應急導向標識國外研究進展

劉卓然, 邊 揚

(北京工業大學 城市建設學部, 北京 100124)

0 引言

火災是最經常、最普遍地威脅公眾安全和社會發展的主要災害之一. 根據統計數據,2012—2021年,全國發生的居住場所火災達132.4萬起,導致11 634人遇難、6 738人受傷,直接財產損失高達77.7億元. 在事故發生后,疏散人群的傷亡往往與應急標識系統的實際效用密切相關[1]. 當前,應急導向標識存在3個主要問題:①在突發情況下,應急導向標識的導向功能可能失效,具體表現為照明中斷和由火災引起的煙霧等視覺障礙,使得疏散人員難以有效識別標識;②應急導向標識系統無法有效緩解疏散人員的負面情緒,如緊張和恐慌,這些情緒可能嚴重阻礙疏散過程;③由于環境迅速惡化,疏散路徑可能受到影響,疏散路線被切斷,導致應急導向標識無法正確指引疏散路徑. 在疏散過程中,人群在應急情況下的決策和行為與應急導向標識息息相關. 因此,對于應急導向標識的優化設計對于減少人員傷亡、財產損失,以及提升公共安全具有重要意義.

目前,應急導向標識研究領域越來越受到研究者的關注,涵蓋的問題主要包括但不限于標識的設計與優化(例如字體、內容、顏色等)、標識對人員疏散的影響[2]、標識有效性的驗證[3]、將標識引入疏散模型[4]等. 然而,對于應急導向標識相關主題的綜述研究較少,而應急疏散領域的綜述研究卻相對較多. 應急導向標識領域的研究內容往往作為應急疏散領域綜述的1個分支,很少有學者進行深入分析和總結. 同時,國內外在應急導向標識領域的研究進展對比也相對缺乏,無法全面了解國內研究成果與國外前沿領域的差距.

1 文獻統計分析

本研究在Web of Science核心合集數據庫中以關鍵詞“emergency evacuation signs”“emergency exit signage”進行英文文獻檢索. 在排除了臨床醫學等不相關類別文獻后,成功獲取了165篇英文論文,其中包含656位作者和296個關鍵詞. 為進行科學計量分析,將所有文獻及其參考文獻以文本文檔格式導出,并利用CiteSpace進行可視化分析.

1.1 文獻年度分析統計

學術論文數量的變化情況是反映某個研究領域發展趨勢的重要指標[5]. 檢索結果表明,1991—2022年,應急導向標識領域共計發表相關學術論文165篇,其數量變化趨勢如圖1所示.

圖1 應急導向標識領域文獻出版數量隨時間變化情況(1991—2022年)

由圖1可見,對應急導向標識的研究近年來愈來愈受到人們的重視且科研成果迅速增加. 其中,1991—2005年,應急導向標識領域發文量較少,平均每年僅發表論文0.5篇. 自2006年起,應急導向標識領域每年不間斷發表論文,并呈逐年增長之勢,特別是從2014—2022年,發文數量加大,增長勢頭明顯,平均每年發表論文達到14.6篇.

1.2 國家及地區統計

由圖2可知,應急導向標識領域的研究主要集中與中國、美國、日本、瑞典、英國以及德國等32個國家中.

圖2 文獻機構歸屬國家及地區

由表1可見,為該領域貢獻文獻數量排名前3位的國家依次為:中國、美國和日本,中國文獻總量達到42篇,位居首位,占總研究成果的25.45%. 另一方面,該領域篇均被引次數排名前3國家依次為瑞典、美國和日本,瑞典的篇均被引次數達到9.2次,約為中國篇均被引次數的2.2倍. 相比于中國,歐美學者所發表的文獻影響力更強. 近年來,中國在應急導向標識領域的研究起步較晚,但發展極為迅速,為該領域貢獻了大量研究成果.

表1 應急導向標識領域文獻數量排名前10位 的國家及地區(1991年至今)

1.3 來源出版物分析

通過CiteSpace軟件對1991年至今共165篇文獻做來源出版物分析,結果如圖3所示.

在51個出版物中,有10個出版物的應急導向標識相關研究論文量在5篇及以上. 具體而言,研究者在投稿時更傾向于選擇傳統的消防安全領域出版物,例如FIRE SAFETY JOURNAL、FIRE TECHNOLOGY、FIRE AND MATERIALS等.

表2 應急導向標識領域文獻數量排名前10位的期刊

圖3 文獻主要來源出版物

1.4 關鍵詞共現分析

文獻的關鍵詞不僅是作者學術觀點的結晶,也是文獻計量研究的重要指標. 關鍵詞共現分析是文獻計量學中常用的研究方法,通過研究關鍵詞之間的共現關系,揭示某一學術領域內部組成關系及其結構. 這種分析方法不僅能用于描述學科的發展動態,還能揭示研究熱點和發展趨勢[6].

本文使用CiteSpace軟件從165篇文獻中提取關鍵詞,繪制了關鍵詞共現網絡,并對應急導向標識領域的研究進行總結和分析. 圖4展示了應急導向標識領域文獻的關鍵詞提取結果,并基于圖4進行聚類分析得到了關鍵詞共現網絡.

