第五章 大量人員群流特性之觀察與分析
第二節 國外群流觀察實驗結果分析
當火災伴隨地震發生時，誘導群集到達安全避難地是必要的手段，因此 要建構適當的避難計畫，首先應了解避難群集的特性，故要由探求各種群集 的種類、群集密度及步行速度來著手；一般較常出現可供觀察的群集種類有 購物群集、廟會群集、節慶參拜群集、運動會群集、通勤群集、行樂活動群 集等，都有具備往一定目地的或同一方向性的特性，然會因群集種類的不同，
而產生不同的步行速度，即便相同的群集也會因群集密度不同，而有不同的 步行速度。惟就影響行為特性推估較具代表性或可量測性的時間、步行速度 與密度等，找出其可推演的之相互關係。
二、國外群流觀察實驗結果分析
(一)戶川喜久二氏
26之實驗
戶川喜久二博士在 1955 年所發表之研究報告，對於後來研究人群觀察之 研究者有極大之啟發及貢獻，因其報告內容甚多，將其實驗內容簡述如下。
1.研究目的
突發災害時，明示建築物內群集混雜的所在，檢討得到避難安全 的建築條件，以求出適當之基準為目的。
2.結論
(1) 群集步行速度和密度的關係，造成動態滯留和靜態滯留二個系統。
(2) 群集流有集結和流出二部分，滯留即是因集結人群較多之故。
(3) 群集流的計算，必須了解於走廊、樓梯、出口相互的關係及避難時 間的關係。
(二)神忠久氏之實驗
避難群集之特性可由步行速度得出，因此測定步行速度對推估避難 情形是有助益的。日本神忠久學者對明治神宮參拜群集、青梅馬拉松跑 者及觀眾群集做觀察，對參拜群集之夜間或白天步行速度之差異做檢
討，最後比較出何種群集適合作為避難群集。
群集的步行速度和群集種類有關，如購物和行樂者較通勤群集步行 速度慢，而同種群集之群集密度不同，其步行速度亦相異。步行速度和 群集密度一般可用函數來表示相關性，如線性、指數及反比例函數，神 忠九認為以線性(V=-aρ+b)最適合；而群集流量與群集密度之關係式以 二次曲線(Q=-cρ2+dρ)最適合27。神忠久之實驗整理如下：
1.明治神宮參拜群集之步行速度(夜間)
(1)實驗結果：步行速度(V：m/s)與群集密度(ρ：人/m2)之關係式為(5-1) 式，又由 Q=ρ*V，求出群集流量(Q：人/m*s)與群集密度之關係式 為(5-2)式。
V=1.36-0.45ρ (5- 1) Q=1.36ρ-0.45ρ2 (5- 2) (2)結果說明：
A. 群集密度 0.5(人/m2)時，步行速度約 1.0(m/s)；群集密度 2.0(人/m2) 時，步行速度 0.5(m/s)。
B. 群集密度 1.4(人/m2)時，群集流量有最大值 1.1(人/m*s)，此時步 行速度為 0.74(m/s)，因此速度大於或小於 0.74(m/s)時，通過之人 群均將減少。
2.明治神宮參拜群集之步行速度(白天)
(1)實驗結果：午前和午後步行速度與群集密度之關係式分別為(5-3)式 與(5-4)式，群集流量與群集密度之關係式分別為(5-5)式與(5-6)式。
(午前)V=1.50-0.59ρ (5- 3) (午前)V=1.70-0.55ρ (5- 4) (午後)Q=1.50ρ-0.59ρ2 (5- 5) (午後)Q=1.70ρ-0.55ρ2 (5- 6) (2)結果說明：
A. 午前：群集流量有最大值 0.95(人/m*s) 時，步行速度為 0.82(m/s)。
B. 午後：群集流量有最大值 1.2(人/m*s) 時，步行速度為 1.0(m/s)。
C. 由白天最大流量(午前 0.95、午後 1.2)與 12 月 31 日夜間最大流量 (1.1)來看，其步行速度間並無太大差別。
27 神忠久，1983，「群集 種類 步行速度 」，火災誌日本火災學會，第 8-12 頁。
(3)步行速度之影響因素：
A. 穿西裝者步行速度較慢。
