1、 本 科 毕 业 论 文题 目 城市应急避难所的建立与应急方案研究 院 别 数学与信息科学学院 专 业 数学与应用数学 指导教师 刘好斌 评阅教师 班 级 2011 级 1 班 姓 名 唐 兰 学 号 20110241199 2015 年 4 月 21 日城市应急避难所的建立与应急方案的研究摘要：目前我国自然灾害发生较多，大城市不仅需要应对频发的自然灾害，例如地震、洪水、海啸等；还要预防恐怖袭击、传染疾病、工业灾害等社会灾害近几十年来，由于自然变异加速、人口急剧增长、社会经济不断发展、城市化进程加快等因素，灾害的种类、破坏效应、危害程度等都呈现出前所未有的新特点如果一旦发生灾害，该如何紧急疏散
2、人群，如何进行人员安置，如何解决避难人群基本生存问题，于是应急避难场所应运而生，它能够迅速疏散以及容纳大量受灾人群，并为受灾人群提供基本生存物资当城市发生严重自然灾害，尤其地震灾害时，不可能也没有必要把所有居民疏散到城市外的安全地区在整个城市防灾减灾系统中，近年的经验说明建立应急避难所是灾前应急的最有效的措施规划建设城市特别是对大城市和特大城市的应急避难所，是应对城市地震、火灾和水灾等重大突发性灾害事件，减小伤亡和损失的一项重要措施城市建设避难场所已势在必行,为了提高应急避难所的应急能力，减少人员伤亡和财产损失，非常有必要对应急避难所的应急能力进行综合评价，在避难场的规划过程中应引入科学决策的
3、方法首先，在建立该城市的应急避难场所之前，要充分分析该城市规划特点以及应急避难场所建设存在的问题，还要考察该城市的现有资源，并根据该城市的实际情况，确定出相关的应急避难场所规划目标该城市所建设的应急避难场所体系为市级避难场所，实际规划时选址是一大重点在城市集中建设区选址之后，还要结合市区环境特点、场所建设规模的大小来划分和确定场所的责任服务范围，并同时做好场所功能的使用、设备设施的配套因此需要对该城市交通图，居民分布数据，医院分布情况进行分析，分别建立了交通分布模型，居民分布模型，医院概率分布模型然后，从为居民提供服务效果出发，可以选择构造出“服务效果效用函数” 对应急避难所得适宜性进行评价再
4、以覆盖全部居民点所必需的最少应急避难所数量为目标函数，以保证每个居民点至少被覆盖一次为约束，建立一个优化模型最后，结合优化模型结果以及该城市的实际情况为相关部门设计应急预案本文为了检验建立模型的有效性，选择了四川泸州为研究对象，得出出泸州现有的 12 个应急避难所的适宜性大小，并进行排序得到泸州外国语学院的适宜性最高，四川警察学院次之，泸州职业技术学院再次之详细的适宜性排名见表一对泸州的应急避难场所进行评价，得出泸州至少还需建 129 个应急避难所，详细的建设位置见表二最后坚持以人为本，从最大程度保护人民群众的生命安全角度出发，根据应急避难所服务的范围确定，并以此给出相关的应急预案关键词：应急
5、避难场所；规划；评价模型；Abstract：Key words：1 绪论11 研究背景与意义1.1.1 研究背景我国特大城市一般人口比较密集，但单体建筑物越来越高，城市中心城区建筑之间空间狭小，城市内部开敝空间严重不足，可逃生路径非常有限，同时道路交通立体化发展，避灾通道不顺畅等问题，造成城市灾害隐患加大，风险高度集中城市相对农村是一个人口密集，是经济、政治、文化、科技信息的交流中心如果城市遭遇自然灾害或是人为伤害，对城市的发展肯定有巨大的影响随着我国城市现代化进程的加快，城市受到灾害性事件威胁的风险也越来越大并且我国是世界上自然灾害最严重的国家之一，各种自然灾害在我国几乎都发生过，洪涝、干旱
6、、火灾、地震、泥石流等灾情连年不断，尤其近年来我国自然灾难更加深重：2008 初的南方冰雪冻灾、 “5.12”汶川大地震和南方多省市的暴雨洪涝灾害，2009-2010 年西南大干旱和低温雪灾、2010 年 4 月14 号青海省玉树县 7.1 级大地震、2013 年 4 月 20 日四川省芦山县发生 7.0 级地震，给人民生命财产造成了巨大损失总所周知，日本是地震多发的一个国家，一旦发生大地震，造成的城市损失将会比较严重如 1995 年日本阪神 72 级大地震，除了造成 6434 人直接死亡以外，还同时产生了 30 万人以上的庞大的避难人群2011 年 3 月发生了有史以来最大的一次地震，由地震
