高校社区防灾规划设计探究

高校社区防灾规划设计探究

摘要:我国高校校园因历史原因具有人群密度高、区域内功能划分混乱的特点,这使其成为当今城市各项防灾体系中较为脆弱的一环。文章以日本“防灾生活圈”理念为基础,以大连理工大学主校区为研究对象,分析场地建设、功能分区、人群行为和疏散路径这四个方面的特点与优势,运用实地调研和GIS数据平台,对校园防灾规划进行分析与总结。对大连理工大学主校区的防灾规划提出改进意见,提出“环绕式避难场”的高校防灾规划构想,提升地震灾后校内人员的避难效率,提升我国校园防灾规划设计的理论与实践水平。

关键词:城乡规划管理;校园防灾规划设计;防灾生活圈;地震灾后避难;GIS

引言

目前,我国高校对国家的发展具有重要的战略意义,近年来,新建与扩建的高校校园数量持续递增,人群密集、活动频繁等特点对校园的防灾工作提出了巨大的挑战,因此,做好针对高校校园的防灾规划设计,才能够更好地保障校内人员与财产的安全。为了做好城市防灾工作,2007年住建部的《城市建设综合防灾十一五规划》指出:应将社区作为城市综合防灾的基础单位。本文基于既有研究经验,将高校校园作为单一社区进行防灾规划设计研究,结合日本“防灾生活圈”理念与我国高校校园特点,分析总结出适应我国高校校园的防灾规划设计,同时为高校校园建设提供防灾维度的设计思路。

1概念解析与国内外研究现状

1.1概念解析。1.1.1日本“防灾生活圈”日本“防灾生活圈”体系包括“区域防灾生活圈”“地区防灾生活圈”和“社区防灾生活圈”三个圈层(图1)。其中,“社区防灾生活圈”是构成“防灾生活圈”的基本单位,周边居民可在灾害发生的第一时间快速撤离和避难,因此一般选址在居民较为熟悉的安全区域。本文主要研讨如何通过“社区防灾生活圈”层级的规划设计,帮助校内人员在政府救援到达前做到快速反应,提升避难效率。1.1.2高校社区文章根据世界卫生组织1974年提出的定义,将社区定义与中国高校校园在各个维度上的特点进行比照(表1)。高校校园属于“社区”概念中的“专能社区”,其中包括教学与办公场所、校内交通系统、开放空间与运动场地及其附属场地等。以社区为单位对高校校园进行防灾规划设计符合国家对于城市防灾规划的要求,既能在基础层面为城市防灾建设打下坚实基础,又能提高社会对于校园防灾建设的重视,对于城市和校园的防灾建设工作具有重要的研究意义。

1.2国内外研究现状。“防灾生活圈”是日本政府以社区为单位,针对自然灾害建立的城市防灾规划系统,日本政府不仅颁布了《关于减灾防灾科学研究方面的指导意见》,详细列举七点联系紧密的因素,还针对社区内校园的防灾工作提出:将中小学校园作为城市防灾的主要场所,实行“校舍补强计划”,对全国范围内的校舍进行排查加固,为灾害发生后周围居民避难做好准备。日本防灾技术专家三船康道在《地域、地区防灾手法》中也指出需要重视高等院校、企业与行业联合研究机构在灾害发生时起到的组织作用,提出“产、学、研”相互组合协助的防灾模式,进一步强调了基础单位在城市防灾体系中起到的重要作用[1]。在欧洲的城市防灾体系中,城市的每个位置都配有一个5分钟内可到达的避难场所,大学校园作为其中一环[1],要求校园的规划能保障灾害发生时校内人员的自发疏散和避难工作,这种由下至上的防灾规划理念在欧洲已经形成。国内对于校园的防灾避难规划仍处于理论研究阶段。李异等[2]从功能布局和避难时长的角度将校园防灾体系分为紧急避难所、临时安置所和中长期安置所,强调对开放空间和交通系统的重点设计。张曦元等[3]按照灾害发生的时间顺序,将校区分为三个平行级别避难圈共同协作完成避难。南京工业大学建筑学院王江波副教授[4]在2016年出版的《住区避难圈》一书中指出:日本“防灾生活圈”存在两点弊端:(1)在自主避难时,居民对于避难场所的选择存在差异从而延长避难时间;(2)不同人群的出行习惯导致避难路线的选择偏差。他基于“防灾生活圈”的研究提出适用于中国社区的“避难生活圈”概念。