B. 牽小孩、男女牽手者步行速度較慢。
C. 女子一般步行速度較慢，但趕路時則男女無差別。
D. 趕路者會走到路旁。
E. 老人步行速度較其他人慢。
3.青梅馬拉松跑者群集之步行速度
(1) 人數地點：15000 人參加青梅馬拉松比賽，測量開始起跑時擁擠之 群集。
(2) 紀錄方法：於建築物 10 樓架設相機拍照。
(3) 樣本選定：200 張相片中選出 300 位跑者，求出其步行速度和群集 密度。
(4) 實驗結果：密度 0.6(人/m2)以上之群集，步行速度與群集密度之關 係式為(5-7)式，群集流量與群集密度之關係式為(5-8)式。
V=3.21-0.50ρ (5- 7) Q=3.21ρ-0.50ρ2 (5- 8) (5)結果說明：
A. 群集密度 3.7(人/m2)時，群集流量有最大值 5(人/m*s)。
B. 最後一名跑者和第一名跑者出發相差 5 分鐘。
4.青梅馬拉松觀眾群集之步行速度
馬拉松觀眾回家之群集選定 200 人做步行速度、群集流量與群集密 度之關係，其步行速度較緩慢，因有購物者或行樂者在其中，其關係式 為(5-9)式與(5-10)式。
V=1.14-0.62ρ (5- 9) Q=1.14ρ-0.62ρ2 (5- 10)
經由神忠久之報告可歸納出以下結論：
1. 通常在有照明設施情況下，白天和夜間之步行速度差異性應不大。
2. 避難群集向避難地出發之速度較行樂群集為快速，而避難群集應有小 孩、老人及持物者混雜其中，因此速度應比通勤群集慢。參拜群集速
為避難群集之速度應是合適的。
3. 群集之步行速度為 0.7~1.0(m/s)時，單位時間內將有最多人通過，亦即 有最大流量。
(三)奈良松範等之實驗
奈良松範、大島泰伸及渡部學等28學者，在 1996 年(平成 8 年)發表冬 天及夏天之下樓梯速度與傳統之水平步行、垂直步行速度的比較報告，
並討論群集步行速度與密度之間的關係。其結果顯示：現今之步行速度 較過去資料為快；冬天之步行速度因氣溫及心理狀態等因素，故較夏天 為快；年長者及身心障礙者亦做下樓梯之移動能力測試，結果顯示其較 未受上述原因所影響。
吾人常以通勤時尖峰時段之群集行動取得數據資料之理由有：(1)無 統率狀態下之群集行動；(2)移動目的意識強烈；(3)移動有一定之方向性 (如下樓梯等)；(4)群集之成員為急速移動。因此，其預測火災時之避難 行動，是採用鐵路車站群集行動之數據。奈良松範等之實驗結果整理如 下：
1.樓梯步行速度：
群集中男性及女性人數在 8-9 點、下午 5-7 點尖峰時間之比例為 4：
1，以外時間之比例為 1：1，此次測量之最大群集密度為 3.8(人/m2)。
區分冬季及夏季，下樓梯之水平分速度及垂直分速度與群集密度之關 係分別如圖 5-1 與圖 5-2 所示。
(1) 水平分速度：隨群集密度變大時有減少之傾向，而群集密度 0.8(人 /m2)以下，夏季較冬季之步行速度大；超過 0.8(人/m2)以上時，則相 反。
(2) 垂直分速度：與水平分步行速度有相同之傾向，但水平分步行速度 範圍為 0.4~1.1(m/s)，垂直分步行速度範圍則為 0.2~0.6(m/s)。
冬季及夏季樓梯步行速度之水平分量、垂直分量與群集密度之 間，有以下(5-11)、(5-12)、(5-13)及(5-14)式之關係式，但各式適用之 範圍為群集密度 1~3(人/m2)時。
Vhw=0.974-0.130ρ (5- 11) 相關係數：Rhw=0.904
28 奈良松範、大島太伸、渡部學，「避難時 群集步行速度 」，Bulletin of Japan Association of Fire Science and Engineering Vol.45.No.1-2, 1996, pp.11-17.
