城市社區空間應急疏散能力評價模型構建及其應用
——以北京市交道口社區為例

胡 映 潔，呂 斌

(北京大學城市與環境學院城市與區域規劃系，北京 100871)

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城市社區空間應急疏散能力評價模型構建及其應用
——以北京市交道口社區為例

胡 映 潔，呂 斌*

(北京大學城市與環境學院城市與區域規劃系，北京 100871)

以城市防災空間中最基本的單元——社區空間為研究對象，對其應急疏散能力評價方法進行探討。建立了基于現狀空間分析的應急疏散能力評價模型，模型由應急疏散時間半徑與應急疏散容量半徑兩個維度及應急疏散距離、道路有效寬度、道路集成度、應急疏散場所容量、社區人口密度5個因素構成。最后，通過GIS中的服務區分析及空間句法分析等技術，將模型應用于北京市交道口社區，找到交道口社區中應急疏散能力較弱的區域，為社區應急疏散空間的優化提供了依據。

城市社區空間；應急疏散能力；評價模型；交道口社區

0 引言

目前，城市正成為災害中發生人員傷亡和經濟損失最嚴重的區域。我國不僅有大量城市位于自然災害的高發區(如地震帶與沿海地區)，并且隨著城鎮化進程的加快，人口與物質財富的高度集中使城市的易損性大大增加。因此，城市防災規劃的重要性日益凸顯。社區作為城市中最基本的空間單元之一，在中國既是一種基本的功能地域，也是規劃的公共政策依托街道權力得以實施的基本行政單元，因此也是城市防災規劃中最具操作意義的空間單元。并且，受災人口疏散到應急避難場所是災害發生后保障安全的第一步，這要求在社區尺度中規劃有足夠的應急避難空間和暢通的疏散道路。城市空間在防災能力的分布上具有不均勻性，認識并分析這種不均勻性，對合理調配救災資源、災時應急救援等都具有極其重要的意義。本文主要研究城市社區空間應急疏散能力的評價方法，對這種防災能力在社區內的不均勻分布進行測度，作為進一步改善社區空間安全的基礎。

從國內外對城市防災能力評價的研究看，空間層次以宏觀為主，即將城市作為一個整體，對其自然、社會、經濟等方面與城市防災有關的因素進行綜合評價[1-5]，中微觀層面的研究相對較少，且通常將城市社區作為一個整體的“點”[6-9]，而很少將其作為一個具有內部差異的“塊”進行研究[10]。從評價方法看，對應急疏散空間的評價一種是將問題抽象為相應的數學問題并進行建模，大多數學者將避難場所在城市中的空間分布問題轉化為典型求集合覆蓋的問題進行求解[11-13]，但這種方法在現實中的應用性較差。另一種是對實際空間進行空間分析，通常以現狀的應急避難場所為源，以一定的距離為半徑，做同心圓的服務區分析，得到應急避難場所的服務覆蓋情況[14]，這種方法更多考慮現實中應急避難場所分布，但虛擬的同心圓服務區與實際情況相差仍較大。因此，本文將社區空間作為具有內部差異的“塊”進行評價，是對微觀層面研究的重要補充；評價方法上選擇基于現狀空間分析的方法，通過在已有模型中加入(如時間、實際疏散路徑等)更多的因素，對現有方法進行改進。

1 研究方法

1.1 模型構建基本思路

首先，提出模型的基本假設：1)人口在社區內均勻分布；2)考慮地震對地面產生破壞前的緊急疏散情況；3)居民自發的選擇疏散路徑，無阻礙情況下疏散速度為快速步行速度，約100 m/min，實際疏散速度受道路擁堵情況影響。

本文認為應急疏散能力主要體現為應急避難場所的服務范圍，這種服務范圍既與應急避難場所的容量有關，也與人疏散至應急避難場所的時間有關。應急避難場所一方面要滿足人群快速疏散的要求，另一方面要保證人群在避難場所中的避難生活空間與供給，因此，對避難場所服務范圍的評價應考慮時間和容量兩個因素(圖1)。

圖1 模型構建基本思路

Fig.1 The structure of evacuation model

1.2 應急避難疏散的時間半徑

影響應急疏散時間的因素主要包括應急疏散距離、道路有效寬度、道路集成度3個因素。應急疏散距離(s)為社區中的疏散點與最近的避難場所出入口之間的最短路徑長度，在計算距離時，選擇實際路徑的長度對疏散距離進行度量。道路有效寬度(W)是指道路在除去停車、商販等占用之后，在疏散中實際可用的寬度，規劃中一般不專門設置應急疏散的通道，就在平時路網的基礎上形成疏散路網。社區級的疏散道路主要有避難通道和緊急避難通道兩種。一般避難通道的最小寬度應在8 m以上，緊急避難通道寬度可在8 m以下。道路集成度(RA)為空間句法中的概念，用來衡量一個單元空間與系統中所有其他空間的集聚或離散程度，用在路網中，可以表示一條道路與其他道路的連接程度[15]。當一條道路與其他道路的連接程度越高，它越容易聚集人流，因此可以用集成度度量道路對于人流的聚集能力。

