2001年9月11日,位于美国纽约曼哈顿地区,象征美国财富与经济实力的世界贸易中心双塔楼,被基地组织恐怖分子劫持的两架民航客机猛烈撞击而彻底坍塌;该建筑在1993年2月26日某购物中心的下层也曾发生过一起爆炸事件。两起严重事件给人群疏散行为及模拟方法提供了珍贵的参考资料[33]。
1.1993年2月26日的爆炸事件
1993年2月26日在世贸中心的购物中心的下层发生了一起爆炸事件,6名工作人员死亡,并且有1000多人在逃离这座受灾大厦时受伤。爆炸和随后的火灾使一些基础地平受到了大面积的结构上的损坏,使防火设施和应急系统操作受阻,并导致成千上万名人员的紧急疏散和逃生。
2.2001年9月11日的倒塌
2001年9月11日,世贸中心发生了恐怖袭击,造成2.5万人紧急疏散,死亡2000多人,失踪6347人。最后,两座110层的办公塔楼相继倒塌,直接和间接的经济损失达数千亿美元。
虽然,美国世贸中心建筑已经不存在了,但是,这两次紧急情况下的人群疏散案例却能给我们建立人群疏散行为模型、进行疏散计算机的模拟以及对模拟结果的验证等方面提供有益的资料。
美国消防协会(NFPA)和美国消防研究协会(NRC)承担了一个调查研究项目,由国家技术标准组织、政府、NFPA和NRC提供资助,研究这次事件中大厦中人员的疏散行为,总共419个调查结果被返回。回答者的年龄从22岁到70岁,其中包括229名第一栋塔楼中的住户,163名在世贸中心和第二栋塔楼中的住户,7名在中央大厅的住户,5名在世贸中心和世界金融中心的任职者和4名没有告知位置的住户。
(一)人们的反应和疏散行为
1.事故的最先觉察者
当调查他们是如何首先开始察觉火灾发生的。
塔楼1中有69%人描述了爆炸和烟雾使他们觉察到一场火灾或爆炸已经发生了。塔楼2中有57%的人有同样的回答。
2.危机感
调查表明,危机感的产生取决于人们对目前情况的了解程度。在两个建筑物的人群中依据年龄和性别进行了分组,这种分组的区别可能会解释他们之间的不同点,结果这些组都进行了测试,没有发现什么显著的区别。实际上,在不同年龄段或男人和女人之间危机感是没有什么显著区别的,在这两个塔楼之间位于不同楼层的人危机感也没有什么明显的区别。
3.报道事件或者是通知其他人
当回答者被询问他们是否使用或试图使用手动的灭火器材时,在塔楼1中有222人对这个问题做出了回答,其中有185人(83%)没有使用,有37人(17%)使用了灭火器材。
4.人们穿越烟雾的行为
当人们被调查是否他们通过判断烟雾进行了撤离?如果撤离了,撤离了多远?他们能看见多远并且是怎样返回的?
