高速公路隧道群管理站及消防車輛配置研究

曾德麗， 馬爭鋒

(重慶交通大學(xué)交通運輸學(xué)院，重慶400074)

高速公路隧道群管理站及消防車輛配置研究

曾德麗， 馬爭鋒

(重慶交通大學(xué)交通運輸學(xué)院，重慶400074)

隨著高速公路隧道數(shù)量的日益增多，隧道火災(zāi)發(fā)生量也相應(yīng)增加，隧道防災(zāi)救援設(shè)施的配置顯得尤為重要。在對防災(zāi)救援時間分析的基礎(chǔ)上，研究隧道群段隧道管理站以及隧道專用消防車輛優(yōu)化配置，并建立相關(guān)模型，為高速公路隧道群防災(zāi)救援設(shè)施配置提供參考。

隧道群; 管理站; 消防車輛; 優(yōu)化配置

我國公路隧道總共為6 139處、394.20萬米，比2008年末增加713處、75.56萬米，我國已成為世界上隧道最多、最復(fù)雜、發(fā)展最快的國家。但是，隧道內(nèi)火災(zāi)日益頻發(fā)，造成重大財產(chǎn)損失和人員傷亡，隧道及隧道群火災(zāi)救援設(shè)施的優(yōu)化配置對生命財產(chǎn)安全、社會穩(wěn)定發(fā)展具有重大意義。

一、隧道消防救援組成及時間

(一)梯隊組成

對于高速公路隧道及隧道群而言，消防應(yīng)急資源一般由三級梯隊組成［1］(P51～54):第一梯隊由火區(qū)車輛的司乘人員組成，第二梯隊由隧道管理人員、警察組成，第三梯隊由專業(yè)消防人員組成。從救援能力來看，三部分的消防力量中，司機(jī)和乘客一般缺少專門的消防知識，隧道管理人員能熟練掌握隧道內(nèi)消防設(shè)施的使用方法，專業(yè)消防隊的滅火力量最強。但高速公路全程封閉，以互通式立體交叉或進(jìn)出口匝道與地面道路相連接的特性，使專業(yè)消防力量只能通過兩端的互通駛?cè)耄Y援距離過大，很難及時趕到火災(zāi)現(xiàn)場。隧道群區(qū)段消防力量布局已成為影響救援效率的重要因素。

(二)消防時間

國外對隧道消防資源的布局具有明確的規(guī)定，譬如歐洲消防規(guī)范規(guī)定隧道發(fā)出火災(zāi)報警后11分鐘內(nèi)地面專業(yè)消防隊?wèi)?yīng)趕到火災(zāi)現(xiàn)場進(jìn)行滅火活動［2］;日本規(guī)定隧道消防單位應(yīng)于15分鐘到達(dá)平地隧道，20分鐘到達(dá)山區(qū)隧道現(xiàn)場［3］;世界道路協(xié)會(PIARC)則建議對于長度超過2 500米的隧道應(yīng)建立隧道獨立的消防隊［4］(P56～59)。雖然我國以“5分鐘消防時間”作為城市消防力量布局的基本原則［5］，但對高速公路隧道群的消防力量設(shè)計并無明確規(guī)定。

本文建議當(dāng)高速公路隧道發(fā)生火災(zāi)時，隧道管理人員在5分鐘內(nèi)到達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場實施救援，而地方消防隊必須在火災(zāi)發(fā)生后8分鐘黃金時間內(nèi)到達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場進(jìn)行滅火救援，并以此作為高速公路隧道管理站和消防車輛優(yōu)化配置的依據(jù)，若能提出更優(yōu)救援時間，在調(diào)整相應(yīng)時間條件下以下方法同樣適用。

二、隧道管理站設(shè)置

由于要求隧道管理人員要在隧道火災(zāi)發(fā)生以后的5分鐘內(nèi)趕往火災(zāi)現(xiàn)場進(jìn)行滅火和組織救援，可以隧道火災(zāi)發(fā)生后隧道管理人員5分鐘內(nèi)的行程作為隧道管理站管理范圍的半徑R，然后再結(jié)合隧道管理站管理范圍2R確定隧道群段各隧道管理站的具體位置和數(shù)量。

