基于火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)理論的城鎮(zhèn)消防站選址優(yōu)化*——以山西夏縣瑤峰鎮(zhèn)為例

王秋紅，張 娟，鄧 軍，朱紅亞

(1.西安科技大學(xué) 能源學(xué)院，陜西 西安710054;2.運(yùn)城市公安消防支隊(duì) 政治處，山西 運(yùn)城044000;3.公安部天津消防研究所，天津300381)

0 引 言

改革開放以來(lái)，中國(guó)小城鎮(zhèn)規(guī)模的發(fā)展，帶動(dòng)了城鄉(xiāng)結(jié)合經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展。但是小城鎮(zhèn)消防基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的水平普遍不高，火災(zāi)危害一定程度上制約了小城鎮(zhèn)的發(fā)展。隨著火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法的研究，城市火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)理論得到充分發(fā)展，其中國(guó)外學(xué)者Bukowski［1］，Michael［2］分別研究了火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法和建筑物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。國(guó)內(nèi)學(xué)者杜霞等［3］介紹了英國(guó)、日本、美國(guó)的區(qū)域火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)。李杰等［4］提出以超越概率曲線的方法來(lái)表達(dá)火災(zāi)危險(xiǎn)性分析的結(jié)果。張一先等［5］采用拉格朗日插值法和判斷矩陣法進(jìn)行多級(jí)多指標(biāo)體系的模糊綜合評(píng)價(jià)，定量評(píng)估得到古城區(qū)防火安全屬于中等程度。李華軍［6］、楊海［7］、楊立［8］均采用模糊綜合評(píng)判方法分別對(duì)青島市城區(qū)、蘇州古城區(qū)、開封市4 個(gè)行政區(qū)進(jìn)行火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)估。對(duì)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的高低進(jìn)行排序，根據(jù)輕重緩急來(lái)確定保護(hù)措施。陳志芬等［9］根據(jù)因果分析圖中各基本事件與頂事件的關(guān)系以及各基本事件的統(tǒng)計(jì)頻率值，得出大型公共場(chǎng)所火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)理論提高了消防安全決策的科學(xué)性，所以逐漸有學(xué)者將火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法應(yīng)用在消防站的優(yōu)化選址研究上，其中胡傳平［10］從理論上建立了區(qū)域居民火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估方法和人員/財(cái)產(chǎn)密集建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估方法，基于離散定位- 分配模型和WCPS 消防車輛裝備需求模型，通過集合覆蓋、最大覆蓋方法，建立了消防站和消防車輛裝備布局的優(yōu)化方法。王大博［11］采用層次分析法對(duì)建立的城市火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系進(jìn)行分析，并采用離散數(shù)學(xué)模型得到以消防響應(yīng)全覆蓋消防轄區(qū)的消防站布局。

以火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估后的結(jié)論為依據(jù)，再進(jìn)行消防站選址，這將極大提升消防站的有效性和使用率，除了應(yīng)用于大城市，也有必要對(duì)小城鎮(zhèn)開展區(qū)域火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和消防站優(yōu)化配置的研究工作。文中綜合應(yīng)用火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的層級(jí)分析法、傳統(tǒng)消防站布局方法、并結(jié)合ArcGIS 繪圖軟件對(duì)瑤峰鎮(zhèn)消防站開展優(yōu)化選址研究，研究結(jié)果有助于改進(jìn)瑤峰鎮(zhèn)現(xiàn)有消防站布局不合理問題，有助于提升瑤峰鎮(zhèn)抵御火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的能力。

1 瑤峰鎮(zhèn)消防重點(diǎn)單位的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

1.1 指標(biāo)體系的權(quán)重確定方法

不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)最終評(píng)價(jià)結(jié)果的影響程度是不同的，因此需要確定每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的比重，具體步驟如下。

1.1.1 構(gòu)造判斷矩陣

判斷矩陣M 的形式，見表1.

