基于GIS空间分析的城市避震疏散规划研究

单宝艳，郭金金

(山东建筑大学 土木工程学院，山东 济南 250101)

一、引 言

城市人口密集、流动量大而频繁, 并且集中了大量的国家、集体和居民的财富,由地震引发的灾害和次生灾害危害性大。做好避震疏散规划对城市居民避难、震后救援及恢复重建均有重要意义。避震疏散规划的原则是“平灾结合”，避震疏散场地平时可用于教育、体育、文娱和其他生产生活活动，临震预报发布后或地震灾害发生时即作为避震疏散场所。避震疏散道路平时作为城市交通、消防通道，震时发挥防灾疏散等功能[1]。

采用GIS技术进行城市避震疏散规划研究，国内外已有不少研究成果。如李刚等把城市地震避难场所划分为3个级别,并建立了相应的避难场所规划流程[2]；黄静等立足于社区夜间避震疏散需求，综合运用GIS空间分析技术，从应急疏散需求分布、疏散空间可达性、疏散优化归属3个方面构建居民避震疏散区划方法[3]；叶明武等采用2SFCA模型和ArcGIS集成技术,定量研究上海中心城区公园的应急避难服务与居民避难需求之间的平衡关系[4]；曹国强等对城市避震疏散场所公园绿地面积指标进行了研究[5]；邹亮等基于GIS 技术，就灾害疏散模拟及救援调度进行了系统研究[6]。本文主要运用GIS空间分析方法，包括邻近区分析、基于网络的服务区分析、叠加等方法，研究震时城市各小区居民沿着最便捷的疏散通道到最近的避震疏散场地避难的优化问题，并针对不符合现行城市抗震防灾规划标准[7]的区域，提出规划思路和方案。

二、避震疏散场地和疏散通道

1. 避震疏散场地

城市避震疏散场地是居民为躲避地震灾害暂时栖身与救援部门集中救援的重要场所，可划分为以下类型[1，6]：① 紧急避震疏散场所，供避震疏散人员临时或就近避震疏散的场所；② 固定避震疏散场所，供避震疏散人员较长时间避震和进行集中救援的场所；③ 中心避震疏散场所，规模较大、功能较全、起避难中心作用的固定避震疏散场所。室外紧急避震疏散场所人均有效避难面积应不小于1 m2；固定避震疏散场所人均有效避难面积不小于2 m2。紧急避震疏散场地的用地不宜小于0.1 hm2；固定避震疏散场地不宜小于1 hm2；中心避震疏散场地不宜小于50 hm2。 紧急避震疏散场所的服务半径宜为500 m，步行大约10 min之内可以到达；固定避震疏散场所的服务半径宜为2～3 km，步行大约1 h之内可以到达。

2. 避震疏散通道

紧急避震疏散场所内外的避震疏散通道有效宽度不宜低于4 m；固定避震疏散场所内外的避震疏散主通道有效宽度不宜低于7 m；与城市出入口、中心避震疏散场所、市抗震救灾指挥中心相连的救灾主干道不宜低于15 m。避震疏散主通道两侧的建筑应能保障疏散通道的安全畅通。由于地震灾害发生后人流、车流较大,为确保人员安全与交通畅通,避难路线与救灾通道不宜混用[1，6]。

三、研究区域概况与数据获取

本研究区域为济南市经十路、二环东路、历山路、解放路4条道路所围成的区域。该区域是济南市较发达的区域，区域用地类型多样，有道路、居民区、学校、工厂、公建、公园绿地等。

本研究采用的数据为济南市全景遥感图像，分辨率为0.5 m。主要通过目视解译和实地调查的方式，获取该研究区域的如下数据：居住区、公共建筑、避震疏散场地(包括绿地、操场、公园等)及其出入口、道路、危险点(包括加油站、化工厂等)。对于避震疏散场地和疏散通道的判定规则如上所述。对这些数据采用ArcGIS分别进行矢量化，部分结果如图1所示。

图1 避震疏散现状图

对于以上空间数据，分别添加属性数据。如道路添加编号、长度、宽度3种属性；避震疏散区添加类型(公园、绿地、操场、空地、停车场等)、面积和编号3种属性；居住区添加编号、楼栋数、楼的平均基地面积、楼的平均层高、区内人口数、人口密度等。

四、基于道路网络的避震疏散服务区规划

服务区是一种较常用的空间概念，如距离某避震疏散场地步行10 min范围可定义为该避震疏散场地的服务区。产生服务区的简单方法是邻近区生成法，对点状服务设施来说，就是以该设施的位置为圆心，以服务距离为半径，在地图上产生同心圆。基于交通网络而生成的服务区比同心圆式的邻近区精确得多，还可以考虑交通速度、运输成本等因素。本文研究的是基于道路网络的避震疏散服务区，用来评价公园、绿地等场所对研究区域内小区居民避震疏散的服务水平。本研究采用ArcView3.3的Geoprocessing模块进行基于网络的服务区分析，选定的服务范围为1000 m，具体结果如图2所示。

图2 基于交通网络的服务区

图2中的深色区域即是基于道路网络的公园服务范围，每块深色区域是其所对应公园、绿地等地震时可以容纳的服务区范围。将该服务区与居住区进行叠加分析，即可得到每个居住区应到哪个避震疏散场地避难。由于该分析完全基于上述避震疏散通道到的要求进行疏散，因此避震疏散场地难以覆盖全区。由于有很多小区内的道路比较狭窄，在影像上很难辨认出来，因此这些小道路就没有被矢量化出来。实际上有些小区从小道花费很短时间就能到达避震疏散区，如果矢量化得到的道路网络再密集一些，网络分析时，这些没有被包含进去的小区就可以被包含进去。而且，震时避震疏散通道的实际选择，往往不一定完全按照规范规定的道路进行，而是根据就近的原则，选择能通过的道路进行，因此有必要进行更深入的分析，即作各避震疏散场地的邻近区分析。

