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基于虚拟眼动实验的指向型应急疏散标识布局优化方法

马明明 龚建华 李文航 黄琳 马晓辉 李亚斌

马明明, 龚建华, 李文航, 黄琳, 马晓辉, 李亚斌. 基于虚拟眼动实验的指向型应急疏散标识布局优化方法[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2020, 45(9): 1386-1394. doi: 10.13203/j.whugis20190409
引用本文: 马明明, 龚建华, 李文航, 黄琳, 马晓辉, 李亚斌. 基于虚拟眼动实验的指向型应急疏散标识布局优化方法[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2020, 45(9): 1386-1394. doi: 10.13203/j.whugis20190409
MA Mingming, GONG Jianhua, LI Wenhang, HUANG Lin, MA Xiaohui, LI Yabin. Layout Optimization of the Directional Emergency Evacuation Signs Based on Virtual Reality Eye-Tracking Experiment[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2020, 45(9): 1386-1394. doi: 10.13203/j.whugis20190409
Citation: MA Mingming, GONG Jianhua, LI Wenhang, HUANG Lin, MA Xiaohui, LI Yabin. Layout Optimization of the Directional Emergency Evacuation Signs Based on Virtual Reality Eye-Tracking Experiment[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2020, 45(9): 1386-1394. doi: 10.13203/j.whugis20190409

基于虚拟眼动实验的指向型应急疏散标识布局优化方法

doi: 10.13203/j.whugis20190409
基金项目: 

中国科学院战略性先导科技专项 XDA19090114

国家自然科学基金 41971361

国家自然科学基金 41571393

浙江中科院应用技术研究院项目 ZK-CX-2018-04

详细信息
    作者简介:

    马明明,硕士,主要从事虚拟地理环境与三维GIS研究。mamm@aircas.ac.cn

    通讯作者: 李亚斌,博士,副研究员。lybin_2013@163.com
  • 中图分类号: TP391.9; P208

Layout Optimization of the Directional Emergency Evacuation Signs Based on Virtual Reality Eye-Tracking Experiment

Funds: 

The Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences XDA19090114

the National Natural Science Foundation of China 41971361

the National Natural Science Foundation of China 41571393

the CAS Zhejiang Institute of Advanced Technology Fund ZK-CX-2018-04

More Information
    Author Bio:

    MA Mingming, master, specializes in VGE and 3D GIS. E-mail:mamm@aircas.ac.cn

    Corresponding author: LI Yabin, PhD, associate professor. E-mail: lybin_2013@163.com
  • 摘要: 应急疏散标识是逃生人员能否安全逃生的关键因素之一,但其布局的合理性需要进一步的定量优化研究。以办公楼为实验区,借助虚拟眼动实验,分析了实验区指向型应急疏散标识布局的不合理之处;同时设计有效的修改优化方案,提升了应急疏散标识的指向作用。设计了两组虚拟眼动疏散实验,每组实验由两个实验构成,其中实验组1使用真实疏散标识布局,实验组2作为验证实验,使用修改后的疏散标识布局。对比实验结果可得,实验组2的两个实验较实验组1的疏散时间分别缩短了30.28%和30.99%,期望疏散距离分别缩短了42.67%和40.06%,疏散时间和期望疏散距离均明显改善。实验结果与数据分析证明了实验区域内指向型应急疏散标识修改方法和修改方案的有效性。同时创建了一套新的指向型应急疏散标识布局优化方法和流程。
  • 图  1  框架流程图

