基于情緒感染理論的職工餐廳緊急疏散仿真研究

梅全濤 徐昕宇

江蘇大學管理學院 江蘇 鎮江 212013

引言

我國勞動密集型企業眾多，規模較大的勞動密集型企業一般其職工餐廳在用餐高峰期時屬于人員密集型場所，該類場所一旦發生火災、地震等突發事件，不僅會給企業產生負面影響，而且會帶來人員傷亡與財產損失。雖然各企業都有相關緊急事件的應急處理預案，但應對措施過于簡單，缺乏科學依據。

在突發事件發生時，部分個體會產生恐慌心理，國內外有許多學者對人員疏散時的恐慌心理開展了深入研究，Helbing等[1]研究發現平均速度會隨著恐慌程度的變化而變化，驗證了恐慌狀態下“快即是慢”的效果；陳長坤等[2]研究發現，疏散時間隨著恐慌閾值的增加而減少，情緒自衰速率是影響恐慌情緒的關鍵因素。寇麗平[3]研究結果表明群集現象是導致群體性擠踏事件的直接原因。

常見的疏散模型包括連續和離散型兩種[5]。連續型主要考慮個體的具體特征，模擬疏散個體的行為[6]。常采用的是社會力模型[7]、流體動力學模型[8]等；離散型將疏散區域離散化，計算簡單且運行速度較快[9]。常采用的是元胞自動機模型[10]、格子氣模型[11]等。

國內外學者常采用Pathfinder、Anylogic和Simulex等仿真平臺進行疏散研究[12-14]。胡麗娟等[15]基于Netlogo對地鐵車站人員緊急疏散進行研究。Netlogo是基于多智能體的仿真工具，通過設定主體的屬性及其之間的關系，達到主體智能化的目的。

綜上，本文基于情緒感染理論，結合職工餐廳的特殊情況，利用Netlogo仿真平臺，構建人員緊急疏散模型，通過設計不同情形的仿真實驗，總結實驗規律，針對職工餐廳緊急疏散提出合理建議。

1 人員疏散模型構建

1.1 恐慌心理傳染機制

為模擬待疏散人員的恐慌心理及傳染，借鑒陳長坤等[3]的研究，將恐慌心理進行量化，定義了人員恐慌心理參數初始恐慌心理參數通過正態分布函數確定，見式（1）：

本文采用SIS模型模擬恐慌的傳染。S為易感個體，為恐慌心理的接收者；I為感染者，不僅可以傳播恐慌，也接受其他傳播者的感染。當S個體的恐慌心理參數超過某一個閾值時，個體轉變為I個體，表現出恐慌行為；當I個體的恐慌心理參數發生衰減并低于時，個體轉變為S個體。個體某時刻的恐慌心理參數計算，見式（2）：

個體的恐慌心理會自我衰減，當快要到達出口時，單位時間內恐慌心理衰減值會大幅度增加。恐慌心理衰減值計算，見式（3）：

1.2 恐慌心理影響下的出口決策機制

在恐慌心理的作用下，個體的出口選擇會受到影響，本模型將個體的出口決策分為理性與非理性決策；理性決策時，個體會根據自身與各個出口之間的距離、出口附近的擁擠程度以及上一時刻所選擇的出口進行理性決策，在張鑫龍等[6]關于出口選擇研究的基礎上，引入個體對于出口附近擁擠敏感系數，理性決策公式（4）：

非理性決策時，個體會根據周圍的人群進行出口選擇，當周圍沒有其他人時，恐慌個體會隨機選擇逃生出口，表現出從眾行為與盲目行為，非理性決策公式，見式（5）：

1.3 人員運動規則

本文借鑒社會力模型中的自身驅動力來模擬個體的疏散動力，在傳統自身驅動力的基礎上，引入基本驅動力的概念，以模擬個體在沒有處于疏散狀態時的驅動力，個體自身驅動力計算，見式（6）：

在自身驅動力的作用下，個體速度計算，見式（7）：

1.4 障礙物及行人避讓行為規則

在遇到障礙物時，個體會以目標出口方向規劃繞行路線，并以較低速度繞行。本模型將個體的行人避讓行為分為理性和非理性避讓。理性避讓時，個體會隨機向左或向右調整移動角度，每次調整15°，若調整三次前方都有人員，則停留在原地不動；非理性避讓時，個體除了調整方向后，不管前方是否有人都會向前移動一段距離，以此來模擬恐慌個體向前擁擠的行為。

1.5 人員踩踏傷亡規則

由于恐慌個體無法對于前方行人采取完全理性行為，可能會發生單位空間上存在多個個體的情況。通過統計每個單位空間上的個體數量，當個體數量高于三人時，則其中一人死亡，周圍個體的恐慌參數增加，以此來模擬由于踩踏發生的傷亡事故。

2 仿真實驗設計

2.1 基于Netlogo的疏散模型構建

基于Netlogo的疏散模型中，海龜代表待疏散人員，瓦片代表疏散環境的地面與設施，為保證在正常情況下一個海龜占據一個瓦片，選用0.4m×0.4m的瓦片，海龜會根據情況動態選擇出口，逃生過程中遇到障礙物或其他個體時會進行避讓，直至到達出口。

選取某職工餐廳為例，根據現場測量，該餐廳總長70m、寬30m，其中就餐區分為兩部分，排隊領餐區長為70m、寬為5m，就餐區中間有一片長25m、寬為7m的區域不擺放餐桌，東、西、南方分別有一個進出口，其中，東門出口最多可滿足5人同時進出，南北門出口最多可滿足2人同時進出。疏散環境構建界面如圖1所示，其中A、B、C為三個進出口。

