商场、庙会和体育场馆等一些举行大型活动的地方，在面临突发状况时，常常会引起人群的非理性聚集。人群的过度聚集很可能会引起新的人群恐慌，甚至引发拥挤踩踏等事故。2007年，在国家自然科学基金的支持下，南开大学城市公共安全研究中心教授刘茂和山东轻工业学院副教授王振一起，完成了“人群疏散的动力学特征及疏散通道堵塞的恢复”等课题的研究，为2008年北京奥运会期间解决体育场馆人群疏散问题提供了理论依据。
从机理层面认识人群疏散问题
“我们这项研究立项时，想解决的主要问题就是北京举行奥运会时，奥运场馆的人群疏散和人群安全问题。”王振对《科学时报》记者说：“在人群疏散研究的理论和方法上，我们还较滞后。国外虽然有这方面的研究，但至今也没有形成一个完整的理论体系。我们在作这项研究时，一直试图搞出一种定量分析的模式。”
“我们研究的特点有两个结合。一是将数学建模和计算机模拟两种方法结合起来研究。二是将人群聚集、堵塞和人群疏散问题结合起来考虑。通过数学建模，同时使用一些分析软件来进行定量研究。”王振说。
王振介绍说，我国在人群聚集风险研究方面，以前更多的是从管理的角度作些探讨，而定量分析研究的方法比较欠缺。在极度恐慌状态下，人的行为失去理性，再加上每个人都有个体差异，因此情况比较复杂，无论是数学建模和计算机模拟都难以体现人群在特殊状态下的实际情况。这也是这项研究的一个难点。同时，国外的研究更多地将人群聚集和疏散作为两个独立的问题来研究，也很难全面反映人群在这种局面下的实际情况。
从密云彩虹桥事件中汲取教训
“因为人群过度聚集引发的事故带有很大偶然性，也和人群的状态和运动路径密切相关。比如，不同的人群密度、运动速度，人群的组成（年龄构成、文化差异等），人群的动机，和人群运动路径中有无障碍物、有无瓶颈等情况密切相关。”王振说：“2004年2月5日晚，北京密云彩虹桥（云虹桥）垮塌，导致人群拥挤、踩踏，造成37人死亡、15人受伤的事故。其中一个主要原因就是人群中有人跌倒。如果人群中没有老人、小孩或身体状态极弱的人，当时的情况可能就不会是那样。”
王振说，北京密云密虹公园事故中，我们可以汲取的教训有很多。比如，公园的景点布置不要太集中，特别是在局部空间中，要对人流量进行控制。“彩虹桥2004年发生事故，但这之前也举行过灯会，以前桥两端都有专门人员，负责进行人流控制。像超市、游乐园等，都要进行总人数控制和局部空间人数的控制。一些较大的餐厅或体育场馆入口处都有十字转门，这种门就具备计数功能。它一方面可以限制入口处进入的人数，另一方面可以计算总人数。在北京举行奥运会期间，各场馆要在入场总人数控制、局部人数控制和出现危急情况疏散人群时做足工作。人在恐慌状态下，容易表现出从众的心理，一旦比赛过程中有突发事件，比如火灾、电网故障或恐怖袭击等情况，导致人群的过度聚集时，有专人进行合理的疏散指导就很重要。”
人群密度的三个层次
王振介绍说，人口密度（本文指每平方米内容纳的人数）的极限值可分3个层次。一是人与人之间互不干扰的限值，不同人种间有些差异，以往研究表明中国人的互不干扰限制低于0.8（即每平方米0.8人）。这种情况一般不会出现拥挤，一些条件好的商场在设计时就将此密度设计为0.1甚至更低，以便营造更好的购物环境。二是相互受干扰但不产生挤压的限值。以中国人的体形，通常单人的地面投影应该低于0.2平方米，每平方米4人以下正常情况下不会产生挤压。三是挤压值的极限值，即每平方米容纳8人以上。
“军队在走方阵时，即使每平方米达到4人也不会相互干扰、发生拥塞。但人群在出现恐慌或无序运动时，会大大降低疏散速度。因此在出现特殊情况时，防止人群出现相向流或交叉流也很重要。一旦有特殊情况出现，要有人出来指导人群向一个方向疏散。”王振说。
建筑物出口的疏散能力与人群的安全密切相关，如果出口疏散能力小，很容易发生拱形效应或者堵塞，这将使人群不能在规定的安全时间内完成疏散。如果不能及时消除这种现象，很可能会引起人群恐慌，甚至引发人群拥挤踩踏事故。
“因此，对疏散出口的疏散能力进行评估，研究疏散过程中拱形效应（或者堵塞）的形成的机理并寻找出其影响因素，可以有效地减少人群的聚集风险。”王振说：“出口的疏散能力除了与出口宽度有关系外，还与出口的人流通过率（即单位出口宽度上的疏散能力）相关。在以往的研究中，通常把疏散出口的人流通过率作为一个固定的数值来确定其疏散能力。实践表明，疏散出口的人流通过率并不是一个固定的数值，而是一个与出口的实际情况密切相关的变量。出口处的人群密度，人群的疏散动机、地面的光滑程度等都会影响出口的人流通过率。”
为准确地确定建筑物出口的疏散能力，防止疏散过程中在出口处出现的滞留和堵塞现象，从而减少因出口疏散能力不足而导致的拥挤事故。刘茂和王振提出了用于确定单一出口建筑疏散能力和疏散过程中人群密集状态的离散时间疏散模型。改变了传统的建筑出口疏散能力视为常数的缺陷，从而使结果更接近真实。他们在前人的基础上提出新的模型，采用“人群密度—人流通过率模型”，对疏散过程中的人群堵塞和恢复进程进行了分析。结果表明，疏散人群的初始密度和堵塞持续时间对人流的恢复进程具有直接影响，当堵塞持续时间固定时，影响堵塞恢复过程的主要因素是初始人群密度。在人群管理实践中，除了要防止堵塞的发生外，还应该对疏散通道中的人群密度进行控制，避免出现高密度人群的聚集现象，从而降低聚集风险。
人群聚集风险研究尚待深入
2003年，王振在南开大学师从刘茂攻读博士时，就开始参与刘茂承担的国家自然科学基金课题。在完成了“人群疏散的动力学特征及疏散通道的堵塞的恢复”的研究后，他们又合作对“离散时间疏散模型在建筑出口设计中的应用”等问题进行了探索，在国内外发表了一系列论文，初步建立了这一领域的定量分析模型。
王振说：“目前国外对处于危急状态下的个体进行模拟，研究人群疏散方面的软件很多。但由于人的思维状态、个体身体状况差异或拥挤时的受力部位不同，都会出现不同的后果。所有环节中的每一个因素变化，都可能导致完全不同的后果。因此计算机模拟还有很多重要问题尚待解决。我今年也申请了一个项目，也是针对这方面的问题，希望能在这一领域继续进行些深入研究。”