基于風險的滅火救援力量優(yōu)化布局分析

劉宇

摘要：城市公共滅火救援力量布局不合理是導(dǎo)致火災(zāi)重大損失的關(guān)鍵原因，為解決目前滅火救援力量布局中的問題，立足風險視角對滅火救援力量的優(yōu)化布局展開分析，重點介紹消防站與消防裝備的優(yōu)化布局方法，并結(jié)合實例探究方法的應(yīng)用，意在基于火災(zāi)風險現(xiàn)實情況與控制需求實現(xiàn)滅火救援力量的合理配備，進一步明確響應(yīng)風險目標，增強降低火災(zāi)風險能力。

關(guān)鍵詞：火災(zāi)風險；滅火救援力量；優(yōu)化布局

中圖分類號：D631.6? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ?文章編號：2096-1227（2024）03-0051-04

滅火救援力量是重要的消防資源，其布局情況會對城市火災(zāi)風險控制能力、消防救援決策產(chǎn)生直接影響。從目前城市公共滅火救援力量的布局情況來看，布局過程中參照的標準靈活性較差，未能真正落實“以防為主，防消結(jié)合”方針。發(fā)生火災(zāi)后，也難以做到1min響應(yīng)啟動、3min到場撲救、5min協(xié)同作戰(zhàn)。因此，亟需基于風險視角探究滅火救援力量的優(yōu)化布局，形成與火災(zāi)風險相匹配的最佳滅火救援力量配置方案，解決當前滅火救援力量布局規(guī)劃中的不足與問題。

1 滅火救援力量與關(guān)鍵參數(shù)

滅火救援力量是由城市消防站、專職消防隊與鄉(xiāng)鎮(zhèn)消防隊、微型消防站三部分組成的，是處置日常火災(zāi)風險與常見災(zāi)害的重要力量?？梢岳煤瘮?shù)形式進行表達：

式（1）中FC表示滅火救援力量、T表示滅火救援力量響應(yīng)事故時間、Eq表示滅火救援力量裝配配備、Per表示滅火救援人員。

其中，滅火救援力量響應(yīng)事故時間的確定共涉及兩項內(nèi)容：一是出動時間，即接到火警至抵達火災(zāi)現(xiàn)場的時間；二是開展救援時間，即抵達事故現(xiàn)場至出水、營救的時間。滅火救援力量裝備配備受種類、數(shù)量、能力等因素的影響。滅火救援人員由類型、素質(zhì)、數(shù)量等因素決定[1]。

2 基于風險的滅火救援力量優(yōu)化布局必要性

現(xiàn)階段，滅火救援力量布局中存在一定問題，主要因為滅火救援力量布局依據(jù)并不完善，未能考慮城市規(guī)模與經(jīng)濟發(fā)展水平，在諸多經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)無法達到標準依據(jù)的要求，仍然無法合理配備滅火救援力量；且也未能考慮各個城市的現(xiàn)實情況，使滅火救援力量布局與土地資源利用、空間利用的矛盾愈發(fā)突出。

而基于火災(zāi)風險視角完成布局優(yōu)化，是保證滅火救援力量配置滿足火災(zāi)風險控制需求、提高滅火效率的重要途徑。以損失類型劃分，火災(zāi)事故風險可以細化為三種類型：生命風險、財產(chǎn)風險、環(huán)境風險。優(yōu)化滅火救援力量布局的關(guān)鍵是降低生命與財產(chǎn)風險；以火災(zāi)事故響應(yīng)時間要求、強度、空間劃分，火災(zāi)事故風險可以細化為以下風險類型：居民或非居民火災(zāi)風險、重大事故風險、特殊救援事故風險，優(yōu)化滅火救援力量布局的關(guān)鍵是控制居民或非居民火災(zāi)風險、減少特殊救援事故風險、預(yù)防重大事故風險，根本目標仍是降低生命財產(chǎn)損失[2]。因此，風險視角下的滅火救援力量優(yōu)化布局以“以人為本”為根本原則，在火災(zāi)風險較高的區(qū)域配備更多的滅火救援力量，以便最大程度降低火災(zāi)事故造成的生命、財產(chǎn)風險，再盡最大能力降低其他類型風險，可以彌補現(xiàn)行布局依據(jù)中的不足，提高滅火力量布局的合理性與科學(xué)性。