應急疏散時間t由應急疏散的距離和速度兩個因素度量：

t=s/v

(1)

應急疏散的速度受到應急疏散的有效道路寬度W及道路的集成度RA兩個因素影響，與道路的有效寬度呈正比，與道路的集成度呈反比。因此設正常無阻疏散速度為v0，則應急疏散速度v為：

v=(k·W)/(RA·v0)

(2)

因此，應急疏散時間t的評價值為：

t=(s·RA)/(k·W·v0)

(3)

按照公共應急避難場所的相關規范，對疏散人群到達避難場所的時間有所規定，此時間有一個高標準t1和一個低標準t2(t1

(4)

1.3 應急避難疏散的容量半徑

影響應急疏散容量半徑的因素主要包括應急避難場所的人口容量及周邊區域的人口密度。應急避難場所的人口容量(V)決定了其在應急疏散時能夠為周圍多少人口提供避難場所，主要由兩個因素決定：應急避難場所實際可用作避難的用地面積S′及應急避難場所的人均用地標準S0。即：

V=S′/S0

(5)

應急避難場所的人均用地面積在相關規范中有其標準。應急避難場所的實際可用作避難面積與人均用地面積標準的比值即為避難場所的人口容量。研究區域的人口密度(ρ)此處定義為社區的人口平均密度，由相關人口統計數據得到。由于社區尺度較小，且用地性質、容積率等屬性較為均質，可認為研究區域人口均勻分布。人口密度小的地區，較小的應急避難場所用地即可覆蓋較大的距離，而人口密度高的區域，覆蓋相同的距離需要更大的用地。

若設避難場所的容量服務范圍是以其自身為圓心、r為半徑的圓形區域，則V應該等于人口數量在這個區域內的總和，因此：

(6)

根據S0高低兩個標準可以對應算出容量的兩個標準V1和V2(V1

(7)

1.4 應急疏散能力綜合評價

基于對應急避難場所在時間上和容量上服務半徑的評價，可以分別得到其在時間和容量兩個評價標準下的安全區域、較安全區域和不安全區域。對公共應急避難場所的服務能力的綜合評價既要考慮其時間半徑也要考慮容量半徑，只有在兩種半徑評價中都安全的區域才屬于安全區域，而只要有一種屬性的評價為低，這個區域就屬于不安全區域。因此，可以將兩個指標的3個屬性組成一個判斷矩陣，從而得到應急避難場所服務能力的綜合評價結果。判斷矩陣如表 1所示。

表1 應急避難場所服務能力綜合判斷矩陣

Table1Theevaluationmatrixofemergencyevacuationcapacityforemergencyshelter

容量時間高中低高高中低中中中低低低低低

2 北京市交道口社區案例研究

本文選擇了北京市交道口社區作為研究對象，其位于北京市中心城區，鼓樓東南側，什剎海風景區以東。該社區面積1.45 km2，戶籍常住人口約5.3萬人，實際居住約3萬人，暫住人口約5 000人，人口密度高，應急避難的壓力巨大。根據調研結果，交道口社區內部及周圍可作為應急避難場所的用地及其出入口的位置確定如圖 2所示*根據《北京市中心城地震及應急避難場所(室外)規劃綱要》，選擇場地內符合標準的緊急和中長期避難場所，以及雖不在場地內，但距離少于500 m(步行時間少于15 min)的緊急和中長期避難場所，包括面積為1 000 m2左右及以上的學校小操場、城市小綠地、小廣場、小運動場等。，主要包括國家話劇院、濱河公園、北京五中分校、中央戲劇學院以及皇城根遺址公園。而研究區域的主干道、次干道和支路構成了其應急疏散的道路系統，南北向的南鑼鼓巷與四周東西向的胡同組成了主要的內部道路結構，呈“魚骨狀”。

圖2 交道口社區應急避難場所、應急疏散道路分布

Fig.2 The evacuation shelters and roads in Jiaodaokou community

2.1 交道口社區應急疏散時間半徑評價

對交道口的道路寬度與占用情況進行現場測量，得到了應急疏散時道路的有效寬度，地塊內部部分道路的有效寬度不到2 m，將嚴重影響應急疏散的速度。然后將道路網轉換為軸線地圖，在GIS中利用Axwoman插件進行道路集成度的分析，集成度最高的道路為地塊四周的城市主干道、南鑼鼓巷以及與南鑼鼓巷相交的部分胡同，也就是說，這些道路更容易集聚人流而形成擁堵。由道路有效寬度與道路集成度的值計算出各條道路的疏散速度評價值(圖 3，見封2)，可見地塊內部魚骨狀結構的主要道路疏散速度過慢，四周道路相對速度較高。

