作戰(zhàn)力量組合優(yōu)化調(diào)度技術研究

馬曉明，馬 雙

(聊城市公安消防支隊，山東 聊城 252000)

目前，各種災害事故數(shù)量不斷攀升，處置難度不斷增大，對消防部隊的應急救援能力提出了更高的要求。優(yōu)化力量調(diào)度技術，是進一步增強現(xiàn)場作戰(zhàn)力量調(diào)集的針對性，以更好地輔助現(xiàn)場指揮決策。在一次完整的滅火作戰(zhàn)過程中，需要有具備不同功能的作戰(zhàn)車輛，在滅火救援中，涉及到車輛的性能主要集中在滅火控火、掩護救人、登高破拆、照明排煙等四個方面[1]。據(jù)此，按照滅火控火、掩護救人、登高破拆、照明排煙等四個模塊，對各中隊消防車及戰(zhàn)斗員進行相應的評分量化。

優(yōu)化力量調(diào)度，目的是為了增強處置火災時作戰(zhàn)力量調(diào)度的針對性，從而發(fā)揮作戰(zhàn)力量組合的戰(zhàn)斗力，滿足火場滅火作戰(zhàn)的需求，即滅火和救人的需求。因此在滅火力量組合中，用出槍炮數(shù)表征滅火能力，用戰(zhàn)斗員數(shù)量表征救人能力[2]，調(diào)集的作戰(zhàn)力量(車輛、戰(zhàn)斗員)應滿足以下要求：(1)Q槍≥Q部署，Q槍為各車所出槍炮數(shù)量之和，Q槍大于等于火場實際需要的滅火水槍炮數(shù)量；(2)P戰(zhàn)斗員≥P部署，P戰(zhàn)斗員為各車所配備戰(zhàn)斗員人數(shù)之和，P戰(zhàn)斗員大于等于實際需要部署的戰(zhàn)斗員數(shù)量。

1 優(yōu)化調(diào)度模型

根據(jù)上述分析，結合數(shù)學原理，建立優(yōu)化調(diào)度數(shù)學模型。在滅火救援中，時間就是生命，根據(jù)參戰(zhàn)力量第一時間到場的要求，以及調(diào)派中隊到場時間最短的要求，設定目標函數(shù)為：

(1)

式中，約束條件為：xi,j=0或xi,j=1。xi,j體現(xiàn)第i中隊的第j輛消防車的調(diào)度情況，當xi,j=0時表示無需調(diào)派到火場，當xi,j=1時表示需要調(diào)派到火場；t代表所調(diào)集參戰(zhàn)力量到場時間之和，t值越小，表明參戰(zhàn)力量到場越快；ti為第i中隊所調(diào)派消防車到達火場的時間，從支隊指揮中心結合轄區(qū)中隊平時六熟悉獲得行車時間，ti可用矩陣T表示。

為了保證中隊正常的執(zhí)勤戰(zhàn)備，考慮到中隊實際情況，要求同時調(diào)集一個中隊的車輛數(shù)不超過4輛，即為∑xi,j≤4。

根據(jù)現(xiàn)場實際滅火控火、掩護救人、登高破拆、照明排煙的需要，結合公式(2)、(3)、(4)、(5)，確定相應的優(yōu)化調(diào)度數(shù)學模型，可利用Lingo軟件求最優(yōu)解。Lingo軟件是一套專門用于求解最優(yōu)化問題的軟件包，用于求解線性規(guī)劃和二次規(guī)劃問題，其執(zhí)行速度很快，是求解優(yōu)化模型的最佳選擇。當某中隊的某輛車取值為1，表示調(diào)集于火場。

(2)

式中，ai,j表示第i中隊的第j輛消防車的滅火控火能力，用該消防車出水槍炮數(shù)量表征，水炮數(shù)量按“1炮3槍”等效為水槍數(shù)量，通過矩陣A表示；q表示火場需要的滅火力量，用水槍數(shù)量表示。

火災力量需求計算中，救人力量的計算主要是計算內(nèi)攻救人小組的數(shù)量，用內(nèi)攻救人小組的數(shù)量表征掩護救人能力。

(3)

式中，bi,j表示第i中隊的第j輛消防車的掩護救人能力，用內(nèi)攻救人小組的數(shù)量表征，通過矩陣B表示；p表示火場需要的救人力量，用救人小組數(shù)量表示。

登高、破拆、照明、排煙等行動主要由相應的車輛和戰(zhàn)斗員負責，進行火場力量需求計算時可用該車輛是否具有登高、排煙等相關能力賦值表征。

(4)

