城市避震疏散交通系統及評價方法體系研究

桑曉磊

城市避震疏散規劃是一項牽涉面廣、關系復雜的專項防災規劃，以往在對避震疏散的問題上，更多的是將避震疏散空間和避震疏散通道看作兩個獨立的部分進行研究，很少將二者綜合起來分析其相互之間的關系。本文對城市避震疏散可能產生的疏散交通，以及與其緊密相關的空間系統和通道系統等進行研究和分析，從中找出避震疏散不同于其他防災疏散的特點，理清避震疏散交通、避震疏散空間和避震疏散通道等各系統之間的緊密關系，并通過評價方法體系的嘗試性建構，尋找城市規劃過程中在城市避震疏散環節上應該關注的重要問題，為認識和解決避震疏散的各項問題做進一步的理論探索。

1 避震疏散理論回顧

Steven Deban等對1994年諾斯里奇（Northridge）地震進行了總結，第一次從交通系統運行與管理的角度研究總結災變城市交通系統管理問題。倫敦大學何友鋒博士等人（2006）在第24屆系統動態社會國際會議上發表了對城市避震防災保護系統的動態模型的研究，他們認為城市避震防災保護系統可以分為7個子系統，包括了人口系統、產業系統、交通系統、公建系統、住房系統、生命維持系統和環境保護系統。中國的蔣維、金磊等人（1992）全面論述城市災害概念、評價方法、指標體系、技術管理對策，首次提出綜合減災、災害系統論，減災模型等概念及評估方法。作者還對地震災害進行了深入的研究，分析了地震的發生對城市各個方面帶來影響，以及各個方面的應對反應和措施[1]。臺灣的蔡卓芬（2001）將避震疏散的時序分成3個階段：分別是發震和災民自救的第一避難階段、災區自行緊急救援和外援進駐全面救援的第二階段，以及恢復和重建的第三階段，并在此基礎上分析了地震災后不同階段城市和居民的行為活動以及對應的防災空間系統[2]（表1）。

表1 避震疏散時序及防救空間的優先次序表

圖1 避震疏散交通系統示意圖

2 城市避震疏散系統

“在地震災害爆發的時候，道路和鐵路可以作為運輸緊急救援和物資的緊急通道，而開放的空間可以為幸存者提供臨時避難或者庇護的服務[3]”。城市避震疏散交通是包括緊急避震疏散、轉移避震疏散、救援疏散等在內的多層次交通，與以避震疏散場所為主的空間系統、以疏散（救援）通道為主的通道系統等很多系統之間有著非常緊密的聯系。可以說城市避震疏散的實施效果是受到空間系統和通道系統制約的，要想在地震發生的緊急情況下實現較好的疏散，即形成快速、高效的疏散交通，靠的是空間系統和通道系統的有效支撐（圖1）。

2.1 避震疏散的交通類型

根據地震發生期間交通產生行為人的不同以及時間和空間的區別，可以將避震疏散交通劃分為緊急疏散交通、轉移疏散交通和救援交通。

（1）緊急疏散交通：緊急疏散交通主要發生在城市社區局部層面，這類交通以步行為主，主要集中在地震發生后的10min以內。對城市支路、社區級道路等城市微觀道路系統產生瞬間巨大交通壓力。由于緊急疏散的時間緊迫，其交通特點表現為產生瞬間人流高峰，且流量很大，但持續時間短。另外由于緊急逃生的自發性特點，交通組織性差，秩序比較混亂。

（2）轉移疏散交通：轉移疏散交通發生在城市整體層面，這類交通以步行為主，機動交通為輔，時間主要集中在地震過后的1—24h（不包括地震過后的安置轉移）。主要給城市主干路和次干路等城市宏觀道路系統帶來交通壓力。其交通特點表現為流量比較平穩，持續時間較長。另外轉移疏散多為有組織的交通行為，秩序較好。

