基于GIS空間分析的城市避震疏散規劃研究

單寶艷，郭金金

(山東建筑大學 土木工程學院，山東 濟南 250101)

一、引 言

城市人口密集、流動量大而頻繁, 并且集中了大量的國家、集體和居民的財富,由地震引發的災害和次生災害危害性大。做好避震疏散規劃對城市居民避難、震后救援及恢復重建均有重要意義。避震疏散規劃的原則是“平災結合”，避震疏散場地平時可用于教育、體育、文娛和其他生產生活活動，臨震預報發布后或地震災害發生時即作為避震疏散場所。避震疏散道路平時作為城市交通、消防通道，震時發揮防災疏散等功能[1]。

采用GIS技術進行城市避震疏散規劃研究，國內外已有不少研究成果。如李剛等把城市地震避難場所劃分為3個級別,并建立了相應的避難場所規劃流程[2]；黃靜等立足于社區夜間避震疏散需求，綜合運用GIS空間分析技術，從應急疏散需求分布、疏散空間可達性、疏散優化歸屬3個方面構建居民避震疏散區劃方法[3]；葉明武等采用2SFCA模型和ArcGIS集成技術,定量研究上海中心城區公園的應急避難服務與居民避難需求之間的平衡關系[4]；曹國強等對城市避震疏散場所公園綠地面積指標進行了研究[5]；鄒亮等基于GIS 技術，就災害疏散模擬及救援調度進行了系統研究[6]。本文主要運用GIS空間分析方法，包括鄰近區分析、基于網絡的服務區分析、疊加等方法，研究震時城市各小區居民沿著最便捷的疏散通道到最近的避震疏散場地避難的優化問題，并針對不符合現行城市抗震防災規劃標準[7]的區域，提出規劃思路和方案。

二、避震疏散場地和疏散通道

1. 避震疏散場地

城市避震疏散場地是居民為躲避地震災害暫時棲身與救援部門集中救援的重要場所，可劃分為以下類型[1，6]：① 緊急避震疏散場所，供避震疏散人員臨時或就近避震疏散的場所；② 固定避震疏散場所，供避震疏散人員較長時間避震和進行集中救援的場所；③ 中心避震疏散場所，規模較大、功能較全、起避難中心作用的固定避震疏散場所。室外緊急避震疏散場所人均有效避難面積應不小于1 m2；固定避震疏散場所人均有效避難面積不小于2 m2。緊急避震疏散場地的用地不宜小于0.1 hm2；固定避震疏散場地不宜小于1 hm2；中心避震疏散場地不宜小于50 hm2。 緊急避震疏散場所的服務半徑宜為500 m，步行大約10 min之內可以到達；固定避震疏散場所的服務半徑宜為2～3 km，步行大約1 h之內可以到達。

2. 避震疏散通道

緊急避震疏散場所內外的避震疏散通道有效寬度不宜低于4 m；固定避震疏散場所內外的避震疏散主通道有效寬度不宜低于7 m；與城市出入口、中心避震疏散場所、市抗震救災指揮中心相連的救災主干道不宜低于15 m。避震疏散主通道兩側的建筑應能保障疏散通道的安全暢通。由于地震災害發生后人流、車流較大,為確保人員安全與交通暢通,避難路線與救災通道不宜混用[1，6]。

三、研究區域概況與數據獲取

本研究區域為濟南市經十路、二環東路、歷山路、解放路4條道路所圍成的區域。該區域是濟南市較發達的區域，區域用地類型多樣，有道路、居民區、學校、工廠、公建、公園綠地等。

本研究采用的數據為濟南市全景遙感圖像，分辨率為0.5 m。主要通過目視解譯和實地調查的方式，獲取該研究區域的如下數據：居住區、公共建筑、避震疏散場地(包括綠地、操場、公園等)及其出入口、道路、危險點(包括加油站、化工廠等)。對于避震疏散場地和疏散通道的判定規則如上所述。對這些數據采用ArcGIS分別進行矢量化，部分結果如圖1所示。