3 基于風險的滅火救援力量優(yōu)化布局方法

傳統(tǒng)的滅火救援力量優(yōu)化布局主要采用人工方法，按照標準規(guī)范要求確定滅火救援力量覆蓋的轄區(qū)，估算需要配備的消防站或滅火救援裝備數(shù)量，再由人工選址，最終結(jié)合經(jīng)驗或通過專家論證進行調(diào)整與優(yōu)化，不僅費時費力，也具有主觀性強的劣勢。而立足風險視角優(yōu)化滅火救援力量布局需要基于需求模型進行，具體方法見圖1。

3.1? 消防站優(yōu)化布局方法

3.1.1? 數(shù)學(xué)模型構(gòu)建

將消防站優(yōu)化布局轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題，可以描述為：確定m個候選點，并從候選點中確定p個供應(yīng)點，由供應(yīng)點為n個需求點提供服務(wù)，從而保證p的數(shù)量與位置最合理?？梢詷?gòu)建多種數(shù)學(xué)模型，但需要考慮消防站優(yōu)化布局的目的，從而選擇經(jīng)典的離散定位－分配模型，其能夠更好地解決實際問題。該模型構(gòu)建中需要應(yīng)用不同的方法，構(gòu)建的數(shù)學(xué)模型如下：

式（2）中I表示需求點集合；J表示候選點集合，fj表示候選點處定位供應(yīng)點的固定成本；xj=1時表示在候選點處定位供應(yīng)點，xj=0時表示在候選點處未定位供應(yīng)點。約束條件中aij=1時表示需求點可能被候選點處的供應(yīng)點覆蓋，aij=0時表示需求i點不可能被候選點j處的供應(yīng)點覆蓋。通過該模型求出覆蓋所有需求點時供應(yīng)點數(shù)量最小值，從而在滿足所有滅火救援保護區(qū)域消防站設(shè)置需求基礎(chǔ)上，最大程度減少消防站的設(shè)置數(shù)量，避免資源浪費問題[3]。

式（3）中hi表示在需求點i處的需求；Zi=1時表示需求點被覆蓋，Zi=0時表示需求點i未被覆蓋。約束條件中表示P供應(yīng)點數(shù)量。通過該模型主要解決在定位供應(yīng)點時基于完全覆蓋前提條件確定最多需求點問題，即根據(jù)已知的消防站布局數(shù)量通過優(yōu)化使其保護范圍最大化。

式（4）中dij表示需求點與候選點間距離；Yij=1時表示需求點被候選點處的供應(yīng)點服務(wù)，Yij=0時表示需求點i未被候選點處的供應(yīng)點服務(wù)。該模型可以基于距離最近原則解決最近供應(yīng)點需求加權(quán)總距離最短問題。

3.1.2? 方法應(yīng)用

一是基于集合覆蓋模型對目標保護區(qū)域內(nèi)所需消防站的數(shù)量（最少）進行確定，并統(tǒng)計已有消防站的布局情況，確定具體位置，完成消防站布局節(jié)點網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，并形成最短行駛時間矩陣。

二是采用P-Median模型進行求解，此時可以不對風險約束條件與時間條件進行考慮，但要保證消防站響應(yīng)目標保護區(qū)域時間的加權(quán)平均值的和為最小，從而才能使消防站布局效果最佳。同時，逐一改變約束參數(shù)，如加入時間約束條件，再采用P-Median模型求解，重復(fù)上述環(huán)節(jié)，可以形成不同的優(yōu)化布局方案。