7、引起的核泄露给全世界带来了恐慌，但是日本的抗震防灾系统和应急避难系统处于世界领先地位，应急避难所的建立与研究也处于世界前沿日本的应急避难场所体系主要是以防灾公园、学校体育馆等大型公共建筑、城市绿地三方面为主，而它们在地震频发的日本对灾民的避难行动与避难生活发挥了重要的作用地震应急避难场所可在公园、绿地、广场、体育场、学校运动场和室内公共的场、馆、所选址，但须避开地震断裂带和洪涝、山体滑坡、泥石流等自然灾害易发生地段；选择地势较为平坦空旷且地势略高，易于排水，适宜搭建帐篷的地形；选择室内公共的场、馆、所作为地震应急避难场所或作为地震应急避难场所配套设施用房的，应达到当地抗震设防要求，鉴定合格后方
8、可启用应急避难场所应有方向不同的两条以上与外界相通的疏散道路，并要在周边和场所内设置明显的指示标志和疏散路线图目前，我国已有很多城市重视应急避难所的建立，如北京、上海、深圳等人口密集，系统复杂的城市但是却有很多城市并不重视应急避难所的建立，直到2008年汶川大地震出现，接着四川多地时不时地发生地震，才有人重视应急避难所的建立但像泸州这种二线城市，并不是很重视应急避难所建立，因为在后文对泸州应急避难所的评价来看，出现诸多避难所的不适宜，即当大型灾难发生时，泸州没办法对当地人们进行及时的补救很多地方只是觉得公园是玩耍的地方，只考虑到美观，有经济效应，并没有考虑到能否用于应急避难所当巨大灾害发生时，
9、加上人们缺乏相应的逃生意识，那么这些公园也就没有发挥出相应的功能，到时候必将出现秩序混乱，继而出现严重的灾难和巨大的损失所以本文研究对象和研究重点：即以城市应急避难场所为研究对象，探讨我国现有规划建设中存在的问题，通过本文研究，丰富和完善城市应急避难场所规划方法和手段，为相关规划的编制和规范完善提供一定的科学依据针对我国城市应急避难场所规划中的几个关键问题，将研究重点放在如何构建特大城市系统的应急避难场所体系上，包括特大城市统筹城乡场所体系如何构建，中心区场所紧急避难能力如何更加科学合理评估，大事件发生后中心区人群如何安全疏散以及特大城市应急避难场所如何进行配套规划建设等几个关键问题上，以期进
10、一步充实我国相关理论与技术规范112 研究意义大城市不仅需要应对频发的自然灾害，例如地震、洪水、海啸等；还要预防恐怖袭击、传染疾病、工业灾害等社会灾害近几十年来，由于自然变异加速、人口急剧增长、社会经济不断发展、城市化进程加快等因素，灾害的种类、破坏效应、危害程度等都呈现出前所未有的新特点如果一旦发生灾害，该如何紧急疏散人群，如何进行人员安置，如何解决避难人群基本生存问题，于是应急避难场所应运而生，它能够迅速疏散以及容纳大量受灾人群，并为受灾人群提供基本生存物资，它是“城市中的诺亚方舟” 当城市发生严重自然灾害，尤其地震灾害时，不可能也没有必要把所有居民疏散到城市外的安全地区在整个城市防灾减灾
11、系统中，近年的经验说明建立应急避难所是灾前应急的最有效的措施规划建设城市特别是对大城市和特大城市的应急避难所，是应对城市地震、火灾和水灾等重大突发性灾害事件，减小伤亡和损失的一项重要措施由于疏散安置工作事先没有规划，避难秩序混乱，对城市生产、生活、交通、安全管理带来极大的麻烦不难想象，在大城市如果没有一大批安全的避难场所，如果广大市民缺乏防灾避险的基本知识，一旦发生重大灾害和突发事件，导致公众社会秩序混乱和失控，将会造成非常严重的社会动荡和损失因此，科学、合理、高水平地规划建设不同特点的城市应急避难场所，已成为现代化大都市发展的内在要求1997 年 12 月颁布的中华人民共和国防震减灾法 ，其
12、中第三十五条规定：“地震灾区的县级以上地方人民政府应当组织民政和其他有关部门和单位，迅速设置避难场所和救济物资供应点，提供救济物品，妥善安排灾民生活，做好灾民的转移安置工作 ” 因此，科学地规划紧急避难所对于城市防灾减灾及灾后重建都有着重要的意义总的来说，如果城市有建设或规划多个应急避难场所，那么当城市发生灾害预警时，人们还可紧急避难到避难所中，获得短时间内的安全所以说全国各地区都应当大力推进应急避难所的建设和规划工作，按照相关标准来建设城市应急避难所，尽量减轻人员伤亡但需要注意的是，目前我国多个城市内部所建设的应急避难所都不符合标准，有的避难场所仅仅只能作疏散场地使用，并不能实现避难关于这一
