多層建筑火災堵截戰術優化研究

摘要：探討了多層建筑火災堵截戰術的優化策略，構建了資源分配、疏散效率、火勢控制和救援響應時間等多個維度的優化模型。通過三維建模與模擬、增強現實技術和智能導航系統升級等先進技術手段，提升火災堵截效率。針對火勢發展的不可預測性，提出靈活的戰術調整與決策支持系統建立，以及創新技術與裝備的研發應用，以實現火災撲救的優化。

關鍵詞：多層建筑；火災堵截戰術；火災撲救

中圖分類號：TU998.1" " " 文獻標識碼：A" " " "文章編號：2096-1227（2024）09-0100-03

多層建筑內部結構復雜、人員密集，一旦發生火災，火勢蔓延迅速，疏散難度大，極易威脅到公眾的生命和財產安全。本文旨在探討多層建筑火災堵截戰術的優化策略，構建一套科學、系統的火災堵截戰術優化模型，以實現火災撲救的全面優化。

1 多層建筑火災堵截戰術概述

堵截戰術在火場中的應用需高度靈活，不同樓層、不同起火點、不同火勢蔓延趨勢，都需要采取不同的堵截策略。其核心在于內外結合，即內部堵截與外部控制相結合，形成立體防御體系，提高堵截效果。在實施堵截戰術時，需要綜合考慮火場環境、建筑結構、火勢發展以及人員安全等多個因素，充分利用建筑內的消防設施進行堵截，如室內消火栓系統、自動噴水滅火系統、防火分隔設施等，這就要求消防人員熟悉這些設施的位置和使用方法，以便在火災發生時能夠迅速有效地利用。隨著火勢的發展變化，需靈活調整戰術布局，如采取強攻近戰、上下合擊等戰術。戰術執行以班組為基本戰斗單元，確保每個班組裝備齊全、職責明確、任務清晰，并通過緊密的通信保持高度協同，形成合力，有效應對火災挑戰。

但多層建筑火災撲救中堵截戰術的實施也面臨諸多難點，如多層建筑的結構復雜性和功能多樣性使得火災蔓延路徑難以預測；消防部門需要合理調配人力、物力和財力資源，以確保堵截戰術的有效實施[1]，但實際操作中，由于火場環境復雜和火勢發展不確定，救援資源的分配和利用往往面臨困難。

2 火災堵截戰術優化模型構建

在構建火災堵截戰術優化模型時，可以從資源分配、疏散效率、火勢控制和救援響應時間多個角度進行分析。

2.1" 資源分配優化模型

一是目標函數。模型的目標是最大化資源分配的總體效用或價值，可以通過以下線性規劃或整數規劃的目標函數來實現：

其中，Ci表示分配給資源i的單位效用或價值；Xi是分配給資源i的數量。此目標函數旨在找到一種資源分配方案，使得所有分配資源的總效用最大化。

二是約束條件。為了確保資源分配方案的可行性和有效性，模型受到以下約束條件的限制：

資源消耗約束：

其中，aij表示資源i在需求j上的消耗系數，bj是需求j的總需求量，確保了對每個需求點的資源分配不會超過其總需求量。

資源數量約束：xi∈{0，1，…，Mi}， i=1，2，…，n

其中，Mi是資源i的最大可分配數量。這個約束限制了每種資源的分配數量，確保不會超過其可用的最大數量。

在火災堵截場景中，這個模型可以幫助決策者確定如何最優地分配有限的消防資源，以最大化滅火效果和效率。通過調整資源分配方案，可以在滿足所有需求點的同時，確保資源的最大化利用。還可以考慮不同資源的特性（如滅火速度、覆蓋范圍等），并通過設置不同的效用系數來反映這些特性對總體滅火效果的影響。

2.2" 疏散效率優化模型

在疏散場景中，效率是衡量疏散方案優劣的關鍵指標，它可以通過最小化疏散時間或最大化疏散人數來量化。為了實現這一目標，可以借助圖論中的最短路徑算法或網絡流模型來優化疏散路徑。

