浙江大学学报(工学版)

浙江大学学报(工学版), 2025, 59(9): 1881-1890 doi: 10.3785/j.issn.1008-973X.2025.09.012

计算机技术

顾及地标显著度的商业建筑应急疏散地图设计−以地震疏散为例

杜萍,, 张钊, 刘涛,, 杨晓霞, 郭楠, 李朋朋

1. 兰州交通大学 测绘与地理信息学院，甘肃 兰州 730070

2. 地理国情监测技术应用国家地方联合工程研究中心，甘肃 兰州 730070

3. 甘肃省测绘科学与技术重点实验室，甘肃 兰州 730070

4. 平凉职业技术学院 建筑工程系，甘肃 平凉 744000

5. 成都理工大学 地理与规划学院，四川 成都 610059

Design of indoor emergency evacuation maps for commercial buildings considering landmark salience: taking earthquake evacuation as an example

DU Ping,, ZHANG Zhao, LIU Tao,, YANG Xiaoxia, GUO Nan, LI Pengpeng

1. Faculty of Geomatics, Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070, China

2. National-Local Joint Engineering Research Center of Technologies and Applications for National Geographic State Monitoring, Lanzhou 730070, China

3. Key Laboratory of Science and Technology in Surveying and Mapping, Gansu Province, Lanzhou 730070, China

4. Department of Architecture and Civil Engineering, Ping Liang Vocational and Technical College, Pingliang 744000, China

5. College of Geography and Planning, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China

通讯作者: 刘涛，男，教授. orcid.org/0000-0003-0202-0032. E-mail：liutao@lzjtu.edu.cn

收稿日期: 2024-10-26  

基金资助: 国家自然科学基金资助项目（42461059, 42261076）；甘肃省自然科学重点基金资助项目（25JRRA152）.

Received: 2024-10-26  

Fund supported: 国家自然科学基金资助项目（42461059,42261076）；甘肃省自然科学重点基金资助项目（25JRRA152）.

作者简介 About authors

杜萍（1976—），女，副教授，博士，从事应急制图研究.orcid.org/0009-0001-0764-1981.E-mail：422017390@qq.com , E-mail：422017390@qq.com

摘要

传统室内疏散地图忽视个体的应急寻路行为和地图认知特点，难以满足当前商业建筑室内紧急疏散的需要. 为此，以地震应急疏散为例，分析个体在商业建筑室内空间中的应急寻路行为；梳理应急寻路过程中始终存在的地图认知压力源；基于空间信息供需视角，提出疏散地图认知模型；确定室内应急疏散地图的设计原则和设计方法. 以兰州市某大型城市综合体为例，针对不同性别群体计算候选地标的显著度，实现地标分层提取，依据地图学相关理论，设计地震应急疏散地图；开展虚拟地理试验，评价地震应急疏散地图的可用性. 试验结果表明，疏散地图认知模型对制图者的地图设计具有指导作用，本研究所采用的地标显著度计算方法适用性较好，顾及地标显著度的商业建筑应急疏散地图能够有效缓解个体的状态焦虑，提高地图认知效能和疏散效率.

关键词： 应急寻路 ; 室内疏散地图设计 ; 地图认知 ; 地标显著度 ; 商业建筑

Abstract

Most traditional indoor evacuation maps neglect emergency wayfinding behaviors and map cognition characteristics, making them unable to meet current demands for indoor emergency evacuation in commercial buildings. To address this, taking earthquake evacuation as an example, emergency wayfinding behaviors in commercial building interiors were analyzed. Persistent stressors in map cognition during wayfinding were identified. A cognitive model for evacuation maps was proposed based on the spatial information supply-demand perspective. Design principles and methods for indoor emergency evacuation maps were established. Using a large urban complex in Lanzhou as a case study, landmark salience for candidate landmarks was calculated for different gender groups, enabling hierarchical landmark extraction. Earthquake evacuation maps were designed according to cartographic theory. Virtual geographic experiments were conducted to evaluate map usability. Results demonstrate that the cognitive model for evacuation maps provides guidance for cartographers during map production. The landmark salience calculation method used shows good applicability. Additionally, evacuation maps incorporating landmark salience can effectively reduce individual state anxiety, enhance map cognitive efficacy and improve evacuation efficiency.