圖1 避震疏散現狀圖

對于以上空間數據，分別添加屬性數據。如道路添加編號、長度、寬度3種屬性；避震疏散區添加類型(公園、綠地、操場、空地、停車場等)、面積和編號3種屬性；居住區添加編號、樓棟數、樓的平均基地面積、樓的平均層高、區內人口數、人口密度等。

四、基于道路網絡的避震疏散服務區規劃

服務區是一種較常用的空間概念，如距離某避震疏散場地步行10 min范圍可定義為該避震疏散場地的服務區。產生服務區的簡單方法是鄰近區生成法，對點狀服務設施來說，就是以該設施的位置為圓心，以服務距離為半徑，在地圖上產生同心圓。基于交通網絡而生成的服務區比同心圓式的鄰近區精確得多，還可以考慮交通速度、運輸成本等因素。本文研究的是基于道路網絡的避震疏散服務區，用來評價公園、綠地等場所對研究區域內小區居民避震疏散的服務水平。本研究采用ArcView3.3的Geoprocessing模塊進行基于網絡的服務區分析，選定的服務范圍為1000 m，具體結果如圖2所示。

圖2 基于交通網絡的服務區

圖2中的深色區域即是基于道路網絡的公園服務范圍，每塊深色區域是其所對應公園、綠地等地震時可以容納的服務區范圍。將該服務區與居住區進行疊加分析，即可得到每個居住區應到哪個避震疏散場地避難。由于該分析完全基于上述避震疏散通道到的要求進行疏散，因此避震疏散場地難以覆蓋全區。由于有很多小區內的道路比較狹窄，在影像上很難辨認出來，因此這些小道路就沒有被矢量化出來。實際上有些小區從小道花費很短時間就能到達避震疏散區，如果矢量化得到的道路網絡再密集一些，網絡分析時，這些沒有被包含進去的小區就可以被包含進去。而且，震時避震疏散通道的實際選擇，往往不一定完全按照規范規定的道路進行，而是根據就近的原則，選擇能通過的道路進行，因此有必要進行更深入的分析，即作各避震疏散場地的鄰近區分析。

五、基于避震疏散場地的服務區分析

基于避震疏散場地的服務區就是以公園綠地為中心，研究避震疏散場地在地震時的服務范圍，并分析居民小區在地震時的最佳避震場所，研究這些避震場所是否能容納下附近小區的居民在此避難。

1. 避震疏散場地的服務區劃分

本研究采用ArcView3.3的Geoprocessing、Spatial Analyst兩個模塊進行分析。激活“避震疏散區”專題，點擊Analysis菜單下的Assign Proximity選項，Output Grid Extent選擇“避震疏散區”，Output Grid Cell Size選擇“邊界”，Cellsize選擇“5米”，得到最佳避震疏散區，然后將其轉化為矢量格式；再激活該矢量文件，點擊菜單中的Theme選項，選擇Edit Legend選項，在這里可以設置圖形顯示的顏色，Legend Type選擇“Unique Value”，Values Filed選擇“Gridcode”,將服務區重新調整顏色后顯示出來，并將避震疏散區顯示在服務區之上。激活避震疏散區，點擊菜單中的Theme選項，選擇Auto_Lable選項，Lable Field選擇“編號”，這樣避震疏散區的編號就顯示出來了。具體結果如圖3所示。

圖3 各避震疏散場地的服務區

由圖3可見，每個避震疏散區對應一個服務區，避震疏散區的編號與服務區的編號是相同的，且一一對應。如1號服務區內的小區居民在地震時就可以到1號避震疏散區避震，因為1號服務區內的居民到1號避震疏散區最短。