式中，ci,j表示第i中隊的第j輛消防車的登高破拆能力，用該消防車是否具有破拆或者登高能力表征，ci,j=1表示該消防車具有登高能力，ci,j=2表示該消防車具有破拆能力，通過矩陣C表示；s表示火場實際需要的登高破拆力量，s=0表示不需要登高破拆力量，s=1表示需要登高力量，s=2表示需要破拆力量，s=3表示同時需要登高和破拆力量。

(5)

式中，di,j表示第i中隊的第j輛消防車的照明排煙能力，用該消防車是否具有照明或者排煙能力表征，di,j=1表示該消防車具有照明能力，di,j=2表示該消防車具有排煙能力，通過矩陣D表示；z表示火場實際需要的照明排煙力量，z=0表示不需要照明排煙力量，z=1表示需要照明力量，z=2表示需要排煙力量，z=3表示同時需要照明和排煙力量。

在日常車輛執(zhí)勤戰(zhàn)備中，將模塊(車輛、戰(zhàn)斗員)進行量化，確定A、B、C、D等4個表示車輛戰(zhàn)斗力的特征矩陣，編程力量調(diào)度程序。根據(jù)火場實際需要，確定p、q、s、z等參數(shù)，得到力量調(diào)度結果。

2 實例應用

2.1 某支隊基本情況介紹

通過收集資料，現(xiàn)將某支隊各中隊所配備的消防車輛信息進行收集整理分類，按照滅火控火、掩護救人、登高破拆、排煙照明四個方面的能力進行相應的評分整理，可得表1(以一中隊為例)。

表1 某支隊一中隊車輛模塊量化表

根據(jù)評分，可得出該支隊的車輛模塊特征矩陣，分別為滅火控火能力矩陣A、掩護救人能力矩陣B、破拆登高能力矩陣C、排煙照明能力矩陣D。

由此可以確定該支隊的力量組合優(yōu)化調(diào)度模型，利用Lingo軟件的進行求解。進行滅火作戰(zhàn)調(diào)度時，通過收集相關參數(shù)，最終確定調(diào)派力量。

2.2 戰(zhàn)例應用

某娛樂會所為地上6層、地下1層建筑，建筑內(nèi)每層面積均為1 234.9 m2，總建筑面積6 808 m2，一層為沿街商鋪，二層為表演場所，三層為唱歌包間，四層為綜合洗浴場所，五層為休閑娛樂區(qū)，六層為員工休息區(qū)。一部敞開式樓梯間和一部封閉樓梯間分別分布在建筑東、西側(cè)。該娛樂會所火災發(fā)生時二、三、四、五層共有650人，其中場所服務人員98名，二層、三層分別有200余人，四層約有80余人，五層約有70余人，六層約有20余人。二樓表演大廳由于舞臺高溫起火，引燃周圍可燃物發(fā)生火災，過火面積約為580 m2，燒毀面積約為320 m2。

現(xiàn)場水源情況：該建筑共有市政消火栓3個，東面1個距離現(xiàn)場約600 m、西面2個距離現(xiàn)場約800 m、400 m，壓力為0.2 MPa。南面小區(qū)距離現(xiàn)場約250 m、北面小區(qū)距離現(xiàn)場約20 m，各有1個消火栓，壓力為0.15 MPa，消火栓地下管網(wǎng)為環(huán)狀，直徑為300 mm。

根據(jù)火場需要，采取相關系數(shù)，代入優(yōu)化調(diào)度模型[3]，進行力量組合優(yōu)化調(diào)度。結合火災現(xiàn)場需要，需出10支水槍，1門水炮，此時火場p=13；考慮到有大量人員亟須疏散搜救，可得火場q=40；考慮到火災發(fā)生時間為夜晚，需要登高救援、排煙照明，可得火場s=3，z=3。根據(jù)支隊指揮中心提供的數(shù)據(jù)，10個中隊到達火災現(xiàn)場所需時間的矩陣為：T=[4,12,36,80,30,30.5,45,80,55,59]。

啟動Lingo程序，輸入相關參數(shù)，通過計算，可得力量組合調(diào)度結果，見表2。

結合表2的調(diào)度結果，得出調(diào)集力量來自1、2、5、10四個中隊，所調(diào)集中隊的車輛模塊能力見表3。

表2 力量組合調(diào)度結果

注：表中1代表出動，0代表不出動。

表3 調(diào)集中隊的車輛模塊能力

通過調(diào)動力量情況可知，共調(diào)集了4個中隊，15輛消防車，84名指戰(zhàn)員參與滅火作戰(zhàn)行動，這其中包括10輛水罐車(泡沫車)、2臺搶險救援車、2臺登高平臺車、1臺照明車參與滅火作戰(zhàn)?，F(xiàn)根據(jù)滅火作戰(zhàn)要求，結合現(xiàn)場情況，做以下任務力量分工：

