城镇消防站布局的优化模型——以山西省太原市小店区为例

王 瑶

（太原工业学院理学系，山西太原030008）

城镇消防站布局的优化模型
——以山西省太原市小店区为例

王 瑶

（太原工业学院理学系，山西太原030008）

文章研究了山西太原小店区消防站布局的优化问题，建立了城市消防站布局的优化模型，满足适应太原市现状并充分反映城市消防站布局的现实需求，弥补现行标准的不足，为相关标准的进一步修订提供一定的参考价值。

火灾风险；节点选取；区域划分；最短路径；优化布局

太原作为山西省的省会城市，人口众多，引发火灾的原因越来越多，预防火灾困难重重，同时扑救火灾的难度也呈上升趋势，为了保障人民群众的人身财产安全和促进社会经济的快速发展，大家对消防安全越来越关注。如何避免火灾的发生，使发生火灾的损失最小，合理优化城市消防站布局，将逐渐成为人们十分关注的问题。

1 太原市小店区基本概况

小店区位于太原市东南部，城区占地面积35 km2，截至2010年，约有人口56.9万，居住人口密集，驻区内有山西大学、山西财经大学等，有两个国家级开发区，有北极宫、圣安多尼教堂等古迹，区内通往各市区的公路众多。小店区现在有四个消防队，分别是太原市公安消防支队特勤一中队、太原市小店区许西村消防队、太原市小店区亲贤村消防队和太原市公安消防支队五中队。

由于小店区内学校、大型商场和酒店较多，道路错综复杂，而且我们所能得到的数据有限，因此结合小店区当地的实际情况，用多边形分区域法，按照多边形面积为5～7 km2划分子区域[1]，小店区划分成了5个区域，见图1。

图1 太原市小店区子区域划分图

区域1内主要是大型商场；区域2主要是居民住宅，酒店等；区域3内主要是城中村，娱乐场所，高层建筑等；区域4内主要是写字楼等办公场所；区域5则是学校与城中村为主。

2 火灾风险点与消防站节点的选取

将太原市小店区分成有限个区域，并且对每个区域中火灾情况进行了分析，火灾风险进行了具体的计算和研究，以此作为城市消防站布局的依据。在研究不同的建筑物，其结构、规模和用途都不尽相同，各种建筑物发生火灾的概率也不相同[2]，而对城市火灾造成影响的重要因素之一是建筑物发生火灾的概率，见表1。

表1 不同类型的建筑火灾概率

参照火灾风险评估方法，并结合消防安全知识内的有关知识选取火灾风险点：由于城市居民火灾发生频率相对较高，数据充分，具备统计分析基础，所以直接量化区域火灾风险是可能的；而类似工厂、办公楼、化工园区、商场等，这些区域人员财产比较集中，发生重特大火灾的频率低，但造成的后果相当严重，基于对建筑火灾风险分析研究的基础上，这种方法比较适合这些区域的火灾风险评估[3]。

根据太原市电子地图，将路口抽象为图中的节点，并假设所有的节点都可以放置消防站，一共调查了52条路段，由所有路段形成的节点共有99个。小店区路段信息，见表2。

表2 小店区路段信息

3 建立最短路径矩阵

火灾损失与消防车到达火灾事故点的时间关系重大，而时间与消防车的速度和消防站到达火灾事故点的距离有密切的关系。消防车如何能以最短的时间到达火灾事故点是减少火灾损失的关键，这就需要计算消防站与火灾风险点之间的最短路径[4]。

通过电子地图对所有候选点与需求点间进行了测距，最终得到了最短距离。根据太原市道路规划行车速度、消防车的性能以及小店区的具体道路情况，消防车行驶主要在主干道，规划行驶速度50～60 km∕h，认为vk=55 km∕h，根据最短路径矩阵(dij)m×n和消防车的行驶速度vk，可以计算得到时间(tij)a×b，从而得到时间矩阵T，用矩阵表示节点到重大火灾风险点所需要的最短时间，即：