Keywords： emergency wayfinding ; indoor evacuation map design ; map cognition ; landmark salience ; commercial building

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本文引用格式

杜萍, 张钊, 刘涛, 杨晓霞, 郭楠, 李朋朋. 顾及地标显著度的商业建筑应急疏散地图设计−以地震疏散为例. 浙江大学学报(工学版)[J], 2025, 59(9): 1881-1890 doi:10.3785/j.issn.1008-973X.2025.09.012

DU Ping, ZHANG Zhao, LIU Tao, YANG Xiaoxia, GUO Nan, LI Pengpeng. Design of indoor emergency evacuation maps for commercial buildings considering landmark salience: taking earthquake evacuation as an example. Journal of Zhejiang University(Engineering Science)[J], 2025, 59(9): 1881-1890 doi:10.3785/j.issn.1008-973X.2025.09.012

已有研究表明，大城市里人们每天在室内的活动时间几乎占90%[1]. 当前，商场、大型购物中心和城市综合体等商业建筑已经成为人们室内购物、休闲和社交的重要场所. 商业建筑服务功能交叉，空间布局、地物类型和连通关系复杂，且这类场所人员高度集中，遭遇地震之类的突发事件时，室内人员如何通过应急寻路快速完成疏散已成为商业建筑应急管理的关键问题之一.

地图是人类认知空间的工具[2]. 在室内应急寻路的过程中，及时提供疏散地图，有利于人们掌握正确的局部信息和室内整体布局，促进疏散进程. 地标是环境中以及认知主体关于环境的结构化信息表征中突出的对象[3]，是人们应急寻路过程中最重要的指引线索. 地标显著度是个体选择地标的主要依据，代表地标对个体的吸引力[4]，性别会影响个体对同一区域中不同地标的显著度感知和选取[5]. 从地图使用角度看，充分考虑地标显著度的室内疏散地图能够大大提高个体的地图认知效率. 传统的室内地图大多只表示建筑要素，地图传达的信息十分有限，地图要素的表达方式也缺乏空间认知的支持[6]. 当前针对室内地图的研究大多集中在室内地图的设计原则[6-8]、二维或三维地图的表达方法[9-10]、楼层切换或室内外切换[8,11]、室内地图符号设计[12-13]等方面，未充分重视地标显著度在地图上的表达. 在紧急情况下，这些地图的空间信息支持功能非常有限，不利于室内人员的快速疏散.

当前，应急管理模式已经从传统的“预测-应对”转变为“情景-应对”，基于情境的应急制图是这一思想在应急测绘保障服务中的具体体现[14]. 本研究以地震疏散情境为例，分析个体在商业建筑室内的应急寻路行为和地图认知压力源，从空间信息供需视角提出疏散地图认知模型以指导地图设计，并基于商业建筑室内地标的显著度评价，完成面向不同性别群体的地标分层提取和应急疏散地图设计. 最后，开展虚拟地理试验，对地图的可用性进行评价.

1. 室内应急寻路行为与地标

应急疏散的目的是以最安全有效的方式将灾害事故现场的受灾人员撤离到安全区域[15]. 在应急疏散的过程中，个体被动承受的认知压力源包括不利于寻路的外部因素和内部因素. 认知理论认为压力源会引起个体产生压力反应，增加认知负荷[16]. 应急情境下的认知压力源会诱发个体的状态焦虑，对认知加工系统产生不利影响[17]. 应急寻路是个体在疏散过程中不断进行自我定位和寻找目的地的一种行为，是陷入状态焦虑的寻路个体面对风险极高的灾害场景时产生的一种应急反应. 应急寻路行为跟日常寻路一样，主要包括感知和认知环境、形成寻路决策、决策付诸行动3个阶段[18]，但比日常寻路行为更加复杂. 在应急寻路的过程中，个体通过对室内空间结构、空间对象、地震已经或即将产生的后果、疏散人群等认知线索的快速感知，将其转化为记忆后不断进行再加工，实现对空间结构、空间对象、灾害态势及人群互主体的认知，明确自身与安全出口之间的方位关系. 在此基础上，迅速规划行进路线，并在行进过程中根据不断感知与认知的结果，反复修正行进路线.

疏散效率、寻路中的信息支持和疏散人员情绪稳定是保障疏散成功的3个关键因素[19]. 在应急寻路的过程中，个体如果没有环境之外的其他信息来源，只能依靠自身对灾害场景的感知和认知，实现空间信息的识别、提取与判断. 由于地震场景信息量庞大，疏散现场嘈杂混乱，再加上视觉受限和状态焦虑，个体获取的空间信息通常是局部的、不完整的，有时甚至是错误的，对室内全局空间结构的掌握也非常有限，这些都会增加寻路时长，甚至诱发冒险行为.