    Figure  1.  Flowchart of Framework

    图  2  实验区域的二维图和三维图

    Figure  2.  The Two-dimensional and Three-dimensional Maps of Experiment Scene

    图  3  位置AB到5个安全出口的距离

    Figure  3.  Distances from Locations A and B to Five Exits

    图  4  密度图与热力图

    Figure  4.  Density Map and Hot Map

    图  5  应急疏散标识位置检测算法流程

    Figure  5.  Algorithm Flowchart of Emergency Evacuation Signs Location Detection

    图  6  指向型应急疏散标识被感知率

    Figure  6.  Perceived Rate of Emergency Evacuation Signs

    图  7  修改后的应急疏散标识布局

    Figure  7.  The Distribution of Revised Emergency Evacuation Signs

    图  8  修改前后疏散时间对比图

    Figure  8.  Comparison Map of Evacuation Time Before and After Modification

    图  9  修改前后5个安全出口选择率

    Figure  9.  The Selection Rate of Five Exits Before and After Modification

    表  1  实验组1实验者对各安全出口的选择率/%

    Table  1.   The Selected Rate of Five Exits by Experimenters of Group 1/%

    起点位置 安全出口1 安全出口2 安全出口3 安全出口4 安全出口5
    位置A 1.64 9.84 67.21 14.75 6.56
    位置B 5.08 5.08 13.57 42.37 33.90
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    表  2  应急疏散标识的具体修改方案

    Table  2.   Specific Modification Scheme of Emergency Evacuation Signs

    序号 具体操作
    1 计算所得位置与现有的相邻应急疏散标识过近,合并为计算所得结果。类型定为辨识性更强的低位标识,方向指向最近安全出口位置。
    2 位置为计算所得位置。类型定为辨识性更强的低位标识,方向指向最近安全出口位置。
    3 计算所得位置为玻璃墙体,移动到可设置应急疏散标识的墙体处。类型定为辨识性更强的低位标识,方向指向最近安全出口位置。
    4 此处最近的应急疏散标识距离墙面相距超过20 m,在中间非玻璃墙处设置一个应急疏散标识。类型定为辨识性更强的低位标识,方向指向最近安全出口位置。
    5 计算所得位置距离袋行走道大于10 m,向左平移到10 m处。类型定为辨识性更强的低位标识。方向指向最近安全出口位置。
    6 此处应急疏散标识原有双向标识,与相邻的应急疏散标识指向矛盾,根据最近安全出口位置,改为左向标识。
    7 计算所得位置为拐角,无法设置左向或右向应急疏散标识,根据国家规定和标识的辨识性强弱,设置一个地贴标识,指向最近安全出口。
    8 计算所得位置无法设置左向或右向应急疏散标识,将标识移到相邻墙体。类型定为辨识性更强的低位标识,方向指向最近安全出口位置。
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-01-18
  • 刊出日期:  2020-09-05

基于虚拟眼动实验的指向型应急疏散标识布局优化方法

doi: 10.13203/j.whugis20190409
    基金项目:

    中国科学院战略性先导科技专项 XDA19090114

    国家自然科学基金 41971361

    国家自然科学基金 41571393

    浙江中科院应用技术研究院项目 ZK-CX-2018-04

    作者简介:

    马明明,硕士,主要从事虚拟地理环境与三维GIS研究。mamm@aircas.ac.cn

    通讯作者: 李亚斌,博士,副研究员。lybin_2013@163.com
  • 中图分类号: TP391.9; P208

摘要: 应急疏散标识是逃生人员能否安全逃生的关键因素之一,但其布局的合理性需要进一步的定量优化研究。以办公楼为实验区,借助虚拟眼动实验,分析了实验区指向型应急疏散标识布局的不合理之处;同时设计有效的修改优化方案,提升了应急疏散标识的指向作用。设计了两组虚拟眼动疏散实验,每组实验由两个实验构成,其中实验组1使用真实疏散标识布局,实验组2作为验证实验,使用修改后的疏散标识布局。对比实验结果可得,实验组2的两个实验较实验组1的疏散时间分别缩短了30.28%和30.99%,期望疏散距离分别缩短了42.67%和40.06%,疏散时间和期望疏散距离均明显改善。实验结果与数据分析证明了实验区域内指向型应急疏散标识修改方法和修改方案的有效性。同时创建了一套新的指向型应急疏散标识布局优化方法和流程。