1.3总结。目前,世界各国对于校园防灾规划的研究已见成效。其中,日本政府在规划中针对建设情况、功能分布、人群行为和疏散路径四个维度进行研究,确定合适的避难空间,采用以某避难场所为中心的集中式避难。中国相较日本而言,城市建设并不完善,因此国内更需缩短避难时间,提高避难效率。中国的“避难生活圈”理念考虑到不同人群的出行习惯,将避难空间散布于避难圈的,在避难过程中更具有灵活性。目前,各国提出许多关于校园防灾的构想,而国内仍缺少此方面的针对性设计,因此本文在研究中将基于日本“防灾生活圈”的构建模式,结合国内“避难生活圈”理念,对校园“自助+互助”防灾规划进行研究,提出适用于高校校园的防灾规划设计。

2高校社区防灾维度分析

通过对比可以发现,将高校校园作为一个独立社区进行研究时,其平面构造与普通社区有一定的相似性;普通社区的功能分布较为平均,而高校的建筑群因历史原因导致各部分功能分布不均匀;相较于普通社区,高校社区的使用功能更加单一,人群特点更加突出;随着城市的不断发展,普通社区除内部已经形成的道路结构外,相互之间的通达性也有所增强,但校园在日常使用过程中,单一的使用功能加上密集的人群动线极易加重灾害带来的影响。因此,通过“社区防灾生活圈”的四个建设维度(图2)对高校校园进行针对性分析,能够更加合理地总结出适用于高校校园的防灾规划方案。

3研究对象分析——大连理工大学主校区

大连理工大学主校区占地面积2180000m2,其中主教学区占地面积942100m2,教职工与学生约46000人。学校地形东西窄、南北宽,地势北高南低。校内道路主要呈东西向与南北向交错。校园内含有多座教学楼、实验楼,同时包含体育场馆、国际会议中心、家属居住区等建筑物。

3.1避难场所缺乏安全性。主教学区内建筑物的建设年代横跨半个多世纪,遭遇灾害时建筑物的倒塌范围将会影响避难空间和疏散通道的安全性。不同功能的建筑承载的人群量也有很大差距,高密度人群在撤离时会发生人群聚集,影响疏散速度,延长避难时间。同时主教学区呈北高南低的地势,校园中间有多座山丘相连,遭遇灾害时地质变动也会影响避难场所的安全性。

3.2使用功能分布不均。由于建校初期的教学馆集中在西区,实验教学楼多数集中在东区,因此学校教学功能主要集中在东区和西区,以老建筑为中心向四周扩散;南区和北区主要分布公共服务设施和住宅区。从宏观角度看,校园内各项功能分布不均,在日常使用时西区和东区的人口密度将会远超南区和北区,在夜间,北区的住宅区域人口密度将会达到峰值。因此当灾害发生时部分区域将会因为人流密度过大延长疏散时间。

3.3人群行为模式复杂多样。当灾害来临时,人通常会选择自己印象中最深刻的场地进行避难。不同人群的行为习惯在避难场地的选择上存在巨大的差异。经调查,大连理工大学主教学区内空地面积约为246322m2,约占总面积的1.129%,根据在校人员日常使用频率以及场地现状,总结出东、西、南、北四个区域内使用者日常最常经过的空旷场地,将其定点相连获得对应图形(图3)。多边形顶点数越多代表该场地承担的人群密度越大,形状越不平滑代表各建筑到达场地的距离差越大。由此可见:南区的场地人群活动量较小,空地可平均分配给对应人群;东区和北区人群动线较为复杂并存在大量交集,各空旷区域间距较远,有效覆盖面积大;西区人群动线密集,各建筑物到空地的距离较为平均。

3.4缺少防灾路线规划。根据道路宽度可以将主教学区内的道路进行三层分级,大于等于双向两排车道判定为一级道路,单向一排车道判定为二级道路,小于一排车道判定为三级道路。校园内路网横纵交错,南门至北门主路从校园中心穿过,西侧路网呈鱼骨状排列,建筑物至空地的直线距离较短。东侧路网因地势原因产生高低起伏,区域内多条交错的岔路,道路宽度更窄,通达性较差。北区教学楼靠近主路,可以保证教学楼附近的通达性,而住宅区楼间距较近,只有少量的小路将其串联。灾害发生时,未经规划的疏散路线将直接影响避难效果。

