基于行为视角的老旧住区居民紧急避难圈测度评价方法研究

时间：2024-07-28

王江波，苟爱萍

(1. 南京工业大学，江苏南京 211816; 2. 上海应用技术大学生态学院, 上海 200000)

汶川地震之后，我国各地开始加强对避难场所的规划建设。虽然也取得了一些成绩，但是，还是有很多不足，特别是在理论探索方面。整体而言，对避难场所的规划研究仍处在探索阶段。在布局避难场所时，重视目的空间——避难场所，但是却忽视避难主体——人；重视中心级避难场所的选址，而忽视紧急避难场所的落地。从灾民角度来看，在地震发生的紧急时刻和早期两三天，能发挥重要作用的应该是点小量多分布广的低等级避难场所，而不是那些规模很大、数量很少的中心级避难场所。加强对居民避难行为和紧急避难空间布局的研究，将进一步提升避难空间布局的理论水平，并在未来有助于切实提高城市的整体避难能力。

1 避难行为与避难圈

避难行为，是指为了达到避难目的而进行的避难活动，包括从开始实施避难到到达避难场所的过程中的所有相关行为，如决定避难、选择避难开始时间和避难方向、选择避难地点和路径、开展避难行动等。避难行为的特征因人而异，因地而异；避难行为在有组织避难行动中和无组织的自主避难行动中的表现形式也存在明显差异[1]。

在地震发生的紧急时刻，大部分居民会四下逃散，选择避难地点，而这些避难地点围合成的圈形，就是居民自主选择的避难圈。该避难圈与传统意义上的避难圈在理念上有很大不同。传统意义上的避难圈，是指以避难场所为中心，按其服务半径画圆，所形成的圈形[2-3]。其规模大小，反映了避难场所服务的空间地域范围的大小和人口的多少；其避难方向是朝向中心避难场所聚集的。而基于行为视角的避难圈，则是以居住小区为中心，以避难场所为顶点围合而成的圈形。该圈形的规模大小，反映了居民为了达到避难目的可以选择的空间范围；其避难方向是远离居住小区向外发散的。

传统意义上的避难圈，体现了典型的“物质空间决定论”思想，这里有三个前提假设：一是把所有人都作为标准人来处理，无差异化的处理方法；二是默认所有人都掌握了全部避难信息，其行为选择是完全理性的；三是必须由政府或相关单位来组织，将人集中安置在某个指定的避难场所内，即采取集中式避难的方法。

然而，现实情况往往是，这三个前提假设很难得到满足，特别是在地震灾害的初期，避难是缺乏组织的，避难活动的开展都是自主型的，人的选择是非常多样的。总体而言，人对避难地点的选择是非常分散的，很难实现传统方法中的单一中心的避难模式。基于行为的避难圈概念，一方面从整体上反映了居民选择避难地点的空间分布；另一方面，也反映了居民能够接受的避难距离的区间范围，其研究成果可作为未来避难空间规划的重要参考。

避难问题，不仅仅是一个单纯的避难场所的空间布局问题，它还涉及人对避难空间的选择问题。日常生活中，人不可能掌握到周边所有的空间信息；人对周边环境的熟悉程度遵循锚点理论，随着距离的递增而递减[4-5]。在紧急情况下，面临的不确定性很多，所掌握的信息也有限，人不会也来不及非常理性地对所有信息进行逐一分析，而后做出最合理、最正确的选择。此时，人的行为选择具有明显的有限理性的特征，受情景和其他要素的影响很大。

本文借助行为地图的调查方法，邀请居民在地图上画出自己在地震发生时会选择的避难路径和避难场所，获得1 612份有效地图，从而绘制出8个样本小区居民的紧急避难圈。通过研究各避难圈的紧凑度和重心偏离度等指标，来对各样本小区周边的避难空间资源分布的情况进行评价分析，希望发现老旧住区中紧急避难场所空间布局的种种问题，以便后续结合城市更新改造，对原有避难点和小区出入口的位置进行优化，提高避难场所布局的合理性和居民避难的效率。