三是將多個優(yōu)化布局方案進行綜合比較，結(jié)合實際需求進行判斷，選擇布局合理、投入少的方案。

3.2? 消防裝備優(yōu)化布局方法

傳統(tǒng)消防裝備優(yōu)化布局方法需要構(gòu)建消防裝備需求模型，并基于模型分析與區(qū)域火災(zāi)風險之間的關(guān)系，再進行區(qū)域保護場所分類，通過抽樣確定保護場所所需的消防裝備，該方法無法保障優(yōu)化布局后消防裝備配備的針對性與合理性?，F(xiàn)代基于WCPS完成消防裝備優(yōu)化布局，即基于最不利火災(zāi)規(guī)劃場景進行優(yōu)化布局，該方法對目標保護區(qū)域內(nèi)不同類型場所的最不利火災(zāi)情況進行描述，該描述具有綜合性，并非針對性，從而確定消防裝備的需求，通常情況下可以保障80%的消防裝備滿足目標保護區(qū)域需求[4]。

具體應(yīng)用過程中也需要先通過假定、估算完成需求模型構(gòu)建，其目的是先基于WCPS估算出消防裝備需求，并連同消防人員合理配備到已經(jīng)布局的消防站當中。構(gòu)建的裝備配備數(shù)學(xué)模型如下：

式（5）中I表示消防站點集合；J表示需求點集合，Ei表示消防站點處某類裝備數(shù)量。約束條件中bij=1時表示消防站向需求點提供裝備，bij=0時表示消防站點不向需求點提供裝備；Vij表示消防站點i向需求點j提供某類裝備數(shù)量；Rj表示需求點j處某類裝備需求數(shù)量。在模型基礎(chǔ)上，將已有消防站布局與消防裝備需求結(jié)果分類同時作為輸入條件，不再關(guān)聯(lián)各類型消防裝備與人員需求。同時，模型的構(gòu)建是在估算消防裝備配備需求基礎(chǔ)上進行，其要求配備充足的消防人員，以滿足“5min”消防時間需求。輸入以上條件后則可以輸出優(yōu)化布局結(jié)果，為優(yōu)化消防裝備配備提供依據(jù)。

確定消防裝備配備數(shù)量的具體方法如下：根據(jù)現(xiàn)行法律規(guī)定與消防標準，結(jié)合以往布局經(jīng)驗，對每個消防站內(nèi)必須配備裝備數(shù)量進行確定，選擇配備裝備數(shù)量進行確定，累加后計算出目標保護區(qū)域內(nèi)所需消防裝備類型及其數(shù)量；考慮目標保護區(qū)域內(nèi)火災(zāi)風險單體的特征以及滅火救援的實際需求，在充分調(diào)研基礎(chǔ)上，分析現(xiàn)有布局的不足與缺陷，并結(jié)合消防裝備的實際應(yīng)用效率，進行布局調(diào)整，確定需要增加的消防裝備類型與數(shù)量，累加后可以重新計算目標保護區(qū)域內(nèi)所需消防裝備類型及其數(shù)量；考慮目標保護區(qū)域內(nèi)歷史災(zāi)害情況以及未來需要處置大規(guī)模災(zāi)害時的需求，對區(qū)域內(nèi)消防救援隊伍的綜合作戰(zhàn)能力進行評估，從整體上確定需要達到對應(yīng)處理能力要求時所需的消防裝備，進一步給出需要增加的種類與對應(yīng)數(shù)量，再次累加后重新調(diào)整目標保護區(qū)域內(nèi)所需消防裝備類型及數(shù)量。通過以上步驟可以對不同情況目標保護區(qū)域內(nèi)所需消防裝備類型與數(shù)量進行確定，還需要通過模型計算出滿足需求基礎(chǔ)上配備裝備數(shù)量的上限值，從而計算出目標保護區(qū)域內(nèi)消防裝備配備的總體規(guī)模，在此基礎(chǔ)上根據(jù)消防站布局情況優(yōu)化消防裝備布局；優(yōu)化后可以根據(jù)裝備更新?lián)Q代需求、實戰(zhàn)演習(xí)與業(yè)務(wù)訓(xùn)練需求進一步調(diào)整布局[5]。

4 基于風險的滅火救援力量優(yōu)化布局實例

4.1? 基本情況

某城市西北部，總占地面積約38km2，容納70萬人口，為典型的人口密集區(qū)，并分布著輕工、機械、建材、化工等多類型產(chǎn)業(yè)，各級各類院校30余所，且區(qū)域內(nèi)交通發(fā)達，與該市其他區(qū)域連通，也涵蓋重點保護古跡。