地标是寻路过程中重要的点状标志物，是最基本、最有价值的空间认知要素[20]，是人们认知空间的第1步[21]，通常被当作定位、定向和路径识别的参考点[22]. 作为导航寻路的关键要素，地标可以降低个体寻路过程中的认知负荷、增强导航信心，对于安抚情绪和保障寻路决策的正确性有很大作用[23]. 室内地标是室内环境中的显著对象[4]，能够帮助个体建立对室内环境的结构化理解[24]. 因此，地标是室内疏散地图上重要的空间认知要素. 从客观上看，充分考虑地标显著度的室内应急疏散地图有利于灾害场景和诸认知线索的时空增强；从主观上看，则有利于增强寻路个体的认知、决策和执行能力，进而稳定个体情绪，提高疏散效率. 基于室内疏散地图的个体应急寻路行为如图1所示.

图 1

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图 1   基于室内疏散地图的个体应急寻路行为

Fig.1   Emergency wayfinding behaviors based on indoor evacuation maps


2. 应急疏散地图空间认知

2.1. 地图空间认知压力源

认知负荷是影响地图空间认知的主要因素. Hammond[25]区分了增加个体认知负荷的外部和内部2种压力源：外部压力源指由系统外部引起的干扰，内部压力源指由认知任务本身产生的干扰.

2.1.1. 外部压力源

在地震应急寻路的过程中，个体被动承受的外部压力源主要包括室内环境、地震灾害及其引发的非常规室内状态.

1) 室内环境. 商业建筑封闭的室内空间是个体开展应急寻路的主体场所. 这类场所和外界的连接点较少，缺乏地面景观和自然光，且存在众多结构和风格类似的建筑构件. 与开放的室外空间相比，多个独立的营业单元将商业建筑内部分割成细小、繁多的围合空间，加上中庭、楼梯、电梯等竖向交通，使得商业建筑室内环境具有尺度小、通视性差和连通关系复杂等特点. 此外，由于商业建筑室内人员高度集中，人与人或人与障碍物之间的相互作用增强[26]，这些都会影响个体对室内空间的整体认知.

2) 地震灾害及其引发的非常规室内状态. 地震灾害严重威胁个体的生命安全. 当地震发生时，个体通常先避震，再疏散，但何时才是地震疏散的最佳时机往往难以精准把握. 再加上疏散过程中的嘈杂混乱、人员拥挤或踩踏、极有可能出现的再次地震和他人的冒险行为等，都会导致个体的心理和生理应激发生显著变化，感知方式和时间估计可能因压力而扭曲[27]，进而影响个体的整体认知水平.

2.1.2. 内部压力源

在地震应急寻路的过程中，个体被动承受的内部压力源主要包括个体属性、不安全行为和应急疏散地图等.

1) 个体属性. 年龄、性别、受教育程度、认知风格、视觉生理、心理素质、疏散经验、室内空间知识和对地图的熟悉程度等个体属性是影响地图认知水平的主观因素，会对地图信息的获取和加工产生极大的影响[28]. 已有研究表明，个体的性别、文化程度与恐慌心理和疏散行为具有较强的相关性[29].

2) 不安全行为. 根据行为安全“2-4”模型[30]，个体在地震应急疏散过程中存在的不安全行为主要包括：折返行为（如折返回某处寻找走散的家人）、从众行为（如盲目跟随他人逃生）、冲动行为（如跳楼跳窗）、惯性行为（如坚持选择自己平时较熟悉的路径和出口）、错误使用工具行为（如乘坐电梯）等. 这些不安全行为都可能导致个体产生错误的地图认知，甚至弃用地图.

3) 室内应急疏散地图. 室内应急疏散地图本身也会影响个体对地图的认知效果. 有些疏散地图以建筑平面图作为底图，包含大量的冗余信息，例如房屋的结构细节和专业的建筑符号，使得个体无法在疏散过程中快速、准确地解译地图.

2.2. 空间信息供需视角下的疏散地图认知模型

地图学三角形模型将地图、读者、环境作为3个重要的地图空间认知研究对象[31-32]. 依据该模型，从地图空间信息的供需视角，提出疏散地图认知模型（见图2）用以指导地图设计.

图 2

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图 2   空间信息供需视角下的疏散地图认知模型

Fig.2   Cognitive model of evacuation maps under view of spatial information supply and demand


从空间信息供给的角度看，制图者依据快速疏散这一用图目标将地震情境下的制图需求精准化，把最有利于陷入状态焦虑的用图者开展应急寻路的空间信息以最恰当的可视化方式呈现在疏散地图上；从空间信息需求的角度看，用图者在地震疏散的过程中，须从地图上快速获取最有利于应急寻路的空间信息. 这种空间信息的供需匹配以疏散地图作为载体，匹配过程基于2种类型的空间认知：制图者的空间认知和用图者的地图认知，用图者的地图认知效能受空间信息供需匹配及双方认知拟合程度的影响.

