火灾疏散中羊群效应的理论探析与模拟研究

第７卷第４期　２０１１年４月　中国安全生产科学技术　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓａｆｅｔｙ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｖ０１．７　Ｎｏ．４　

Ａｐｒｉｌ　２０１１　

文章编号：１６７３—１９３Ｘ（２０１１）一０４—００４６—０６　

火灾疏散中羊群效应的理论探析与模拟研究　

颜向农　，肖国清　，李思慧　。　（１．湖南安全技术职业学院，长沙４１０１００）　（２．湖南科技大学能源与安全学院，湘潭４１１２０１）　（３．湖南德雷机电工程有限公司，长沙４１００１１）　

摘要　将羊群效应这个社会行为学概念引申到火灾安全科学领域，运用信息阶梯式传播的社会　心理学理论，解释紧急疏散中可能存在的羊群效应。以“信息传播”和“情感传染”的视角，分析了　羊群效应的形成过程、机理和特征，同时指出羊群效应的两种随机性。以某大型阅览室为例，运用　计算机数值模拟和虚拟现实技术，设置多种有羊群行为的疏散场景，测试羊群效应及两种随机性　对疏散的影响。结论表明：非理性的羊群效应显著增加了必须疏散时间，降低了群体疏散效率和　人员疏散可靠性，增大了疏散失败和拥挤踩踏的风险。建议火灾风险评价、应急预案制定和疏散　设计应考虑羊群行为等极端情况下对疏散出口个数、疏散出口宽度、疏散距离、疏散路线、疏散方　式的影响。　关键词：火灾；疏散；羊群效应；信息；模拟；随机性　中图分类号：Ｘ９２１　文献标识码：Ａ　

Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｈｅｒｄ　ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｉｎ　ｆｉｒｅ　ｅｖａｃｕａｔｉｏｎ　

ＹＡＮ　Ｘｉａｎｇ．ｎｏｎｇ　，ＸＩＡＯ　Ｇｕｏ．ｑｉｎｇ　，ＬＩ　Ｓｉ—ｈｕｉ’’。　（１．Ｈｕｎａｎ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｓａｆｅｔｙ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ　４１０１００，Ｃｈｉｎａ）　（２．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｎｅｒｇｙ　ａｎｄ　Ｓａｆｅｔｙ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｕｎａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉａｎｇｔａｎｇ　４１１２０１，Ｃｈｉｎａ）　（３．Ｈｕｎａｎ　Ｄｅｌｅｉ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ＆Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｃｈａｎｇｓｈａ　４１００１　１，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｅｒｄ　ｂｅｈａｖｉｏｒ，ａ　ｓｏｃｉａｌ　ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｃｏｎｃｅｐｔｉｏｎ　ｗａｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｉｎｔｏ　ｆｉｒｅ　ｓａｆｅｔｙ　ｓｃｉｅｎｃｅ．Ｔｈｅ　ｐｏｓｓｉｂｌｅ　ｈｅｒｄ　ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｉｎ　ｆｉｒｅ　ｅｖａｃｕａｔｉｏｎ　ｗａｓ　ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｄ　ｂｙ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｌ　ｃａｓｃａｄｅ　ｔｈｅｏｒｙ　ｏｆ　ｓｏｃｉａｌ　ｐｓｙｃｈｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅ　ｆｏｒｍｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ａｎｄ　ｒａｎｄｏｍｎｅｓｓ　ｏｆ　ｈｅｒｄ　ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｗｅｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｉｎ　ｖｉｅｗ　ｏｆ＂ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｃａｓｃａｄｅ　’’ａｎｄ“ｅｍｏｔｉｏｎａｌ　ｃｏｎｔａｇｉｏｎ”．Ｔｈｅ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｖｉｒｔｕａｌ　ｒｅａｌｉｔｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｗａｓ　ａｄｏｐｔｅｄ，ａｎｄ　ｉｒｒａｔｉｏｎａｌ　

ｈｅｒｄ　ｂｅｈａｖｉｏｒ　ａｎｄ　ｒａｎｄｏｍｎｅｓｓ　ｉｎ　ｅｖａｃｕａｔｉｏｎ　ｗａｓ　ｔｅｓｔｅｄ　ｉｎ　ａ　ｒｅａｄｉｎｇ　ｒｏｏｍ．Ａ　ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ　ｔｈａｔ　ｉｒｒａｔｉｏｎａｌ　ｈｅｒｄ　ｈａｖｉｎｇ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｎ　ｒｅｑｕｅｓｔ　ｓａｆｅｔｙ　ｅｖａｃｕａｔｉｏｎ　ｔｉｍｅ，ｌｏｗｅｒｉｎｇ　ｇｒｏｕｐ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｅｖａｃｕａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｈｕｍａｎ　ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ａｎｄ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｆａｉｌｕｒｅ　ｗａｓ　ｄｒａｗｎ．Ｔｈｅ　ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎ　ｗａｓ　ｇｉｖｅｎ　ｗｈｉｃｈ　ｈｅｒｄ　ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｍｕｓｔ　ｂｅ　ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ　ｉｎ　ｅ—　ｖａｃｕａｆｉｏｎ　ｄｅｓｉｇｎ，ｆｉｒｅ　ｒｉｓｋ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ　ｐｒｅｐｌａｎ　ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｅｘｉｔ　ｎｕｍｂｅｒ，ｅｘｉｔ　ｗｉｄｔｈ，ｅｖａｃｕａ￣ｏｎ　ｄｉｓ—　ｔａｎｃｅ，ｅｘｉｔ　ｐａｔｈ，ｅｖａｃｕａｔｉｏｎ　ｗａｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｆｉｒｅ；ｅｖａｃｕａｔｉｏｎ；ｈｅｒｄ　ｂｅｈａｖｉｏｒ；ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｒａｎｄｏｍｎｅｓｓ　

