城鎮(zhèn)消防站布局的優(yōu)化模型
——以山西省太原市小店區(qū)為例

王 瑤

（太原工業(yè)學(xué)院理學(xué)系，山西太原030008）

城鎮(zhèn)消防站布局的優(yōu)化模型
——以山西省太原市小店區(qū)為例

王 瑤

（太原工業(yè)學(xué)院理學(xué)系，山西太原030008）

文章研究了山西太原小店區(qū)消防站布局的優(yōu)化問(wèn)題，建立了城市消防站布局的優(yōu)化模型，滿足適應(yīng)太原市現(xiàn)狀并充分反映城市消防站布局的現(xiàn)實(shí)需求，彌補(bǔ)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的不足，為相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步修訂提供一定的參考價(jià)值。

火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)；節(jié)點(diǎn)選取；區(qū)域劃分；最短路徑；優(yōu)化布局

太原作為山西省的省會(huì)城市，人口眾多，引發(fā)火災(zāi)的原因越來(lái)越多，預(yù)防火災(zāi)困難重重，同時(shí)撲救火災(zāi)的難度也呈上升趨勢(shì)，為了保障人民群眾的人身財(cái)產(chǎn)安全和促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，大家對(duì)消防安全越來(lái)越關(guān)注。如何避免火災(zāi)的發(fā)生，使發(fā)生火災(zāi)的損失最小，合理優(yōu)化城市消防站布局，將逐漸成為人們十分關(guān)注的問(wèn)題。

1 太原市小店區(qū)基本概況

小店區(qū)位于太原市東南部，城區(qū)占地面積35 km2，截至2010年，約有人口56.9萬(wàn)，居住人口密集，駐區(qū)內(nèi)有山西大學(xué)、山西財(cái)經(jīng)大學(xué)等，有兩個(gè)國(guó)家級(jí)開(kāi)發(fā)區(qū)，有北極宮、圣安多尼教堂等古跡，區(qū)內(nèi)通往各市區(qū)的公路眾多。小店區(qū)現(xiàn)在有四個(gè)消防隊(duì)，分別是太原市公安消防支隊(duì)特勤一中隊(duì)、太原市小店區(qū)許西村消防隊(duì)、太原市小店區(qū)親賢村消防隊(duì)和太原市公安消防支隊(duì)五中隊(duì)。

由于小店區(qū)內(nèi)學(xué)校、大型商場(chǎng)和酒店較多，道路錯(cuò)綜復(fù)雜，而且我們所能得到的數(shù)據(jù)有限，因此結(jié)合小店區(qū)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，用多邊形分區(qū)域法，按照多邊形面積為5～7 km2劃分子區(qū)域[1]，小店區(qū)劃分成了5個(gè)區(qū)域，見(jiàn)圖1。

圖1 太原市小店區(qū)子區(qū)域劃分圖

區(qū)域1內(nèi)主要是大型商場(chǎng)；區(qū)域2主要是居民住宅，酒店等；區(qū)域3內(nèi)主要是城中村，娛樂(lè)場(chǎng)所，高層建筑等；區(qū)域4內(nèi)主要是寫(xiě)字樓等辦公場(chǎng)所；區(qū)域5則是學(xué)校與城中村為主。

2 火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)與消防站節(jié)點(diǎn)的選取

將太原市小店區(qū)分成有限個(gè)區(qū)域，并且對(duì)每個(gè)區(qū)域中火災(zāi)情況進(jìn)行了分析，火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了具體的計(jì)算和研究，以此作為城市消防站布局的依據(jù)。在研究不同的建筑物，其結(jié)構(gòu)、規(guī)模和用途都不盡相同，各種建筑物發(fā)生火災(zāi)的概率也不相同[2]，而對(duì)城市火災(zāi)造成影響的重要因素之一是建筑物發(fā)生火災(zāi)的概率，見(jiàn)表1。

表1 不同類型的建筑火災(zāi)概率

參照火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，并結(jié)合消防安全知識(shí)內(nèi)的有關(guān)知識(shí)選取火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)：由于城市居民火災(zāi)發(fā)生頻率相對(duì)較高，數(shù)據(jù)充分，具備統(tǒng)計(jì)分析基礎(chǔ)，所以直接量化區(qū)域火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)是可能的；而類似工廠、辦公樓、化工園區(qū)、商場(chǎng)等，這些區(qū)域人員財(cái)產(chǎn)比較集中，發(fā)生重特大火災(zāi)的頻率低，但造成的后果相當(dāng)嚴(yán)重，基于對(duì)建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)分析研究的基礎(chǔ)上，這種方法比較適合這些區(qū)域的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[3]。