（3）救援交通：救援交通除了地震發生初期群眾的自救和互救行為所產生的交通之外，多為有組織的交通行為。根據主體的不同可以分為緊急營救交通和救援貨運交通。

2.2 避震疏散的空間系統

避震疏散的空間系統主要是指地震發生期間能夠為城市避難群眾提供安全庇護和臨時生活的避震疏散場所。按照所發揮的作用不同可以分為緊急避震疏散場所、長期避震疏散場所和中心避震疏散場所等(《城市抗震防災規劃標準（GB50413-2007）》)。

（1）緊急避震疏散場所：供避震疏散人員臨時或就近避震疏散的場所，也是避震疏散人員集合并轉移到固定避震疏散場所的過渡性場所。通常可選擇城市內的小公園、小花園、小廣場、專業綠地、高層建筑中的避難層（間）等；

（2）長期避震疏散場所：又稱固定避震疏散場地，是供避震疏散人員較長時間避震和進行集中性救援的場所。通常可選擇面積較大、人員容置較多的公園、廣場、體育場地／館，大型人防工程、停車場、空地、綠化隔離帶以及抗震能力強的公共設施、防災據點等。

（3）中心避震疏散場所：規模較大、功能較全、起避難中心作用的固定避震疏散場所。場所內一般設搶險救災部隊營地、醫療搶救中心和重傷員轉運中心等。

圖2 疏散交通相關系統之間對應關系圖

表2 避震疏散評價體系的總體構成

2.3 避震疏散的通道系統

避震疏散通道系統是指在地震發生期間，為避震疏散和轉移的居民、營救隊伍和車輛、救災物資等提供疏散和救援通行服務的人行或車行通道，包括城市道路系統和震時能夠開通的步行廊道和綠帶等。根據地震過程承擔疏散和救援職能的不同，可以劃分為主要疏散通道、次要疏散通道和緊急疏散通道3個等級。

（1）主要疏散通道：疏散和救援的快速通道，主要擔負整體城市層面的疏散和救援活動，包括災民從緊急避震疏散場所到長期避震疏散場所的轉移疏散交通、救援隊伍和車輛組織和調配的救援交通以及傷員和救援物資的運輸交通等，相當于城市道路系統中的主干道。

（2）次要疏散通道：配合主要疏散通道架構成完整的疏散和救援干道網絡，主要為各避難場所之間相互聯系及車輛運送物資往來于各防災據點服務，相當于城市道路系統的次干道。

（3）緊急疏散通道：疏散和救援通道系統的毛細血管，主要擔負著局部社區層面的疏散和救援活動，是居民從住所、辦公場所等受災場所向緊急疏散場所緊急疏散交通的重要通道，也是災后消防和緊急救援的重要通道，相當于城市道路系統的支路和居住區級道路。

3 城市避震疏散交通相關系統之間的關系

（1）空間系統是疏散交通的據點

在日本和臺灣，避震疏散場所被稱為“防災據點”[4]。顧名思義，避震疏散場所是地震過程中疏散和救援的根據地，既為受災群眾提供安全庇護和生活保障，又為營救提供人力和物力支援。緊急避震疏散場所是緊急避震的目的地、轉移疏散的中轉站，同時還是緊急救援的根據地；長期避震疏散場所是轉移疏散乃至整個疏散的目的地、救援物資的儲存點和供應基地。總之，避震疏散空間系統是受災城市居民生存的“綠洲”，在避震疏散過程中的重要作用不容忽視。

（2）通道系統是疏散交通的命脈

避震疏散通道系統雖然有主次上的等級之分，但在疏散過程中的地位都很重要。緊急疏散的時候整個通道系統每個路段都要發揮緊急避震疏散的作用，特別是緊急疏散通道，它們就像身體里的“毛細血管”，影響著城市中每個角落里居民的生命安全；主要和次要疏散通道在轉移疏散和救援疏散的過程中，地位更為突出，是疏散交通系統的“大動脈”。

