疏散指示標志安裝高度對應(yīng)急疏散效率的影響

周慧， 代張音， 范芮雯， 田世祥

(貴州大學(xué)礦業(yè)學(xué)院， 貴陽 550025)

科技的進步與人類生活質(zhì)量的提高導(dǎo)致火災(zāi)事故頻發(fā)，造成大量人員傷亡及財產(chǎn)損失。根據(jù)中國應(yīng)急管理部消防救援局的統(tǒng)計顯示，2020年共接報火災(zāi)事故25.2萬起，死亡1 183人，受傷775人，直接財產(chǎn)損失超過40億元[1]。其中工商文娛等公共場所火災(zāi)荷載高，時常發(fā)生較大火災(zāi)事故，人員傷亡率較高。而公共場所火災(zāi)事故中，由于防火設(shè)施的影響，人員可疏散路徑可能會發(fā)生改變[2]，年齡、性別、受教育程度、環(huán)境熟悉程度[3]等個人因素會影響人員選擇疏散路徑，而有害氣體、高溫、擁擠等情況則會對人員疏散造成消極影響[4]，若此時疏散指示標志無效則會導(dǎo)致人員疏散時間延長降低成功逃生率，如1984年美國新澤西鬼屋火災(zāi)由于煙霧遮蔽出口標志導(dǎo)致8人死亡，1990年某游船由于煙霧遮蔽疏散指示標志影響乘客疏散導(dǎo)致184人死亡[5]。反觀美國9·11事件，據(jù)生存者的回憶，其借助疏散指示標志才得以順利逃生[6]。Kwee-Meier 等[7]認為人們在疏散情況下更關(guān)注疏散標志的視覺搜索，有效的疏散指示標志可以指引人群安全的撤離到安全出口[8]，達到縮短被困人員疏散運動時間，減少人員傷亡的效果，而基于標識的拓撲錯誤可能導(dǎo)致尋路過程中的決策錯誤[9]。因此，合理安裝疏散指示標志提高指示信息可視性對縮短人員疏散時間、減少人員傷亡具有重大意義。

目前中國疏散指示標志的安裝依據(jù)是《建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB 50016—2014，其中規(guī)定：公共建筑中燈光疏散指示標志，應(yīng)設(shè)置在疏散走道及其轉(zhuǎn)角處距地面高度1 m以下的墻面或地面上，間距不應(yīng)大于20 m[10]。通過走訪消防隊、建筑公司等有關(guān)單位了解到，在實際工程中，施工人員憑借主觀意識在0.2～1 m范圍內(nèi)確定疏散指示標志安裝高度，對于疏散指示標志安裝在左側(cè)或右側(cè)這一問題，規(guī)范中沒有具體規(guī)定，施工人員通常結(jié)合電路布置情況而定。

國內(nèi)外學(xué)者從20世紀80年代相繼對疏散指示標志展開了一系列研究。劉夢婷[11]指出應(yīng)急疏散標志的有效性還與逃生者的心理行為和信息感知等要素有關(guān)。文獻[12-13]就疏散指示標志的安裝位置及常見問題進行探討；文獻[14-16]對疏散標志的顏色特征、表面亮度以及供電等因素展開研究；Jun 等[17]通過VR(virtual reality)實驗測試疏散標志類型和相對位置影響疏散人員理解和遵守提供的疏散信息的可能性；Xie 等[18]通過實驗測試標識系統(tǒng)對被試者在疏散過程中決策的影響，來評估疏散標識系統(tǒng)的有效性。楊夢凡[19]結(jié)合Stroop干擾效應(yīng)研究分析了安全出口標志跑員形象對方向選擇的影響，當(dāng)標志上跑員形象與水平安裝位置方向沖突時，會出現(xiàn)空間Stroop干擾現(xiàn)象，導(dǎo)致反應(yīng)時長增加。目前已有研究主要針對疏散標志外觀、疏散者心理行為[20]、人群交互[21]等因素對疏散標志有效性[22-23]的影響，然而對于疏散指示標志安裝高度這一問題卻少有研究。