English Abstract

马明明, 龚建华, 李文航, 黄琳, 马晓辉, 李亚斌. 基于虚拟眼动实验的指向型应急疏散标识布局优化方法[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2020, 45(9): 1386-1394. doi: 10.13203/j.whugis20190409
引用本文: 马明明, 龚建华, 李文航, 黄琳, 马晓辉, 李亚斌. 基于虚拟眼动实验的指向型应急疏散标识布局优化方法[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2020, 45(9): 1386-1394. doi: 10.13203/j.whugis20190409
MA Mingming, GONG Jianhua, LI Wenhang, HUANG Lin, MA Xiaohui, LI Yabin. Layout Optimization of the Directional Emergency Evacuation Signs Based on Virtual Reality Eye-Tracking Experiment[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2020, 45(9): 1386-1394. doi: 10.13203/j.whugis20190409
Citation: MA Mingming, GONG Jianhua, LI Wenhang, HUANG Lin, MA Xiaohui, LI Yabin. Layout Optimization of the Directional Emergency Evacuation Signs Based on Virtual Reality Eye-Tracking Experiment[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2020, 45(9): 1386-1394. doi: 10.13203/j.whugis20190409
  • 在常见的灾害之中,火灾是发生最频繁、伤亡最为严重的灾害类型之一。如何从火灾现场更快逃离一直是个值得深入研究的课题。Lo等[1]通过构建博弈疏散模型证明,火灾发生后应急疏散标识可以显著提高人员的疏散机率,在火灾疏散过程中尤为重要。可见,在公共场合设置合理有效的应急疏散标识是减少人员伤亡的重要手段之一。

    现有的应急疏散标识设计时主要参考了《消防安全标识GB 13495》《建筑设计防火规范GB 50016》和相关从业者的经验。但是,由于国家要求较为宽泛和从业者主观经验难以相同等原因,导致中国目前缺乏精确高效的应急疏散标识设计指导方案,也难以对已有的应急疏散标识进行评价和优化。为了制定出精确高效的应急疏散标识设计指导方案,国内外众多学者对应急疏散标识的不同特性进行了研究。在应急疏散标识的自身属性方面,Mantovani等[2]认为具有移动箭头的应急疏散标识有更好的指向作用;赵华亮[3]证明了低位应急疏散标识比高位应急疏散标识更易被辨别;Wong和Lo[4]发现绿色应急疏散标识相比其他颜色的应急疏散标识的可见度更高,即使是在光照条件不理想的情况下也有较高的辨识度。在应急疏散标识的布局方面,张凌菲等[5]结合现状人口密度和空间分布调查,分析了疏散标识布局与历史街区疏散效率的相互关系,针对性地优化了支路内部和拥堵区周边疏散标识;廖慧敏等[6]基于人的认知生理反应规律,在建筑物现有疏散标识体系的基础上,提出了增设局部疏散标识的建议;马晓辉等[7]证明了女生比男生更易受起始位置影响,通道墙贴式应急疏散标识更易感知。

    由于现有的布局优化实验的数据采集难度大,且存在大量主观因素,引入眼部追踪设备成为一种切实有效的解决方案。在虚拟实验中,眼部追踪设备通过记录实验者的眼部关注点数据,分析人们如何在三维空间中感知与导航,从而揭示吸引人们注意力的因素。现有研究证明,利用眼部追踪设备可以设计出指向作用更好的应急疏散标识系统。李洋等[8]对驾驶作业的视觉特性进行眼动分析实验,以此为基础提出了驾驶界面布局优化设计的一般程序,对仪表与显示器的分组、整合及布局进行了优化设计。杨坤等[9]通过研究飞行员的注意力分配策略和扫视模式,优化了仪表的设计和布局。刘淼等[10]运用眼球运动追踪设备对城市公交车车体外观的设计布局进行眼动实验与研究,并对现有公交车车体外观进行优化改良设计,减少不必要的视觉干扰,提升候车乘客在候车过程中的视觉搜索体验。文献[7]中实验(实验组1)还发现,实验所使用场景的应急疏散标识布局在指向性上存在很大的问题,为此本文对其中指向型应急疏散标识进行了深入研究,通过对眼动注视点数据和轨迹数据进行更深一步的挖掘分析,修改了实验组1中的应急疏散标识布局,并设计验证实验组2,以验证修改方案的可行性。