1) 制图者的空间认知. 制图者的空间认知发生在地震之前. 首先，制图者充分考虑用图者在疏散过程中持续存在的认知压力源和由其诱发的状态焦虑，通过概念化对地震情境进行抽象、概括和精简；随后，通过比较、分析与思考，从商业建筑室内空间中选取包括显著地标在内的最有利于用图者应急寻路的空间信息，明确最适合的信息表现形式，形成更准确、更具针对性的认知地图；最后，制图者建立地图数据模型，运用最适合的地图语言将认知地图输出为应急疏散地图[14].

2) 用图者的地图认知. 用图者的地图认知发生在认知压力源持续存在的地震疏散过程中，包括感知、表象、记忆和思维等4个阶段[33]. 首先，用图者通过阅读地图，形成对室内空间环境的感觉和知觉，但受认知压力源的影响，其视觉敏感度和噪音过滤能力均有所下降[34]. 然后，用图者通过回忆和联想，形成关于室内空间结构和空间对象的认知地图，但认知压力源会抑制该阶段空间知识的形成[35]. 第三，用图者将认知地图存储在大脑中并与大脑中的已有信息相联系，以加深对当前室内空间环境的认知. 由于认知压力源的存在，用图者处理信息的速度会更快，但不会仔细地将信息片段连接起来形成一个完整的事件链[36]. 最后，用图者基于认知地图和已有记忆进行创造性思维，实现对商业建筑室内空间和地震态势的认知，用以辅助自身的室内定位、疏散路径选择和修正，但受认知压力源的影响，用图者会倾向于选择不确定性高的选项[37]. 从上述4个应急地图认知阶段可知，用图者在疏散过程中须付出较日常寻路更多的认知努力[17].

3) 空间信息供需双方的认知拟合. 制图者和用图者认知地图之间的相似性可以用认知拟合来描述[38]. 制图者和用图者的认知地图越接近，两者的认知拟合程度就越高，空间信息供需双方就更加匹配，疏散地图也更具实用性和可靠性.

3. 地标显著度计算

依据文献[39]，确立情境显著度、视觉显著度、用户属性显著度和空间显著度作为地标显著度的一级评价指标，并选取任务相关性等12个二级指标，构建室内地标综合显著度评价模型，其表达式如下：

$ {S}_{\rm{sum}}={\omega }_{\rm{m}}{S}_{\rm{m}}+{\omega }_{\rm{v}}{S}_{\rm{v}}+{\omega }_{\rm{p}}{S}_{\rm{p}}+{\omega }_{\rm{s}}{S}_{\rm{s}} . $

式中：$ {S}_{\rm{m}} $为情境显著度，表征地震情境下地标对个体应急寻路的重要程度，考虑的二级指标包括任务相关性X1、结构稳定性X2、个体离危险源的距离X3、所处通道宽度X4和地标的离地高度X5；$ {S}_{\rm{v}} $为视觉显著度，表征地标的外在视觉特征，考虑的二级指标包括地标的立面面积X6、颜色X7和亮度X8；$ {S}_{\rm{p}} $为个体属性显著度，表征个体属性对地标感知能力的影响程度，考虑的二级指标包括个体具有的空间知识X9和个体兴趣X10；$ {S}_{\rm{s}} $为空间显著度，表征地标在室内环境中的空间角色或所处位置的重要程度，考虑的二级指标包括地标的通达性X11和独立性X12；$ {\omega }_{\rm{m}} $、$ {\omega }_{\rm{v}} $、$ {\omega }_{\rm{p}} $、$ {\omega }_{\rm{s}} $分别为对应的权重系数，且$ {\omega }_{\rm{m}} $+$ {\omega }_{\rm{v}} $+$ {\omega }_{\rm{p}} $+$ {\omega }_{\rm{s}} $=1.

$ \left.\begin{array}{ll}{S}_{\rm{m}}={\sum }_{i=1}^{5}{\omega }_{i}{S}_{i}, &{S}_{\rm{v}}={\sum }_{i=6}^{8}{\omega }_{i}{S}_{i}, \\{S}_{\rm{p}}={\sum }_{i=9}^{10}{\omega }_{i}{S}_{i}, & {S}_{\rm{s}}={\sum }_{i=11}^{12}{\omega }_{i}{S}_{i}. \\ \end{array}\right\} $

式中：$ {S}_{i} $为各二级指标的归一化值；$ {\omega }_{i} $为各二级指标的权重系数，每个一级指标下所有二级指标的权重系数之和为1.