（3）空間系統依托通道系統來支撐

沒有通道系統的空間系統，勢必成為“海中孤島”，無法正常地發揮其安全庇護和生活保障的作用。要想充分發揮疏散空間系統的作用，必須注重空間系統與疏散系統的緊密配合，形成一個網絡通暢、結點安全的整體性強、積極高效的疏散保障體系（圖2）。

4 城市避震疏散交通評價方法體系的建構

由于避震疏散交通系統是個綜合的系統，其在抗震救災過程中疏散和救援作用的發揮，靠的是各組成部分之間的緊密配合，因此對避震疏散交通系統的評價，除了要對空間系統、通道系統等子系統的指標進行評價之外，還要看它們之間的聯系和配合的情況，避震疏散交通系統評價體系的總體構成如表2中所示。

4.1 避震疏散空間系統的評價方法

對避難疏散空間的評價，主要通過服務覆蓋率、服務重復率和服務質量3個指標來衡量[5]。前兩者是看避震疏散場所空間布局的合理性，而對服務質量的評價重在避免產生過于擁擠的情況。

（1）服務覆蓋率

服務覆蓋率是避震疏散場所，基于通道網絡的基礎上，在一定距離（服務半徑）內能夠服務的區域占整個區域的面積比重，主要是用來衡量避震疏散場所的布點數量是否足夠。如果布點不夠、間距過大，就形成避震疏散場所服務不到的區域——“盲區”。

（2）服務重復率

避震疏散場所的布點也不是越多越好，太多了是對城市空間資源的浪費。服務重復率是指各避震疏散場所的服務區相互重疊的區域占總服務區的面積比重，從總體上衡量某一區域內緊急避震疏散場所的重復設置情況。通過對各重復區覆蓋次數進行分析，可以更加直觀地判斷出緊急避震疏散場所布點過于密集的區域。

（3）服務質量

對避震疏散場所服務質量的評價，主要通過場所的飽和度來衡量，可以根據下邊的公式求得：

在避震疏散場所能夠提供的有效避難面積一定的情況下，服務質量是判斷防災疏散分區合理性的重要指標。同樣，在疏散分區人口一定的情況下，服務質量也是調整避震疏散場所規模和數量的重要依據。人口可分晝間人口和夜間人口，以此考慮居住人口和就業（就學）人口對各級避震疏散場所規模的需求。

4.2 避震疏散通道系統的評價方法

對城市避震疏散通道系統的評價主要在于通道系統的抗災性能，主要表現在通達性和可靠性兩個方面，通道系統的通達性評價可以通過網絡集成度的方法進行分析，而通道系統的可靠性則主要是看各個路段的有效疏散寬度、街道高寬比保障和在地震災害中的易損程度。

表3 路段連接度與控制值的計算式表[8]

（1） 通道系統的通達性

本文借鑒了空間句法（Space Syntax）集成度的理論和分析方法，主要研究連接度和控制值[6]。為了與避震疏散交通的實際相結合，將城市GIS 數據系統中的道路中心線，轉化為軸線來進行空間句法計算[7]，以路段（交叉口之間的道路）作為一個空間單元，比較其各自的連接度和控制度，分析每一路段在避震疏散過程中的重要程度，具體計算方法如表3所示。

連接度（connectivity）：表示與一個路段直接相連的路段數，在疏散通道系統中連接度值越多，則表示該路段對外連接的選擇性越多，抗災性能越好。

控制值（control value）：假設每個路段對外連接的權重都是1，則某路段i從相鄰路段j分配到的權重為1/Cj （路段j的連接值）。那么與路段i直接相連的其他路段的連接值倒數之和，就是路段i從與之直接相連路段中分配到的權重，就是路段i的控制值，表示該路段對與之直接相連的路段的影響程度。在避震疏散通道上的實際意義，就是一個路段的通行情況對其周邊路段的影響。路段的控制值越高，對其相連道路的影響就越大，在其周邊區域內的重要性就越高。在實際中應考慮不同的道路等級的影響，因為不同道路在避震疏散中的作用是不一樣的。快速路可能控制值不一定是最高的，但可能作為主要疏散通道。