Vhs=1.03-0.203ρ (5- 12) 相關係數：Rhs=0.934
Vvw=0.507-0.065ρ (5- 13) 相關係數：Rvw=0.904
Vvs=0.556-0.109ρ (5- 14) 相關係數：Rvs=0.934
ρ為群集密度(人/m2)，V 為步行速度(m/s)，h、v、w 及 s 分表水 平方向、垂直方向、冬季及夏季。
圖 5-1 人群密度與下樓梯步行速度關係圖(水平方向)
圖 5-2 人群密度與下樓梯步行速度關係圖(垂直方向)
2.群集流量
測定樓梯之群集流量，其與群集密度之關係式如圖 5-3 所示，由圖 中可知，群集密度隨群集流量之增加而增加，但群集密度之最大值於冬 季及夏季有異，冬季為 3.8(人/m2)，而夏季為 2.9(人/m2)。
於相同群集密度下，總體而言，冬季之群集流量較夏季為大，群集 流量及群集密度之關係式為(5-15)式與(5-16)式，兩者關係非為線性關 係，而呈二次曲線關係。
Fw=0.974ρ-0.130ρ2 (5- 15) 相關係數：Rw=0.904
Fs=1.03ρ-0.203ρ2 (5- 16) 相關係數：Rs=0.934
Fw 為冬季之群集流量，Fs 為夏季之群集流量。
圖 5-3 人群密度與流通量關係圖
3.避難弱者之步行特性
老人、持柺杖者或接受幫助而移動之人，其進行避難是較正常人困 難，對於上述人員於樓梯之步行速度情形與正常人於相同時間、地點測 定下，其結果如圖 5-4 所示。若以正常人之步行速度為 100，老人為 50，
手扶樓梯欄杆者為 40，持柺杖者為 30，而接受別人幫忙者為 10 左右，
移動之困難性漸增。避難弱者之樓梯步行速度與季節之相關影響，經檢 定結果，冬季與夏季無明顯之差別。
(四)實驗分析
1.樓梯步行速度
樓梯步行速度變化之原因可為因季節引起之溫濕度差、著衣量、行 動目的及群集中之男女比率或社會、經濟等種種時代性或特殊性。但不 能將以上作為全部原因，因測定間隔僅為半年，其間社會、經濟之變化 不大，故忽略男女比率或社會、經濟等因素，考慮作為行動目的之通勤 上學及因季節所引起之影響，而決定樓梯步行速度之主因為行動目的及 季節不同。
日本小關及上田學者之研究為調查混雜時之鐵路車站通勤人員樓梯 流動情形，與此研究之測定場所及群集行動目的類似。過去之數據，未 能明示構成群集之老弱男女比率，但因時代差異，男女通勤比率及老人 等混和比率有增加的趨勢，但女性之運動能力與男性相較無顯著差異，
故對群集全體之平均步行速度無大影響；再者，避難弱者會選擇避開尖 峰時刻，故通常不會造成步行者之妨礙。從以上觀點，該研究所得數據 可以和過去數據進行比較。
相同之群集密度下，該研究所得之水平分速度及垂直分速度，均較 小關及上田學者有較大之傾向。特別是群集密度較小之範圍，此傾向更 加明顯；群集密度變大時，則該差異有變小傾向。由 Jon J.Fruin 之研究 可知，混雜狀況最易發生之群集密度為 2.0~2.5(人/m2)，於此時：
(1) 水平分速度：冬季 0.65~0.70(m/s)，夏季 0.55~0.62(m/s)，較小關氏 之冬季群集步行速度上升 30％，夏季上升 15％；較上田氏之冬季 上升 15％，夏季上升 10％。
(2) 垂直分速度：冬季 0.38~0.34(m/s)，夏天 0.34~0.28(m/s)，較木村氏 之 0.24~0.20(m/s)為大。
對於這些差異之產生原因可認為是季節不同造成，但可能仍有其他 之因子複合而成。而圖二所示群集密度於 0.8(人/m2)附近，回歸直線於 該附近相交，冬季和夏季之步行速度逆轉。
群集密度小之場合為自由步行狀態，穿衣愈輕便愈走的快，故夏季 應比冬季之步行速度快，然因夏季熱氣之故，群集間不想靠太近之心理 作用下，群集密度不易變大；另外，冬季因每人穿著衣物較為厚重，佔 有面積較多，亦會使群集密度不易變大。但依測定結果來看，夏季之步 行速度仍較冬季為小，此因天氣熱，討厭身體皮膚接觸之心理作用，遠 比冬季穿著之物理限制影響為大。
2.群集流量
冬季之群集流量較夏季值為大，此種傾向隨群集密度增加而增大，
但冬季與夏季二者之群集流量增加至 3(人/m2)附近即飽和。冬季群集流 量增加而速度較夏季為大，原因應為夏季討厭身體接觸之心理作用下，
即群集密度大時，彼此身體之接觸率增大，為避免接觸而降低步行速度。
群集密度小時，無此種擔心，但隨群集密度變大，步行者會因避免彼此 之接觸而降低步行速度，隨群集密度之增大而愈來愈明顯。
至於群集密度最大值因季節而不同之主要原因同為討厭身體接觸，
但實際避難時，主導群集活動之因子為恐慌(panic)，比人體接觸之厭惡
但實際避難時，主導群集活動之因子為恐慌(panic)，比人體接觸之厭惡