收稿日期：２０１０—１２—２０　通讯作者：颜向农，注册安全工程师。　基金项目：中国科技大学大学火灾科学国家重点实验室开放课题（编号：ＨＺ２００６一ＫＦ０６，ＨＺ２００８一ＫＦ０４）　第４期　中国安全生产科学技术　・４７・　１　引言　羊群效应即羊群行为（Ｈｅｒｄ　Ｂｅｈａｖｉｏｒ），原指动　物学中牛、羊等畜类动物成群移动、觅食和群居的现　象，后来这个概念被社会行为学家引申来描叙群体　中的个体与大多数人一样认知、感知、思考、决策、行　动，与大多数人保持一致，是一种行为模式在群体问　传播的社会现象。１８５２年英国Ｃｈａｒｌｅｓ　Ｍａｃｋａｙ用大　量的事实说明个体在群体中表现出极端的模仿和合　群的现象。１８９５年法国Ｇｕｓｔａｖｅ　Ｌｅ　Ｂｏｎ通过对若干　重大历史事件的观察，指出个体聚集成群后产生了　诸如从众、盲目、失去道德约束等一些非理性的群体　心理特征。１９３６年美国Ｋｅｙｎｅｓ指出个体不愿意根　据私有信息做出决策，是因为他们害怕与大众行为　不一致而遭受损失。２０世纪５０年代，心理学的研　究从定性分析发展到实验阶段，美国Ａｓｃｈ从实验角　度验证了社会压力将导致群体一致性的非理性从众　行为…。２０００年德国Ｄａｖｉｄ、Ｈｅｌｂｉｎｇ、Ｖｉｃｓｅｋ描叙了　在突发事件背景下，群体行为的非理性特征　Ｊ。在　认知心理学和社会心理学的领域中，羊群行为理论　中有关处于群体中个体的非理性行为特征得到了　公认。　安全科学领域中羊群行为这个概念的内涵是指　在各种恶劣环境（如高温、浓烟、缺氧、有毒气体侵　害等）或突发事件下，部分遇险者，或因为信息闭塞　（如发生在深夜的高层建筑物火灾）；或因为他人错　误决策的影响（如火场中同伴间言语交流或他人误　导）；或因为个体自身缺陷（如是一个不完全理性的　人或疏散知识的匮乏及体能超负荷）；或因为某种　谣言的传播；或因为某种莫名的恐慌和起哄：或就是　出于“从众”　的本能，总之放弃自己对疏散方式　及避难方法的选择，盲目跟从所能观察到的先行动　者行动的行为。相关研究表明，不少疏散失败案例　中存在着典型的非理性羊群行为。　２理论探析　２．１　紧急疏散中羊群行为的形成过程　首先，先行动者的行为对羊群行为产生重要的　影响，为后行动者提供了一个可供模仿的行动与策　略方式。其次，羊群行为使后行动者只关注先动者　的信息而忽略私有信息，后行动者的模仿行为可能　是正确的，也可能是错误的决策。再次，后行动者不　遵守贝叶斯法则，即后验概率并没有修正前验概率。　此外，即使遇险者之间可能有信息交流，但由于信息　传播在紧急状态下存在丢失现象，人们也不得不参　考他人的决策，而忽略自己的信息。最后，如果先行　动者选择的疏散方式是错误的，那么这种非理性的　羊群行为，就有可能导致群体疏散失败。　２．２疏散中的羊群行为的形成机理　羊群行为的产生必然伴随着一定的发生机制，　如基于某些信号的传递，或者观察到其他个体决策　者行动的能力。Ｗｅｒｍｅｒｓ认为羊群行为的产生主要　有两种原因　Ｊ：一是个体接收到先行动者的相关联　信号而产生；二是个体观察到先行动者并推测其拥　有的私有信号而产生。Ｓｈｉｌｌｅｒ应用人类学家对群体　信息传递机制的观点说明羊群行为的产生是人类沟　通方式对人类思考能力和决策能力的限制　。　Ｂｋｈｃｈｄａｎｉ，Ｈｉｒｓｈｌｅｉｆｅｒ和Ｗｅｌｃｈ建立了基于离散行　动空问的信息羊群行为模型　，在这种模型中，每　一个行动者都收到一个并不太明确的“噪音”信号，　行动空间是离散的，即接受或不接受。他们提出了　信息阶梯式传播（ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｌ　ｃａｓｃａｄｅ）的概念。　信息阶梯式传播即信息堵塞。在某个时点，后　行动者观察到先行动者的行为，以此推测先行动者　拥有的信息，并完全忽略自己的私有信息，从而进行　简单模仿，这时信息堵塞就发生了。