核心目標是最小化所有疏散路徑的總時間，這可以通過以下目標函數來實現：

其中，tk代表疏散路徑k的所需時間。此目標函數旨在尋找一種疏散方案，使得所有疏散路徑的時間總和達到最小。

為了確保疏散方案的可行性和有效性，需要考慮以下約束條件：

容量約束：fij≤Cij，?（i，j）∈E

此約束表示從節點i到節點j的流量fij不能超過邊（i，j）的容量Cij。在疏散場景中，這可以解釋為每條疏散路徑的通行能力有限，不能超過其最大容量。

流量守恒約束：

此約束確保了在每個節點j上，流入的流量與流出的流量之差等于該節點的需求dj。在疏散場景中，正需求表示源點（需要疏散的人群），負需求表示匯點（安全區域）。這一約束保證了疏散過程中流量的連續性和一致性。

通過最小化疏散時間，可以確保在緊急情況下人群能夠盡快疏散到安全區域。同時，容量約束和流量守恒約束確保了疏散方案的可行性和有效性，避免了疏散過程中的擁堵和混亂。在實際應用中，可以根據具體的疏散場景和需求，調整目標函數和約束條件，以找到最優的疏散方案。例如，可以考慮不同疏散路徑的安全性、通行速度等因素，并將其納入目標函數或約束條件中，以更全面地評估和優化疏散方案。

2.3" 火勢控制與救援響應優化模型

火災堵截戰術中，火勢控制和救援響應的優化需要考慮火勢的蔓延速度、消防力量的有效部署以及救援的響應時間。為了構建一個能夠全面優化這些因素的模型，可以采用動態規劃或多目標優化的方法。

核心目標是最小化火災造成的總損失，包括火勢蔓延的損失和消防力量控制火勢時的損失?？梢酝ㄟ^以下目標函數來實現：

其中，Lt代表第t時段內火勢蔓延造成的損失，而Rt則代表第t時段內消防力量在控制火勢時產生的損失。此目標函數旨在找到一種策略，使得在整個考慮的時間段內，火勢蔓延和消防控制的總損失達到最小。

為了確保模型的可行性和有效性，需要考慮：

火勢狀態轉移約束：St=St?1+Lt?1?Rt，t=2，3，…，T

這個約束描述了火勢狀態隨時間的變化。在第t時段結束時，火勢狀態St等于上一時段的火勢狀態St?1加上上一時段的火勢蔓延損失Lt?1，再減去當前時段的消防控制損失Rt。

消防力量約束：Lt≤Ft，t=1，2，…，T

這個約束確保了在每個時段內，火勢蔓延的損失不會超過當前時段可用的消防力量Ft。這反映了消防力量對火勢蔓延的制約作用。

非負約束：Rt≥0

這個約束保證了消防力量在控制火勢時產生的損失是非負的，即消防力量的作用總是減少火勢或至少不增加火勢。

通過最小化火勢蔓延和消防控制的總損失，可以找到一種最優的火勢控制和救援響應策略，有助于在火災發生時，迅速有效地部署消防力量，控制火勢的蔓延，并最大限度地減少火災造成的損失。例如，可以考慮不同時段的火勢蔓延速度、消防力量的部署效率以及救援響應時間等因素，并將其納入模型中進行優化。

