基于風險的滅火救援力量優化布局分析

劉宇

摘要：城市公共滅火救援力量布局不合理是導致火災重大損失的關鍵原因，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化布局展開分析，重點介紹消防站與消防裝備的優化布局方法，并結合實例探究方法的應用，意在基于火災風險現實情況與控制需求實現滅火救援力量的合理配備，進一步明確響應風險目標，增強降低火災風險能力。

關鍵詞：火災風險；滅火救援力量；優化布局

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風險控制能力、消防救援決策產生直接影響。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，防消結合”方針。發生火災后，也難以做到1min響應啟動、3min到場撲救、5min協同作戰。因此，亟需基于風險視角探究滅火救援力量的優化布局，形成與火災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劃中的不足與問題。

1 滅火救援力量與關鍵參數

滅火救援力量是由城市消防站、專職消防隊與鄉鎮消防隊、微型消防站三部分組成的，是處置日?；馂娘L險與常見災害的重要力量?？梢岳煤瘮敌问竭M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，滅火救援力量響應事故時間的確定共涉及兩項內容：一是出動時間，即接到火警至抵達火災現場的時間；二是開展救援時間，即抵達事故現場至出水、營救的時間。滅火救援力量裝備配備受種類、數量、能力等因素的影響。滅火救援人員由類型、素質、數量等因素決定[1]。

2 基于風險的滅火救援力量優化布局必要性

現階段，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并不完善，未能考慮城市規模與經濟發展水平，在諸多經濟欠發達地區無法達到標準依據的要求，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突出。

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

3 基于風險的滅火救援力量優化布局方法

傳統的滅火救援力量優化布局主要采用人工方法，按照標準規范要求確定滅火救援力量覆蓋的轄區，估算需要配備的消防站或滅火救援裝備數量，再由人工選址，最終結合經驗或通過專家論證進行調整與優化，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? 消防站優化布局方法

3.1.1? 數學模型構建

將消防站優化布局轉化為數學問題，可以描述為：確定m個候選點，并從候選點中確定p個供應點，由供應點為n個需求點提供服務，從而保證p的數量與位置最合理?？梢詷嫿ǘ喾N數學模型，但需要考慮消防站優化布局的目的，從而選擇經典的離散定位－分配模型，其能夠更好地解決實際問題。該模型構建中需要應用不同的方法，構建的數學模型如下：

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點的固定成本；xj=1時表示在候選點處定位供應點，xj=0時表示在候選點處未定位供應點。約束條件中aij=1時表示需求點可能被候選點處的供應點覆蓋，aij=0時表示需求i點不可能被候選點j處的供應點覆蓋。通過該模型求出覆蓋所有需求點時供應點數量最小值，從而在滿足所有滅火救援保護區域消防站設置需求基礎上，最大程度減少消防站的設置數量，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供應點數量。通過該模型主要解決在定位供應點時基于完全覆蓋前提條件確定最多需求點問題，即根據已知的消防站布局數量通過優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點服務，Yij=0時表示需求點i未被候選點處的供應點服務。該模型可以基于距離最近原則解決最近供應點需求加權總距離最短問題。

3.1.2? 方法應用

一是基于集合覆蓋模型對目標保護區域內所需消防站的數量（最少）進行確定，并統計已有消防站的布局情況，確定具體位置，完成消防站布局節點網絡構建，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目標保護區域時間的加權平均值的和為最小，從而才能使消防站布局效果最佳。同時，逐一改變約束參數，如加入時間約束條件，再采用P-Median模型求解，重復上述環節，可以形成不同的優化布局方案。

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

3.2? 消防裝備優化布局方法

傳統消防裝備優化布局方法需要構建消防裝備需求模型，并基于模型分析與區域火災風險之間的關系，再進行區域保護場所分類，通過抽樣確定保護場所所需的消防裝備，該方法無法保障優化布局后消防裝備配備的針對性與合理性?，F代基于WCPS完成消防裝備優化布局，即基于最不利火災規劃場景進行優化布局，該方法對目標保護區域內不同類型場所的最不利火災情況進行描述，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域需求[4]。