在这种情况下，　对于那些更后的观察者来说，他依据对别人的观察　所做出的选择没有提供任何信息。如果没有外部干　扰，所有后来者将作出相同的决策。在信息阶梯式　传播过程中，羊群行为呈现出两种随机性。第一种　随机性：如果首先行动者的行为是随机发生的，群体　的行为将与先行动者的行为是一致的，那么可能导　致群体的行为是随机的。表现在疏散中有如下现　象：如在有多个出口的建筑中，群体只从一个出口撤　离，而这个出口的选择仅仅是第一个先行动者决定　的结果。第二种随机性：如果稍后的行动者能观察　到先行动者有两种或以上的行动方式，后行动者有　可能随机选择一种行动方式，这样群体的行动方式　就可能有两种或以上了。表现在疏散中有如下现　象：如在有多个出口的建筑中，群体从两个或以上的　・４８・　中国安全生产科学技术　第７卷　出口撤离，这些出口的选择不是个体分析判断决策　的结果，仅仅是个体随机选择“跟风”的结果，因此　各出口通过的人数也是随机的。正是这两种随机　性，导致羊群行为的后果难以预测。　信息阶梯式传播有四个特征。一是低质量的信　息聚合，最初数人发出的信息所导致的后行动者行　为可以急剧地影响后行动者的行为。二是阶梯式传　播可能导致普遍的错误决策，如果最初的数人发出　的信号是错误的，那么后行动者可能由此而作出错　误的选择，进而形成错误的信息链。三是一旦错误　的信息链以阶梯方式传播，那么信息聚合就完全被　阻断，即除了最初数人的信息以外，后行动者个人拥　有的信息不再被纳人群体信息中，后行动者在决策　过程中不再考虑自己的信息。四是对更多行动者行　为的观察，并不一定能够导致群体状态的改善或决　策正确率的提高。　在一个可能遇险的群体中，人们彼此影响、彼此　模仿、彼此感染，再加上环境（如高温、浓烟、漆黑、　声响）的刺激，恐慌被急剧地放大　，人们逐渐失去　理性，这种行为往往变得难以预料和控制，即使是一　个并不大的火灾或者根本就没发生什么灾难，也可　能演变为重大伤亡事故。如２００９年１２月７日晚上　９点发生在湖南省湘乡市育才中学校园踩踏事件，　相关部门调查是多种原因共同作用的结果，实际上　羊群行为也难逃其咎。　个体问相互影响的形式有两种：第一，通过情绪　传染，比如说发生在夜晚的火灾，火灾导致停电，对　火和黑的恐惧感在遇险者中蔓延，紧张情绪传染更　有可能，更加迅速，更加激动而失控　；第二，通过　行为传染，当情绪激动之后，由不断激发的情绪引起　的行动也不断升级，并进一步刺激遇险者的情绪。　这种“情感传播”形式和羊群受惊时表现非常相似，　称之为羊群行为一点也不为过。例如１９７４年２月　１日巴西圣保罗市焦马大楼火灾中，４０人死于跳楼，　其中约３Ｏ人是在大火刚刚熄灭时，不顾楼下消防员　的大声呼唤跳楼丧生的，由此可以推断跳楼行为是　可以“传染”的　。在很多失败案例中，疏散出口并　没有发挥出最佳效率，有的出口拥挤不堪，而有的出　口又并没有几个人，这与非理性羊群行为是高度相　关的。信息阶梯式传播理论从“信息传播”和“情感　传染”的角度出发，刻画了不同个体组成的群体行　为。对于处在紧急状态或面临突发事件的个体来　说，不加思考地选择跟风从众，似乎是在时间紧迫的　情况下，一种无奈的决策和理所当然的选择。　２．３疏散中的理性羊群行为　当然也存在着一种理性的羊群行为：火场遇险　人员中的先行动者根据自己掌握的信息和拥有的知　识，对形势进行了分析判断，采取正确的疏散方式和　避难方法，并且有可能向后行动者传递正确的指示　信息，而后行动者同样根据自己掌握的信息和拥有　的知识，经过独立分析判断，或者即使自己拥有的信　息缺乏，但接收到了正确的指示信息，同样采取正确　的并且是与先行动者相同的决策，选择相同的行动　方式。理性的羊群行为就有可能脱离危险，疏散成　功，它与非理性的羊群行为的共同点是后行动者采　取了和先动者相同的决策和行动方式，不同点是后　行动者进行了自己的分析判断。