2 避难圈的基本空间特征

2.1 平面构形的顶点数与锐角比例

从平面形式上看，避难圈有规则和不规则之别，反映了住区周边避难场所分布的均衡性程度。样本小区的避难圈均为不规则多边形，各避难圈在边数和形状上有较大差异。边数与顶点数相同，顶点数代表避难点的数量，与小区周边避难资源的多少有关；避难圈的形状与相邻避难点的位置关系有关。顶点数量越多，反映出小区周边的避难资源越多，当然，人的可选择面也越大，人流也就越分散，各点的人流也越少；顶点数量越少，说明小区周边的避难资源越少，人的可选择面也越小，人流也就越集中，各点的人流也越大。

在8个样本小区的避难圈中，顶点数最多的是仁义里，有18个顶点；最少的是山西路小区，有7个；平均顶点数为12个，也就意味着，在居民自主选择的情况下，每个小区平均有12个避难点，反映出各小区人流聚集点的数量偏多，且避难人流较为分散。同时，也可以看出，居民过于分散地进行避难，并不能说明避难资源充足；相反，却反映了老旧住区周边避难资源相当匮乏，导致居民在选择避难地点时并没有一个非常清晰合理的目标。

2.2 避难直线距离与平均距离

避难圈的避难直线距离，是指把避难圈上的各顶点与小区形心进行连线，该连线的直线距离就是避难直线距离。避难圈上的每个顶点都会对应一个避难直线距离，每个避难直线距离的大小表示该顶点到小区形心的距离远近(表1)。平均避难直线距离，是指所有顶点的避难直线距离之和除以总顶点数，用来表示该避难圈上各顶点到小区形心的平均距离的远近状况。

表1 各小区避难圈的避难直线距离 m

在各样本小区的平均避难直线距离中，最大的是瑞金路小区，为543 m；最小的是上海路小区，为194 m；有5个小区的平均避难直线距离小于300 m；301～500 m之间的有2个小区，大于500 m的只有1个；说明绝大部分小区居民选择的避难圈的平均半径都在500 m以内，该结论对于确定未来紧急避难场所的服务半径和相邻距离有重要参考价值。

2.3 规模与面积比

避难圈的规模是指避难圈围合的空间面积。其大小反映了小区居民选择避难空间的范围，影响因素包括小区的规模、避难场所的数量与规模、距离等。面积比是指避难圈的面积与小区用地面积的比值，用来考察避难圈与小区的相对大小，并为未来的紧急避难场所选址提供依据。

从避难圈面积比值的大小来看，最高的是仁义里，为5.11，即避难圈的面积是小区面积的5.11倍；最小的是山西路小区，为0.94；避难圈面积小于小区面积的主要原因是有小区内部避难场所的存在，分流了一部分居民。在8个小区中，有5个小区的避难圈面积比值小于2；超过2的只有3个小区，但是由于这三个小区的比值偏大，导致8小区的避难圈面积比值的平均值为2.1。通常情况下，避难圈规模的变大，是由于在远处有规模较大的避难场所，从而导致整体避难圈的范围扩大。带来的启示是，需要在规划尽可能减少避难圈的面积比值，紧急避难场所需要尽量靠近小区设置，避免离开人口密集的大型居住区的距离过远。

在避难圈上有效避难场所的面积方面，通过计算人均紧急避难场所面积和人均固定避难场所面积来衡量。从表2可以看出，在紧急避难场所资源方面，仁义里的人均指标最高，人均紧急避难场所面积为7.0 m2，人均固定避难场所面积为2 m2；最小的是明华新村，人均紧急避难场所面积为2.1 m2，人均固定避难场所面积为1.1 m2。人均指标的多少，与避难圈的大小、避难圈上有效避难点的数量和规模有很大关系。

3 避难圈形态的紧凑度

避难圈有大有小，有的形状规整，有的形状异形；有的圈上点多，有的点少；有些点距离很近，而有些点则距离很远。那么，怎样的圈形才是好的，如何对其进行评价，这些结论对未来的避难空间规划有着重要的参考价值。