13、点，值得我们在以后工作中深入研究最后，本文选择一个真实的城市，对该城市的应急避难场所进行研究，希望能够举一反三，用于更多的城市应急避难场所的评价与规划12 研究对象及研究内容1.2.1 研究对象本文研究的对象：城市应急避难场所，应急避难所是指利用城市公园、绿地、广场、学校操场等场地，经过科学的规划、建设与规范化管理，能为社区居民提供安全避难、基本生活保障及救援、指挥的场所随着城市现代化建设的加快，应急避难场所的建设已经成为城市公共安全的一项重要内容1.2.2 研究内容本文研究内容：城市的应急避难城所是否合理的评价方法给出合理的评价模型与方法，并对防灾给出具体的意见并以经历过地震的泸州为具体研究
14、对象，希望将此方法推广应用到任何城市本文将采用计算机模拟进行计算，对泸州的应急避难场所给出合理建议2 城市应急避难所的评价模型的建立2.1 对城市的条件进行分析1）对城市交通分布的分析：一般意义上，影响交通分布的因素包括交通源的状况(反 映 为 交 通 产 生 、吸引 ),交 通 工 具 及交通设施情况(反映为交通区间的交通阻抗,如时间、距离等),出行在交通吸引源、交通工具及交通设施状况构成的系统中,按照其本身的内在规律选择其目的地,同时满足供求(即产生、吸引)平衡的原则, ,因此，找出交 通 分 布 的 内 在 规 律 ， 交 通 区 间 的 交 通 分 布 量 与 交 通 区 的 交 通
15、分 布 量 与交 通 区 的 吸 引 量 成 正 比 ，交通区间的交通分布量与交通区间的阻抗成反比按 照 其 供 求 平 衡 的 原 则 ,即 可 得 到 一般意义上的交通分布函数模型（2）对居民分布的分析：假设在理想的地表形态上人口围绕城市中心呈圆形分布，根据人口分布规律可知，离城市中心越远的地方，人口密度越小，按照地理系统的信息熵最大化原则围绕城市中心分布，为了求出人口空间分布模型，将城市地图数字化，地图上的每一象元可以称为一个“细胞” ，最后借助最大熵方法导出居民分布模型（3）对医院分布情况的分析：医院在城市中的分布是呈离散分布的，且较靠近城市中心的地方，出现医院的概率越小，离城市中心一
16、定距离范围内的地方，出现医院的概率较大，在越靠近城市边缘的地方，出现医院的概率越小，因此可得出医院分布的概率函数，为中间型正态分布函数（4）对应急避难所的适宜性分析：应急避难所的适宜性情况直接影响为市民提供服务的效果，则将对应急避难所的适宜性的评价转化为对市民提供服务效果的评价，因此，构造了“服务效果效用函数”作为适宜性评价函数其中评价函数是由两部分组成，一是服务面积比，用以说明应急避难所的空间服务能力；二是服务人口比，用以说明应急避难所为避难人群提供服务的情况，据此，构造出应急避难所的适宜性评价函数（5）对应急避难所的优化分析：根据各应急避难所在城市区域内的分布位置，应急避难所必须能满足整个
17、城市人口的避难需求，覆盖到所有的居民区，建立一个位置集合覆盖模型，以能覆盖全部居民点所必需的最少应急避难所数量和位置为目标函数，以保证每个居民点至少被覆盖一次为约束，建立一个优化模型其中应找出城市中科学的规划建设与规范化管理，能为社区居民提供安全避难的基本生活保障，及救援指挥的应急避难所为侯选应急避难所，然后运用 Lingo 软件求出实际应建立的应急避难所，并将已有的应急避难所排出，即得出该城市还需建立的应急避难所的最少个数及位置2.2 对模型进行必要假设及相关符号说明2.2.1 模型假设1.不考虑人流高峰期，突发事件对道路交通的影响；2.假设城市是一个圆，在理想的地表形态上人口围绕城市中心呈
18、圆形分布；3 该城市人口的分布与演化具有熵最大化的趋势；4.人群在遇到灾难时都会选择最近的路线到达应急避难所，所有应急避难所都符合国家正规标准2.2.2 符号说明：交通区 到交通区 的交通分布量；ijxij：交通区 的交通产生量；iT：交通区 的交通吸引量；jUj：交通 到 的交通阻抗；ijftij：人口 在直线上各细胞中的分配的状态数；wp：“细胞”包含的人口总量；：直线上人口分布的信息熵；h：服务人口比；W：服务面积比；C：第 个应急避难所服务范围所覆盖的面积；iA: 研究区域的总面积；：第 个应急避难所服务范围所覆盖的人口；iP: 研究区域的总人口2.3 城市应急避难所评价模型的建立2.