現(xiàn)針對疏散指示標志安裝高度對疏散效率的影響，進行了站姿、走姿、正常跑姿及逃生跑姿四種狀態(tài)下縱向優(yōu)勢視線試驗，開展了疏散指示標志不同安裝高度下的火災(zāi)疏散演習(xí)，并對參演人員進行意識傾向性與指示信息匹配情況的問卷調(diào)查，以期對應(yīng)急疏散指示標志的安裝提出科學(xué)的建議。

1 動態(tài)縱向優(yōu)勢視線試驗

1.1 試驗方案

1.1.1 試驗方法

為了解人員不同狀態(tài)下觀察習(xí)慣，探究身高與動態(tài)縱向優(yōu)勢視線之間的關(guān)系，進而對后期演習(xí)過程中疏散指示標志的安裝高度及方位提供依據(jù)，特在某高校辦公樓進行了動態(tài)縱向優(yōu)勢視線試驗。本次試驗共59名被試者，其中男生39人，其中女生20人，身高為150～180 mm，試驗當(dāng)天被各試者身體狀況無異常，視力正常。在走道兩側(cè)對稱貼上自制的字母標識圖樣，如圖1所示，讓被試者分別以站姿距離標志1 m處以及走姿、正常跑姿、逃生跑姿通過走道四種狀態(tài)觀察圖樣，報告第一時間觀察到的字母，工作人員記錄觀察結(jié)果。

圖1 自制字母標識圖樣Fig.1 Self made alphabet logo drawing

字母標識圖樣中字母顏色為綠色，與疏散指示標志牌上指示信息一致，單個字母高度為100 mm，字母間距100 mm，與標準指示牌上跑員高度相同。圖1中左、右圖最底端字母(N/Q)下沿距離地面高度為該辦公樓疏散指示標志實際安裝高度300 mm。查閱《中國成年人人體尺寸》GB/T 10 000—1988[24]、《中國居民營養(yǎng)與慢性病狀況報告(2020年)》得知1988年的全國第50百分位男女眼高值和第50百分位身高值，以及2020年男女平均身高值[25]，各高度值見表1所示。由表1估算得2020年男女平均眼高值為1 525 mm，在此最上端字母(Z/W)下沿距地面取1 500 mm。

表1 男女眼高、身高值

1.1.2 試驗步驟

(1)統(tǒng)計各被試者姓名與身高。

(2)試驗前準備。在走道墻上左右兩邊對稱貼上圖樣，對被試者介紹試驗要求及注意事項。

(3)站姿優(yōu)勢視線試驗。被試者站在距離標志1 m處，靜態(tài)觀察標志，報告最先觀察到的字母，記錄每一名被試者最先看到的字母與高度，如圖2(a)所示。

(4)走姿優(yōu)勢試驗。被試者走姿通過標志，動態(tài)觀察標志，其余同上，如圖2(b)所示。

(5)正常跑姿優(yōu)勢試驗。被試者正常跑姿通過標志，動態(tài)觀察標志，其余同上，如圖2(c)所示。

(6)逃生跑姿優(yōu)勢試驗。被試者模擬火災(zāi)逃生跑姿，彎腰并用手捂住口鼻通過標志，動態(tài)觀察標志，其余同上，如圖2(d)所示。

圖2 動態(tài)優(yōu)勢視線試驗過程Fig.2 Dynamic advantage line of sight testing process

1.2 試驗結(jié)果及分析

1.2.1 試驗結(jié)果

動態(tài)縱向優(yōu)勢視線試驗統(tǒng)計結(jié)果如表2所示。

通過表2可知，站姿、走姿、正常跑姿及逃生跑姿四種狀態(tài)下，最先觀察到左側(cè)字母共計72次，最先觀察到右側(cè)字母共計164次，顯然四種狀態(tài)下最先觀察到右側(cè)字母次數(shù)多余左側(cè)，表明被試者右側(cè)視線優(yōu)于左側(cè)視線，這與右側(cè)視區(qū)反應(yīng)速度快于左側(cè)視區(qū)這一結(jié)論相似[26]。因此，在后期演習(xí)過程中，單向疏散指示標志統(tǒng)一安裝在人員逃生時的右側(cè)墻壁上；對于雙向標志則安裝在通往最近出口逃生時的右側(cè)。