紧凑度，被广泛用于研究城市建成区用地的饱满程度[6-7]。本文将紧凑度的概念引入到避难圈的测度中，通过研究避难圈的形状率来全面评价各样本小区避难圈的紧凑程度，以期发现避难圈在圈形构型上存在的特点与问题。

形状率是豪顿(Horton)于1932年提出的城市形状测度方法，以区域面积与区域最长轴的比值作为衡量标准。吉伯斯(Gibbs)于1961年进行了改进，提出了基于形状率的紧凑度评价方法，将圆形区域视为最紧凑的特征形状，并作为标准度量单位(数值为1)，正方形为0.64，离散程度越大，其紧凑度越低[8-9]。公式为：

形状率=1.273A/L2

(1)

式中：A为区域面积、L为区域最长轴。

在调查中发现，避难人流选择的部分聚集点并不是有效的避难场所；因此，本文把避难圈分为两类，一是各小区的避难人流分布圈，二是有效避难场所分布圈。通过计算两类圈形的面积和最长轴比例关系，来比较各圈形的紧凑度的高低情况。

在避难场所分布圈方面，形状率最小值是上海路小区，为0.15，其离散程度最大，紧凑度最小；最大值为山西路小区，为0.50，其离散程度最小，紧凑度最高；平均值为0.32。

在避难人流分布圈方面，最小值为仁义里，为0.27，其离散程度最大，紧凑度最小；最大值是集庆门小区，为0.53，其离散程度最小，紧凑度最高；平均值为0.40。

由表3可知，大部分样本小区的避难人流分布圈的形状率要比其避难场所分布圈的形状率要大，说明前者的离散程度要小于后者，其紧凑度要大于后者。只有山西路小区和三牌楼小区的避难人流分布圈形状率要小于其避难场所分布圈形状率。其中，仁义里和三牌楼的两个圈形形状率差别仅

表2 各小区避难圈的面积与小区面积

表3 各样本小区避难圈的形状率

有0.01，反映了这两个样本小区各自的避难人流分布圈上的无效避难场所较少，两类圈的圈形比较接近。

4 避难圈重心的偏离度

调查发现，避难圈上有些点选择的人很多，而有些点选择的人很少；有些点的面积大，而有些点的面积小。同时，所有样本小区中都存在着明显的避难人流分布和有效避难场所分布不对应的现象，部分小区还非常严重，这就需要对避难圈的优良性进行评价。评价方法是分析避难圈上的重心偏离度，即小区避难圈重心对小区形心的偏离程度。分析方法是通过构建“偏离三角形”，分析该三角形的周边和高宽比，来判断各要素的偏离程度。偏离三角形由三个基本点位构成，即居住小区的形心、避难人流分布的重点和避难场所面积的重点。

4.1 基本点位

当小区周边的避难人流聚集点确定之后，其避难圈的构形即被确定，如何判断其构形的优劣，笔者认为，应从以下三个方面进行评判，即避难圈上各顶点的有效性、避难直线距离的大小、各方向有效避难场所分布的均衡性。

避难圈的均衡性体现在避难圈的重心与样本小区形心的重叠程度，可以等同于用其重心与小区形心的重叠度来衡量，重叠度与两心间距成反比。避难圈的重心如果与小区的形心一致，则说明避难圈的构形较好，各方向上避难场所的分布均衡，避难人流分布均衡；距离越近，则位置偏差越小，重叠度越高；反之，重心与形心的偏差距离越远，重叠度越低，则避难场所分布的均衡性越差，避难圈平面构形的优良度就越差，避难人流分布越不均衡，大人流方向上的拥挤度偏高。

4.1.1 居住小区的形心

居住小区的形心，就是其几何中心。对样本小区而言，均为行列式布局的多层居住小区，其住宅建筑的分布密度均匀，因此，可以把小区的形心等同于人口重心，是日常状态下小区内人口均匀分布的状态下求得的。

4.1.2 避难人流分布的重心

在紧急状态下，居民四处逃生，分别选择不同的地点进行避难，不同地点聚集的人数存在很大差异，而且，各人流聚集点离小区的距离也不同。因此，这些人流聚集点连线而成的该小区避难圈的重心，多数情况下与小区形心不重叠。人流重心与小区形心的位置偏差越大，则避难圈的均衡性就越差，反之，就越好(图1)。