表1 判斷矩陣形式Tab.1 Judgment matrix

表1 中，M 矩陣有N1，N2，…，Nn個(gè)指標(biāo)，且矩陣滿足mii=1 和mij=1/mji.

1.1.2 相對(duì)重要性排序

評(píng)估體系各相同層次的指標(biāo)兩兩比較得到相對(duì)重要度排序。在排序的過程中，采用的是1 ～9標(biāo)度法。實(shí)際應(yīng)用中，標(biāo)度取值采用專家打分法，得到判斷矩陣，經(jīng)過計(jì)算求權(quán)重。

1)元素按行相乘得一新向量

2)將新向量的每個(gè)分量開n 次方

3)將所得向量歸一化

最后得到歸一化的權(quán)重向量W =［w1，w2，…，］T.

1.1.3 一致性檢驗(yàn)

當(dāng)矩陣具有完全一致性時(shí)CI = 0，分子λmax-n 越大，表示矩陣的一致性減小。RI 代表多次重復(fù)(通常大于500 次)進(jìn)行隨機(jī)判斷矩陣特征值的計(jì)算后取算術(shù)平均值得到。下文中的消防重點(diǎn)單位判斷矩陣為7 階，故從矩陣的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)表中查得RI 應(yīng)取值為1.32.

CR 是判斷矩陣的隨機(jī)一致性比例

當(dāng)CR ＜0.1 時(shí)，判斷矩陣具有滿意一致性，否則需要對(duì)判斷矩陣進(jìn)行調(diào)整。

1.2 瑤峰鎮(zhèn)消防重點(diǎn)單位指標(biāo)體系的權(quán)重確定

根據(jù)城市消防監(jiān)督檢查管理對(duì)象自身的不同特點(diǎn)，瑤峰鎮(zhèn)消防重點(diǎn)單位被劃分為7 個(gè)不同性質(zhì)的單位，分別是重要機(jī)關(guān)，公共娛樂場(chǎng)所，賓館飯店，商場(chǎng)、集貿(mào)市場(chǎng)，學(xué)校、幼兒園，高層住宅建筑和易燃易爆場(chǎng)所。首先構(gòu)建瑤峰鎮(zhèn)消防重點(diǎn)單位火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系，見表2.

表2 瑤峰鎮(zhèn)消防重點(diǎn)單位火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系Tab.2 Fire risk index system of the key enterprises of fire fighting in Yaofeng town

表3 消防重點(diǎn)單位-判斷矩陣Tab.3 Key enterprises of fire fighting-Judgment matrix

然后專家對(duì)這7 個(gè)因素進(jìn)行兩兩比較判斷，將判斷結(jié)果分析總結(jié)成判斷矩陣(見表3)，再用式(4)～式(5)對(duì)矩陣進(jìn)行檢驗(yàn)，確定該矩陣滿足一致性要求。最后用式(1)～式(3)對(duì)矩陣進(jìn)行計(jì)算，得到歸一化的權(quán)重向量W =［0. 049 8 0.159 0 0.234 2 0.108 0 0.034 2 0.341 4］T

根據(jù)權(quán)重向量可知，瑤峰鎮(zhèn)消防重點(diǎn)單位的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)高低，按降序排列為:易燃易爆場(chǎng)所＞商場(chǎng)、集貿(mào)市場(chǎng)＞公共娛樂場(chǎng)所＞學(xué)校、幼兒園＞賓館飯店＞重要機(jī)關(guān)＞高層住宅建筑。由此可知瑤峰鎮(zhèn)上火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)性最高的單位是易燃易爆場(chǎng)所，風(fēng)險(xiǎn)性最小的單位是高層住宅建筑。而通常在一些大城市，高層住宅建筑的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)往往高于學(xué)校、賓館飯店及重要機(jī)關(guān)，這體現(xiàn)出了大城市與城鎮(zhèn)不同用途建筑在比例分配上的差異。下面以評(píng)價(jià)出的瑤峰鎮(zhèn)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)性最高的易燃易爆場(chǎng)所為重點(diǎn)對(duì)象，開展消防站選址研究。

2 瑤峰鎮(zhèn)消防站優(yōu)化選址

2.1 瑤峰鎮(zhèn)現(xiàn)有消防站現(xiàn)狀分析

瑤峰鎮(zhèn)涉及的易燃易爆物品主要是汽油類、燃?xì)忸惖纫兹家妆ｋU(xiǎn)品，分布于不同的易燃易爆場(chǎng)所中。此鎮(zhèn)上的易燃易爆場(chǎng)所匯總表，見表4.

