基于火災風險評價理論的城鎮消防站選址優化*——以山西夏縣瑤峰鎮為例

王秋紅，張 娟，鄧 軍，朱紅亞

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

0 引 言

改革開放以來，中國小城鎮規模的發展，帶動了城鄉結合經濟的迅速發展。但是小城鎮消防基礎設施建設的水平普遍不高，火災危害一定程度上制約了小城鎮的發展。隨著火災風險評價方法的研究，城市火災風險評價理論得到充分發展，其中國外學者Bukowski［1］，Michael［2］分別研究了火災風險評估方法和建筑物風險評估方法。國內學者杜霞等［3］介紹了英國、日本、美國的區域火災風險評估技術。李杰等［4］提出以超越概率曲線的方法來表達火災危險性分析的結果。張一先等［5］采用拉格朗日插值法和判斷矩陣法進行多級多指標體系的模糊綜合評價，定量評估得到古城區防火安全屬于中等程度。李華軍［6］、楊海［7］、楊立［8］均采用模糊綜合評判方法分別對青島市城區、蘇州古城區、開封市4 個行政區進行火災風險性評估。對火災風險的高低進行排序，根據輕重緩急來確定保護措施。陳志芬等［9］根據因果分析圖中各基本事件與頂事件的關系以及各基本事件的統計頻率值，得出大型公共場所火災風險評價指標體系。

火災風險評價理論提高了消防安全決策的科學性，所以逐漸有學者將火災風險評價方法應用在消防站的優化選址研究上，其中胡傳平［10］從理論上建立了區域居民火災風險的評估方法和人員/財產密集建筑火災風險的評估方法，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化方法。王大博［11］采用層次分析法對建立的城市火災風險評估指標體系進行分析，并采用離散數學模型得到以消防響應全覆蓋消防轄區的消防站布局。

以火災風險評估后的結論為依據，再進行消防站選址，這將極大提升消防站的有效性和使用率，除了應用于大城市，也有必要對小城鎮開展區域火災風險評價和消防站優化配置的研究工作。文中綜合應用火災風險評價中的層級分析法、傳統消防站布局方法、并結合ArcGIS 繪圖軟件對瑤峰鎮消防站開展優化選址研究，研究結果有助于改進瑤峰鎮現有消防站布局不合理問題，有助于提升瑤峰鎮抵御火災風險的能力。

1 瑤峰鎮消防重點單位的火災風險評價

1.1 指標體系的權重確定方法

不同的評價指標對最終評價結果的影響程度是不同的，因此需要確定每個評價指標的比重，具體步驟如下。

1.1.1 構造判斷矩陣

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個指標，且矩陣滿足mii=1 和mij=1/mji.

1.1.2 相對重要性排序

評估體系各相同層次的指標兩兩比較得到相對重要度排序。在排序的過程中，采用的是1 ～9標度法。實際應用中，標度取值采用專家打分法，得到判斷矩陣，經過計算求權重。

1)元素按行相乘得一新向量

2)將新向量的每個分量開n 次方

3)將所得向量歸一化

最后得到歸一化的權重向量W =［w1，w2，…，］T.

1.1.3 一致性檢驗

當矩陣具有完全一致性時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(通常大于500 次)進行隨機判斷矩陣特征值的計算后取算術平均值得到。下文中的消防重點單位判斷矩陣為7 階，故從矩陣的平均隨機一致性指標表中查得RI 應取值為1.32.

CR 是判斷矩陣的隨機一致性比例

當CR ＜0.1 時，判斷矩陣具有滿意一致性，否則需要對判斷矩陣進行調整。

1.2 瑤峰鎮消防重點單位指標體系的權重確定

根據城市消防監督檢查管理對象自身的不同特點，瑤峰鎮消防重點單位被劃分為7 個不同性質的單位，分別是重要機關，公共娛樂場所，賓館飯店，商場、集貿市場，學校、幼兒園，高層住宅建筑和易燃易爆場所。首先構建瑤峰鎮消防重點單位火災風險指標體系，見表2.

表2 瑤峰鎮消防重點單位火災風險指標體系Tab.2 Fire risk index system of the key enterprises of fire fighting in Yaofeng town

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

然后專家對這7 個因素進行兩兩比較判斷，將判斷結果分析總結成判斷矩陣(見表3)，再用式(4)～式(5)對矩陣進行檢驗，確定該矩陣滿足一致性要求。最后用式(1)～式(3)對矩陣進行計算，得到歸一化的權重向量W =［0. 049 8 0.159 0 0.234 2 0.108 0 0.034 2 0.341 4］T

根據權重向量可知，瑤峰鎮消防重點單位的火災風險高低，按降序排列為:易燃易爆場所＞商場、集貿市場＞公共娛樂場所＞學校、幼兒園＞賓館飯店＞重要機關＞高層住宅建筑。由此可知瑤峰鎮上火災風險性最高的單位是易燃易爆場所，風險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風險等級往往高于學校、賓館飯店及重要機關，這體現出了大城市與城鎮不同用途建筑在比例分配上的差異。下面以評價出的瑤峰鎮火災風險性最高的易燃易爆場所為重點對象，開展消防站選址研究。

2 瑤峰鎮消防站優化選址

2.1 瑤峰鎮現有消防站現狀分析

瑤峰鎮涉及的易燃易爆物品主要是汽油類、燃氣類等易燃易爆危險品，分布于不同的易燃易爆場所中。此鎮上的易燃易爆場所匯總表，見表4.