圖4 應急導向標識領域文獻關鍵詞

圖5 應急導向標識領域文獻關鍵詞共現網絡

如圖4所示,應急導向標識領域文獻關鍵詞共現網絡中共包含296個關鍵詞. 在排除筆者在檢索時所使用的檢索詞包括“emergency sign”和“exit sign”等詞后,其中86個關鍵詞出現3次以上,12個關鍵詞出現10次以上,主要為:行為(behavior)、模型(model)、仿真(simulation)、緊急疏散(emergency evacuation)、火災(fire)、選擇(choice)、設計(design)、虛擬現實(virtual reality)、系統(system)等. 由圖5可知,關鍵詞共聚類為3類,核心主題包括:標識的設計、疏散行為以及動態應急導向標識等.

1.4.1 群集1:應急導向標識對人類疏散行為的影響

本群集共包含32個關鍵詞,主要有:人類行為(human behavior)、尋路行為(way finding)、出口選擇(exit choice)、決策制定(decision making)、社會影響(social influence)、疏散實驗(evacuation experiment)、人為因素(human factor)、疏散策略(evacuation strategy)等. 其中關鍵詞共現高頻詞為人類疏散行為、出口選擇以及人為因素.

部分研究表明,建筑物的布局對于疏散人員制定行動決策時極為重要[7],但是應急導向標識仍然是目前常用且被廣泛接受作為標記出口路線的重要工具[8]. 大量實驗結果證明,應急導向標識可引導人們疏散至安全出口,大大減少疏散時間并降低死亡率[9]. 在疏散行為領域中,研究重要集中在疏散中的個人行為[8]、疏散路線決策[10]、互助行為及社會影響[11]以及個人的動態疏散路線選擇機制[12].

在疏散過程中,人們可能收到不同來源的疏散信息[13],這些信息主要可分為2類:靜態疏散信息和動態疏散信息. 這些信息對人們的疏散行為和決策產生重要影響. 首先,應急導向標識引導人們沿著固定路線疏散,提供了不受時間或緊急事件發展而改變的靜態疏散信息;另一方面,人們受到周圍人群的影響,面對疏散壓力時可能會展現出追隨他人的傾向,這被稱為“羊群效應”[14],疏散人群中其他人的行動提供了動態的疏散信息. 有研究提出,在某些情況下,人群跟隨行為可能有助于找到出口,但在不同情境下也可能導致出口過度擁擠[14]. 因此,人們在疏散過程中更傾向于跟隨熟悉的人、熟悉的路線和出口撤離[15],研究顯示,71%的行人選擇他們曾經進入建筑物的門進行疏散[16]. Nikola等[8]認為這2種信息源及其相互組合的效應是影響人們疏散的關鍵原因.

1.4.2 群集2:應急導向標識設計與可見度優化

本群集共包含27個關鍵詞,主要有:可見度(visibility)、可供性理論(theory of affordance)、火災(fire)、設計(design)、理解力(comprehension)、消防安全(fire safety)、可見度受損(impaired visibility)、隧道疏散(tunnel evacuation)、決策信息處理(decision-making information processing)等.

應急導向標識的設計與可見度優化主要受到標識的字體、內容、顏色等因素的影響.

應急導向標識的可見度受字體和圖案影響,全球通常采用文字和圖案組合. Wong等[17]通過問卷調查發現,人們普遍認為黑體字更正規、更安全,顯示人們在公共場合更傾向于遵循黑體字的權威性. 在香港這種中英文混合的雙語環境中,英語單詞“EXIT”相較于漢語詞語“出口”更具可見性.

相比于文字,圖形的指示作用更加顯著. Boyce等[18]通過對比實驗發現同時增加應急導向標識箭頭的對比度、擴大圖案“跑步者”的面積和改變圖案“跑步者”的縱橫比將顯著增加應急疏散識別距離. Bierman等[19]發現標志面積、筆劃厚度、單詞邊界面積、單詞間距、字符亮度、對比度、顏色、方向都會對應急導向標識的易讀性產生影響.

在應急導向標識設計中,顏色相較于文字更能吸引注意力,且具有更高的感官啟示效果[20]. 顏色能加強個體對周圍環境信息的感知,因而常用色彩輔助文字. 然而,不同觀察者對于顏色的認知和理解反應時間可能存在差異,受文化和民族背景影響[21]. 不同顏色在引導注意力方面存在顯著差異,紅色具有最佳引導效果,其次為綠色、黃色和藍色[22]. 紅色閃光燈可增強導向標識的存在感,但可能引發緊迫感或沮喪感[23]. 相比之下,綠色背景的應急導向標識更容易讓人理解指示的疏散路線為安全路線[24-25]. 不同顏色和圖案的疏散標志具有不同的引導效果,綠色“奔跑者”標志效果最佳[26].

1.4.3 群集3:動態應急導向標識

本群集共包含24個關鍵詞,主要有:動態標識(dynamic signage)疏散引導系統(evacuation guidance system)、算法(algorithm)、最短路徑(shortest path)、智能出口標志(smart exit sign)、室內導航(indoor navigation)等.