$ {S}_{i}=\frac{{X}_{i}-{\rm{min}}\;({X}_{i})}{{\rm{max}}\;({X}_{i})-{\rm{min}}\;({X}_{i})} . $

采用AHP-CRITIC-ICM 组合赋权法确定$ {\omega }_{i} $，以确保权重的科学性和合理性：

$ {\omega }_{i}=\alpha {\omega }_{i}^{{\mathrm{AHP}}}+\beta {\omega }_{i}^{{\mathrm{CRITIC}}}+\gamma {\omega }_{i}^{{\mathrm{ICM}}} . $

式中：$ \alpha $、$ \beta $、$ \gamma $分别为AHP法（主观赋权方法）、CRITIC法和ICM法（客观赋权方法）的权重系数，且$ \alpha $+$ \beta $+$ \gamma $=1，为了顾及主、客观赋权法以及CRITIC法与ICM法之间的均衡性，依据文献[40]，设置主观权重与客观权重各占50%，即$ \alpha $=0.50，$ \beta $=0.25，$ \gamma $=0.25；$ {\omega }_{i}^{{\mathrm{AHP}}}$、$ {\omega }_{i}^{\mathrm{CRITIC}} $、$ {\omega }_{i}^{\mathrm{ICM}} $分别为采用AHP法、CRITIC法与ICM法$ {\mathrm{计}\mathrm{算}\mathrm{得}\mathrm{到}\mathrm{的}\omega }_{i} $.

4. 商业建筑应急疏散地图设计

4.1. 商业建筑应急疏散地图设计原则

根据图2的疏散地图认知模型，商业建筑应急疏散地图设计应以降低个体地图认知负荷、提高空间信息供需匹配及制图者与用图者的认知拟合为目的. 基于专题地图和室内地图的相关设计原则，提出如下地震应急疏散地图的设计原则.

1) 简洁性. 商业建筑室内要素繁多、空间结构复杂，在设计室内应急疏散地图时，应保证地图的简洁性. 通过简化和综合室内空间要素，减少地图上的冗余信息，使其更易于用图者理解.

2) 高显著度地标具有高视觉显著性. 在应急疏散的过程中，个体在选取形成认知地图的内容时具有主观性. 显著度高的地标通常被个体主观地选取为应急寻路的关键线索，并将其相关记忆片段放大，作为寻路决策的依据. 因此，室内应急疏散地图设计时应充分考虑地标显著度，将显著度高的地标作为重点要素，通过视觉显著性对其进行突出表达，便于个体视觉系统优先处理.

3）明确标识危险源. 商业建筑室内通常存在高大的货架、悬空的吊灯和大型广告牌等物品，在地震的作用下这些物品可能已经岌岌可危，如遇余震或触碰，极易出现柜体倾倒或高空坠落. 地图上应明确标识这2种主要的危险源，警示个体在疏散过程中尽快通行或尽可能远离.

4.2. 商业建筑应急疏散地图设计方法

4.2.1. 地图比例尺与地标层级

商业建筑室内地标分布密集，如果在一幅地图上表达全部地标，会导致地图载负量过大，增加个体的认知负荷. 因此，依据地标显著度，面向男性和女性2个群体分别进行地标分层提取，建立地标层级与地图比例尺之间的对应关系. 小比例尺意味着大范围，有利于个体把握室内空间的整体特征；大比例尺意味着小范围，有利于个体了解空间对象的局部和细节特征.

从实用角度看，应急疏散地图的最佳载体是移动设备. 当前移动端室内地图的常用比例尺主要有1∶25、1∶10和1∶5[4]. 因此，本研究在比例尺为1∶25的室内疏散地图上着重表达一级地标，在比例尺为1∶10的室内疏散地图上着重表达一级和二级地标，在比例尺为1∶5的室内疏散地图上表达全部层级的地标. 地标层级与地图比例尺之间的对应关系如表1所示.

表 1   地标层级与地图比例尺

Tab.1  Landmark hierarchies and map scales

比例尺地标层级说明
1∶25一级显著度最高的地标
1∶10一级、二级显著度最高和次高的地标
1∶5一级、二级、三级全部层级的地标

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4.2.2. 地图要素表达方法

专题地图通常由专题要素层和底图要素层共同组成. 用图者主要通过专题要素层来获取用于应急寻路的空间信息. 室内应急疏散地图的专题要素层主要表达地标和危险源，并用箭头指示疏散方向；底图要素层主要表达室内空间布局框架，如营业单元的轮廓和通道. 商业建筑中的营业单元多为开放空间，其开口方向信息可以简化，这是因为用图者无法快速实现这类细节信息的解译. 但不能过度简化走廊、营业单元轮廓的几何形状这类对空间认知具有重要辅助作用的要素，同时应确保室内结构间的拓扑关系、距离以及方位的准确表达，保持地图对象与空间实体在关系、边界、性质等方面的一致性[6].