4大连理工大学主校区防灾规划设计

4.1确认安全避难场地。对于“校园防灾生活圈”来说,避难场地的安全性最为重要。首先选取校园内符合规范的空旷区域,研究建筑物的倒塌半径结合原有地形的弱点,选取最佳避难空间,避免二次灾害带来的伤害。因校园内建筑物年代不同,建造方式也各不相同,为达到最佳的避难效果,规划设计中将所有建筑物的倒塌半径设定为1/2~1H(H=建筑檐口至地面的高度),在最大程度上保证场地的安全性。通过ArcGIS计算出校园内所有建筑物倒塌半径在1/2H的范围和建筑物倒塌半径在1H的范围(图4)。将图中未被建筑倒塌堆积物覆盖的区域进行重叠,获得主教学区安全等级最高的一级避难场地和安全性次于一级场地的二级避难场地(一级避难场地包含在二级避难场地范围之内)。

4.2根据使用功能划分避难空间。校园内功能复杂,根据地形和人群行为细化防灾分区,把大空间划分为小空间,在此基础上将避难空间围绕区域内主要建筑物设立,提高避难效率。根据《GB21734—2008地震应急避难场所场址及配套设施》[5]规定,按照临时避难场地人均面积大于1.5m2的最低标准计算获得场地容纳人数(表2)。避难场地容纳人数≥5000人的大型避难场作为长期避难场,5000>容纳人数≥1000的中型避难场作为临时避难场,容纳人数<1000为小型避难场作为紧急避难场。紧急避难场对应“社区防灾生活圈”,作为灾害发生时的基本防灾单元,满足人群自发性临时避难和短期停留的基本要求。临时避难场对应“地区防灾生活圈”,作为灾后数小时内的防灾中转站和紧急与长期避难的过渡区。长期避难场对应“区域防灾生活圈”,是校园内最高级别防灾区,满足灾后长时间人群安置需求,便于开展防救灾指挥以及人员物资调配等工作。

4.3根据人群行为创建“环绕式避难场”。将已确定的避难场地叠加在空地与人群动线图上,根据其能够荷载该区域内避难人数为基础,以环绕“一般生活区”的方式划分零散的避难空间,确保辐射校园内的所有位置。取健康的成年人步行速度最小值为1.75m/s,结合“防灾生活圈”中“社区生活圈”最小避难疏散圈直径500m的要求,生成大连理工大学主校区避难场地示意图,疏散圈可完全覆盖主校区(图5)。

4.4做好全周期避难路线规划。校园防灾的过程起始于灾害发生的瞬间,校内人员需在最短的时间内选择紧急避难场完成第一阶段的避难任务。若灾害等级升级,原本的紧急避难场将会受到波及,避难者需根据临时避难路线到达临时避难场,完成第二阶段的避难。考虑到灾害的严重性,保证灾时人身安全和信息畅通,便于救灾物资管理,避难者须在短暂的安全期内根据最短路径,由临时避难场快速撤离至长期避难场(图6)。灾害的影响是持续发生的,紧急避难可在灾害来临的初期尽量规避风险,但更应该注意做好长期避难的规划。分散在各处的避难者应尽快到达集中避难区域,以便在救援物资到达后获得救助,实现从自救、共救到获得公救的最终目标。结语大学校园是城市中特殊的组成模块,随着世界范围内以社区为单位的防灾规划理念逐渐成熟,如何在校园中置入防灾规划理念、保障人身安全、降低财产损失成为现阶段亟待解决的问题。以作为城市中特殊社区的大学校园为切入点,结合日本“防灾生活圈”与中国“避难生活圈”理念,从建设情况、功能分布、人群行为和疏散路径四个维度分析大学校园现状,运用GIS模拟数据对大连理工工大学主校区进行防灾规划设计,提出“环绕式避难场”的设计思路,并在以往研究基础上增加长期避难规划,进一步完善校园防灾流程,不仅为中国高校校园提出了更为系统的防灾规划思路,而且能够为城市防灾打好基础。

作者:唐建 李东翼 徐柏刚 单位:大连理工大学建筑与艺术学院