(一)隧道管理站管理范圍的確定

假設(shè)隧道發(fā)生火災(zāi)以后，附近隧道管理站管理人員以速度V立刻趕赴火災(zāi)現(xiàn)場指導(dǎo)滅火和救援工作，那么，隧道管理站管理人員在5分鐘內(nèi)的行程為V/12(km)，所以，隧道管理站的管理半徑和輻射范圍分別為V/12(km)和V/6(km)。

(二)隧道管理站數(shù)量及位置的確定

1.對隧道進(jìn)、出口樁號進(jìn)行簡化處理。為了使得建模過程簡單化，并考慮到隧道火災(zāi)發(fā)生時附近隧道管理站能在5分鐘內(nèi)到達(dá)隧道內(nèi)的任意位置，特對隧道進(jìn)出口樁號進(jìn)行處理，處理的過程如式(1)和式(2)所示。

式中:ZK1——高速公路路段從起點到終點第i座隧道左線出口端樁號;YK1——高速公路路段從起點到終點第i座隧道右線進(jìn)口端樁號。

式中:ZK2——高速公路路段從起點到終點第i座隧道左線進(jìn)口端樁號;YK2——高速公路路段從起點到終點第i座隧道右線出口端樁號。

2.對高速公路隧道群進(jìn)行分段處理。由公式(3)可計算得到高速公路兩相鄰隧道之間的距離 Di，i+1，若 Di，i+1大于高速公路隧道管理站的管理范圍2R，則隧道i和隧道i+1歸入不同的分段;若Di，i+1小于高速公路隧道管理站的管理范圍2R，則隧道i和隧道i+1歸入相同的分段。

式中:Ki+1，1——高速公路從起點到終點第i+1座隧道小樁號端樁號簡化處理結(jié)果;Ki，2——高速公路路段從起點到終點第i座隧道大樁號端樁號簡化處理結(jié)果。

3.確定各分段內(nèi)隧道管理站的位置及數(shù)量ni。假設(shè)隧道管理站從分段內(nèi)第一座隧道的小樁號段開始布設(shè)，下面分別就不同位置隧道管理站的布設(shè)進(jìn)行分析。

對于第一座隧道管理站的布設(shè)可分為三種情況:情況一，當(dāng)?shù)谝蛔淼篱L度滿足L≤R，且離第一座隧道距離R處無隧道時，可將第一座隧道管理站設(shè)置在該處;情況二，當(dāng)?shù)谝蛔淼篱L度滿足L≤R，且離第一座隧道距離R處恰好處于隧道i時，應(yīng)將管理站移動至i隧道的小樁號端;情況三，當(dāng)?shù)谝蛔淼赖拈L度滿足R＜L≤2R時，應(yīng)該將管理站設(shè)置在第一座隧道的小樁號端。

分段中部隧道管理站的布設(shè)方法可以分為以下兩種情況:一是距離隧道管理站(i)2R處無隧道時，可將管理站設(shè)置在該處;二是距離隧道管理站(i)2R處恰好處于隧道i時，應(yīng)將管理站移動至i隧道的小樁號端。

分段最后一座隧道管理站的布設(shè)方法為:設(shè)分段最后兩座隧道管理站分別為n－1和n，經(jīng)分析，隧道管理站n－1與分段最后一座隧道之間的關(guān)系可以分為兩種情況:一是分段最后一座隧道處于隧道管理站(n－1)的管理范圍之內(nèi)，無需再設(shè)置額外的隧道管理站，此時，管理站n－1的位置還可適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行調(diào)整;二是分段最后一座隧道未能處于隧道管理站(n－1)的管理范圍之內(nèi)，還需要再增加一座管理站。

對于分段最后一座管理站的布設(shè)，仍可分為三種情況:當(dāng)最后一座隧道長度滿足L≤R，且離最后一座隧道大樁號端R處無隧道時，可將管理站設(shè)置在該處;當(dāng)最后一座隧道長度滿足L≤R，且離最后一座隧道大樁號端R處正好處于隧道i中時，應(yīng)將管理站移動至i隧道的大樁號端;當(dāng)最后一座隧道的長度滿足R＜L≤2R時，應(yīng)該將管理站設(shè)置在最后一座隧道的大樁號端。