地图应依据地标显著度来增强专题要素的视觉显著性，本研究主要通过色彩、尺寸和透明度等视觉变量来实现. 此外，地图应使用约定俗成的常用符号、较少的色彩种类和简洁的注记. 地图比例应该准确，便于个体在应急疏散过程中快速定位和估算距离. 如果建筑结构、室内布局或地标发生显著变化，应该及时更新应急疏散地图.

4.3. 商业建筑应急疏散地图设计实例
4.3.1. 数据获取与地标提取

城市综合体是当前城市中典型的商业建筑. 以兰州市某大型城市综合体为例，为其设计用于地震应急疏散的室内地图. 首先从高德地图获取室内地图并矢量化，结合实地调查更新地图内容，再通过简化和综合，得到该城市综合体的室内地图数据.

针对男性和女性2个不同的性别群体，对室内功能类、结构类、信息类、家具类和商铺类等5类、共计268个候选地标分别进行显著度计算，采用自定义层级和阈值的方法，将地标分为3个层级，完成面向不同性别的地标分层提取，提取结果如表2所示. 其中，$N_{\mathrm{m}} $、$N_{\mathrm{f}} $分别为面向男性、女性群体的地标数量. 可以看出，提取出来的男、女2个群体的一级地标完全一致，二级地标和三级地标存在差异，说明应急寻路过程中男性较女性需要更多的二级和三级地标. 实地验证发现，提取的地标分布基本均匀，在视域范围内的可见性和辨识度良好，地标间的连贯性也较好. 一级地标多为功能类（如出口）和商铺类，主要位于主通道决策点处，有利于个体对疏散路线的整体认知；二级地标也大多是功能类（如扶梯）和商铺类，主要位于通道两侧，进一步描述了疏散方向之类的信息；三级地标则多为信息类（如指示牌）和商铺类，详细表达了局部空间信息.

表 2   地标层级与地标数量

Tab.2  Hierarchy and number of landmarks

地标层级NmNf
一级1313
一级、二级4137
一级、二级、三级7464

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为了验证地标提取结果的准确性和有效性，采用文献[39]的方法，首先在虚拟场景下开展应急疏散模拟试验，然后要求被试使用E-Prime 3.0软件在VR场景中标记出其在地震应急疏散模拟过程中用到的地标. 试验结果表明，针对男性群体提取的地标与80.12%男性被试的选择一致，针对女性群体提取的地标与82.80%女性被试的选择一致，说明本研究采用的地标显著度计算方法适用性较好，制图者充分考虑用图者的认知压力源和由其诱发的状态焦虑使得空间信息的供给服务更具针对性和精准性，制图者和用图者的认知拟合度较高，空间信息供需双方较为匹配.

4.3.2. 底图要素层设计

营业单元的轮廓和室内通道之类的底图要素采用线状和面状符号表达. 采用浅蓝色（190, 225, 244）填充商铺之类的营业单元内部，采用与该城市综合体室内通道地面颜色相近的白色（255, 255, 255）填充室内通道，建筑外墙和营业单元的外部轮廓则采用灰黑色（169, 169, 169）表达. 由于底图要素主要用于辅助空间认知，应具有较低的视觉显著性，因此，对营业单元内部及其轮廓分别设置了50%和70%的透明度.

4.3.3. 专题要素层设计

相较于底图要素，专题要素应具有更高的视觉显著性. 出口、楼梯和自动扶梯等功能类地标和指示牌之类的信息类地标采用人们熟知的消防安全标识表达. 其他地标采用点符号：一级地标采用醒目的红色（255, 0, 0），视觉显著性最高；二级和三级地标分别采用棕色（190, 144, 0）和黑色（0, 0, 0），视觉显著性依次降低. 同时，对地标符号的大小也进行了层次化设计，一级地标的尺寸最大，二级次之，三级最小，以帮助用图者实现对地标的层次化认知. 对于柜体倾倒和高空坠物2类主要的危险源，则采用警示标志将其标注在地图上. 所设计的应急疏散地图如图3所示.