（2）不包括橋梁路段的可靠性

對不包括橋梁路段可靠性的影響，主要來自兩個方面，一方面是道路本身即路基在地震作用下的受損對路段通行能力造成的影響，另一方面則是道路兩側建筑物或者路上構筑物受震坍塌后造成的堵塞對路段通行能力帶來的影響。避震疏散通道的有效寬度是考慮地震中通道兩側的建筑受災倒塌時，通道的橫斷面部分受阻，但還有足夠的寬度保證救援車輛、消防車輛以及疏散人群的通行。

避震疏散通道的有效寬度應符合下列關系式：

式中：N為疏散通道的有效寬度，W為道路紅線寬度，H1、H2 為兩側建筑高度，S1、S2為兩側建筑退紅線距離[9]。

考慮到不同等級的避震疏散通道在疏散交通和救援交通上所發揮的作用，對有效寬度的要求也有所不同。緊急疏散通道主要是城市緊急疏散和緊急救援的通道，以步行為主，因此緊急疏散通道的有效寬度不小于2.5m[10]即可；而主要疏散通道和次要疏散通道是城市避震疏散和抗震救災的主要通道，除了滿足大量疏散居民的步行需求之外，還要為消防車、救護車、救援機械車輛以及救災物資等眾多車輛預留通行寬度。因此次要疏散通道的有效寬度要不小于7m，人車混行的情況保障行人與車輛同時通行的需要。而主要疏散通道的要求更高，有效寬度不小于15m，即在保障行人通行的基礎上，滿足車輛雙向通行的要求。

（3）包括橋梁路段的可靠性

包括橋梁的路段實際上是橋梁單元和路段單元的串聯，因此地震對包括橋梁路段可靠性的影響，應分為對橋梁單元的影響和對路段單元的影響。在評價包括橋梁路段的可靠性時，不同于無橋梁路段直接采用路段單元的通行概率（P=P2），而是將橋梁單元的通行概率和路段單元的通行概率相疊合（P=P1×P2）。本文暫不牽涉到工程結構、地震發生幾率和加速度的空間差異，只是將有無橋梁作為影響路段通行的一個因素參與分析（圖3）。

圖3 路段通行概率影響因素圖

圖4 疏散空間與疏散通道吻合情況示意圖

4.3 空間系統與通道系統聯系的評價方法

衡量避震疏散場所與通道系統的聯系情況，應該從疏散空間與疏散通道的相對位置、疏散空間周邊的通道網絡情況、疏散空間與疏散通道的吻合情況和疏散服務的薄弱度等幾個方面來衡量。前兩者側重于對影響避震疏散場所服務范圍的因素進行評價，后兩者則側重于利用量化手段對疏散空間與疏散通道相互配合的服務效果進行評價（圖4）。

（1）空間關系評價

出入口評價：對避震疏散場所出入口的評價，主要是看其對外聯系疏散通道的等級。避震疏散場所對外聯系的疏散通道直接影響著進出避震疏散場所的交通方便程度。由于不同等級的疏散空間要求連接的疏散通道的最低等級不同，因此在進行出入口評價時，應該同級進行比較。

距離評價：無論是緊急避震疏散場所還是長期（固定）避震疏散場所，都不是孤立的“防災據點”，它們必須與其他避震疏散場所以及指揮中心、醫療中心、物質儲備中心等抗震救災的重大基礎設施保持著方便而緊密的聯系。主要疏散通道是人員疏散、救援實施和物資輸送的重要命脈，因此避震疏散場所與主要疏散通道的距離，直接關系著避震疏散場所與其他區域和設施的聯系方便程度。