表2 動態(tài)縱向優(yōu)勢視線試驗結(jié)果

由表2可得四種狀態(tài)優(yōu)勢視線，其示意如圖3所示。站姿時觀察次數(shù)較多的字母為W(1 500 mm)、E(1 300 mm)，走姿時觀察次數(shù)較多的字母為W(1 500 mm)、E(1 300 mm)，正常跑姿時觀察次數(shù)較多的字母為E(1 300 mm)，逃生跑姿時觀察次數(shù)較多的字母為A(500 mm)、Q(300 mm)和N(300 mm)，表明被試者最優(yōu)視線與觀察時的狀態(tài)有關(guān)。因四種狀態(tài)下觀察高度主要為300、500、1 300、1 500 mm，所以后期演習(xí)中設(shè)置疏散指示標志高度為300、500、1 300、1 500 mm。

圖3 動態(tài)優(yōu)勢視線示意圖Fig.3 Dynamic advantage line of sight diagram

1.2.2 身高對縱向優(yōu)勢視線的影響規(guī)律

對動態(tài)優(yōu)勢試驗中所得數(shù)據(jù)進行處理后，按照身高排序，每5個身高值為間隔，求出身高值平均值(x)和對應(yīng)觀察高度的平均值(y)，對所得四組數(shù)據(jù)進行擬合，得到四種縱向優(yōu)勢視線模型，如圖4所示。

圖4 四種縱向優(yōu)勢視線模型Fig.4 Four longitudinal advantage line of sight models

引入相關(guān)系數(shù)對平均身高與平均觀察高度的相關(guān)性進行檢驗，若相關(guān)系數(shù)r∈[0.75，1]，說明具有較強的正相關(guān)性。r的計算公式為

(1)

式(1)中：r為相關(guān)系數(shù)；Cov(X,Y)為X與Y的協(xié)方差；Var(X)為X的方差；Var(Y)為Y的方差。

根據(jù)式(1)計算得：r站=0.969 7，r走=0.991 5，r跑=0.974 4，r逃=0.973 6，其中最小值為0.969 7，最大值為0.991 5，均在0.75～1這一范圍內(nèi)，表明平均身高與平均觀察高度密切相關(guān)。

由圖4可知，被試者在四種狀態(tài)下的身高與觀察高度之間呈線性關(guān)系，其中站姿、走姿和正常跑姿狀態(tài)下擬合直線斜率分別為1.39、1.49和1.43，斜率較大，說明這三種狀態(tài)下觀察高度隨身高變化趨勢較明顯；逃生跑姿狀態(tài)擬合直線斜率為0.78，斜率最小，說明該狀態(tài)下觀察高度隨身高變化趨勢不明顯。

所得縱向優(yōu)勢視線模型可用于確定類似疏散指示標志等指示標志的安裝高度。各地區(qū)平均身高存在差異，在安裝指示標志時首先確定人員在觀察該類標志時常用的姿勢，再結(jié)合各地區(qū)平均身高帶入對應(yīng)方程確定觀察高度。如，1988年西南地區(qū)成年男子平均身高為1 647 mm，成年女子平均身高為1 546 mm，代入逃生跑姿縱向優(yōu)勢視線模型(y=0.78x-882.93)中，得到平均觀察高度為326.34 mm，這與該辦公樓中疏散指示標志實際安裝高度接近，表明實際經(jīng)驗得到的300 mm這一安裝高度符合逃生跑姿優(yōu)勢視線，有利于疏散觀察。2020年全中國男子平均身高1 697 mm，女子平均身高為1 580 mm，代入逃生跑姿縱向優(yōu)勢視線模型得到平均觀察高度為395.10，隨著男女平均身高的增高，逃生跑姿時的平均觀察高度也在增高，疏散指示標志的安裝高度也應(yīng)該適當(dāng)增高。