图 3

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图 3   面向不同性别群体的城市综合体室内应急疏散地图

Fig.3   Urban complex indoor emergency evacuation maps targeting different gender groups


由于提取的面向男性和面向女性的一级地标完全一致，比例尺为1∶25的室内应急疏散地图没有性别区分. 由图3(b)~(e)可知，面向男性的1∶10的地图比相同比例尺的女性地图表达了更多的功能类地标（如楼梯），面向男性的1∶5的地图比相同比例尺的女性地图表达了更多的信息类地标（如指示牌），说明在应急寻路的过程中，功能类和信息类地标对于男性而言是极其重要的空间认知要素.

5. 商业建筑应急疏散地图可用性评价

5.1. 评价原理

常用的地图可用性评价方法有问卷调查法、任务分析法、眼动追踪法和专家评估法等，但这些方法都难以准确模拟个体使用地图时所处的室内环境和由认知压力源诱发的状态焦虑. 状态焦虑会随着情境的变化而产生、加强或消失. 音频、视频和图片等情绪材料能够诱发被试的状态焦虑，情境相关的音视频情绪材料的诱发效果更好，其状态焦虑持续时间长且与真实情境基本相符[17].

传统的应急疏散演习不仅耗费人力物力，而且关乎被试的安危，因此，开展虚拟地理试验进行疏散模拟是一种替代传统应急疏散演习的可行方法. Lin等[41]利用虚拟地理试验研究疏散过程中人群流动信息对被试方向选择和总体路线选择的影响；Moussaïd等[42]利用虚拟地理试验研究紧急疏散期间压力对集体行为的影响；林婧[34]利用虚拟地理试验研究建筑火灾中的个体寻路行为；余翔宇等[43]基于虚拟地理试验对地下综合体人员疏散决策进行研究.

本研究首先利用地震的音视频刺激材料来诱发被试的状态焦虑，然后开展虚拟地理试验来模拟商业建筑的地震疏散，并根据被试疏散模拟前后的状态焦虑评定结果和疏散时间来评价商业建筑应急疏散地图的可用性.

5.2. 试验方案

在正式试验之前，采用文献[17]的方法对地震状态焦虑情绪材料的有效性进行评定，即参照心理学研究范式，招募10名在校大学生作为非正式试验被试，要求被试在观看地震状态焦虑情绪材料前后分别填写状态-特质焦虑量表（state-trait anxiety inventory scale，STAI）中的状态焦虑量表S-AI，进行心理状态评分. STAI量表是一种常用于测量焦虑情绪的工具，可用于评估人们在特定情境下的暂时性焦虑（即状态焦虑）和一般情况下的长期焦虑（即特质焦虑）水平[44]. STAI量表的1−20题为S-AI状态焦虑量表，可用来评价个体在应激情况下的焦虑水平，最高分值为80分. S-AI状态焦虑量表的评定结果表明，10名被试在观看地震状态焦虑情绪材料后的平均S-AI得分（52.70）明显高于观看前的得分（45.31），说明该材料能够有效诱发被试的状态焦虑.

正式试验招募了58名被试参加，其中男性30名，女性28名，年龄为22~45岁，受教育程度从初中到研究生不等，视力均达到1.0以上，以前从未参与过此类试验，被试的相关信息如图4所示.

图 4

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图 4   58名被试的相关信息

Fig.4   Information of 58 subjects participated in experiment


试验材料包括该城市综合体室内虚拟场景、地震状态焦虑情绪材料、如图3所示的室内应急疏散地图和该城市综合体现有疏散用图. 现有疏散用图包括描述楼层全局空间信息的紧急疏散逃生图和表达区域空间信息的消防疏散示意图，两者均标有疏散指引信息，如图5所示. 实验设备包括2台普通PC和2套HTC Vive虚拟现实头戴式显示器.

图 5

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图 5   该城市综合体现有疏散用图

Fig.5   Urban complex existing evacuation maps


正式试验将被试分为实验组和对照组2组，每组分别包含15名男性被试和14名女性被试. 将实验组中的男性被试编号为A1~A15，使用图3(a) ~3(c)的室内应急疏散地图，女性被试编号为A16~A29，使用图3(a)、3(d) ~3(e)的室内应急疏散地图，并将图3地图中“您所在的位置”处对应的虚拟场景作为应急疏散的起始点；将对照组中的男性被试编号为B1~B15，女性被试编号为B16~B29，该组全部使用该城市综合体现有的紧急疏散逃生图和消防疏散示意图，应急疏散的起始点与实验组相同. 试验要求被试明确疏散效率的时间要求，佩戴虚拟现实头戴式显示器（见图6）先观看地震状态焦虑情绪材料，唤起状态焦虑. 然后要求被试从指定的起始点出发，在嵌入了地震疏散音频的虚拟场景中漫游，利用手柄选择前进方向，寻路过程中被试可通过点击屏幕上的按钮来选择并阅读地图（见图7）. 在漫游过程中，实验组被试可随时阅读图3中与自己性别相符的地图；对照组被试可随时阅读如图5(a)所示的紧急疏散逃生图及其漫游区域对应的消防疏散示意图，如图5(b)所示. 试验分别记录2组被试的疏散时间，并在疏散结束后对所有被试再次进行状态焦虑评定.