在塔楼1中94%的回答者和塔楼2中66%的回答者描述了他们试图穿过烟雾而移动,这种不同是极其明显的。差不多在每一个塔楼中有一半的回答者说到:他们在整个走出建筑物的过程中,一直被烟雾包围着。试图通过烟雾向外逃亡的人中有75%在某一点就返回了,两个塔楼中这点的区别不是很明显的。返回的人给出他们这样做最通常的原因,是由于浓雾所致;另外给出的一些原因包括拥挤,门被锁上了,呼吸困难,看不见东西或是恐惧。
5.寻找避难所
回答者们被问及他们是否寻找另外一间办公室或者另一个楼层避难?如果这样做了,为什么?在塔楼1中有一半以上的回答者和塔楼2中66%的回答者并没有寻找避难所。给出寻找避难所的主要原因是烟雾,其他通常被报道的原因是呼吸问题和休息问题,被告知或者是直接看到了楼梯上拥挤的人群。
6.初期的判断
在塔楼1中有66%的回答者和塔楼2差不多一半的回答者在没有被权威人士告知的情况下离开了,一小部分人试图离开但他们没有能力这么做。在两个塔楼中的被调查者在这一点上是有显著区别的。
人们给出的没有自愿离开建筑的原因包括:
①等待信息或者指示。
②感觉等待会更好一些或者被告知进行等待。
③他们不知道出现什么问题。
④它们确保其他人已经离开了。
⑤健康原因。
⑥过多的烟雾。
⑦等待情况的好转。
⑧等待他们所需要的消防人员。
7.撤离建筑需要多久
(二)分析第一反应
1.第一反应[34]
在调查中,被调查者要回答的一个问题是,请描述当你意识到发生火灾或爆炸时的举动。这个问题还特别要求回答者以确切的顺序将五种反应列出来。参加调查者答案分为以下几种类别:调查;寻求信息;准备逃生;逃生;向他人求救或报警;救助他人;寻找避难所;等待;其他。
2.两塔之间的对比
从两塔内被调查者的答案可以得出,两塔的区别大体上并不大。经过统计,有些区别是较明显的,它们是“寻求信息”“向他人呼救或报警”和“等待”。值得注意的是,塔楼2中回答者选“寻求信息”和“等待”较多。这便能解释塔2收回的问卷不如塔1明了,也可解释危急时那么多回答者选择在楼里等待。塔1选报警和报告事故的人数的比例非常的高,可能是因为他们对发生爆炸更加机警,并且对蔓延的烟味更恐惧[34]。
3.男性与女性被调查者答案的对比
通过比较每个塔楼内男性与女性被调查者的答案,发现具有明显区别。塔1中唯一有效的区别是选择“调查事态”的男性比例远高于女性。其他的研究表明,女性好像更在乎自己和他人的安全,更容易提醒他人和逃生,而男性更倾向于参加灭火[35]。
2004年“9·11”调查报告中给出了十个应该汲取的教训。其中一些涉及了应该更好地理解建筑管理和安全系统在控制公共场所安全疏散效果中发挥的作用。其他一些涉及了人员因素方面,主要是指应急服务人员的作用。而以前的疏散模拟中并未对应急服务人员进行考虑,即疏散模拟主要针对的是建筑内的其他人员而非事件的最初反应者。另外给我们的一些启示包括,建筑物内信息传播的重要性等。
1.应当对疏散程序和方法被改变之后的动态效果进行模拟
以前的模拟中都假设人员具有疏散方面的“良好知识”。一旦发生事件,这些人员都会同时疏散,而不考虑报警系统是否在正常发挥作用。
1993年世贸大楼发生爆炸案后,人们已制订了控制大楼紧急疏散的一些程序和方法,疏散模拟中也采用了这些方法来设置场景。然而,当北楼最先受到撞击时,大多数已设计好的程序就失效了。例如,标准的建议是让人员呆在原处等待应急人员的救援,其目的是为了尽量减少伤亡。正如我们所看到的那样,这个原则在纽约消防局(FDNY)下令人员立即疏散时就立即失效了。
而目前,很少模拟能够考虑和分析在大规模疏散中,程序的改变所带来的影响。
2.对更广泛的备用信息渠道进行模拟
许多疏散模拟者假设,当人员进行疏散时,他们对警报及正确的疏散行为具有良好的知识。因而很少有对不确定性和混乱进行模拟的。而这在“9·11”中的初期是很明显的。
