基礎研究—北京市自然科學基金風采

　　清晨7:30的北京地鐵站，人潮涌動，川流不息。伴隨上班的人匆忙的腳步，地鐵各個進出口和通道里的人像涌上沙灘的潮汐一般，一浪接著一浪。在步履匆匆之際，我們有時不免會疑惑，如此大量的人群，在一個半密閉的環(huán)境中，萬一出現(xiàn)緊急狀況，我們究竟可以通過什么樣的路線安全逃生呢？

　　實際上，不僅是地鐵，商場、餐廳、醫(yī)院、大型集市、公共展覽館、演藝活動現(xiàn)場、車站、碼頭，城市大型的公共聚集場所往往都人多擁擠。而在一個較為擁擠和較為密閉的環(huán)境中，一旦發(fā)生災難性的事故，比如火災、爆炸或者地震時，人群中發(fā)生瞬間擁擠和踩踏事故的可能性極大，此時人群的安全撤離就是個極大問題。一個設計良好的出入口，可以提高公共場所人員的疏散效率，縮短疏散時間從而減少人員傷亡，因此如何設計公共聚集場所的出入口，就有著極其重要的意義。

　　潮汐一般的人流

　　說人流像潮汐一般，并不完全是一個比喻的說法，至少對北京市勞動保護科學研究所的副所長汪彤來說是如此。幾年前，汪彤主持了北京市自然科學基金資助項目“公共聚集場所出口應急疏散能力研究”，汪彤的工作之一，正是針對公共聚集場所出口應急疏散能力的研究。

　　“你看，人群是由一個一個的個體組成的，而液體或者氣體也是由一個個的分子組成的，那么我們的人群和流體就有了某些相似之處。”王彤注意到，在人群密度較高時，人群的流動類似于氣體或者液體的流動。她將緊急疏散時的人群視為由單個“人分子”組成的某種流體。這樣，人群就變成了“人流”。

　　但在實際情況當中，人流中的各個“人分子”并不會像水分子或者氣體分子那樣沒有差別，而是充滿個性。災難一旦發(fā)生，人群撤離時都非常慌亂，每個人的反應和行為都會不一樣，那么怎么得到人流當中“人分子”的個性行為數(shù)據(jù)呢？王彤和她的研究小組通過對不同的典型公共聚集場所，包括商場、地鐵、比賽場館等地進行實地觀測和測量，還請來一批年齡段各異的人群模擬測定，最終得出不同人群的步速和他們各自的組成比例。

　　這樣，從人群中的擾動傳播現(xiàn)象出發(fā)，研究人員就可以定義人群中的“壓力”、“流動速度”，借助于已有的流體動力學，研究這些參數(shù)之間的關系，就可以建立適用于控制疏散高密度人群的方程。如此一來，人群的移動就可以利用液體或者氣體流動的方程。“我們所說的人流滾滾就不再只是你們記者筆下的一個比喻，而是我們科學工作者電腦中實實在在的數(shù)學模型了。”

　　設計良好的出口什么樣？

　　在得到一系列調(diào)查結(jié)果后，研究人員又通過軟件進行模擬，并通過實驗結(jié)果修正軟件參數(shù)，最終用修正完畢的模型模擬計算各種出口條件下的人員疏散情況，得到結(jié)論。

　　一個空間的出入口越寬，出現(xiàn)緊急狀況時撤離速度就越快，這幾乎是個常識性的問題。“這在我們的模型當中也得到了體現(xiàn)，”關于模型的結(jié)論，汪彤這樣介紹到，“但是，和我們的常識相悖的是，這個寬度并不是越大越好。”模擬模型表明，當出口的寬度增大到一個臨界值時，疏散時間就不再隨寬度的變化而增加，而更多的是由疏散人員的步速決定，也就是說撤離的速度取決于人們跑動的速度。

　　這個發(fā)現(xiàn)，對于出口的設計非常具有實際意義，因為很多工程囿于場地，無法設計太寬的出口，那么通過這個模型，就可以結(jié)合實際情況，尋找最佳的出口寬度。

　　撤離空間與出入口的內(nèi)容結(jié)構(gòu)，也決定了撤離時的速度。很多空間的出口都存在轉(zhuǎn)角，有的甚至是直角形的轉(zhuǎn)角，這無疑會給疏散帶來不便。那么，什么樣的轉(zhuǎn)角最影響撤離呢？研究人員模擬了垂直、鈍角（120度）、較大的鈍角（135°、150°）和直線型的出口，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)角的角度越大，人們撤離時所需的時間也就越小，也就越有利于疏散。同樣的原理，汪彤還分析了出入口的岔路，對撤離造成的影響。因此在設計出入口時，應盡量使用直線型出入口，盡量避免岔路和轉(zhuǎn)彎的出現(xiàn)。