表4 瑤峰鎮易燃易爆場所一覽表Tab.4 Lists of inflammable and explosive locations of Yaofeng town

將瑤峰鎮城區的電子地圖導入ArcGIS(地理信息系統)軟件中，用不同符號代表不同性質的單位，并將它們的位置精確標注在瑤峰鎮城區道路分布圖上。其中，現役消防站用紅色五角星表示，易燃易爆場所用紅色圓點表示，化工企業用紫色方塊表示，變電站用黃色圓點表示，學校用紫色圓點表示，如圖1 所示。

根據《城鎮消防站布局與技術裝備配備標準編制說明》中第2.0.1 條中規定消防站責任區是以消防站為中心，劃定一定的區域面積，由該消防站擔負滅火救災任務的區域。責任區的大小是按照消防隊接到報警的5 min 內可以到達責任區邊緣的要求來確定的(接警出動1 min，行車到場4 min)，消防站責任區的保護面積，見式(7)。

式中 A 表示消防站責任區面積，km2;R 表示消防站至責任區最遠點的直線距離，即消防站保護半徑km;S 表示消防站至責任區最遠點的實際距離，即消防車4 min 行駛路程km;λ 表示道路曲折系數，即兩點間實際交通距離與直線距離之比。標準中說明城市消防站責任區面積為4 ～7 km2適宜。

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

圖1 瑤峰鎮城區道路布局與消防重點單位分布圖Fig.1 Road layout and the key units layout for fire control of Yaofeng town

圖2 傳統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，當消防站責任區面積為4 km2時，有6 個易燃易爆場所在責任區范圍外;當消防站責任區面積為7 km2時，有3 個易燃易爆場所在責任區范圍外，可知瑤峰鎮僅有的一個現役消防站遠遠不能滿足該鎮上易燃易爆場所對滅火緊急救援的需求，故急需對瑤峰鎮的消防站布局進行優化選址研究。

2.2 瑤峰鎮消防站優化選址研究

將整個瑤峰鎮城區以面積為4 km2和7 km2的同心圓分別進行覆蓋，如圖3 所示。

圖3 瑤峰鎮城區同心圓覆蓋圖Fig.3 Land cover map of Yaofeng town with concentric circles

圖4 針對易燃易爆場所的消防站選址優化結果Fig.4 Optimization location results of fire fighting stations for the inflammable and explosive locations

以瑤峰鎮火災風險性最高的易燃易爆場所為對象，進行消防站選址。綜合考慮同心圓對易燃易爆場所(紅色圓點)最大范圍的覆蓋，對圖3 中同心圓進行刪減，刪減后的責任區面積為4 km2的圓剩兩個(橘紅色圓圈)，責任區面積為7 km2的圓也剩兩個(黑色圓圈)，見圖4(a)，(b). 看到仍有個別紅色圓點在責任區的保護范圍外，故再對圓圈中心進行微調，確保所有紅色圓點在圓內，微調后的位置由紫色圓圈表示。

最后將圖4(a)，(b)中顯示出瑤峰鎮城區道路布局圖，即可確切得到新消防站的具體建設位置，如圖4(c)，(d)所示。研究得到無論4 km2還是7 km2的消防站責任區面積，以瑤峰鎮火災風險性最高的易燃易爆場所為重點消防對象，瑤峰鎮城區都需要建設兩個消防站，比原有消防站在位置上有很大的變動。優化后的消防站位置，不僅可以確保所有易燃易爆場所都在消防站的責任區范圍內，也可提高消防站資源的利用率。

3 結 論

確定瑤峰鎮消防重點單位指標體系的權重，以評價出的火災風險性最高的易燃易爆場所為重點消防對象，開展瑤峰鎮城區消防站優化選址研究。主要結論有

1)瑤峰鎮消防重點單位的火災風險按降序排列為:易燃易爆場所＞商場、集貿市場＞公共娛樂場所＞學校、幼兒園＞賓館飯店＞重要機關＞高層住宅建筑。瑤峰鎮上火災風險性最高的單位是易燃易爆場所，風險性最小的單位是高層住宅建筑，體現出了大城市與城鎮不同用途建筑在比例分配上的差異;

2)瑤峰鎮僅有的一個現役消防站不能完全滿足該鎮上易燃易爆場所對5 min 到場滅火救援的需求;

3)合理考慮對易燃易爆場所實現最大范圍覆蓋，得到無論4 km2還是7 km2的消防站責任區面積，瑤峰鎮城區都需要建設2 個消防站，比原有消防站在位置上有很大的變動。在ArcGIS 系統中的道路布局圖上可以確切得到新消防站的具體建設位置，為瑤峰鎮政府建設新消防站提供了參考。

References

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