根據(jù)太原市電子地圖，將路口抽象為圖中的節(jié)點(diǎn)，并假設(shè)所有的節(jié)點(diǎn)都可以放置消防站，一共調(diào)查了52條路段，由所有路段形成的節(jié)點(diǎn)共有99個(gè)。小店區(qū)路段信息，見(jiàn)表2。

表2 小店區(qū)路段信息

3 建立最短路徑矩陣

火災(zāi)損失與消防車到達(dá)火災(zāi)事故點(diǎn)的時(shí)間關(guān)系重大，而時(shí)間與消防車的速度和消防站到達(dá)火災(zāi)事故點(diǎn)的距離有密切的關(guān)系。消防車如何能以最短的時(shí)間到達(dá)火災(zāi)事故點(diǎn)是減少火災(zāi)損失的關(guān)鍵，這就需要計(jì)算消防站與火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)之間的最短路徑[4]。

通過(guò)電子地圖對(duì)所有候選點(diǎn)與需求點(diǎn)間進(jìn)行了測(cè)距，最終得到了最短距離。根據(jù)太原市道路規(guī)劃行車速度、消防車的性能以及小店區(qū)的具體道路情況，消防車行駛主要在主干道，規(guī)劃行駛速度50～60 km∕h，認(rèn)為vk=55 km∕h，根據(jù)最短路徑矩陣(dij)m×n和消防車的行駛速度vk，可以計(jì)算得到時(shí)間(tij)a×b，從而得到時(shí)間矩陣T，用矩陣表示節(jié)點(diǎn)到重大火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)所需要的最短時(shí)間，即：

4 單區(qū)域內(nèi)的消防站優(yōu)化布局

以消防站節(jié)點(diǎn)到各個(gè)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)區(qū)域火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)值總和為最小作為消防站規(guī)劃的選址原則，就區(qū)域1為例，經(jīng)過(guò)詳細(xì)的分析，最終篩選出了33個(gè)節(jié)點(diǎn)和火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)7個(gè)，通過(guò)最短路徑計(jì)算出區(qū)域1內(nèi)各節(jié)點(diǎn)到重大火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)的最短時(shí)間，見(jiàn)表3。

由火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的定義[5]，可以知道火災(zāi)損失L、火災(zāi)發(fā)生概率P和火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)R之間的關(guān)系：

對(duì)于區(qū)域j內(nèi)，假設(shè)消防站設(shè)立在節(jié)點(diǎn)k上，那么有：

通過(guò)對(duì)大部分火災(zāi)案例的分析和總結(jié)，消防站自接到報(bào)警之后，5 min內(nèi)應(yīng)該到達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)，提出了火災(zāi)損失L與時(shí)間t之間建立火災(zāi)損失的時(shí)間函數(shù)L(tik)，即：

Li(tik)表示消防站節(jié)點(diǎn)k從接到報(bào)警時(shí)間開(kāi)始，一直到消防車到達(dá)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)i這段時(shí)間內(nèi)的火災(zāi)損失。

ai表示火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)i的火災(zāi)損失隨時(shí)間變化的參數(shù)，與消防站滅火能力和發(fā)生火災(zāi)的建筑物類別相對(duì)應(yīng)。由于目前太原市還未對(duì)各火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行火災(zāi)評(píng)估，所以本文將統(tǒng)一按ai=l(i)max=1進(jìn)行了簡(jiǎn)單的處理。

T(i)為火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)i達(dá)到最大損失所需要的時(shí)間。

表3 區(qū)域1中各節(jié)點(diǎn)到火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)所需的時(shí)間 ∕min

表4 區(qū)域1各節(jié)點(diǎn)到各火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)的總火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)最小值

由表4知，區(qū)域1內(nèi)總火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)值最小在節(jié)點(diǎn)A28處，所以消防站應(yīng)該設(shè)在節(jié)點(diǎn)A28，即在寇莊西路與王村北街交匯處建立。