图 6

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图 6   VR试验现场图

Fig.6   VR experimental setup


图 7

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图 7   基于VR的应急寻路试验

Fig.7   VR-based emergency wayfinding experiment


5.3. 试验结果与分析

在试验结束后，统计实验组和对照组共58名被试的疏散时间，对其状态焦虑再次进行评定，并对疏散时间T和平均状态焦虑得分S-AI分别进行独立样本t检验，结果如表3所示. 试验结果表明，2组被试的疏散时间和状态焦虑得分存在显著差异. 从疏散时间来看，相较于对照组（M=261.46，SD=35.89，其中M表示平均值，SD表示标准差），实验组（M=192.63，SD=37.43）的平均疏散时间减少了68.83 s，疏散效率提高了约26.32%. 实验组的平均状态焦虑得分明显低于对照组（47.61<56.85）. 不同分组之间同性别被试的疏散时间与状态焦虑得分差值较大，实验组男性和女性的疏散时间与状态焦虑得分均明显低于对照组. 以上结果说明，空间信息供需视角下的疏散地图认知模型对制图者的地图设计具有指导作用，遵循本研究设计原则和设计方法设计的室内疏散地图可显著加快疏散进程，并大大缓解个体在应急寻路过程中的状态焦虑.

表 3   疏散时间和实验后状态焦虑的t检验结果

Tab.3  t-test of evacuation time and state anxiety after experiment

组别T/sS-AI
1）注：表示平均值±标准差.
实验组（n=29）192.63±37.431）47.61±2.28
对照组（n=29）261.46±35.8956.85±3.55
差值−69.22−9.25
t−7.178−11.71
p<0.001***<0.001***

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试验结果同时表明，不同性别群体对疏散路线的选择存在差异，这是因为性别会对个体的导航方式和寻路策略产生影响[45]. 在商业建筑室内应急寻路的过程中，女性倾向于选择道路宽敞、转向少的主干道作为疏散路线. 这是因为女性比男性更容易受到空间中各类不安全因素的负面影响[46]，对风险的厌恶程度和规避程度更高，对风险程度的估计也高于男性，因此女性的冒险倾向往往低于男性[47]，疏散过程中她们会选择更加安全的疏散路线而非最快疏散路线，也更容易表现出从众行为. 而男性在商业建筑室内应急寻路的过程中则倾向于选择转向稍多、道路稍窄、甚至安全性略低的疏散路线，这些路线上分布有显著度高的地标，但并不是所有高显著度的地标都在他们选择的疏散路线上. 这是因为男性的生理结构和社会角色与女性有所不同，他们在面对危险时应变处理能力更强，疏散行为更加主动[48]，为了追求最快疏散，他们在恐慌状态下更多地表现出冲动和冒险特质，决策具有更高的盲目性[49]. 为了实现最快疏散，男性更加关注功能类和信息类地标，并且需要更多的二级地标和三级地标来获得更加精准的空间信息指引线索. 试验结果也说明疏散路径的选择受到多种因素的影响，这与已有的研究结论一致.

6. 结　论

分析个体的室内应急寻路行为和寻路过程中持续存在的认知压力源，提出疏散地图认知模型，确立商业建筑应急疏散地图的设计原则和方法，并基于地标显著度评价结果，为兰州市某城市综合体设计地震应急疏散地图. 本研究主要研究结论如下：

（1） 制图者充分考虑用图者认知压力源诱发的状态焦虑，有利于加强自身对地震应急疏散情境的理解，促进空间信息供需双方的认知拟合，进而提高用图者的地图认知效能.

（2） 不同性别的个体在疏散过程中选择的地标存在差异. 相较于女性，男性会选择更多数量的二级地标和三级地标，以帮助他们实现最快疏散，而女性则更加谨慎，更倾向于安全疏散而非最快疏散.

（3） 顾及地标显著度的疏散地图能够显著提高应急寻路效率，大大缩短疏散时间.

本研究存在一些局限性，例如地标显著度评价指标如何进一步改进，地标显著度如何依据疏散实况及地震态势发展进行动态调整，如何基于地标显著度实现面向移动设备的自适应疏散地图制图等都须进一步深入探究.

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