    • 本文的框架和流程如图 1所示。首先设计实验组1,用于获取现有疏散标识布局下的实验数据。由于实验者在观察时,视线与正前方会出现一定夹角,眼动仪采集的数据会比头盔采集的数据更加准确,所以数据分析时以眼动仪采集的数据为主,头盔采集的数据作为辅助。通过分析实验组1获取的数据,判断现有疏散标识的布局是否合理,针对不合理之处制定疏散标识布局的修改方案。将实验组1与疏散标识布局修改后的实验(实验组2)对比,分析两组实验的疏散时间和期望疏散距离,从而验证修改方案的可行性。通过以上操作为该实验区域设计出更加合理的应急疏散标识布局方案,提高该区域内应急疏散标识的指向作用,降低火灾中的人员伤亡和财产损失。

      图  1  框架流程图

      Figure 1.  Flowchart of Framework

    • 实验区域为某办公单位的一层,采用三维建模的方式在虚拟场景中完全还原。实验组1和实验组2各设有两个实验,分别为:起始位置为A的实验、起始位置为B的实验(以下简称为位置A、位置B)。同时在实验中添加了消防音效和烟雾,模拟火灾发生时的真实情况。实验区域如图 2所示,有5个安全出口,标识3、6、9、13、19、22的为出口型应急疏散标识,其余标识为指向型应急疏散标识。

      图  2  实验区域的二维图和三维图

      Figure 2.  The Two-dimensional and Three-dimensional Maps of Experiment Scene

    • 实验组1共选取实验者89名,其中男性49名、女性40名,年龄范围为22~29岁(平均年龄24岁),学历皆为本科及以上。实验者对火灾疏散、虚拟现实等均有所了解,视力都在正常范围内,由此排除了实验者在认知能力、知识水平和视力范围等方面的影响,尽量使得实验结果不受这些因素影响。

    • 实验选用的虚拟现实设备为HTC VIVE虚拟现实头部显示设备。视场角为110º,分辨率为2 160×1 200像素,刷新率为90 Hz;眼部追踪设备为沉浸式VR眼球追踪模组aGlass DKII,双眼追踪速度为120~380 Hz,采样精度小于0.5°,延迟低于5 ms。开发环境为Unity3D 2017.1.1版本。实验设备低延迟、高清晰和低误差等优点保证了实验的可靠性。

    • 1)实验准备:将实验者分开,每次只允许一名实验者进入实验场地。由实验组织者为实验者讲解实验步骤、实验任务和设备操作方法。

      2)眼动校准:实验开始之前,实验者佩戴装有眼球追踪模组的虚拟现实头盔进行9点模式眼球校准,以保证获取数据的精确性。

      3)实验过程:每位实验者都要进行位置A和位置B实验。具体任务是尽快找到一个安全出口完成逃生,布局如图 2所示。开始实验后,实验组织人员只负责实验过程中的安全问题,不会对实验者进行任何提示,一切选择由实验者自主决定,排除外部因素的干扰。

      4)数据采集:实验数据由系统自动生成,组织者将数据进行分类存储。数据分为4类,分别为:①时间戳:每组数据获取的时间戳用于其他3类数据的融合。②眼部注视点:眼动仪采集到的实验者注视区域,记录实验者在实验中观察的具体区域位置,用于分析疏散标识的注视情况。③头部注视点:头盔采集到的注视区域,记录实验者的虚拟化身的正前方与场景发生碰撞的区域。④轨迹数据:实验者在实验中行走的路径,用于分析实验者的移动行为。

      5)问卷调查:实验结束后,由实验者填写调查问卷,对实验的不足和问题进行统计,补充数据作为补充参考。

      实验组1和实验组2的流程相同。

    • 本文从实验者对安全出口的选择情况和期望疏散距离两个方面分析现有应急疏散标识的合理性。为了确定应急疏散标识具体的修改方案,参考了以下6种方法或标准:①密度图与热力图分析;②改良的均值平移算法;③无效应急疏散标识分析;④国家标准;⑤现实地形考量;⑥已有研究成果。通过以上方法分析出需要改动、删除和增添的应急疏散标识。