按順序執(zhí)行以上步驟，當(dāng)確定了最后一座隧道管理站位置之后，應(yīng)該對其他管理站的位置進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。調(diào)整的目的有兩個:一是盡量減少隧道管理站的數(shù)目，二是盡量減少各隧道管理站管轄范圍的重復(fù)區(qū)域。經(jīng)過以上工作后，便可確定分段內(nèi)隧道管理站的數(shù)量ni和各管理站的具體位置;同理可得從分段內(nèi)最后一座隧道的大樁號端開始布設(shè)而得到的各隧道管理站的位置和數(shù)量ni'。

4.根據(jù)第三步得到的各分段隧道管理站數(shù)量ni和ni'，計算得到整條高速公路隧道管理站的數(shù)量N=∑ni和N'=∑ni'，若N＜N'，則高速公路隧道管理站的布局應(yīng)該從最后一座隧道的大樁號端開始布設(shè)，其總數(shù)為N'，位置可由步驟3得到，反之亦然。

三、消防車配置與否研究

(一)建模思想

由于消防車相對比較昂貴，所以需對高速公路隧道群段是否應(yīng)該設(shè)置專用消防車進(jìn)行研究。本文以地方消防隊到達(dá)隧道群段各隧道的行程時間是否大于黃金救援時間8分鐘作為判斷是否設(shè)置隧道群專用消防車的標(biāo)準(zhǔn)。

地方消防隊到達(dá)高速公路隧道火災(zāi)現(xiàn)場的時間應(yīng)該包括三個部分，分別是地方消防隊到達(dá)互通匝道的時間(T1)、由匝道至隧道口的時間(T2)、由隧道口至事故地點的時間(T3)。將消防單位由基地出發(fā)，經(jīng)過最近匝道到達(dá)隧道口的時間加上隧道口到事故地點的時間，即為救援時間T。其計算公式:

由于高速公路隧道火災(zāi)在隧道中的發(fā)生位置具有不可預(yù)知性，所以式(4)中的T3通常難以確定，通過計算地方消防隊伍到達(dá)隧道群段各隧道進(jìn)出口的時間Ti，然后用Ti中的最大值T與黃金救援時間8分鐘進(jìn)行比較的方法判斷是否應(yīng)該設(shè)置隧道專用消防車。

(二)模型構(gòu)建

假設(shè)一簡化的高速公路路段，其中從互通A到互通B之間有n座隧道;A為距離互通A最近地點的地方消防隊，B為距離互通B最近地點的地方消防隊。假設(shè)地方消防隊A到達(dá)互通A的時間為TA1(min)、地方消防隊B到達(dá)互通B的時間為TB1(min)?？蓸?gòu)建高速公路隧道群隧道專業(yè)消防車是否設(shè)置判斷模型，具體建模過程見式(5)～式(10)。需要說明的是:Ki之所以取ZKi和YKi中的最小值，是為了保證消防隊B能在黃金救援時間內(nèi)到達(dá)隧道i的任何位置;而Ki+1之所以取ZKi+1和YKi+1中的最大值，也是為了保證消防隊A能在黃金救援時間內(nèi)到達(dá)隧道i的任何位置。

式中:ZKi——高速公路路段從起點到終點第i座隧道左線出口端樁號;YKi——高速公路路段從起點到終點第i座隧道右線進(jìn)口端樁號。

式中:ZKi+1——高速公路路段從起點到終點第i座隧道左線進(jìn)口端樁號;YKi+1——高速公路路段從起點到終點第i座隧道左線出口端樁號。

式中:TA1——地方消防隊A到達(dá)高速公路最近互通A的時間(min);K3——互通A樁號;Vi——高速公路隧道火災(zāi)發(fā)生時地方消防車隊伍A的平均行駛速度(km/h)。

式中:TB1——地方消防隊B到達(dá)高速公路最近互通B的時間(min);K4——互通B樁號;Vi——高速公路隧道火災(zāi)發(fā)生時地方消防隊B的平均行駛速度(km/h)。