動態應急導向標識因其優秀的被識別率和更加高效的實時引導作用逐漸走入人們的視野. 一些研究致力于通過在應急導向標識上添加簡單的動態元素來增強其可見性. 研究指出,在導向標識中加入閃光燈對乘客尋路產生積極影響[27-28],提高感知啟示力,引起更多關注[29],并在疏散試驗中提高使用率[30-31]. 虛擬測試環境中的研究顯示,在應急標識上方使用閃光燈可增加其可視性[27, 32]. 基于這些發現,Galea等[33]設計了1種新型應急導向標識,采用動態閃爍箭頭,相較于靜態標識,提高了識別率,被認為有助于迅速做出路線決策,而不引起困惑或猶豫.

學者們對于動態疏散路線引導的研究展開了廣泛討論. Jehyun等[34]基于Dijkstra算法設計了自動方向設置算法(ADSA),將建筑物出口作為起點,簡化了多個起點到多個出口的方向計算,實現了實時動態重新計算應急導向標識的指引方向. 然而,該研究未考慮火災蔓延、煙霧和擁擠等因素的影響. Moon等[35-37]考慮了火災蔓延情況,提出了“智能出口標識系統”,通過傳感器采集火災狀態數據,中央服務器計算最短安全路徑. 盡管這種系統在網絡通信方面簡便,但安裝成本高且步驟復雜. 目前,動態導向標識領域主要集中在最短安全路徑算法的研究上,實際系統應用尚需解決眾多挑戰,如火災受煙霧、毒氣等未知因素的影響.

2 現狀總結與展望

2.1 研究現狀總結

應急導向標識相關研究主要涵蓋人類疏散行為、導向標識設計與可見度、動態導向標識3個領域. 在人類疏散行為方面,強調了建筑布局對疏散決策的影響,同時突出了應急導向標識在引導疏散中的關鍵作用. 導向標識設計研究關注字體、圖案和顏色對可見度的影響,強調在低能見度環境中的設計調整. 動態導向標識研究解決了靜態標識在復雜結構和突發事件中的不確定性,引入動態元素提高標識可見性. 最短安全路徑算法研究也是關鍵領域,但在實際應用中需要考慮多個因素. 總體而言,這些研究強調了建筑環境、導向標識設計和動態引導技術在提高疏散效率和安全性方面的重要性. 未來研究可聚焦深入的動態導向標識算法和多信息源綜合,以更全面理解和優化人類疏散行為,從而制定智能、適應性的疏散策略,提高建筑安全性,減少人員傷亡.

2.2 研究展望

1)目前在成本和技術等因素的制約下,現有應急導向標識研究過于理論化,應推動實驗驗證,重點關注應急情況下導向標識對群體行為的影響及個人與群體行為的相互作用.

2)研究場景較為單一. 研究場景偏向居民樓和學校,未來應該在復雜場景(如交通樞紐、地鐵站)中進行研究,制定因地制宜的導向標識系統,以最大程度確保各種場所的安全疏散.

3)多模態信息傳遞:考慮引入多模態的信息傳遞方式,如聲音提示、震動反饋等,以增強導向標識的感知效果.

4)采用更可靠的數據收集方法. 緊急事件難以預測,建議引入更可靠的數據收集方法,如利用視頻監控系統結合深度學習技術捕捉真實疏散行為,使用手機信號數據生成乘客軌跡數據等.

5)應急導向標識的設計優化應當考慮弱勢群體. 未來應急導向標識的設計與設置應當考慮到特殊人群的生理特點,將導向標識設立在合理的位置上,同時設計相關的圖形符號,保障特殊人群對應急導向標識的識別.

6)現有動態應急導向標識的疏散路徑往往通過最短可通行路徑計算,未來應綜合考慮疏散時間、擁堵程度、安全出口的通行能力等各種因素的影響.

3 結束語

本文借助文獻計量方法分析了應急導向標識領域最近30a研究成果. 探討了應急導向標識對行人的影響機理以及應急導向標識的設計與應用. 全面概述了應急導向標識在人員疏散中的重要性,并深入研究了目前面臨的關鍵問題. 通過從應急導向標識的特征和人類疏散行為的角度入手,對該領域的現狀進行了詳細分析,并通過科學知識圖譜呈現了相關研究的發展進程和結構關系. 盡管目前已經取得了一些顯著的成果,但也指出了現有研究的一些不足之處. 對于復雜場景中迅速高效疏散大量人員的需求,當前的應急導向標識仍然存在挑戰和限制. 另外在應用層面,應急導向標識的重要作用在實際場景中常常被低估或忽視. 應加強對應急導向標識的重要性宣傳與培訓,提高其在建筑和應急管理中的地位,只有充分認識和重視應急導向標識的核心作用,才能推動其相關研究在實際應用中的有效落地,從而提升建筑安全和人員疏散效率. 最后,對未來應急導向標識領域的發展進行了梳理和展望. 強調了在設計和優化應急導向標識方面的關鍵方向,為未來的研究和實踐提供了參考. 希望本文對于推動公共安全領域的發展,提高人員疏散效率,以及保障人們生命安全方面能起到積極的促進作用.