    • 在实验中,多数实验者没有选择最近的安全出口,出现了绕路现象。绕路情况较为多样,从不同安全出口逃离的实验者行走的路程远近是不相同的,对逃生产生了不同程度的影响。因墙体和障碍物的阻挡,实验者无法以直线的方式到达安全出口,多数情况下是沿着走廊的走向前进,所以当相邻墙体之间垂直时,使用曼哈顿距离[11]计算当前位置与安全出口的距离更为合理。曼哈顿距离用以标明两个点在标准坐标系上的绝对轴距总和。对于研究场景中不为垂直关系的区域采用欧几里得距离[12]计算,最后将所有距离相加。

      计算AB两个位置到5个安全出口的距离,距离数据如图 3所示。可知A距离安全出口3最近,B距离安全出口4最近。一般来说,在没有阻碍的情况下,较长的逃生路线会降低逃生机率。实验组1中的走廊通行状况良好,所以最好的状态是位置A的实验者全从安全出口3逃离,位置B的实验者全从安全出口4逃离,但从表 1可知,在实验组1的两个实验中,最优的安全出口的选择率只有67.21%和42.37%。这表明在现有应急疏散标识的布局情况下,实验者选择最优的安全出口的概率较低,现在的应急疏散标识的指向性较差。

      图  3  位置AB到5个安全出口的距离

      Figure 3.  Distances from Locations A and B to Five Exits

      表 1  实验组1实验者对各安全出口的选择率/%

      Table 1.  The Selected Rate of Five Exits by Experimenters of Group 1/%

      起点位置 安全出口1 安全出口2 安全出口3 安全出口4 安全出口5
      位置A 1.64 9.84 67.21 14.75 6.56
      位置B 5.08 5.08 13.57 42.37 33.90

      为了评价现有的应急疏散标识的指向作用,引入期望疏散距离[13]的概念,计算实验者的期望逃生距离,具体公式如下:

      $$ E\left( {{\rm{Dis}}} \right) = \mathop {\mathop {\mathop \sum \limits_{i = 0}^n {d_i}/n}\limits_{} }\limits^{} $$ (1)

      式中,$E\left({{\rm{Dis}}} \right)$为所有实验者从该位置(A或者B)的期望疏散距离;${d_i}$为此次实验中第i名实验者从该位置(A或者B)逃离到安全出口的实际距离($i = 1, 2 \ldots n$);n为此次实验的总人数。

      将两次实验的数据代入式(1)得,实验组1中${E_{位置{A}}}\left({{\rm{Dis}}} \right)$=62.60 m,${E_{位置{B}}}\left({{\rm{Dis}}} \right)$ =78.42 m。理论上位置A到最近安全出口的距离$E_{位置A}^0\left({{\rm{Dis}}} \right)$=32.79 m,位置B到最近安全出口的距离$E_{位置B}^0\left({{\rm{Dis}}} \right)$=34.39 m。实验所得的期望疏散距离比最优期望距离分别多出47.62%和56.14%,该数据说明现有的应急疏散标识的指向作用较差,实验者的期望疏散距离显著增加。

    • 统计发现,在实验组1中,实验者只对部分区域进行了观察,这些更能引起注意的区域称为兴趣区(area of interest,AOI)[14]。为了得到AOI的位置,首先将实验组1采集的眼部注视点数据投影到相应的二维平面之上,制成点密度图,如图 4所示,然后分别做出每面墙上的眼部注视点的热力图。

      图  4  密度图与热力图

      Figure 4.  Density Map and Hot Map

      图 4中着色的区域即为所求AOI,颜色越为鲜艳的区域越能引起实验者的关注[15-16],实验者对此区域关注的时间更多,希望在此区域得到有效的指向信息。这些AOI中没有设置应急疏散标识和出口的区域成为信息服务盲区,在此区域内的疏散过程是盲目或间断的[1]。为了消除信息服务盲区,需要在此区域内增加应急疏散标识。以图 4中安全出口4拐角处为例,将这一区域内的点映射到所在墙体上制成热力图。在此面墙体上颜色最为鲜艳区域为应增应急疏散标识的位置。但热力图只能表明应增应急疏散标识的大致范围,准确的位置还需通过改良的均值平移算法和国家标准计算得到。