在“9·11”中,建筑信息系统的损坏使人员所依赖的官方信息渠道被破坏。人员从9·11话务员或同事那里获取信息。因此,人员获取信息渠道的多样性增加了。有一些人听同事的建议立即疏散,而有些人却听从911话务员和FDNY的劝告仍呆在原处。而目前的疏散行为模拟与分析中对这种信息的多样性却忽略了。
3.应对更广泛的人群行为进行模拟
以前的模拟工具,对个人行为和群体行为进行区分。对人员因素的研究以及调查研究已经证明了,有一些现象,如集结成群,对人群运动有影响,因而会造成严重的后果。这次世贸中心的疏散中对许多现象的重要性做出了证明,但同时也指出了许多不为人知的其他行为。例如,有一些人群当面对可能的障碍物,诸如被锁或变形了的门时,表现出极大的韧性。而另外一些人群在类似情况下在各种努力失败后,反而等待应急救助服务。在模拟中,类似的区别已经被引入以目的为主的或以解决问题为主的个人模型之中,然而很少有人考虑人群特性对人群的成功疏散发挥着重要作用。
4.应针对应急服务人员进行模拟而不只是针对其他人员
“9·11”事件改变了许多以前人们对于疏散模拟的观点。其中最大的教训就是应对进入危险大楼的紧急服务人员进行保护。然而,这种情况会改变。因为这些负担着100磅(1磅=0.4536kg)以上重量设备的人要走过许多楼层,而许多人被埋在倒塌的南楼中,而事实上这种情况本来可以避免的。
5.应结合紧急服务中的决策进行模拟
6.对最坏情况进行模拟
在“9·11”事件发生以前,有一些人曾考虑过大型公共建筑被飞机撞击的可能性。但大多数评估只针对意外的碰撞。因此,以前的研究对这种袭击没有考虑过,对大量人员从如此复杂的建筑中疏散的情况没有研究。另外,在事件发展过程中缺乏系统的信息。有些人被告诉向上疏散,而有些人被告诉向下走,而另外一些人被告诉在原处等待救援。因此信息变得十分混乱。因此,模拟时应考虑最坏的情况。
7.应对现在建筑管理系统的影响进行模拟
在疏散模拟中有许多软件工程师参与进来了。然而令人吃惊的是:很少有人考虑建筑信息管理系统对人员疏散能力的影响。该系统假设:为了保卫建筑安全,所有门都被锁上了,尤其是当犯罪分子有可能威胁金融公司时。在紧急情况下,这种假设难以改变。而对大型公共建筑的风险评估必须考虑建筑管理系统应用的情况。
8.应对较大疏散区域进行模拟
以前的疏散模拟一般只局限于建筑内的局部楼层或走廊,“9·11”事件证明了对更加大一些范围进行模拟的重要性。也许有人说这个案例不是典型的,然而许多火灾都会蔓延到其他建筑物,即使一场大火可以被控制住,也可能引起周围其他区域人员的疏散。
9.对疏散后的情况进行模拟
以前有人强调,模拟必须考虑疏散对周围区域的影响,因为有时其他建筑的人员在最早的警报开始时会同时疏散,我们也认为应对紧急救援人员进行模拟。这种扩散模型的好处是对疏散单元进行有效的控制。
10.对紧急服务之间的协调性进行模拟
以前的疏散模拟工作已经提出了人员协同合作的初步模型。这些行为的原始部分正如前面提到的“集结成群”行为。如果我们将这些模拟的范围扩展到紧急服务人员的活动,那么开发不同人员之间相互协作的模型是很适合的。
通过对两个案例中人群疏散行为的调查与分析,我们可以得出以下重要结论。
(1)在危急情况下,楼内安全管理人员需要具备足够的信息才能在停电时和没有权威人士发出指令时做出确保安全的决定。
(2)如果想在高层建筑火灾中逃生,需要一定程度的训练和教育。他们应该知道高楼内的滚滚浓烟的传播及落下的玻璃的危险。
(3)人们会在浓烟中努力逃生,但这两次事故证明,即使人们在更恶劣的情况下也能逃生。许多幸存者认为他们是向着火直冲过去,但实际他们是在烟愈加浓的情况向楼下疏散的。
(5)在实际火灾中,人们的疏散行为是很复杂的。所以,计算机模拟应当考虑最坏的情况,对疏散程序和方法被改变之后的动态效果进行模拟。
总之,在实际火灾中,人们的疏散行为是很复杂的。所以,计算机模拟应当考虑最坏的情况,对疏散程序和方法被改变之后的动态效果进行模拟。
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