2 疏散指示標志安裝高度演習(xí)

2.1 演習(xí)方案

2.1.1 參演人員

本次演習(xí)的參演人員為該校隨機抽選的50名大一至大四的學(xué)生，這些參演人員來自全國各地，男生42人，其中女生8人，年齡在18～23歲，身高在150～181 cm，身高具體分布情況如圖5所示。在演習(xí)當(dāng)天，所有參演人員身體狀態(tài)良好。

圖5 參演人員身高分布圖Fig.5 Height distribution map of participants in the exercise

2.1.2 演習(xí)場地

演習(xí)地點與前期試驗為同一辦公樓，該樓共5層，各樓層疏散通道如圖6所示。一樓有三個安全出口通向室外，二樓有一玻璃門可供被試者逃出該樓，每層樓有兩個疏散樓梯可供逃生。學(xué)生及職工經(jīng)常通過出口Ⅰ出入該辦公樓，所以多數(shù)被試者對通往Ⅰ號出口的路線較熟悉。

圖6 疏散通道示意圖Fig.6 Diagram of evacuation passage

根據(jù)動態(tài)優(yōu)勢視線試驗得知人員右側(cè)視線優(yōu)于左側(cè)，因此，單向疏散指示標志統(tǒng)一安裝在人員逃生時的右側(cè)墻壁上；對于雙向標志則安裝在通往最近出口逃生時的右側(cè)。安裝高度分別為300、500、1 300、1 500 mm。

2.1.3 演習(xí)流程

本次演習(xí)共進行了四組，分別對應(yīng)四種安裝高度。通過模擬火災(zāi)發(fā)生時被困人員的逃生，分析疏散指示標志不同安裝高度對疏散效率的影響。演習(xí)具體流程如下。

(1)演習(xí)前培訓(xùn)。將參演人員集中到教室里，對他們統(tǒng)一進行演習(xí)前的培訓(xùn)，講解演習(xí)目的及流程，強調(diào)演習(xí)過程中的注意事項，如疏散過程中盡量使用逃生跑姿、演習(xí)過程注意安全、防止踩踏事件。

(2)300 mm安裝高度疏散演習(xí)。參演人員隨機均勻的分散到各樓層，所有人員就位之后發(fā)出起火的信號，參演人員開始疏散。每個出口安排兩名同學(xué)負責(zé)記錄，一名同學(xué)記錄該出口每個被試者逃出該樓的時間，另一名同學(xué)記錄該出口逃生人數(shù)。

(3)500 mm安裝高度疏散演習(xí)。參演人員隨機均勻的分散到各樓層，分散過程中各參演人員不會去到前一次演習(xí)去過的樓層，其余同上。

(4)1 300 mm安裝高度疏散演習(xí)。參演人員隨機均勻的分散到各樓層，分散過程中各參演人員不會去到前兩次演習(xí)去過的樓層，其余同上。

(5)1 500 mm安裝高度疏散演習(xí)。參演人員隨機均勻的分散到各樓層，分散過程中各參演人員不會去到前三次演習(xí)去過的樓層，其余同上。

2.2 演習(xí)結(jié)果及分析

2.2.1 疏散時間分析

本次演習(xí)疏散時間如圖7所示。

圖7 疏散時間統(tǒng)計圖Fig.7 Evacuation time chart

圖7中，四種高度對應(yīng)的疏散時間折線整體走勢相似，但是可以看出不同安裝高度的疏散時間存在一定差異，如，在編號30～45內(nèi)，安裝高度300 mm 的疏散時間明顯小于另外三個高度的疏散時間；在編號11～38內(nèi)，安裝高度1 300 mm的疏散時間明顯大于另外三個高度的疏散時間。還可以看出四種安裝高度中，高度300 mm時平均疏散時間22.99 s為最小值，高度1 300 mm時平均疏散時間26.33 s為最大值。因此，四種安裝高度中高度為300 mm時疏散效率最高，高度為1 300 mm時疏散效率最低。