表4 瑤峰鎮(zhèn)易燃易爆場(chǎng)所一覽表Tab.4 Lists of inflammable and explosive locations of Yaofeng town

將瑤峰鎮(zhèn)城區(qū)的電子地圖導(dǎo)入ArcGIS(地理信息系統(tǒng))軟件中，用不同符號(hào)代表不同性質(zhì)的單位，并將它們的位置精確標(biāo)注在瑤峰鎮(zhèn)城區(qū)道路分布圖上。其中，現(xiàn)役消防站用紅色五角星表示，易燃易爆場(chǎng)所用紅色圓點(diǎn)表示，化工企業(yè)用紫色方塊表示，變電站用黃色圓點(diǎn)表示，學(xué)校用紫色圓點(diǎn)表示，如圖1 所示。

根據(jù)《城鎮(zhèn)消防站布局與技術(shù)裝備配備標(biāo)準(zhǔn)編制說明》中第2.0.1 條中規(guī)定消防站責(zé)任區(qū)是以消防站為中心，劃定一定的區(qū)域面積，由該消防站擔(dān)負(fù)滅火救災(zāi)任務(wù)的區(qū)域。責(zé)任區(qū)的大小是按照消防隊(duì)接到報(bào)警的5 min 內(nèi)可以到達(dá)責(zé)任區(qū)邊緣的要求來(lái)確定的(接警出動(dòng)1 min，行車到場(chǎng)4 min)，消防站責(zé)任區(qū)的保護(hù)面積，見式(7)。

式中 A 表示消防站責(zé)任區(qū)面積，km2;R 表示消防站至責(zé)任區(qū)最遠(yuǎn)點(diǎn)的直線距離，即消防站保護(hù)半徑km;S 表示消防站至責(zé)任區(qū)最遠(yuǎn)點(diǎn)的實(shí)際距離，即消防車4 min 行駛路程km;λ 表示道路曲折系數(shù)，即兩點(diǎn)間實(shí)際交通距離與直線距離之比。標(biāo)準(zhǔn)中說明城市消防站責(zé)任區(qū)面積為4 ～7 km2適宜。

故利用ArcGIS 軟件，以圖1 中繪制的現(xiàn)役消防站為中心，分別繪制面積為4 km2和7 km2的覆蓋圓，如圖2 所示。

圖1 瑤峰鎮(zhèn)城區(qū)道路布局與消防重點(diǎn)單位分布圖Fig.1 Road layout and the key units layout for fire control of Yaofeng town

圖2 傳統(tǒng)消防站布局方法得到的覆蓋圖Fig.2 Land cover map gained by traditional method of fire fighting station layout

從圖2 看出，當(dāng)消防站責(zé)任區(qū)面積為4 km2時(shí)，有6 個(gè)易燃易爆場(chǎng)所在責(zé)任區(qū)范圍外;當(dāng)消防站責(zé)任區(qū)面積為7 km2時(shí)，有3 個(gè)易燃易爆場(chǎng)所在責(zé)任區(qū)范圍外，可知瑤峰鎮(zhèn)僅有的一個(gè)現(xiàn)役消防站遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足該鎮(zhèn)上易燃易爆場(chǎng)所對(duì)滅火緊急救援的需求，故急需對(duì)瑤峰鎮(zhèn)的消防站布局進(jìn)行優(yōu)化選址研究。