4 单区域内的消防站优化布局

以消防站节点到各个火灾风险点区域火灾风险值总和为最小作为消防站规划的选址原则，就区域1为例，经过详细的分析，最终筛选出了33个节点和火灾风险点7个，通过最短路径计算出区域1内各节点到重大火灾风险点的最短时间，见表3。

由火灾风险的定义[5]，可以知道火灾损失L、火灾发生概率P和火灾风险R之间的关系：

对于区域j内，假设消防站设立在节点k上，那么有：

通过对大部分火灾案例的分析和总结，消防站自接到报警之后，5 min内应该到达火灾现场，提出了火灾损失L与时间t之间建立火灾损失的时间函数L(tik)，即：

Li(tik)表示消防站节点k从接到报警时间开始，一直到消防车到达火灾风险点i这段时间内的火灾损失。

ai表示火灾风险点i的火灾损失随时间变化的参数，与消防站灭火能力和发生火灾的建筑物类别相对应。由于目前太原市还未对各火灾风险点进行火灾评估，所以本文将统一按ai=l(i)max=1进行了简单的处理。

T(i)为火灾风险点i达到最大损失所需要的时间。

表3 区域1中各节点到火灾风险点所需的时间 ∕min

表4 区域1各节点到各火灾风险点的总火灾风险最小值

由表4知，区域1内总火灾风险值最小在节点A28处，所以消防站应该设在节点A28，即在寇庄西路与王村北街交汇处建立。

其他4个区域消防站的分布位置为：

（1）在区域2中，消防站建立在节点A80，并州路与二营盘街交汇处。

（2）在区域3中，消防站建立在节点A41，长治路与八一街交汇处。

（3）在区域4中，消防站建立在节点A9，平阳路与创业街交汇处。

（4）在区域5中，消防站建立在节点A57，坞城路与许坦西街交汇处。

5 小店区消防站布局的修正

如何选择合理的消防站位置，在计算确定了消防站布局的前提下，还应具体考虑到城市自身对消防站布局产生一定影响的气候条件、地理位置、现有建设等因素，基于此消防站应该具体建设在哪，需要进一步的调整。根据城市消防站建设标准，消防站布局的修正原则，对区域综合考虑，得到：

（1）区域1，消防站建立的节点为A28，不变。

（2）区域2，消防站建立的节点由A80变为A85。

（3）区域3，消防站建立的节点由A41变为A42。

（4）区域4，消防站建立的节点为A9，不变。

（5）区域5，消防站建立的节点为A57，不变。

6 结语

小店区现有的四个消防站布局覆盖面积较大，西南部与东北部部分区域火灾风险等级较高的火灾风险点不能够很好地得到有效的保护和控制，通过对消防站节点到各火灾风险点的火灾风险总和最小为原则进行研究，对消防站建设进行优化布局，提出将原有的四个消防站进行搬迁，并增加一个消防站，该布局基本能够覆盖小店内火灾风险点，基本满足5 min消防的标准。

[1]郑红梅，陈国良，王玮，等.火灾风险评估相关概念辨析[J].中国安全科学学报，2008，18(6)：75-79.

[2]建设部综合财务司.2013年城乡建设统计公报[N].北京：中国建设报，2014-07-31.

[3]刘盛，刘明洁.消防安全知识[M].北京：中国法制出版社，2009：120-130.

[4]宋江涛，杨艳军.0－1整数型线性规划在消防站布局中的应用[J].中国科技博览，2008(19)：62，125.

[5]郝岩.城市消防站的布局优化模型[D].沈阳：沈阳航空工业学院，2010.

补遗：本刊2015年第6期的作者为魏彪的论文“萨马兰奇的奥林匹克思想与实践”系获得教育部人文社会科学项目“现代国际奥林匹克运动主要领导人思想研究”资助文章，基金项目号[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

山西省教育科学规划课题[GH13118]

王瑶（1979-），女，山西长治人，硕士，讲师，研究方向：最优化原理与方法。

〔责任编辑 王东〕