4.1.3 避难场所面积的重心

在居民自主选择的避难地点中，有些是有效避难点，有些是无效避难点，将无效避难点排除，剩余的有效避难点围合而成的圈形，就是有效避难圈。在该圈上，不同避难点的面积大小不同，距离小区的远近距离也不同。避难场所的面积重心就是该有效避难圈的重心。面积重心与小区形心的距离越远，则说明避难场所的面积分布不均衡，偏离度较大；反之，则偏离度较小(图2)。

(a)各避难点的人流重心

(b)各避难场所的面积得心图1 工人新村的避难圈

图2 工人新村避难圈重心的偏离距离

4.2 重心偏离度分析

4.2.1 周长

偏离三角形的周长越大，则代表偏离度越高；反之，则偏离度越小。例如集庆门小区，其偏心三角形的周长较长，形状非常窄长，主要是避难场所的面积重心离小区形心和人流重心距离太远所致。同样情况的还有瑞金路小区和三牌楼小区，都是因为规模较大的避难场所距离小区较远，选择的人又少，从而导致偏心三角形的形状非常不好。山西路小区的情况不同，人流重心离小区形心有较远的距离，避难场所的面积重心离形心还要更远，形状很不理想。

在样本小区中，偏离三角形周长最长的是瑞金路小区，为1 382 m；其次是集庆门小区，为1 297 m；平均值为792 m。其中，最低的是明华新村，仅为272 m，约为平均值的0.34。以上数据说明，明华新村的三心偏离程度相对是最低的，而瑞金路小区的三心偏离程度是最高的。

在图3中，C1是小区形心，C2是人流圈重心，C3是有效避难点圈面积重心。在偏离三角形中，C1～C2边长代表人流圈重心偏离小区形心的距离；C1～C3边长代表有效避难点圈面积重心偏离小区形心的距离；C1～C2边长代表有效避难点圈面积重心偏离人流圈重心的距离。某个边长越长，代表某两个基本点位之间的偏移距离越大。

图3 偏心三角形基本数据

其中，C1～C2边长的平均值为131 m，C1～C3边长平均值为366 m，C2～C3边长平均值为295 m，人流圈重心偏移小区形心的程度较低，有效避难点圈的面积重心偏离小区形心的程度最大，接近人流圈偏离小区形心距离的3倍；而有效避难点圈的面积重心和人流圈重心的偏离距离居中，较C1～C3边长偏低。

这反映了三个问题，第一，有效避难点圈的面积重心偏离小区形心的程度普遍较大，说明小区周边避难点的分布极不均衡；第二，有效避难点圈面积重心与人流圈重心偏离距离也较大说明避难圈上的无效避难点数量多，且分布不均；第三，人流圈重心与小区形心的偏离相对较小，但是绝对数值不小，说明避难人流在逃生时，在小区四周的分布状态也不均衡。

4.2.2 高宽比

高宽比是指偏离三角形的高与边长的比值。如果高宽比过大或过小，说明有两条边相对第三条边而言，过长或者过短，通常表现为锐角三角形。

高宽比的数值既不是越大越好，也不是越小越好，而是存在一个相对最为适中的数值，这个数值就是等边三角形的高宽比，即0.866。也是说，当不同避难圈的偏离三角形的高宽比越接近0.866，就越好；如果与该数值的距离越远，则越差。

设定高宽比系数为k，高为h，宽为d，面积为s，则计算公式为：

k=2s/d2

(4)

因为三角形有三条边长和三个高度，为方便比较，这里将统一使用每个三角形的最长的一个边及其相对应的高度。

在样本小区中，集庆门小区和瑞金路小区的偏离三角形的高宽比数值较小，即其三角形的均衡性最差；相对而言，工人新村的偏离三角形的高宽比数值最接近0.866，即表明其最均衡。从整体分布来看，在所有8个样本小区中，有6个小区的偏离三角形的高宽比数值低于0.20，仅有一个大于0.5，也说明样本小区的偏离三角形的形状普遍不太好(表4)。