    • 为了确定应增应急疏散标识的具体位置,引入改良的均值平移算法。因为墙体为矩形,所以将算法中的检测区域由圆形改为矩形,矩形的宽为本层地面到天花板的垂直距离。参考普通均值平移算法中半径为所在区域的1/50~1/100[17],则直径为所在区域的1/25~1/50。综合考虑,矩形的长取最大的值(所在区域的1/25)。利用该算法计算出注视点密度最大的矩形范围,应增的应急疏散标识应在此矩形内。均值平移算法的具体流程如图 5所示。

      图  5  应急疏散标识位置检测算法流程

      Figure 5.  Algorithm Flowchart of Emergency Evacuation Signs Location Detection

      使用改良算法对图 4中的不含应急疏散标识的AOI进行计算,计算结果表明,应新增应急疏散标识共有6个区域。根据《消防安全标示设置要求GB 15630—1995》[18],应急疏散标识的间距不应大于20 m,袋形走道的尽头离应急疏散标识的距离不应该大于10 m,新增的应急疏散标识的位置不一定在计算所得区域的中心,最终确定8处修改区域。具体的修改方案如表 2所示。

      表 2  应急疏散标识的具体修改方案

      Table 2.  Specific Modification Scheme of Emergency Evacuation Signs

      序号 具体操作
      1 计算所得位置与现有的相邻应急疏散标识过近,合并为计算所得结果。类型定为辨识性更强的低位标识,方向指向最近安全出口位置。
      2 位置为计算所得位置。类型定为辨识性更强的低位标识,方向指向最近安全出口位置。
      3 计算所得位置为玻璃墙体,移动到可设置应急疏散标识的墙体处。类型定为辨识性更强的低位标识,方向指向最近安全出口位置。
      4 此处最近的应急疏散标识距离墙面相距超过20 m,在中间非玻璃墙处设置一个应急疏散标识。类型定为辨识性更强的低位标识,方向指向最近安全出口位置。
      5 计算所得位置距离袋行走道大于10 m,向左平移到10 m处。类型定为辨识性更强的低位标识。方向指向最近安全出口位置。
      6 此处应急疏散标识原有双向标识,与相邻的应急疏散标识指向矛盾,根据最近安全出口位置,改为左向标识。
      7 计算所得位置为拐角,无法设置左向或右向应急疏散标识,根据国家规定和标识的辨识性强弱,设置一个地贴标识,指向最近安全出口。
      8 计算所得位置无法设置左向或右向应急疏散标识,将标识移到相邻墙体。类型定为辨识性更强的低位标识,方向指向最近安全出口位置。
    • 统计实验组1中的眼部注视点数据发现,不是所有的应急疏散标识都能起到较好的指向作用。有一些应急疏散标识很少被感知到,无法起到指引实验者逃离到安全出口的作用。同时,冗余的应急疏散标识可能会给实验者带来更多混乱的信息,影响疏散效率。为了使应急疏散标识的布局更加科学合理,删除一些无效的应急疏散标识尤为必要。

      统计所有疏散标识的被感知率,具体数据如图 6所示。被感知率越高的其指向作用就越好,反之越差[19]。统计学上,若某一事件发生的概率小于0.05,则认定该事件为小概率事件,一般不会发生[20]。同理,若被感知率小于0.05,则认为这一应急疏散标识属于无效应急疏散标识,可以删除。

      图  6  指向型应急疏散标识被感知率

      Figure 6.  Perceived Rate of Emergency Evacuation Signs

      图 6可知,应急疏散标识3、6、9、14、19,这5个应急疏散标识的被感知率是小于0.05的,由于本文只研究指向型应急疏散标识,应急疏散标识3、6、9、19在原有的疏散标识系统中是安全出口型应急疏散标识,同时安全出口隔离门皆为打开状态,未进行变量控制,所以不予考虑。综合评定,只可删除应急疏散标识14,修改位置为图 7中第9处。

      图  7  修改后的应急疏散标识布局

      Figure 7.  The Distribution of Revised Emergency Evacuation Signs

    • 实验组2为验证实验,目的是为了验证修改的应急疏散标识布局是否能够起到更好的指向作用,所以实验流程、实验群体特征、实验设备和实验背景都应该与实验组1保持一致,只需将实验区域中的应急疏散标识布局替换为修改以后的布局方案。对实验组2得到的数据进行分析,并与实验组1得到的数据对比,从而验证修改方案的可行性。

