基于GIS的宿遷市消防站布局選址研究

許稷

[摘要]隨著城市的發(fā)展，可用地塊不足導(dǎo)致消防站無法布置于最優(yōu)區(qū)域的現(xiàn)象時有發(fā)生，對此，本文通過案例，應(yīng)用AreGIS軟件中的最小化設(shè)施點數(shù)模型，解決了消防站布局選點問題。

[關(guān)鍵詞]消防站布局；ArcGIS；最小化設(shè)施點數(shù)模型；最大覆蓋范圍模型

消防站布局規(guī)劃是城市消防專項規(guī)劃的核心。如何科學(xué)合理地在可用地塊中布置消防站，并以最少的資金投入實現(xiàn)消防站服務(wù)范圍的全覆蓋，是規(guī)劃從業(yè)人員面臨的主要問題。ArcGIS軟件中的“設(shè)施優(yōu)化布局分析”功能，能夠在確定系統(tǒng)需求的前提下，結(jié)合已有設(shè)施分布情況，根據(jù)特定優(yōu)化模型，從用戶建立的設(shè)施點位置數(shù)據(jù)庫中科學(xué)挑選位置，實現(xiàn)設(shè)施最優(yōu)布局。本文擬采用該種方法解決消防站規(guī)劃布局問題。

1原理概述

1.1GIS設(shè)施優(yōu)化布局功能簡析

ArcGIS常用優(yōu)化模型有最大化覆蓋范圍模型、最小化阻抗模型、最小化設(shè)施點數(shù)模型、最大化市場份額模型、目標(biāo)市場份額模型、最大化人流量模型。其中，消防站布局通常使用的為最大化覆蓋范圍模型及最小化設(shè)施點數(shù)模型。

最大化覆蓋范圍模型通過數(shù)據(jù)模擬，能夠在所有候選設(shè)施選址中確定一處最佳位置，使得設(shè)施坐落于該處時能夠保證服務(wù)對象數(shù)量最多。在消防站布局規(guī)劃中應(yīng)用該模型，能夠?qū)崿F(xiàn)在城市某一分區(qū)中合理確定一處消防站位置，使得該消防站能夠保護其范圍內(nèi)盡可能多的建筑。

最小化設(shè)施點數(shù)模型在上述模型基礎(chǔ)上進一步優(yōu)化，將設(shè)施數(shù)量不僅限定于一處。該模型能夠通過分析交通網(wǎng)絡(luò)狀況，在保證覆蓋所有區(qū)域的前提下，從候選設(shè)施選址中確定最少設(shè)施需求數(shù)量及布置位置。在消防站布局規(guī)劃中應(yīng)用該模型能夠?qū)崿F(xiàn)整個城區(qū)的消防站點布局工作，在保證消防站覆蓋能力的前提下，盡可能減少消防站建設(shè)數(shù)量，降低投資成本。

1.2消防站最優(yōu)布局原則

規(guī)劃消防站應(yīng)能保證消防車輛5 min能夠抵達城區(qū)范圍內(nèi)任意火場，確保滅火救援時效性；為減少投資成本，城區(qū)消防站數(shù)量應(yīng)在滿足需求的前提下盡可能少；規(guī)劃消防站應(yīng)能落實用地。

2案例分析

以宿遷市消防站規(guī)劃布局為例。中心城區(qū)現(xiàn)狀僅有4處消防站（隊），保護范圍達3522 km，平均轄區(qū)面積近90 km，遠超規(guī)范建議的4-7 km。目前，中心城區(qū)范圍內(nèi)可用地塊有限，是宿遷消防規(guī)劃面臨的主要問題。下面將從五個方面展開消防站選址研究。

2.1道路網(wǎng)絡(luò)建模

宿遷市道路等級分為快速路、主干路、次干路、支路四級。根據(jù)調(diào)研，消防車輛在這四類道路上平均行駛速度為60 km/h，50 km/h，40 km/h，30 km/h。以此作為交通網(wǎng)絡(luò)建模中車輛行駛速度的依據(jù)。