(三)隧道群專業(yè)消防車輛配置與否的判斷

將上述計算所得T值與黃金救援時間8分鐘進(jìn)行比較，如果T＜8分鐘，那么該隧道群段并不需要設(shè)置專業(yè)的隧道消防車;如果T≥8分鐘，那么該隧道群段應(yīng)該設(shè)置專業(yè)的隧道消防車。對于隧道專業(yè)消防車的設(shè)置，如果設(shè)置在鄰近的隧道管理站中能保證在隧道發(fā)生火災(zāi)時消防車輛可以在8分鐘內(nèi)趕到火災(zāi)現(xiàn)場，那么可以將其設(shè)置在臨近的隧道管理站內(nèi);如果不能保證，則需另行選址設(shè)置專門的隧道消防救援站。

(四)隧道專業(yè)消防車與地方消防車的配合

在上述基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析可知，高速公路隧道群段消防車的配置可以分為以下三種情況:

若T＜8分鐘，不需要配置隧道群專業(yè)消防車，隧道群段隧道i的消防歸屬性可根據(jù)地方消防隊A與地方消防隊B到達(dá)隧道i的時間 TAi和TBi決定。若 TAi＜TBi，則隧道 i的消防工作應(yīng)該歸消防隊A管轄;若TAi＞TBi，則隧道i的消防工作應(yīng)該歸消防隊B管轄。

若T≥8分鐘，但由于地方消防隊A和地方消防隊B在8分鐘內(nèi)不能到達(dá)的隧道只有少數(shù)，只需設(shè)置一個隧道專業(yè)消防隊即可。同理，在設(shè)置隧道專業(yè)消防隊時可首先考慮將其設(shè)置在鄰近的隧道管理站內(nèi)，如果設(shè)置在鄰近隧道管理站中不能滿足“黃金救援8分鐘”的要求，可以另行選址設(shè)置專門的消防救援站。

若T≥8分鐘，且地方消防隊A和地方消防隊B在8分鐘內(nèi)不能到達(dá)的隧道較多，設(shè)置一個隧道專用消防隊已不能滿足要求，此時，可將消防車輛黃金救援時間下8分鐘內(nèi)的行程作為隧道專用消防隊伍的消防輻射半徑，并以此為依據(jù)對各隧道專業(yè)消防隊進(jìn)行合理布局，布局方法可參照隧道管理站。

四、結(jié)語

本文在分析消防應(yīng)急救援風(fēng)險的基礎(chǔ)上，提出了高速公路隧道群消防救援第二梯隊和第三梯隊到達(dá)隧道火災(zāi)現(xiàn)場的時間，并以此為依據(jù)建立了隧道群段隧道管理站以及隧道專用消防車輛配置的模型，為高速公路隧道群防災(zāi)救援設(shè)施配置提供參考，具有較強的實用價值。

［1］區(qū)有成.深圳東部過境高速公路隧道消防設(shè)計［J］.廣東公路交通，2009，(4).

［2］閆治國.特長公路隧道火災(zāi)研究［D］.成都:西南交通大學(xué)，2003.

［3］“交通部”臺灣國道高速公路局.長隧道安全管理研修報告書［R］.1995.

［4］付修華，楊其新，劉化冰.對特長公路隧道火災(zāi)防災(zāi)救援安全策略的思考［J］.公路交通科技，2004，21(3).

［5］中華人民共和國建設(shè)部標(biāo)準(zhǔn)［2006］42號.城市消防站建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)(修訂)［S］.北京:中國計劃出版社，2006.

Study on Highway Tunnels Optimal Allocation of the Management Stations and Fire Vehicles

ZENG De-li，MA Zheng-feng
(School of Traffic＆ Transportation，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，China)

As the number of tunnels increases，the number of fires in the tunnel also increases.In this case，it is quite important to configure the disaster prevention and rescue facilities.Base on the analysis of the time of disaster prevention and relief，the optimal allocation of management stations，which are set up among the series of tunnels and fire vehicles，is considered.Further，establishes the relevant model is established so that it can provide valuable reference about how to configure the disaster prevention and rescue facilities.

tunnel;management station;fire vehicle;optimal allocation

U491

A

1674－0297(2011)04－0025－03

2011－03－23

曾德麗(1985－)，女，四川廣安人，重慶交通大學(xué)交通運輸規(guī)劃與管理專業(yè)碩士研究生，主要從事城市交通規(guī)劃研究。

(責(zé)任編輯:李曉梅)