1中隊1、2、5號車占領西面距現(xiàn)場800 m處消火栓實施接力供水，4名戰(zhàn)斗員從5號車出2支水槍從西面進入二層實施內(nèi)攻滅火，駕駛員負責維護供水線路，其余人員負責疏散三、四層被困人員。3號車3名戰(zhàn)斗員負責破拆，開辟疏散通道，4名戰(zhàn)斗員成立兩個搜救小組實施搜救。

2中隊2、5號車占領東面距現(xiàn)場600 m處消火栓實施接力供水，4名戰(zhàn)斗員從5號車出2支水槍從東面進入二層實施內(nèi)攻滅火，駕駛員負責維護供水線路，其余人員負責疏散三、四層被困人員。3號車從南面對樓頂人員實施疏散營救，待解救完畢后，從南面進行破拆，加快排煙速度。4號車2名戰(zhàn)斗員負責火場排煙，4名戰(zhàn)斗員成立2個搜救小組實施搜救。

5中隊2號車占領南面距現(xiàn)場250 m處消火栓，4名戰(zhàn)斗員出2支水槍，從火場東面進入二層實施內(nèi)攻滅火，3號車占領北面距火場20 m處消火栓，給4號車供水，2、3號車6名戰(zhàn)斗員成立3個搜救小組，分別從四、五、六層進入火場，展開搜救。4號車?？吭诨饒霰泵?，出一支水炮壓制火勢向三層蔓延。

10中隊2、4號車占領西面距火場400 m處消火栓，其中3號車作為頭車?？吭诨饒銮把?，2號車為其接力供水，4名戰(zhàn)斗員從4號車出2支水槍從西面進入二層；另外4名戰(zhàn)斗員從東側(cè)進入火場內(nèi)部，利用室內(nèi)消火栓出2支水槍，實施內(nèi)攻滅火。3號車4名戰(zhàn)斗員利用車載水出2支水槍，防止火勢沿樓梯向上蔓延。6號車?？吭诨饒龊线m位置，負責火場照明。

在此次滅火的實際戰(zhàn)斗中，共出水槍12支，水炮1門，成立搜救組5個，主要從火場二層內(nèi)攻控火滅火，從東面出6支水槍內(nèi)攻滅火，從西面出3支水槍內(nèi)攻滅火，在樓梯處設置2支水槍防止火勢向上蔓延，從北面出1支水槍、1門水炮阻止火勢向上翻滾，從南面實施登高破拆排煙，利用登高平臺車，實施登高疏散救人，5個搜救組分別從二、三、四、五、六層開展搜救工作，組織戰(zhàn)斗員開辟救生通道，掩護疏散有能力逃生的被困人員緊急疏散。

該火災實際作戰(zhàn)中共調(diào)集了5個中隊13輛消防車，75名指戰(zhàn)員趕赴現(xiàn)場處置，火場中共使用了1門水炮8支水槍，實際作戰(zhàn)的時間較長，作戰(zhàn)過程中出現(xiàn)了供水不足的情況。優(yōu)化調(diào)集模型共調(diào)集了4個中隊15輛消防車，84名指戰(zhàn)員參與滅火作戰(zhàn)行動，這其中包括10輛水罐車(泡沫車)、2臺搶險救援車、2臺登高平臺車、1臺照明車。調(diào)集的力量總共可出20支水槍，需要投入戰(zhàn)斗的共1門水炮12支水槍(等效為15支水槍)，有5支水槍為機動滅火力量?？梢娫撜{(diào)度模型調(diào)集的力量比實際作戰(zhàn)力量稍大，但滅火力量與救援力量大于火場實際部署的力量，且具有一定的機動力量，證明了該優(yōu)化調(diào)度模型的可行性。

綜上，經(jīng)過對某支隊作戰(zhàn)力量組合進行優(yōu)化調(diào)度與某建筑火災的實例驗證，本文所設計的優(yōu)化調(diào)度技術能夠科學合理地將所需力量調(diào)集于火場。

參考文獻：

[1] 李磊.基于遺傳算法的陣地進攻戰(zhàn)斗作戰(zhàn)力量編成優(yōu)化方法研究[D].長沙:國防科學技術大學,2009．

[2] 房凌春.消防部隊滅火救援行動扁平化指揮模式研究[C]//2012中國消防協(xié)會科學技術年會.2012.

[3] 朱飛勇.消防扁平化作戰(zhàn)指揮模式實踐與思考[M].北京:中國人民公安大學出版社,2013.