由于消防車輛不受路口禁轉(zhuǎn)、信號燈、單行線等限制，因此，在模型建立過程中僅需重點關(guān)注城市道路中各類立體交叉處理方式，盡可能擬合消防車輛運行情況。

2.2火災(zāi)發(fā)生點簡化建模

理論上講，城市中任何一棟建筑物都有可能發(fā)生火災(zāi)。但若將每棟建筑作為一個單元進行建模，工作量十分巨大。本文參考陳馳的研究理論，將各地塊中若干棟相鄰建筑物當(dāng)作一個整體，看作一個消防基本單元，利用其中心點近似表示火災(zāi)發(fā)生位置。將中心城區(qū)火災(zāi)發(fā)生點簡化為4562個消防基本單元，平均每個單元面積約為7.7 hm2，保證基本誤差控制在300 m以內(nèi)。

2.3消防站選址方案建模

宿遷市現(xiàn)狀消防站建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)較高，未來將予以保留。因此，將城市消防站劃分為兩種類型，一為已確定選址消防站（即現(xiàn)狀消防站）；二為候選消防站。綜合考慮宿遷市中心城區(qū)現(xiàn)狀用地情況，將可用地塊作為消防站備用選址，共篩選出207個位置。加上現(xiàn)狀4處消防站，中心城區(qū)共模擬消防站211處。

2.4設(shè)施選址及位置分配（圖1）

利用AreGIS中的位置分配功能，將211個位置作為設(shè)施點導(dǎo)入模型。其中，4處現(xiàn)狀消防站作為必選項，即無論方案如何，4處現(xiàn)狀消防站均作為未來規(guī)劃選址點；將剩余207個備選消防站定為候選項。

將已經(jīng)錄入完畢的4562個消防基本單元導(dǎo)人模型中，作為事件發(fā)生點。

利用最小化設(shè)施點數(shù)模型進行求解，將模型阻抗設(shè)置為路網(wǎng)行程時間，阻抗中斷定為260s，即消防車5 min可達（40 s出警響應(yīng)時間）。

通過軟件分析，得出如下結(jié)論：為滿足規(guī)范要求，中心城區(qū)未來年最小消防站需求數(shù)為20處，其中，現(xiàn)狀保留4處，規(guī)劃新建16處。

2.5選址結(jié)果分析

通過軟件分析，確定了宿遷市未來年規(guī)劃消防站數(shù)量及位置?，F(xiàn)利用最大覆蓋模型，分別計算消防站個數(shù)為4，15，20，25個時的選址情況。其中，當(dāng)消防站個數(shù)為4處時，即為現(xiàn)狀情況，用于對比優(yōu)化效果。

仍在前文建立的模型基礎(chǔ)上，在進行“位置分配”步驟時，將問題類型修改為“最大化覆蓋范圍”，分別將設(shè)施點數(shù)量定為4，15，20，25個。通過軟件計算得到如下結(jié)果（圖2）。

由表1分析可知，現(xiàn)狀僅有4處消防站的情況下，火災(zāi)發(fā)生點覆蓋率僅為40.09%，到達平均耗時為169s。當(dāng)消防站個數(shù)逐漸增加時，覆蓋比例逐漸上升至100%，到達平均耗時也逐漸降低。而當(dāng)消防站個數(shù)超過20處時，覆蓋比例不再增加，但平均耗時有所降低。

由此可見，軟件分析結(jié)果較為準(zhǔn)確，20處消防站能夠最好滿足宿遷市為來年發(fā)展需求。

3結(jié)語

本文將AreGIS軟件應(yīng)用到消防站布局規(guī)劃中，解決了專項規(guī)劃中消防站選址的問題。通過該方法的應(yīng)用，能夠從城市可用地塊中合理選擇消防站位置，在滿足消防車輛5 min可達的前提下，使消防站建設(shè)數(shù)量最少，經(jīng)費投入最低。