2.2 瑤峰鎮(zhèn)消防站優(yōu)化選址研究

將整個(gè)瑤峰鎮(zhèn)城區(qū)以面積為4 km2和7 km2的同心圓分別進(jìn)行覆蓋，如圖3 所示。

圖3 瑤峰鎮(zhèn)城區(qū)同心圓覆蓋圖Fig.3 Land cover map of Yaofeng town with concentric circles

圖4 針對(duì)易燃易爆場(chǎng)所的消防站選址優(yōu)化結(jié)果Fig.4 Optimization location results of fire fighting stations for the inflammable and explosive locations

以瑤峰鎮(zhèn)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)性最高的易燃易爆場(chǎng)所為對(duì)象，進(jìn)行消防站選址。綜合考慮同心圓對(duì)易燃易爆場(chǎng)所(紅色圓點(diǎn))最大范圍的覆蓋，對(duì)圖3 中同心圓進(jìn)行刪減，刪減后的責(zé)任區(qū)面積為4 km2的圓剩兩個(gè)(橘紅色圓圈)，責(zé)任區(qū)面積為7 km2的圓也剩兩個(gè)(黑色圓圈)，見圖4(a)，(b). 看到仍有個(gè)別紅色圓點(diǎn)在責(zé)任區(qū)的保護(hù)范圍外，故再對(duì)圓圈中心進(jìn)行微調(diào)，確保所有紅色圓點(diǎn)在圓內(nèi)，微調(diào)后的位置由紫色圓圈表示。

最后將圖4(a)，(b)中顯示出瑤峰鎮(zhèn)城區(qū)道路布局圖，即可確切得到新消防站的具體建設(shè)位置，如圖4(c)，(d)所示。研究得到無(wú)論4 km2還是7 km2的消防站責(zé)任區(qū)面積，以瑤峰鎮(zhèn)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)性最高的易燃易爆場(chǎng)所為重點(diǎn)消防對(duì)象，瑤峰鎮(zhèn)城區(qū)都需要建設(shè)兩個(gè)消防站，比原有消防站在位置上有很大的變動(dòng)。優(yōu)化后的消防站位置，不僅可以確保所有易燃易爆場(chǎng)所都在消防站的責(zé)任區(qū)范圍內(nèi)，也可提高消防站資源的利用率。

3 結(jié) 論

確定瑤峰鎮(zhèn)消防重點(diǎn)單位指標(biāo)體系的權(quán)重，以評(píng)價(jià)出的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)性最高的易燃易爆場(chǎng)所為重點(diǎn)消防對(duì)象，開展瑤峰鎮(zhèn)城區(qū)消防站優(yōu)化選址研究。主要結(jié)論有

1)瑤峰鎮(zhèn)消防重點(diǎn)單位的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)按降序排列為:易燃易爆場(chǎng)所＞商場(chǎng)、集貿(mào)市場(chǎng)＞公共娛樂場(chǎng)所＞學(xué)校、幼兒園＞賓館飯店＞重要機(jī)關(guān)＞高層住宅建筑?，幏彐?zhèn)上火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)性最高的單位是易燃易爆場(chǎng)所，風(fēng)險(xiǎn)性最小的單位是高層住宅建筑，體現(xiàn)出了大城市與城鎮(zhèn)不同用途建筑在比例分配上的差異;

2)瑤峰鎮(zhèn)僅有的一個(gè)現(xiàn)役消防站不能完全滿足該鎮(zhèn)上易燃易爆場(chǎng)所對(duì)5 min 到場(chǎng)滅火救援的需求;

3)合理考慮對(duì)易燃易爆場(chǎng)所實(shí)現(xiàn)最大范圍覆蓋，得到無(wú)論4 km2還是7 km2的消防站責(zé)任區(qū)面積，瑤峰鎮(zhèn)城區(qū)都需要建設(shè)2 個(gè)消防站，比原有消防站在位置上有很大的變動(dòng)。在ArcGIS 系統(tǒng)中的道路布局圖上可以確切得到新消防站的具體建設(shè)位置，為瑤峰鎮(zhèn)政府建設(shè)新消防站提供了參考。

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