在引导和能见度受限的情况下,对儿童疏散行为的实验研究

《Safety Science》:Experimental study on children’s evacuation behaviour under guidance and limited visibility

【字体: 时间:2026年02月08日 来源:Safety Science 5.4

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  儿童低可见性环境下的疏散行为及引导策略研究。通过可控房间撤离实验,分析可见性与引导位置对儿童撤离动态的影响。研究发现低可见性导致决策时间延长、速度减缓、轨迹分散,儿童跟随行为增强且存在顺序出口探索。正确位置的引导可缩短决策时间、整体撤离时长,效果在可见性正常时因引导位置而异。撤离时间和决策时间与儿童初始距离正确出口的远近呈正相关。为儿童疏散规划提供基于实证的引导策略设计依据。

  
马亚萍|陈志莲|唐福建|王静辉|童云和
武汉理工大学安全科学与应急管理学院,中国430070

摘要

由于应对能力有限,儿童在紧急情况下属于最脆弱的群体之一,然而关于他们在视线受限的情况下如何在引导下疏散的实证理解仍然有限。本研究通过进行有控制的房间疏散实验,利用儿童志愿者来研究视线和引导位置对疏散动态的影响。分析了儿童的运动轨迹、疏散时间、决策时间以及运动速度-密度模式。结果表明,视线受限导致决策时间延长、速度减慢、轨迹分散,儿童表现出更强的跟随行为和顺序出口探索行为。引导通过减少决策时间和总体疏散时间提高了疏散效率,当引导设置在正确出口或附近时效果最为显著。然而,在正常视线条件下,引导的影响效果不一,且强烈依赖于引导的位置。此外,疏散时间和决策时间与儿童距离正确出口的初始距离呈正相关。这些发现为了解儿童的轨迹特征和疏散动态提供了新的实证见解,为以儿童为中心的疏散规划中引导策略的设计提供了基于证据的建议。

引言

全球紧急情况的发生频率越来越高,对人类生命和社会稳定构成了日益严重的威胁。在受影响的人群中,儿童在行人系统中是一个特别脆弱的子群体。例如,在1995年10月的克拉玛依友谊厅火灾中,288名学童不幸遇难(Li等人,2024年)。这些结果与儿童的发展特征密切相关:他们有限的生理和心理成熟度降低了他们独立疏散的能力(Yao等人,2023年)。认识到这些脆弱性突显了在现实和具有挑战性的条件下系统研究儿童疏散行为的必要性。
实证研究通过控制实验和疏散演习从多个方面考察了儿童的疏散行为(Najmanová和Ronchi,2017年)。年龄一直被认为是影响疏散表现的最关键因素之一。在三层幼儿园的观察中,尽管儿童的行走速度较慢,但在楼梯入口和出口处的密度和流速却高于成人(Yao等人,2023年)。多项研究进一步证实了年龄的依赖性:疏散前的时间、运动速度和路线选择随年龄系统性地变化(Cuesta和Gwynne,2016年);年龄较大的幼儿园儿童比年龄较小的儿童疏散时间更短(Yao和Lu,2021年);年龄、楼层(Zhao等人,2024年)和班级结构等因素共同影响了速度和运动前的延迟(Hamilton等人,2017年,Hamilton等人,2020年)。熟悉的路线也能提高运动效率,尽管总体模式仍强烈依赖于年龄(Larusdottir和Dederichs,2011年,Larusdottir和Dederichs,2012年)。儿童的疏散行为还受到规划和沟通环境的影响,包括家庭的参与、安全区域的明确定义以及儿童的参与度,这表明仅靠运动差异无法解释年龄效应的出现(Vásquez等人,2018年)。疏散演习的证据进一步表明,即使总体运动模式在宏观上相似,成人校准的假设也可能不适用于儿童和青少年(Hashempour等人,2024年)。除了常规演习外,关于强制疏散的描述表明,压力和创伤会从根本上改变儿童的反应和需求,这增加了标准绩效指标可能忽略的心理层面(Morya,2024年)(Morya,2024年)。
儿童表现出不同的行为反应,这些反应影响了他们的疏散效率。9-11岁的儿童经常选择附近无障碍的出口;然而,过度的竞争会增加拥堵并延长总体疏散时间(Chen等人,2024年)。与成人相比,儿童表现出更强的跟随倾向,更可能模仿同伴而不是独立评估出口选项(Shi等人,2022年)。当儿童等待朋友或同学后再行动时,群体凝聚力可能会延迟离开(Chen等人,2019年),而高动机压力常常会在瓶颈处引发竞争性推挤(Li等人,2020年)。教师的监督和口头指导可以缓解这些低效率现象,纠正出口不平衡,恢复更有秩序的流动(Chen等人,2019年,Chen等人,2022年)。
环境和认知因素在塑造儿童的疏散表现中也起着关键作用。现场和实验室观察显示,走廊中的行走速度通常超过楼梯平台的速度,运动模式受到指令和学校习惯的强烈影响(Bahmani等人,2023年,Najmanová和Ronchi,2023a,Najmanová和Ronchi,2023b)。在狭窄的通道中,儿童的爬行速度明显低于直立行走速度,但仍快于相同条件下测量的大学生(Wang等人,2020年)。教师的存在和楼梯井或平台处的拥堵显著影响流速;尽管如此,当密度相当时,儿童的通行能力仍高于成人(Fang等人,2019年)。认知限制也限制了表现:在公交车出口疏散测试中,只有三分之一的参与者能够正确理解和执行操作指令(Abulhassan等人,2018年)。
在影响疏散的各种环境因素中,视线是一个关键的决定因素,它在塑造疏散动态中起着基础性作用,并被纳入建筑安全评估中(Lovreglio等人,2015年)。在许多疏散场景中,视线丧失很常见,特别是在火灾中,浓烟迅速充满房间和走廊,对安全疏散构成了重大挑战(Yamada和Akizuki,2016年)。以往的研究已经确定了在这种条件下的典型行为模式。一种典型的反应被描述为“寻找墙壁–朝向墙壁移动–沿着墙壁行走”,在盲走实验中一直被观察到,并在后续的模拟研究中得到证实(Cao等人,2019年)。随着视线的恶化,由于行走速度减慢和需要更长的距离来找到出口,疏散时间会增加(Jeon等人,2011年)。有趣的是,视线丧失还会改变群体动态。虽然在正常光照下群体行为可能会阻碍疏散,但在低视线条件下,它倾向于促进协调,较大的群体并排移动以保持联系,较小的群体形成垂直结构以保持跟随顺序(Xie等人,2020年)。
与视线密切相关的是疏散引导的概念,它提供了在紧急情况下帮助疏散者及时做出安全决策的重要信息。引导系统可以采取多种形式,包括静态标志(Wang等人,2025a,Xie等人,2012年)、动态或自适应标志(Bernardini等人,2023年,Lee等人,2017年)、听觉公告(Van Wijngaarden等人,2005年)和人工引导(Zhou等人,2019年),每种形式的有效性取决于环境和情境条件。以往的研究考察了不同类型引导在隧道、高层建筑和交通枢纽等不同环境中的表现(Ronchi等人,2016a,Ronchi等人,2016a,Wang等人,2025b,Zhu等人,2020年)。这些系统的有效性受到多种设计属性的影响,例如位置、大小和颜色(Jeon等人,2019年,Nilsson等人,2005年)。
前面的讨论强调了在视线受限条件下的疏散挑战以及有效引导的关键作用。然而,大多数关于低视线出口和引导的研究都集中在成人身上,通常假设成人能够以相对理性、基于文本或符号的方式解释符号和指令。相比之下,儿童可能难以理解静态标志或纯听觉公告(Han等人,2023年),或者他们的地标和路线知识也可能不发达(Nys等人,2014年)。当视线降低时,这些差异会被放大。尽管有几项研究描述了儿童在自然或基于演习的疏散中的运动动态,但仍然缺乏实证工作来明确测试儿童在不同程度的视线降低下的行为以及引导在这种条件下的功能。
为了解决这些研究空白,我们进行了一项控制实验,探讨了视线条件和引导的空间位置如何影响儿童的疏散行为。在实验中,儿童在正常视线条件下或佩戴遮光眼镜模拟视线受限的情况下从一个多出口房间疏散,引导由位于不同出口位置的非语言引导提供。该研究旨在更好地理解视线受限和引导位置如何共同影响儿童的决策和疏散过程中的运动。通过分析运动轨迹、行走速度、局部密度、运动前的决策时间和总疏散时间的数据,该研究旨在提供实证证据,以支持更现实的疏散模型的开发,并为学校安全演习和引导设计的实际改进做出贡献。本文的其余部分组织如下:第2节描述了实验设计和数据分析方法;第3节展示了结果;第4节讨论了主要发现和局限性;第5节总结了疏散规划的启示。