其他4個(gè)區(qū)域消防站的分布位置為：

（1）在區(qū)域2中，消防站建立在節(jié)點(diǎn)A80，并州路與二營(yíng)盤(pán)街交匯處。

（2）在區(qū)域3中，消防站建立在節(jié)點(diǎn)A41，長(zhǎng)治路與八一街交匯處。

（3）在區(qū)域4中，消防站建立在節(jié)點(diǎn)A9，平陽(yáng)路與創(chuàng)業(yè)街交匯處。

（4）在區(qū)域5中，消防站建立在節(jié)點(diǎn)A57，塢城路與許坦西街交匯處。

5 小店區(qū)消防站布局的修正

如何選擇合理的消防站位置，在計(jì)算確定了消防站布局的前提下，還應(yīng)具體考慮到城市自身對(duì)消防站布局產(chǎn)生一定影響的氣候條件、地理位置、現(xiàn)有建設(shè)等因素，基于此消防站應(yīng)該具體建設(shè)在哪，需要進(jìn)一步的調(diào)整。根據(jù)城市消防站建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，消防站布局的修正原則，對(duì)區(qū)域綜合考慮，得到：

（1）區(qū)域1，消防站建立的節(jié)點(diǎn)為A28，不變。

（2）區(qū)域2，消防站建立的節(jié)點(diǎn)由A80變?yōu)锳85。

（3）區(qū)域3，消防站建立的節(jié)點(diǎn)由A41變?yōu)锳42。

（4）區(qū)域4，消防站建立的節(jié)點(diǎn)為A9，不變。

（5）區(qū)域5，消防站建立的節(jié)點(diǎn)為A57，不變。

6 結(jié)語(yǔ)

小店區(qū)現(xiàn)有的四個(gè)消防站布局覆蓋面積較大，西南部與東北部部分區(qū)域火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較高的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)不能夠很好地得到有效的保護(hù)和控制，通過(guò)對(duì)消防站節(jié)點(diǎn)到各火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)總和最小為原則進(jìn)行研究，對(duì)消防站建設(shè)進(jìn)行優(yōu)化布局，提出將原有的四個(gè)消防站進(jìn)行搬遷，并增加一個(gè)消防站，該布局基本能夠覆蓋小店內(nèi)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，基本滿足5 min消防的標(biāo)準(zhǔn)。

[1]鄭紅梅，陳國(guó)良，王瑋，等.火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估相關(guān)概念辨析[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2008，18(6)：75-79.

[2]建設(shè)部綜合財(cái)務(wù)司.2013年城鄉(xiāng)建設(shè)統(tǒng)計(jì)公報(bào)[N].北京：中國(guó)建設(shè)報(bào)，2014-07-31.

[3]劉盛，劉明潔.消防安全知識(shí)[M].北京：中國(guó)法制出版社，2009：120-130.

[4]宋江濤，楊艷軍.0－1整數(shù)型線性規(guī)劃在消防站布局中的應(yīng)用[J].中國(guó)科技博覽，2008(19)：62，125.

[5]郝巖.城市消防站的布局優(yōu)化模型[D].沈陽(yáng)：沈陽(yáng)航空工業(yè)學(xué)院，2010.

補(bǔ)遺：本刊2015年第6期的作者為魏彪的論文“薩馬蘭奇的奧林匹克思想與實(shí)踐”系獲得教育部人文社會(huì)科學(xué)項(xiàng)目“現(xiàn)代國(guó)際奧林匹克運(yùn)動(dòng)主要領(lǐng)導(dǎo)人思想研究”資助文章，基金項(xiàng)目號(hào)[13YJA890031]。

A Discussion on the Fire Station Layout—A Case Study of Xiaodian District,Taiyuan City,Shanxi Province

WANG Yao
(Department of Science,Taiyuan Institute of Technology,Taiyuan Shanxi,030008)

This paper studies on the optimization of the fire station layout in Xiaodian District,Taiyuan City,Shanxi Province and attempts to establish a model of optimizing the urban fire station layout.This model will be able to meet the realistic needs of Taiyuan City and reflect the existing status of urban fire station layout,make up for the deficiency in present standards,and provide some reference for the modification of related standards.

fire risk;node selection;region division;shortest path;layout optimization

O141.4

A

1674-0874(2016)01-0066-04

2015-09-19

山西省教育科學(xué)規(guī)劃課題[GH13118]

王瑤（1979-），女，山西長(zhǎng)治人，碩士，講師，研究方向：最優(yōu)化原理與方法。

〔責(zé)任編輯 王東〕