在GIS的網絡分析中，將每條道路的長度除以速度，得到每條道路的應急疏散時間字段，以此作為阻抗進行應急疏散場所的服務范圍搜索。對疏散時間進行評價，參考《北京中心城地震及應急避難場所(室外)規劃綱要》，5 min內達到為最安全，15 min以內比較及時，15 min以上將比較危險，得到疏散時間的評價結果(圖4)，可以看到應急疏散最不及時的能力低谷區集中在北部南鑼鼓巷的兩側以及地塊東南部的小塊區域。

圖4 交道口社區應急疏散時間半徑評價結果

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

2.2 交道口社區應急疏散容量半徑評價

根據《北京中心城地震及應急避難場所(室外)規劃綱要》中的標準，緊急避難場所的人均用地面積為1.5～2.0 m2/人，中長期避難場所的人均用地面積為2.0～3.0 m2/人，認為交道口社區中常住人口為3萬人，則可計算每一個避難場所的實際可服務半徑，如表 2所示。將各個避難場所的容量半徑相互疊加，得到交道口社區應急避難場所服務的容量半徑分布圖(圖 5)，現有應急避難場所的容量能夠覆蓋社區的大部分區域，但社區北部仍有部分區域沒有被覆蓋。

表2 交道口社區應急避難場所面積大小及實際服務半徑估算

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

濱河公園國家話劇院北京五中分校中央戲劇學院皇城根遺址公園面積(m2)人均用地標準(m2/人)服務人數人口密度(人/m2)服務面積(m2)服務半徑(m)1000020002000150060000低標準1．51．51．51．52高標準22223低標準666713331333100030000高標準500010001000750200000．02070．02070．02070．02070．0207低標準3222226444464444483331450000高標準241546483094830936232966184低標準320143143124680高標準277124124107555

2.3 交道口社區應急疏散能力綜合評價結果及優化

根據上文所述的判斷矩陣，將交道口社區應急避難場所時間半徑與容量半徑的分析結果疊加，得到社區應急疏散能力的綜合評價結果(圖 6)。

圖5 交道口社區應急疏散容量半徑評價結果 圖6 交道口社區應急疏散能力綜合評價

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

對交道口社區現有的應急避難場所服務半徑進行評價可以發現，如果將社區空間分為高、中、低3個安全等級，則交道口社區現有大半空間的應急疏散安全性處于低水平，需要進行改善。造成這種狀況的原因總結起來有：1)應急避難場所分布不均。在交道口社區中有五處應急避難場所，在整體容量上能夠容納社區的全部人口。但由于其主要分布在地塊的西南側，服務半徑有限，因此在東北側形成了服務盲區。2)應急避難場所的出入口設置不符合要求。按照《北京中心城地震及應急避難場所(室外)規劃綱要》的要求，應急避難場所應該在各個方向設置出入口，但交道口社區中可作為避難場所的用地，大部分只有一個出入口，大大降低了避難場所的可達性，增大了某些疏散區域到達避難場所的路程。3)疏散道路網結構問題。交道口社區的道路網主體結構為“魚骨形”，這就造成了地塊在東西向的聯系較好，但南北向的聯系很弱，使某些疏散區域雖然距離避難場所很近卻需要繞路，增加了疏散距離。另外，這樣的路網結構使人流集中在“魚骨”的“骨架”上，給這些道路帶來很大的疏散壓力。4)二級疏散道路有效寬度過窄。基于老城區風貌保護的需要等原因，地塊內的道路寬度已經較窄，再加上路邊停車情況很嚴重，使得有些道路的實際有效寬度只有2 m左右，大大削弱了應急疏散的速度。

應急疏散能力的評價結果具有重要的應用價值，基于應急疏散能力的評價結果，可以進行應急疏散空間的優化。圖 7所示為基于現狀評價的社區應急疏散空間優化方法，在現狀評價的基礎上，可以針對形成應急疏散盲區的不同原因(時間或容量)提出針對性的優化策略。

3 結論與展望

圖7 基于現狀評價的城市社區應急疏散空間優化方法

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

基于城市防災空間非均質性的重要特點，本文認為對城市存量空間防災功能的評價是對其進行優化的基礎，因而尤其重要。本文主要針對社區應急疏散能力的評價方法進行了研究，構建了基于現狀空間分析的城市社區空間應急疏散能力評價模型，主要貢獻在于：1)在模型構建時同時考慮了應急避難場所的實際時間服務半徑與容量服務半徑，而不僅是虛擬的空間半徑；2)在計算時間半徑時運用的是實際疏散路網數據進行服務區分析，相較于傳統的同心圓服務區分析方式有很大改進；3)通過GIS中相關空間分析技術、空間句法技術，本文將模型運用于北京市交道口社區，找到了社區中應急疏散能力較弱的區域并分析了相關原因。

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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

國家自然科學基金項目“中國城市空間增長的低碳化形態模式研究”(41171130)

胡映潔(1988-)，女，博士研究生，研究方向為城市與區域規劃。*通訊作者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