾逃生安全知识教育和培训，适当的进行火灾疏散演练，提高人员应对火灾的知识和技能，促使人员根据自身的心理特征和生理特征作出适当的调整，同时，建筑设计过程中，注意疏散中干扰因素的处理，充分发挥照明和噪声等干扰因素的积极作用，提高人们应急疏散的能力。

7 结论

(1) 分析了高层建筑火灾特点，高层建筑楼层高，人员密集，电气设备较多，可燃装修材料较多，疏散困难，一旦发生火灾，将导致巨大的损失和人员伤亡。

(2) 结合S-O-R认知行为模式和中介变量理论，将高层建筑人员疏散过程分为三个阶段，分别是室内疏散阶段，走道疏散阶段和楼梯疏散阶段，根据每阶段特点，分析了认知行为过程，并对刺激，判断和行为响应阶段的影响因素进行了分析。通过不影响因素进行归纳总结，得出疏散行为的影响因素，包括人员个性心理特征，外界信号强弱，照明，噪声，群体性为，疏散指示标志，知识和技能，经验，生理特征九个方面。

(3) 基于DEMATEL方法，对影响安全疏散行为的因素进行了分析，重点分析了中心度和原因度，结果表明，个性心理特征、外界信号强弱、知识和技能、生理特征这四种元素在人员疏散行为安全中所起的作用较大，容易受到其他因素的影响，是结果要素，照明、噪声、群体行为、疏散指示标志、经验这五个因素对其他因素影响较大。