為減小異常值對結(jié)論的影響，需對數(shù)據(jù)進行異常值處理，利用上四分位(Q3)和下四分位(Q1)求上下限lim上、lim下，上下限范圍以外的數(shù)據(jù)為異常值，據(jù)此排除異常值。計算公式為

lim上=Q3+1.5DIQR

(2)

lim下=Q1-1.5DIQR

(3)

式中：Q3為上四分位；Q1為下四分位；DIQR為四分位距，其值為Q3-Q1。

經(jīng)計算，站姿、走姿、正常跑姿、逃生跑姿對應(yīng)數(shù)據(jù)下限均為負值，最小值均在上下限范圍內(nèi)，上限分別為54.63、67.24、64.68、69.73，所以走姿結(jié)果中異常值為58.18，逃生跑姿結(jié)果中異常值為79.40。剔除異常值后的幾何平均值(Gn)、平均數(shù)(x)、最小值(min)及最大值(max)如表3所示。

表3 統(tǒng)計值

由表3可知，去除異常值之后四種安裝高度對應(yīng)算數(shù)平均值分別為22.27、24.27、26.33、24.60，對應(yīng)幾何平均值分別為18.63、20.13、21.47、19.73，幾何平均值明顯小于算數(shù)平均值，但安裝高度為300 mm時，其幾何平均值18.63 s仍然為最小值；安裝高度為1 300 mm時，其幾何平均值26.33 s仍然為最大值。另外，安裝高度為300 mm時疏散時間最小值為3.81 s，最大值為53.62 s，均小于其他安裝高度對應(yīng)值，均可表明安裝高度為300 mm時疏散速度最快。演習(xí)所用辦公樓的疏散指示標志實際安裝高度為300 mm，參演人員對這一高度較其他高度熟悉，且縱向優(yōu)勢視線試驗結(jié)果(表2)顯示被試者模擬火災(zāi)疏散彎腰捂鼻逃生跑姿時，視線主要集中在300 mm這一高度。可見，環(huán)境熟悉程度以及疏散時的跑姿也會影響人員對疏散指示標志的觀察。

建筑火災(zāi)疏散時間線如圖8所示。疏散時間分為可用安全疏散時間(available safe egress time，ASET)和所需安全疏散時間(required safe egress time，RSET)，若所需安全疏散時間小于可用安全疏散時間，那么人員就可以成功疏散到安全區(qū)域[27]。其中所需安全疏散時間是指火災(zāi)探測報警時間、人員反應(yīng)時間與人員疏散運動時間之和。

圖8 疏散時間線圖Fig.8 Evacuation timeline graph

可用疏散時間取決于建筑物耐火程度，疏散運動所需時間越短，必需疏散時間就越短，安全裕量則越大，被困人員在建筑物達到耐受極限之前成功疏散的可能性就越大。演習(xí)結(jié)果表明，當(dāng)疏散指示標志安裝高度為300 mm時，人員疏散運動所需時間最短，這一高度時人員成功逃生的可能性最大；安裝高度為1 300 mm時，人員疏散運動所需時間最長，這一高度時人員成功逃生的可能性最小。

2.2.2 疏散人數(shù)分析

本次演習(xí)各出口疏散人數(shù)如表4所示。

由表4可知，四次不同高度演習(xí)中共有104人通往出口Ⅰ，39人通往出口Ⅱ，11人通往出口Ⅲ，46人通往出口Ⅳ。通往出口Ⅰ的人數(shù)明顯多余另外三個出口，然而在演習(xí)開始前，參演人員在各樓層均勻分布，可見多數(shù)參演人員在疏散過程中選擇了自己所熟悉的路線，而不是按照標志指示的路線，顯然，火災(zāi)疏散時若可見度較高，被困人員優(yōu)先選擇自己熟悉的路線逃生或者跟隨他人，很容易造成疏散通道擁擠，一方面容易造成踩踏事件，另一方面延長疏散時間降低疏散效率。