2. 公建、居住區與避震疏散場地服務區的疊加分析

該分析的主要目的是確定具體哪個小區(公建)到哪個避震疏散場地避難最合適。在ArcView的View1窗口中激活“居住區”專題，點擊菜單中的view選項，選擇Geoprocessing Wizard…選項，并在彈出的Geoprocessing對話框中選擇Union two themes選項。在Select input theme to union 中選擇“居住區”專題，在Select polygon overlay theme to union中選擇“服務區”專題，即可將居住區域服務區疊加到一起，并調整顯示顏色。具體結果如圖4所示。

圖4 避震疏散場地服務區與居住區的對應關系

由圖4可見，每個服務區有其對應的居住區(公建)，各個服務區內居住區的居民到對應服務區避震疏散場所避震的距離最短。在真正地震時，研究區域內的居民就可到各自對應的避震疏散區避難。同時可以通過屬性表來判定居住區與服務區的對應關系，部分結果見表1。

表1 居住區與疏散場地服務區對應表

由表1可見，到避震疏散場地8避難的居住區有177、178、179、181、241，共計2946人。對于其他的居住區也可如此找到各自對應的避震疏散區避震。統計各個服務區域內居民區的人口數量，并統計各個避震疏散區的面積。為便于觀察將這兩個表格放在一起，并按照每2 m2可容納一個居民計算，查看每個避震疏散區規劃分配給每個避震疏散區的居民總量是否合理。用每個避震疏散區的面積除以2后所得的值，即是每個避震疏散區可容納的人口數量，將其與對應避震疏散服務區內的人口統計數量進行比較，就可看出避震疏散規劃是否合理。比較時可以用避震疏散服務區內的人口統計數量與對應避震疏散區可容納人口數的比值來觀察避震疏散規劃是否合理。若比值大于1，則避震疏散區實際能容納的人口數量小于避震疏散規劃分配的人口數量；若比值小于1，則避震疏散區實際能容納的人口數量大于避震疏散規劃分配的人口數量。如果某避震疏散場所容納的人數小于到其避難的人，則現狀不合理，在真正地震時容易造成擁堵。因此應該在其服務區內或在其附近建立其他避震疏散場所，使該服務區內居民用來避震。部分結果見表2。

表2 人口容納比較表

由表2可見，對于疏散場地2、5、17、18、19、20，該疏散場地容納的人數大于其按規范應該容納的人數，必須將多容納的人數根據規范要求分配到就近的其他服務區，若就近的服務區仍舊不滿足規劃要求，則應運用線性規劃等方法，提出設置新的避震疏散場地的具體方案。

六、結束語

準確、有效地確定各個居民區地震時的避震疏散場所，是城市避震疏散規劃的關鍵所在。本文將GIS空間分析方法應用于城市避震疏散規劃，研究了濟南市部分區域的避震疏散規劃，為研究區域內的居民制定了完善的避震疏散方案，為城市避震疏散有效規劃與布置避震疏散區域，降低地震災害損失提供了科學決策依據。

參考文獻：

[1] 馬東輝，郭小東，王志濤.城市抗震防災規劃標準實施指南[M].北京：中國建筑工業出版社，2008.

[2] 李剛，馬東輝，蘇經宇，等.城市地震應急避難場所規劃方法研究[J]． 北京工業大學學報，2006，32(10):901-905．

[3] 黃靜，葉明武，王軍，等. 基于GIS 的社區居民避震疏散區劃方法及應用研究[J].地理科學，2011，31(2)：204-210.

[4] 葉明武，王軍，陳振樓，等． 城市防災公園規劃建設的綜合決策分析[J]． 地理與地理信息科學，2009，25(2):89-93．

[5] 曹國強, 李剛, 馬東輝. 城市避震疏散場所公園綠地面積指標的研究[J].防災減災工程學報,2006, 26(2):224-227.

[6] 鄒亮，任愛珠，張新．基于GIS 的災害疏散模擬及救援調度[J]．自然災害學報，2006，15(6):1-5．

[7] 中華人民共和國建設部，中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.GB 50413—2007 城市抗震防災規劃標準[S].北京：中國建筑工業出版社，2007.