（2）場所周邊的通道網絡評價

疏散空間周邊的通道網絡是支撐其發揮避震疏散作用的重要骨架，是避震疏散場所對外聯系，特別是與受災地點之間聯系的重要網絡平臺，直接影響著避震疏散場所所能服務到的范圍。網絡評價主要從疏散場所周邊通道的平均連接度和通道網絡密度兩個方面來進行：平均連接度是評價避震疏散場所周邊通道連通性好壞的重要指標，而通道網絡密度是反映疏散空間周邊通道疏密的重要指標。分析避震疏散場所周邊的通道網絡密度，有助于更加理性地分析通道網絡對避震疏散場所服務范圍的影響。

（3）疏散空間與疏散通道的吻合評價

避震疏散空間與疏散通道之間存在著非常緊密的聯系，通道網絡形式的不同、通道網絡通達性的不同、疏散空間周邊通道網絡密度不同以及疏散空間與疏散通道的相對位置關系不同都會影響到避震疏散場所的服務結果——服務范圍大小。本文為了更好地研究疏散空間與疏散通道之間的契合關系，引入吻合度（Anastomose value）的算法，通過量化的手段來分析和評價避震疏散空間與其周邊疏散通道的聯系情況，是對避震疏散場所在通道系統基礎上覆蓋服務的深化分析。

疏散空間與疏散通道的吻合度，是一個衡量網絡中某一服務點與該網絡配合情況的整體性指標，計算公式為：

式中r是指基于路網建立服務區的半徑，Ar是指基于路網在半徑為r的條件下形成服務區的面積，借助于GIS的網絡分析功能（Network Analyst）可以完成。吻合度是一個0＜AN≤1的數值，吻合度越高，服務區的形狀越飽滿，越接近于圓形，說明疏散空間與疏散通道之間的契合性越好。

（4）避震疏散服務的薄弱度分析

基于通道網絡形成的避震疏散場所的服務區是一個個的不規則形狀，雖然形狀的外邊緣到避震疏散場所的網絡距離是一樣的——都等于服務半徑，但是它們到避震疏散場所的空間距離卻不同。空間距離大的部分，場所在這部分的交通可達性較好，能夠服務到比較遠的區域；空間距離小的部分，場所的交通可達性較差，其疏散服務只能到達距離其自身很近的地方，換言之，這部分是避震疏散場所服務的薄弱部分。

場所服務薄弱度（Weakness Value）的計算公式：

式中：W表示的是一個服務設施點的服務薄弱度，r表示基于網絡生成服務區時使用的服務半徑，li表示服務區邊緣線上參與分析點到服務設施點的空間距離，n表示的是服務區邊緣線上參與分析點的數量。

整個的服務薄弱度求得是全部參與分析點r/li的平均值，而且那些距離服務設施很近的點，對整體的服務薄弱度影響就很大。

避震疏散場所周邊的通道網絡是影響其服務能力的直接原因，分析避震疏散場所薄弱度的目的就在于尋找通道系統的不完整部分，為加強通道網絡建設，提高避震疏散場所的服務能力，提供更加直觀、更有說服力的依據。基于網絡通過GIS工具生成的服務區圖形、判斷避震疏散場所的薄弱部分，是尋找疏散空間周邊通道網絡問題的有效手段。

5 結語

在認真分析避震疏散交通系統的基礎上，分析避震疏散的交通類型以及疏散空間的組成和疏散通道的區別，對避震疏散規劃和研究的方法進行了梳理和補充，并融合空間句法等其他理論方法，嘗試性地建立一個相對較為完整的評價方法體系，包括了對避震疏散空間系統的空間布局和服務質量的評價、避震疏散交通系統通達性和可靠性的評價以及兩者聯系緊密程度的吻合度和服務薄弱度評價等。

通過對避震疏散交通體系內各項要素及相互聯系的評價，旨在更好地發現城市在避震疏散的幾個重要環節（包括疏散場所的空間布局、道路系統以及各系統相互銜接等）的問題和不足，為城市避震疏散交通系統的改善和提升尋求更加科學合理的依據。參考文獻 References

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