3 火災堵截戰術優化的應用分析

3.1" 資源分配優化模型的應用

例如某消防部門接到市中心一棟6層建筑的火災報警。根據初步信息，火災發生在第4層，并且有蔓延到上層的風險。

3.1.1" 確定資源及其效用

假設消防部門有3種資源：消防車（A）、消防員（B）和滅火器材（C）。

每種資源的單位效用系數分別為：ciA=20，ciB=30， ciC=10。

每種資源的最大可分配數量分別為：MA=3，MB=10，MC=5。

3.1.2" 確定需求及其消耗系數

假設有3個需求點：第4層（D1）、第5層（D2）和第6層（D3）。

消耗系數矩陣如下：

需求點的總需求量分別為：bD1=100，bD2=80，bD3=60。

3.1.3" 構建并求解線性規劃模型

目標函數：MaximizeZ=20xA+30xB+10xC

約束條件：

xA+xB+xC≤100（D1）

xA+3xB+2xC≤80（D2）

xA+2xB+xC≤60（D3）

xA≤3，xB≤10，xC≤5

xA，xB，xC≥0

3.1.4" 使用線性規劃求解

假設使用某種線性規劃軟件或庫進行求解。

求解結果：xA=3，xB=8，xC=5

根據求解結果，消防部門應分配3輛消防車、8名消防員和5套滅火器材進行火災堵截。這種分配方案可以最大化資源分配的總體效用，即在滿足所有需求點的同時，確保資源的最大化利用。在實際應用中，這種分配方案可能意味著將主要力量集中在第4層和第5層，因為這兩層的需求較高，同時保留一定的資源以應對第6層的可能蔓延。

3.2" 針對建筑結構復雜性的優化策略

3.2.1" 三維建模與模擬技術的應用

利用三維CAD軟件對建筑結構進行精確建模，涵蓋整體框架，包括每一塊墻體、每一段管道乃至每一個垂直和水平通道。通過高級渲染技術，反映真實的建筑環境。通過設定不同的火災場景（如不同起火點、火源強度等），模擬火災在建筑內部的蔓延路徑、煙霧擴散情況以及溫度分布，為消防預案的制定提供科學依據。

3.2.2" 增強現實（AR）技術的應用

設計直觀易用的AR界面，將建筑結構、疏散路線、火勢情況等信息以虛擬圖層的形式疊加在現實場景中，消防人員只需佩戴AR頭盔或眼鏡即可實時查看。根據火勢變化和建筑結構，AR系統可動態規劃最優疏散路徑，并通過箭頭、高亮線等方式實時指引消防人員前進。

3.3" 針對火勢發展不可預測性的堵截優化策略

3.3.1" 靈活的戰術調整與決策支持系統

靈活的戰術調整與決策支持系統需要能夠實時分析火場數據，預測火勢發展趨勢，并提供多種戰術方案供消防指揮員選擇[2]。利用先進的數據挖掘和機器學習技術，系統可以處理海量的火場信息，識別關鍵影響因素，并預測火勢變化趨勢，強化學習技術的應用，使得系統能夠在與火場環境的交互中學習和優化戰術決策策略，提高戰場適應性和反應能力。

3.3.2" 創新技術與裝備的研發應用

消防領域同樣需要積極響應《中國制造2025》的號召，致力于提高滅火效率，通過創新技術與裝備的研發應用來實現這一目標[3]。

傳統的滅火劑在面對某些特殊火源時效果有限，研發能夠針對不同類型火災的高效滅火劑，深入研究火災的化學和物理機制，研發輕便、耐用、功能多樣的消防裝備，如防火服、呼吸器、通信設備等，對于提高消防人員的作戰能力和保護其生命安全具有重要意義。智能機器人可以攜帶各種傳感器和滅火設備進入火場，執行偵察、滅火等任務，還可以通過實時傳輸數據，為指揮員提供火場的最新情況，輔助其制定更準確的滅火策略。

4 結束語

多層建筑火災堵截戰術的優化是一個系統工程，需要從資源分配、疏散效率、火勢控制和救援響應時間等多個維度進行綜合考慮，針對火勢發展的不可預測，靈活的戰術調整與決策支持系統的建立，以及創新技術與裝備的研發應用，是未來消防領域發展的重要方向。

參考文獻

[1]潘薈帛.面向多出口商業建筑的火災人員動態疏散路徑規劃[D].沈陽：沈陽大學，2024.

[2]冷陽陽.高層建筑火災致因機理與風險評估研究[D].北京：北方工業大學，2024.

[3]莫崇德.基于數字孿生的超高層建筑火災疏散路徑規劃研究[D].北京：北方工業大學，2024.