19、3.1 交通分布模型根 据 对 交 通 分 布 内 在 规 律 的 分 析 ，作出如下假定：交 通 区 间 的 交通 分 布 量 与 交 通 区 的 交 通 吸 引 量 成 正 比 ；交通区间的交通分布量与交通区间的阻抗成反比；当 i 交通区到 j 交通 区 的 阻 抗 0 时, i 到 j 交通区的交通分布量 ；当 i 交通区到 j 交通区的阻抗时, i 到 j 交通区的交通分布量0据此，可得出交通分布模型的一般函数形式为 jijiiiUxTft其中， 为阻抗参数，出行距离交通阻抗 须满足以下条件：ijt ij(1) 为单调递增函数；(2) 当 0 时， 0ijtijft常可用 的形式, 为
20、待定系数对于居民出行等来说,由于不同出ijfij行目的交通源的布局不同,因此不同出行目的的分布所处系统状况不同,故应对不同出行目的分布建立不同的模型同样,由于不同交通区交通设施情况不同,也应对不同交通区的交通分布建立不同的模型按照出行系统供求平衡的原则,应有如下关系:ijixT即 1jjiiUtT上式是一个以 为根的一元方程,因而解之即可确定 2.3.2 居民分布模型假定一个市区的人口总量为 从城市中心开始作一条直线，直线上“串”0p有 N 个细胞，由于细胞足够小，故 可被视为对应区位的人口密度 可以写iw成一个有序划分问题，即有 01, 0!nnpiiw相应地有 0l!l!niihp以熵最大
21、化为目标，则有 lnMaxw约束条件可以写成 ip02ii这里以细胞的尺度（直径）为度量单位要了解的是城市人口密度 与半i径 之间的关系，于是问题可以化为求条件极值问题；熵最大化的条件可以就是i我们所要得到的答案，因为熵值的大小取决于人口的空间分布密度，作Lagrange 函数 iiiii pppJ 2!ln!l 021由于 ， 的数值一般很大，利用 Stirling 近似公式 对pi Nln/!l式求偏导，得到iJ21ln/ iJiii ， 为 La 氏乘数，根据极值 条件 ，应有12 0iiJ12iie在理论上，细胞的尺寸可以无穷小，考虑到理想地表的连续性，为了计论方便，可以将变量连续化，
22、即令 ，这里 ，于是加和式转,iri0,化为积分式，将 代入 中，可得积分方程12iie0iip12000RRrrded其中， 为城市的最大半径，当 很大时，利用分步积分法，并考虑到Hospital 法则，可由上式解得 120ep续而可以得到 220rr不考虑离散一连续转化过程中产生的初值 误差，令 ，则城市中心的人口0密度可以表为 200p设 表示城市的特征半径，并用下式定义0r 200r若以 为市域 范围内的平均人口密度，则 范围内容纳的人口数量为城020r市人口总数 的一半，由 相关的两式可得p020rl将上式与 一起代入 中，立即得到200p220rrpe0xr即所求模型为居民分布模型 e()rr2.3.3 医院分布模型取城市为研究对象，根据对医院分布情况的分析，可得出城市医院分布概
