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科学家解释拥挤踩踏的4大误区
时间:2015-02-14 14:53:13  来源:互联网  作者:许鹏
哨策导读:人流、车流和其他的物质流体一样,都可以采用流体力学的方法分析。本质上,人流、水流空气的流动一样,无论是人还是水和空气的分子,都是最小作用单元,受到周围其他分子的压力推动形成流动。通过模拟、经验公式和实验的方式,揭示其内在的规律,为避免未来的的伤害和逃生的方法有指导意义。这方面的研究非常少,这里总结了一下相关研究。

    人流、车流和其他的物质流体一样,都可以采用流体力学的方法分析。本质上,人流、水流空气的流动一样,无论是人还是水和空气的分子,都是最小作用单元,受到周围其他分子的压力推动形成流动。通过模拟、经验公式和实验的方式,揭示其内在的规律,为避免未来的的伤害和逃生的方法有指导意义。这方面的研究非常少,这里总结了一下相关研究。
  对人流踩踏的常见认识误区
  1. 对踩踏现象的简单解释就是信息沟通不畅,前面的人已经无法走动了,后面的人不知道,继续推搡着往前走,于是发生踩踏。这样简单的解释是非常危险和有害的,它低估了人流踩踏这样流体流动现象的复杂性。这样假设的理论原则是,踩踏毕竟是人发生的,如果理论上能够通知到每一个人,只要每个人都不动,都停下来就不会发生踩踏。根据这样的理论,只要后面的人足够快地获得信息,不再往前走,踩踏就不会发生。然而这样解释无论从理论上,到实践上都是靠不住的。麦加圣城的朝拜,四周有非常大的高音喇叭,可以迅速通知到每一个人,但是每年踩踏实践还是屡屡发生。
  2. 另外一种误区就是所谓瓶颈流现象,才会有踩踏。就是当有一个喇叭形的进口,越往前面越窄,后面推前面,人的密度越来越高,才会发生踩踏现象。在组织人流设计的时候,一般会考虑到和避免瓶颈流现象。瓶颈固然是事故多发带,比如桥梁,地下通道。但是瓶颈流很难解释为什么在没有任何遮挡物的旷野也会发生踩踏现象。踩踏现象的发生不一定要有瓶颈。
  3. 还有一个解释认为,人群需要处于一种急迫的状态才会发生踩踏现象。比如赶火车抢座位,比如抢天空中落下的假钞。因为人是理性的,当前面的一个人走不动的时候,后面这个人如果不着急的话,没有特别原因的话,不会用很大的力量去推搡前面的人。事实上,推搡现象本身并不是叠加的,不是每个人用很小的力气,就会一层层叠加到最后形成很大的力量。凡是挤过地铁的人都会有和踩踏现象相反的经验。就是你在门口,无论用多大的力气去推,地铁中间位置的人是感觉不到推动力的。推力在经过很多人的身体之后,是阻尼和减少的过程。很多踩踏事件的发生地,往往都是宗教、节日聚会的地方,大家去的时候都是抱着一个好心情看热闹的,没有什么特别急迫的事情。
  4. 逃生方法是原地抱头不要摔倒。这恐怕是最不靠谱的逃生策略了。大部分是先挤压会让你失去知觉,然后你想不倒都不行。
  自然界,不只是人流会发生踩踏现象,蚂蚁、老鼠都会发生踩踏现象,大部分都是小型动物,当然蚂蚁互相踩不死。但是同样符合一些流体力学现象的车流、斑马与野牛的迁徙一般不会发生踩踏现象。无论高速公路上如何拥挤,汽车都不会踩踏。大型动物的迁徙,密度可以很高,奔跑速度可以非常快,但是除非有障碍物和意外,否则也不会发生踩踏现象。为什么偏偏人一多,就会产踩踏。
  人流的流体力学模型
  Q(ρ) = ρ*V(ρ)
  Q这里是人流量,ρ是人密度,V是人的行走速度。在这个方程里,人的行走速度不是一个恒定量,人的行走速度和人的密度成一定的关系。通常情况下,人的密度越高,速度越慢。但是也不一定,人毕竟和水分子不一样,是有感受和主导性的分子。当人感受到某种危险和不适的时候,速度有时会突然加快。当人流注意力被吸引的时候,行走速度会突然下降,甚至到零。流量在固定通道里前后不一致的时候,内部就会形成压力,通过人体压缩来满足质量流守恒。
  人流的流动随着人员密度和速度的增高,会发生三种状态:
  第一种是层流流体,每个人自由地的流淌。只所以叫层流是因为,流动是分层的。在层流里也会有边界层现象,就是靠近街道边界和墙的地方,人因为和街道的摩擦,速度很低,越是靠近中心区域,流动速度越快。随着人密度的提高,
  第二种状态是停顿流,就是所谓的走走停停,前面走不动了,一会儿又可以走了。这在汽车流场里经常能感受到,如果有一架直升飞机的话,从天空从看拥堵的车流,在完全堵死之前,一般都是停顿流。汽车的停滞或者启动,是以波的形式向后方传播。
  停顿流之后人再多,就是紊流了,在经典流体力学里,液体是否进入紊流通常用雷诺数的大小来判断。
  雷诺数等于
  Re=ρV(ρ)d/μ
  Re是雷诺数,ρ是密度,d是当量直径,这里可以理解为街道的宽度,μ为粘滞系数,就是液体有多粘。
  雷诺数表达的是粘滞力和惯性力的大小。就是流体中,粘滞力对于流场的影响如果大于惯性力,流体中的流动扰动会因为粘滞力而减弱,流场稳定,为层流。雷诺数如果大于一定的值,惯性力对流场的影响会大于粘滞力,惯性力会大于粘滞力。那么流场不稳定,进入紊流状态。陷入踩踏状态的人都会有被推着走的经验,那种被推着走的感觉,就是惯性力大于粘滞力的现象。
  进入紊流状态的人流可以认为进入了临界状态,好比是过饱和蒸汽一样,一粒尘埃就会导致大面积降水。进入临界状态的人流,只要有稍微的风吹草动,就会发生大面积的踩踏现象,哪怕一个惊呼,一个闪光灯,一个趔趄。而踩踏现象会因为恐慌而迅速蔓延。
  所以人流的控制不是要避免这些风吹草动(比如撒钱),而是避免人流不要进入临界状态。
  致命的临界状态
  那么如何避免人流不进入临界状态呢?回到第一个公式。速度和流量和密度都是相关的,但又不是唯一的。这点必须说,经验害死人。

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