具體應用過程中也需要先通過假定、估算完成需求模型構建，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布局的消防站當中。構建的裝備配備數學模型如下：

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提供某類裝備數量；Rj表示需求點j處某類裝備需求數量。在模型基礎上，將已有消防站布局與消防裝備需求結果分類同時作為輸入條件，不再關聯各類型消防裝備與人員需求。同時，模型的構建是在估算消防裝備配備需求基礎上進行，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化布局結果，為優化消防裝備配備提供依據。

確定消防裝備配備數量的具體方法如下：根據現行法律規定與消防標準，結合以往布局經驗，對每個消防站內必須配備裝備數量進行確定，選擇配備裝備數量進行確定，累加后計算出目標保護區域內所需消防裝備類型及其數量；考慮目標保護區域內火災風險單體的特征以及滅火救援的實際需求，在充分調研基礎上，分析現有布局的不足與缺陷，并結合消防裝備的實際應用效率，進行布局調整，確定需要增加的消防裝備類型與數量，累加后可以重新計算目標保護區域內所需消防裝備類型及其數量；考慮目標保護區域內歷史災害情況以及未來需要處置大規模災害時的需求，對區域內消防救援隊伍的綜合作戰能力進行評估，從整體上確定需要達到對應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數量，再次累加后重新調整目標保護區域內所需消防裝備類型及數量。通過以上步驟可以對不同情況目標保護區域內所需消防裝備類型與數量進行確定，還需要通過模型計算出滿足需求基礎上配備裝備數量的上限值，從而計算出目標保護區域內消防裝備配備的總體規模，在此基礎上根據消防站布局情況優化消防裝備布局；優化后可以根據裝備更新換代需求、實戰演習與業務訓練需求進一步調整布局[5]。

4 基于風險的滅火救援力量優化布局實例

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，并分布著輕工、機械、建材、化工等多類型產業，各級各類院校30余所，且區域內交通發達，與該市其他區域連通，也涵蓋重點保護古跡。

4.2? 滅火救援力量布局現狀

4.2.1? 消防站布局現狀

區域內有2個消防中隊，但區域內需要保護的火災風險單體較多，現有消防站布局下，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? 消防裝備布局現狀

據統計，該區域內共317個風險單體，以人員密集類、高層類為主，可能發生的火災有危險化學品類火災、地下建筑火災、重要機關單位倉儲類火災、高層建筑火災、人員密集場所火災、其他場所火災。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化布局結果

4.3.1? 消防站優化布局

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

4.3.2? 消防裝備優化布局

經過評估本區域消防裝備類型、數量與火災風險控制需求、滅火救援需求等相符，若需進一步優化還需結合目標保護區域內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，無法完成進一步優化。

5 結束語

綜上所述，基于風險視角進行滅火救援力量優化布局，可以增強布局的本地性特征，提升布局的靈活性。從優化布局的過程來看，充分考慮當地滅火救援需求以及經濟發展情況，使消防站的設置與消防裝備分配得到合理優化，協調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化布局，使優化過程更加透明，形成科學、合理、準確的優化布局目標，高效貫徹落實“以防為主、防消結合”工作方針，提升城市消防安全管理水平。

參考文獻

[1]李晨曦.論城市火災與災害事故等級劃分和滅火救援力量出動預案編制[J].內蒙古煤炭經濟，2021（13）：110-111.

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[3]吳帥.基于物聯網的滅火救援戰斗力量調度指揮探討[J].消防界（電子版），2021，7（3）：97-98.

[4]齊月智.論如何提高滅火救援協同作戰能力[J].今日消防，2020，5（8）：58-59.

[5]于波，張嘉祥.區域滅火救援力量的最優布局研究[J].消防界（電子版），2020，6（10）：42.