实验设计

实验旨在观察在控制条件下,当视线和引导不同时儿童的行为。2025年1月,在中国安徽省滁州市的一所小学进行了一系列疏散实验。实验设置是一个7米×7米的方形房间,配备了多个出口。墙壁由高度为1.8米、宽度为1.0米的隔板构成。四面墙中的每一面都设有一个1.0米宽的出口。

结果

本节展示了关于视线和引导如何共同塑造儿童疏散行为的主要实验发现。分析围绕四个关键行为指标进行:轨迹、疏散时间、决策时间和运动速度-密度模式。这些指标共同提供了关于环境视线和引导位置如何影响个体决策和群体级流动动态的互补视角。

讨论

本研究考察了在受控的多出口环境中,视线限制和人类引导如何影响儿童的疏散行为。通过定量和定性分析,探讨了视线和引导位置如何塑造儿童的轨迹、决策时间、速度和密度。这些发现扩展了目前对儿童疏散行为的理解,揭示了感知和信息因素如何相互作用以决定运动效率和群体行为。

结论

本研究解决了对儿童在低视线条件下疏散行为理解不足的问题,这一领域的大部分现有证据都是从成人群体中推断出来的。基于房间的控制实验表明,视线受限会分散儿童的轨迹,增强跟随倾向,延长决策时间,并增加总体疏散时间,而引导通过改善出口识别和减少探索行为来缓解这些影响。

作者贡献声明

马亚萍:写作 – 审稿与编辑,写作 – 原稿撰写,项目管理,方法论,调查,资金获取,正式分析,概念化。陈志莲:写作 – 审稿与编辑,写作 – 原稿撰写,方法论,调查,正式分析。唐福建:写作 – 审稿与编辑,写作 – 原稿撰写,方法论,调查。王静辉:写作 – 审稿与编辑,写作 – 原稿撰写,方法论,调查。童云和:写作 –

资助

本工作得到了国家自然科学基金(资助编号:52204233)的支持。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。
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