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

(重慶交通大學交通運輸學院，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

(重慶交通大學交通運輸學院，重慶400074)

隨著高速公路隧道數量的日益增多，隧道火災發生量也相應增加，隧道防災救援設施的配置顯得尤為重要。在對防災救援時間分析的基礎上，研究隧道群段隧道管理站以及隧道專用消防車輛優化配置，并建立相關模型，為高速公路隧道群防災救援設施配置提供參考。

隧道群; 管理站; 消防車輛; 優化配置

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、最復雜、發展最快的國家。但是，隧道內火災日益頻發，造成重大財產損失和人員傷亡，隧道及隧道群火災救援設施的優化配置對生命財產安全、社會穩定發展具有重大意義。

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，消防應急資源一般由三級梯隊組成［1］(P51～54):第一梯隊由火區車輛的司乘人員組成，第二梯隊由隧道管理人員、警察組成，第三梯隊由專業消防人員組成。從救援能力來看，三部分的消防力量中，司機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消防設施的使用方法，專業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出口匝道與地面道路相連接的特性，使專業消防力量只能通過兩端的互通駛入，馳援距離過大，很難及時趕到火災現場。隧道群區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定，譬如歐洲消防規范規定隧道發出火災報警后11分鐘內地面專業消防隊應趕到火災現場進行滅火活動［2］;日本規定隧道消防單位應于15分鐘到達平地隧道，20分鐘到達山區隧道現場［3］;世界道路協會(PIARC)則建議對于長度超過2 500米的隧道應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計并無明確規定。

本文建議當高速公路隧道發生火災時，隧道管理人員在5分鐘內到達火災現場實施救援，而地方消防隊必須在火災發生后8分鐘黃金時間內到達火災現場進行滅火救援，并以此作為高速公路隧道管理站和消防車輛優化配置的依據，若能提出更優救援時間，在調整相應時間條件下以下方法同樣適用。

二、隧道管理站設置

由于要求隧道管理人員要在隧道火災發生以后的5分鐘內趕往火災現場進行滅火和組織救援，可以隧道火災發生后隧道管理人員5分鐘內的行程作為隧道管理站管理范圍的半徑R，然后再結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量。

(一)隧道管理站管理范圍的確定

假設隧道發生火災以后，附近隧道管理站管理人員以速度V立刻趕赴火災現場指導滅火和救援工作，那么，隧道管理站管理人員在5分鐘內的行程為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)隧道管理站數量及位置的確定

1.對隧道進、出口樁號進行簡化處理。為了使得建模過程簡單化，并考慮到隧道火災發生時附近隧道管理站能在5分鐘內到達隧道內的任意位置，特對隧道進出口樁號進行處理，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果。

3.確定各分段內隧道管理站的位置及數量ni。假設隧道管理站從分段內第一座隧道的小樁號段開始布設，下面分別就不同位置隧道管理站的布設進行分析。

對于第一座隧道管理站的布設可分為三種情況:情況一，當第一座隧道長度滿足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置在該處;情況二，當第一座隧道長度滿足L≤R，且離第一座隧道距離R處恰好處于隧道i時，應將管理站移動至i隧道的小樁號端;情況三，當第一座隧道的長度滿足R＜L≤2R時，應該將管理站設置在第一座隧道的小樁號端。

分段中部隧道管理站的布設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方法為:設分段最后兩座隧道管理站分別為n－1和n，經分析，隧道管理站n－1與分段最后一座隧道之間的關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，無需再設置額外的隧道管理站，此時，管理站n－1的位置還可適當的進行調整;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，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，仍可分為三種情況:當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，可將管理站設置在該處;當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，應將管理站移動至i隧道的大樁號端;當最后一座隧道的長度滿足R＜L≤2R時，應該將管理站設置在最后一座隧道的大樁號端。

按順序執行以上步驟，當確定了最后一座隧道管理站位置之后，應該對其他管理站的位置進行適當的調整。調整的目的有兩個:一是盡量減少隧道管理站的數目，二是盡量減少各隧道管理站管轄范圍的重復區域。經過以上工作后，便可確定分段內隧道管理站的數量ni和各管理站的具體位置;同理可得從分段內最后一座隧道的大樁號端開始布設而得到的各隧道管理站的位置和數量ni'。

4.根據第三步得到的各分段隧道管理站數量ni和ni'，計算得到整條高速公路隧道管理站的數量N=∑ni和N'=∑ni'，若N＜N'，則高速公路隧道管理站的布局應該從最后一座隧道的大樁號端開始布設，其總數為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該設置專用消防車進行研究。本文以地方消防隊到達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置隧道群專用消防車的標準。

地方消防隊到達高速公路隧道火災現場的時間應該包括三個部分，分別是地方消防隊到達互通匝道的時間(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，經過最近匝道到達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在隧道中的發生位置具有不可預知性，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隧道群段各隧道進出口的時間Ti，然后用Ti中的最大值T與黃金救援時間8分鐘進行比較的方法判斷是否應該設置隧道專用消防車。

(二)模型構建

假設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。假設地方消防隊A到達互通A的時間為TA1(min)、地方消防隊B到達互通B的時間為TB1(min)。可構建高速公路隧道群隧道專業消防車是否設置判斷模型，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到達隧道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到達隧道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——高速公路隧道火災發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——高速公路隧道火災發生時地方消防隊B的平均行駛速度(km/h)。

(三)隧道群專業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分鐘進行比較，如果T＜8分鐘，那么該隧道群段并不需要設置專業的隧道消防車;如果T≥8分鐘，那么該隧道群段應該設置專業的隧道消防車。對于隧道專業消防車的設置，如果設置在鄰近的隧道管理站中能保證在隧道發生火災時消防車輛可以在8分鐘內趕到火災現場，那么可以將其設置在臨近的隧道管理站內;如果不能保證，則需另行選址設置專門的隧道消防救援站。

(四)隧道專業消防車與地方消防車的配合

在上述基礎上進一步分析可知，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消防車，隧道群段隧道i的消防歸屬性可根據地方消防隊A與地方消防隊B到達隧道i的時間 TAi和TBi決定。若 TAi＜TBi，則隧道 i的消防工作應該歸消防隊A管轄;若TAi＞TBi，則隧道i的消防工作應該歸消防隊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分鐘內不能到達的隧道只有少數，只需設置一個隧道專業消防隊即可。同理，在設置隧道專業消防隊時可首先考慮將其設置在鄰近的隧道管理站內，如果設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分鐘內不能到達的隧道較多，設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，并以此為依據對各隧道專業消防隊進行合理布局，布局方法可參照隧道管理站。

四、結語

本文在分析消防應急救援風險的基礎上，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隧道火災現場的時間，并以此為依據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救援設施配置提供參考，具有較強的實用價值。

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

［2］閆治國.特長公路隧道火災研究［D］.成都:西南交通大學，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防災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部標準［2006］42號.城市消防站建設標準(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，重慶交通大學交通運輸規劃與管理專業碩士研究生，主要從事城市交通規劃研究。

(責任編輯:李曉梅)