五、基于避震疏散场地的服务区分析

基于避震疏散场地的服务区就是以公园绿地为中心，研究避震疏散场地在地震时的服务范围，并分析居民小区在地震时的最佳避震场所，研究这些避震场所是否能容纳下附近小区的居民在此避难。

1. 避震疏散场地的服务区划分

本研究采用ArcView3.3的Geoprocessing、Spatial Analyst两个模块进行分析。激活“避震疏散区”专题，点击Analysis菜单下的Assign Proximity选项，Output Grid Extent选择“避震疏散区”，Output Grid Cell Size选择“边界”，Cellsize选择“5米”，得到最佳避震疏散区，然后将其转化为矢量格式；再激活该矢量文件，点击菜单中的Theme选项，选择Edit Legend选项，在这里可以设置图形显示的颜色，Legend Type选择“Unique Value”，Values Filed选择“Gridcode”,将服务区重新调整颜色后显示出来，并将避震疏散区显示在服务区之上。激活避震疏散区，点击菜单中的Theme选项，选择Auto_Lable选项，Lable Field选择“编号”，这样避震疏散区的编号就显示出来了。具体结果如图3所示。

图3 各避震疏散场地的服务区

由图3可见，每个避震疏散区对应一个服务区，避震疏散区的编号与服务区的编号是相同的，且一一对应。如1号服务区内的小区居民在地震时就可以到1号避震疏散区避震，因为1号服务区内的居民到1号避震疏散区最短。

2. 公建、居住区与避震疏散场地服务区的叠加分析

该分析的主要目的是确定具体哪个小区(公建)到哪个避震疏散场地避难最合适。在ArcView的View1窗口中激活“居住区”专题，点击菜单中的view选项，选择Geoprocessing Wizard…选项，并在弹出的Geoprocessing对话框中选择Union two themes选项。在Select input theme to union 中选择“居住区”专题，在Select polygon overlay theme to union中选择“服务区”专题，即可将居住区域服务区叠加到一起，并调整显示颜色。具体结果如图4所示。

图4 避震疏散场地服务区与居住区的对应关系

由图4可见，每个服务区有其对应的居住区(公建)，各个服务区内居住区的居民到对应服务区避震疏散场所避震的距离最短。在真正地震时，研究区域内的居民就可到各自对应的避震疏散区避难。同时可以通过属性表来判定居住区与服务区的对应关系，部分结果见表1。

表1 居住区与疏散场地服务区对应表

由表1可见，到避震疏散场地8避难的居住区有177、178、179、181、241，共计2946人。对于其他的居住区也可如此找到各自对应的避震疏散区避震。统计各个服务区域内居民区的人口数量，并统计各个避震疏散区的面积。为便于观察将这两个表格放在一起，并按照每2 m2可容纳一个居民计算，查看每个避震疏散区规划分配给每个避震疏散区的居民总量是否合理。用每个避震疏散区的面积除以2后所得的值，即是每个避震疏散区可容纳的人口数量，将其与对应避震疏散服务区内的人口统计数量进行比较，就可看出避震疏散规划是否合理。比较时可以用避震疏散服务区内的人口统计数量与对应避震疏散区可容纳人口数的比值来观察避震疏散规划是否合理。若比值大于1，则避震疏散区实际能容纳的人口数量小于避震疏散规划分配的人口数量；若比值小于1，则避震疏散区实际能容纳的人口数量大于避震疏散规划分配的人口数量。如果某避震疏散场所容纳的人数小于到其避难的人，则现状不合理，在真正地震时容易造成拥堵。因此应该在其服务区内或在其附近建立其他避震疏散场所，使该服务区内居民用来避震。部分结果见表2。

表2 人口容纳比较表

由表2可见，对于疏散场地2、5、17、18、19、20，该疏散场地容纳的人数大于其按规范应该容纳的人数，必须将多容纳的人数根据规范要求分配到就近的其他服务区，若就近的服务区仍旧不满足规划要求，则应运用线性规划等方法，提出设置新的避震疏散场地的具体方案。

六、结束语

准确、有效地确定各个居民区地震时的避震疏散场所，是城市避震疏散规划的关键所在。本文将GIS空间分析方法应用于城市避震疏散规划，研究了济南市部分区域的避震疏散规划，为研究区域内的居民制定了完善的避震疏散方案，为城市避震疏散有效规划与布置避震疏散区域，降低地震灾害损失提供了科学决策依据。

参考文献：

[1] 马东辉，郭小东，王志涛.城市抗震防灾规划标准实施指南[M].北京：中国建筑工业出版社，2008.

[2] 李刚，马东辉，苏经宇，等.城市地震应急避难场所规划方法研究[J]． 北京工业大学学报，2006，32(10):901-905．

[3] 黄静，叶明武，王军，等. 基于GIS 的社区居民避震疏散区划方法及应用研究[J].地理科学，2011，31(2)：204-210.

[4] 叶明武，王军，陈振楼，等． 城市防灾公园规划建设的综合决策分析[J]． 地理与地理信息科学，2009，25(2):89-93．

[5] 曹国强, 李刚, 马东辉. 城市避震疏散场所公园绿地面积指标的研究[J].防灾减灾工程学报,2006, 26(2):224-227.

[6] 邹亮，任爱珠，张新．基于GIS 的灾害疏散模拟及救援调度[J]．自然灾害学报，2006，15(6):1-5．

[7] 中华人民共和国建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB 50413—2007 城市抗震防灾规划标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2007.