    • 实验组2选取了与实验1年龄、性别比例和学历相近的实验者78名,两组实验的实验者无重叠,避免了因实验者的原因产生实验误差。为了分析修改后的应急疏散标识的指向作用是否有显著改善,本文对比了前后两组实验得到的数据,从疏散时间和期望疏散距离两个方面进行了判定。采用描述性统计方法对结论进行了显著性检验[21]

    • 疏散时间对火灾逃生者的生存率起决定性作用[22]。如图 8所示,本文实验中,应急疏散标识修改前两个实验的平均疏散时间分别为49.41 s和62.12 s,修改后分别为34.45 s和42.87 s。两个实验的疏散时间提升效率分别为30.28%和30.99%。修改后实验者的疏散时间显著缩短,说明应急疏散标识的修改方案合理有效。

      图  8  修改前后疏散时间对比图

      Figure 8.  Comparison Map of Evacuation Time Before and After Modification

    • 根据距离的远近,将不同位置的安全出口的优先级进行排序。位置A:安全出口3 > 安全出口2 > 安全出口4 > 安全出口5 > 安全出口1;位置B:安全出口4 > 安全出口3 > 安全出口2 > 安全出口5 > 安全出口1。

      统计两组实验的安全出口选择率,如图 9所示。修改以后两个实验中最优安全出口的选择率由原先的67.21%和42.37%上升到95.00%和50.00%。同时,优先级别越低的安全出口选择率下降得越多。从整体上来看,实验者的选择结果更优,说明修改后的布局的指向性更好。

      图  9  修改前后5个安全出口选择率

      Figure 9.  The Selection Rate of Five Exits Before and After Modification

      为了进一步验证修改方案的可行性,将修改后实验者到达安全出口的距离和修改前的距离作对比,应急疏散标识修改前${E_{A}}\left({{\rm{Dis}}} \right)$=62.60 m,${E_{B}}\left({{\rm{Dis}}} \right)$=78.42 m;应急疏散标识修改后${E_{A}}\left({{\rm{Dis}}} \right)$=35.89 m,${E_{B}}\left({{\rm{Dis}}} \right)$=47.00 m。应急疏散标识修改后实验者的期望疏散距离与修改前相比,分别缩短了42.67%和40.06%。修改后,实验者的期望疏散距离显著缩短,说明应急疏散标识的修改方案合理有效。

    • 本文通过分析虚拟火灾疏散实验的数据,研究了实验区域内现有应急疏散标识布局存在的问题,并使用多种方法对应急疏散标识的布局进行了修改调整。并将验证实验(实验组2)与实验组1进行对比得到以下结论:

      1) 虚拟眼动实验在应急疏散标识布局设计方面有很大的作用。虚拟眼动实验通过对真实环境的仿真开展虚拟逃生实验,相对于现实世界的消防演习,虚拟眼动实验可以更简单安全地获得实验数据。通过对发生火灾时逃生者的行为进行分析,可以设计出更高效的应急疏散标识布局。

      2) 研究区域内现有的应急疏散标识的布局存在不合理之处。应急疏散标识14为无效标识,应删除;在多处无应急疏散标识的区域内,实验者希望得到应急疏散标识的指引,应增添应急疏散标识。

      3) 修改后的应急疏散标识布局对实验者的疏散时间和期望疏散距离起到正向影响。通过疏散时间和期望疏散距离提升效率可知,应急疏散标识修改后实验者的疏散时间和期望疏散距离较修改前大大缩短。本文研究了实验区域内的应急疏散标识布局,提出了合理有效的修改方案,可在很大程度上提高火灾现场人员的疏散效率。

      但在实验过程中也发现一些问题:应急疏散标识的布局不是疏散效率的唯一影响因素,应急疏散标识的颜色、大小、图案类型等因素也可能对疏散效率产生影响。后续可在这些方面展开研究,完善应急疏散标识设置的标准,形成整套的应急疏散标识设计方案,以求降低发生火灾后的人员伤亡和财产损失。

参考文献 (22)

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