4.2? 滅火救援力量布局現(xiàn)狀

4.2.1? 消防站布局現(xiàn)狀

區(qū)域內(nèi)有2個消防中隊，但區(qū)域內(nèi)需要保護的火災(zāi)風險單體較多，現(xiàn)有消防站布局下，無法對所有單體展開有效保護，無法滿足“15min消防”反應(yīng)速度要求，更無法滿足“5min”消防時間要求。同時，原布局下所有消防站均位于相同線路上，間隔距離較近，未覆蓋風險單體密集、風險等級較高的區(qū)域，與消防站布局中要求的立體保護原則相悖。

4.2.2? 消防裝備布局現(xiàn)狀

據(jù)統(tǒng)計，該區(qū)域內(nèi)共317個風險單體，以人員密集類、高層類為主，可能發(fā)生的火災(zāi)有危險化學(xué)品類火災(zāi)、地下建筑火災(zāi)、重要機關(guān)單位倉儲類火災(zāi)、高層建筑火災(zāi)、人員密集場所火災(zāi)、其他場所火災(zāi)。消防裝備配備情況如下：配備2輛水罐消防車、2輛泡沫消防車、2輛干粉消防車、2輛舉高消防車、2輛搶險救援消防車、2輛舉高噴射車、3輛其他消防車。

4.3? 風險視角下滅火救援力量優(yōu)化布局結(jié)果

4.3.1? 消防站優(yōu)化布局

基于本區(qū)域消防安全目標，在風險單體密集的一級、二級重點保護區(qū)域內(nèi)接警后5min應(yīng)達到火災(zāi)現(xiàn)場；在風險單體相對較少的三級保護區(qū)域接警后需要8min達到火災(zāi)現(xiàn)場；在綠地、農(nóng)田等城市外圍地區(qū)接警后需要12min達到火災(zāi)現(xiàn)場。綜合城市各級道路的行車速度要求，采用道路拓撲網(wǎng)絡(luò)處理方法確定目標保護區(qū)域內(nèi)的消防站候選點、需求點，并統(tǒng)計可以到達的路徑。再采用離散定位－分配模型優(yōu)化布局，先采用集合覆蓋法計算出需要設(shè)置的消防站數(shù)量，結(jié)果顯示設(shè)置6個消防站可以將本區(qū)域完全覆蓋，目前已有2個，還需要新增4個。但該計算結(jié)果無法兼顧區(qū)域內(nèi)各個位置火災(zāi)風險的高低，從而無法優(yōu)化消防站的分布位置，還需要采用最大覆蓋模型優(yōu)化消防站的設(shè)置位置；優(yōu)化后消防站的設(shè)置位置需要進行調(diào)整，使消防站鄰近火災(zāi)風險較高的區(qū)域。

4.3.2? 消防裝備優(yōu)化布局

經(jīng)過評估本區(qū)域消防裝備類型、數(shù)量與火災(zāi)風險控制需求、滅火救援需求等相符，若需進一步優(yōu)化還需結(jié)合目標保護區(qū)域內(nèi)風險單體的實際情況進行，但由于本次研究中未能獲取詳細信息，無法完成進一步優(yōu)化。

5 結(jié)束語

綜上所述，基于風險視角進行滅火救援力量優(yōu)化布局，可以增強布局的本地性特征，提升布局的靈活性。從優(yōu)化布局的過程來看，充分考慮當?shù)販缁鹁仍枨笠约敖?jīng)濟發(fā)展情況，使消防站的設(shè)置與消防裝備分配得到合理優(yōu)化，協(xié)調(diào)滅火救援力量的配置，提高消防資源的利用效率；且真正基于量化指標完成滅火救援力量優(yōu)化布局，使優(yōu)化過程更加透明，形成科學(xué)、合理、準確的優(yōu)化布局目標，高效貫徹落實“以防為主、防消結(jié)合”工作方針，提升城市消防安全管理水平。

參考文獻

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