表4 各出口疏散人數(shù)

3 應(yīng)急疏散意識傾向性研究

3.1 問卷調(diào)查

研究表明，陌生環(huán)境中由于突發(fā)事件的刺激容易產(chǎn)生驚慌不安的心理[28]，導(dǎo)致?lián)頂D、從眾及趨光等恐慌行為[29]；而熟悉的環(huán)境則會影響個人疏散習(xí)慣[30]，上述情況都會影響疏散指示標志的有效性從而延長疏散運動時間降低疏散效率。本次參演人員中有一部分人對該辦公樓布置較熟悉，為了解不同熟悉程度的環(huán)境中參演人員意識與疏散行為的一致性，特在演習(xí)結(jié)束后，對參演人員進行問卷調(diào)查。調(diào)查問題如表5所示。

表5 問卷調(diào)查問題

3.2 對比分析

調(diào)查結(jié)果如圖9所示。

圖9 問卷調(diào)查結(jié)果Fig.9 Results of questionnaire survey

調(diào)查結(jié)果顯示，日常注意度[圖9(a)]與演習(xí)過程注意度[圖9(b)]比例近似，84%的被試者表示平時會注意到建筑中的疏散標志，86%的被試者表示演習(xí)過程中按照所給指示信息進行疏散，可見日常會注意到疏散指示標志的人員演習(xí)過程中也注意到疏散指示標志。各出口疏散人數(shù)(表4)表明，多數(shù)參演人員演習(xí)過程中選擇了通往出口Ⅰ的熟悉路線，這與調(diào)查結(jié)果不一致，說明參演人員疏散過程中即使注意到了指示標志，由于意識具有能動性，最終疏散行為還是服從了自己的主觀意識選擇了自己熟悉的路線。針對這一現(xiàn)象，應(yīng)急逃生相關(guān)的培訓(xùn)是很有必要的，通過培訓(xùn)提高人們對疏散指示標志的重視，改變?nèi)藗冊谀吧h(huán)境中的盲從、趨光等恐慌行為，以及人們在熟悉的環(huán)境里遵從意識進行疏散等行為，以達到火災(zāi)時被困人員按照指示信息逃生提高疏散效率的目的。

4 結(jié)論

開展了站姿、走姿、正常跑姿以及逃生跑姿四種狀態(tài)下優(yōu)勢視線試驗，進行了探究疏散時間與疏散指示標志安裝高度之間關(guān)系的演習(xí)，并對參與演習(xí)的人員進行有關(guān)疏散指示標志的問卷調(diào)查，研究結(jié)論如下。

(1)被試者在站姿、走姿、正常跑姿以及逃生跑姿四種狀態(tài)下觀察時的優(yōu)勢視線更多的偏向于右側(cè)，因此疏散標志安裝在右側(cè)更利于火災(zāi)疏散時觀察。

(2)被試者四種狀態(tài)下縱向優(yōu)勢視線各不相同，站姿、走姿狀態(tài)下縱向優(yōu)勢視線為1 500 mm和1 300 mm，正常跑姿狀態(tài)下縱向優(yōu)勢視線為1 300 mm，逃生跑姿狀態(tài)下縱向優(yōu)勢視線為500 mm和300 mm。

(3)站姿、走姿、正常跑姿以及逃生跑姿四種狀態(tài)下身高與縱向優(yōu)勢視線成正比，根據(jù)各狀態(tài)時的平均身高與平均觀察高度構(gòu)建四個縱向優(yōu)勢視線模型。

(4)火災(zāi)疏散演習(xí)中，安裝高度為300 mm時疏散效率最高，1 300 mm時疏散效率最低。

(5)人員在疏散時意識傾向性較強，相對于服從指示信息更傾向于通往自己所熟悉的路線，這一心理大大降低了疏散指示標志的有效性，可通過消防應(yīng)急培訓(xùn)等方法提高人員對疏散指示標志的重視程度。