圖1 疏散仿真環境

2.2 實驗設計

初始狀態下，領餐區100人，就餐區500人，其中主食領餐區占領餐區人數的80%；恐慌心理參數恐慌閾值出口附近恐慌衰減率自身恐慌衰減率恐慌傳遞系數出口附近人數擁擠敏感系數餐桌數為414個，A、B出口寬度為0.8m，C出口寬度為2m。

2.2.1 恐慌心理閾值對疏散效率的影響實驗。設置恐慌閾值從0.01到0.15均勻變化，保持其他變量不變，每組實驗條件運行10次，當所有人員離開時，仿真結束。記錄疏散時間和踩踏傷亡人數，取10次實驗數據的均值作為最終實驗結果。

2.2.2 恐慌心理感染傳遞系數對疏散效率的影響實驗。設置感染傳遞系數從0.10到1.00均勻變化，保持其他變量不變，記錄疏散時間、踩踏傷亡人數以及人群恐慌參數平均值。

2.2.3 疏散人數與出口寬度對疏散效率的影響實驗

設置疏散人數從100到1000均勻變化，增加出口寬度，每次增加0.4m，保持其他變量不變，記錄疏散時間、踩踏傷亡人數以及各出口利用率。

3 仿真結果與分析

3.1 恐慌心理閾值對疏散效率的影響

恐慌閾值對疏散時間與傷亡人數的影響如圖2、3所示，當恐慌閾值低于0.10時，人員疏散時間隨著恐慌閾值的增加而減少，當恐慌閾值增加到0.10后，疏散時間穩定在200s左右。仿真結果表明，由于恐慌閾值的提高，恐慌個體占比減少，大部分個體能夠理性選擇出口并且表現出合理避讓行為，減少人員擠踏的概率，降低了傷亡人數。

圖2 恐慌閾值與疏散時間的關系

圖3 恐慌閾值與模擬傷亡人數的關系

3.2 恐慌心理傳遞系數對疏散效率的影響

恐慌傳遞系數與疏散時間、傷亡人數的關系如圖4、5所示，疏散時間和傷亡人數隨著恐慌傳遞系數的增大呈現先增加再趨于穩定的狀態，由于當恐慌傳遞系數增大時，部分非恐慌個體很快轉變為恐慌個體，導致疏散時間延長和傷亡人數增加，當傳遞系數增大到一定值時，由于個體總數有限，恐慌個體占比逐漸達到穩定水平，使得疏散時間與傷亡人數穩定在一定水平。

圖4 恐慌傳遞系數與疏散時間的關系

圖5 恐慌傳遞系數與傷亡人數的關系

不同恐慌傳遞系數條件下，人群恐慌參數平均值隨時間變化如圖6所示，傳遞系數較小時，大規模的恐慌感染現象較難發生，人群恐慌平均值處于較低水平；當傳遞系數較大時，人群恐慌平均值在疏散前50s內呈現直線式增長，并在接下來100s內穩定在較高水平，觀察仿真實驗發現，在前150s內，有70%左右的人員成功逃離，但大部分人員傷亡現象發生于此。在恐慌心理衰減的作用下，人群恐慌參數平均值逐漸降低，但是由于恐慌個體的集群現象，分散的個體會加入到恐慌群體，導致恐慌個體之間恐慌情緒的二次傳遞，出現恐慌平均值波動幅度較大的現象，如圖6。

圖6 不同下人群恐慌平均值隨時間變化

3.3 疏散人數與出口寬度對疏散效率的影響

在不同出口寬度下，疏散時間隨著人員數量的遞增，人數低于500時，疏散較為通暢，不同出口寬度下的疏散時間相差較小，人數高于500時，各出口利用率增大，出口附近擁堵情況較為嚴重，出現瓶頸效應，造成疏散時間大幅度延長，嚴重影響了疏散效率。

4 結束語

4.1 結論

疏散時間與傷亡人數隨著恐慌閾值的增加而降低，最終穩定在某個數值，并且大多數傷亡是發生于恐慌群體中。

疏散時間與傷亡人數會隨恐慌傳遞系數的增加而增大，當傳遞系數達到一定值時，疏散時間與傷亡人數會穩定在一定水平；恐慌傳遞系數對恐慌參數平均值會產生較大影響，在疏散前期發生大規模的恐慌感染，人群恐慌參數平均值出現直線式增長，發生踩踏傷亡事故概率增加。

疏散時間隨疏散人數的增加而增加，當人數達到一定值時，較大的出口才能發揮出疏散優勢。系統整體疏散能力取決于小出口的疏散能力。

4.2 建議

根據上述結論，提出如下建議：

加強職工心理素質宣傳教育。培養其面對突發事件的沉著冷靜能力，降低個體受環境的影響，餐廳可以在室內粘貼疏散指導建議，布置醒目的疏散標識；該類企業應定期組織不同場景的疏散演練，增強職工應急逃生能力。

制定合理科學的動態疏散策略。在突發事件發生時，指導疏散人員應把握住前150s，及時發現恐慌人員并為其選擇正確的逃生出口與較少的人員分布疏散路線，避免大規模恐慌感染現象。在疏散中期，及時發現并分散恐慌群體，減少踩踏發生概率。在疏散后期，及時指導個體至最近的逃生出口。

餐廳應根據就餐人數平均值，適當調整疏散出口寬度。在疏散過程中，指導疏散人員應及時將小出口等待人員轉移至大出口，減少疏散資源浪費，并做出合理的人員分流工作，避免恐慌群體集聚現象的發生。