基于风险的灭火救援力量优化布局分析

刘宇

摘要：城市公共灭火救援力量布局不合理是导致火灾重大损失的关键原因，为解决目前灭火救援力量布局中的问题，立足风险视角对灭火救援力量的优化布局展开分析，重点介绍消防站与消防装备的优化布局方法，并结合实例探究方法的应用，意在基于火灾风险现实情况与控制需求实现灭火救援力量的合理配备，进一步明确响应风险目标，增强降低火灾风险能力。

关键词：火灾风险；灭火救援力量；优化布局

中图分类号：D631.6      文献标识码：A       文章编号：2096-1227（2024）03-0051-04

灭火救援力量是重要的消防资源，其布局情况会对城市火灾风险控制能力、消防救援决策产生直接影响。从目前城市公共灭火救援力量的布局情况来看，布局过程中参照的标准灵活性较差，未能真正落实“以防为主，防消结合”方针。发生火灾后，也难以做到1min响应启动、3min到场扑救、5min协同作战。因此，亟需基于风险视角探究灭火救援力量的优化布局，形成与火灾风险相匹配的最佳灭火救援力量配置方案，解决当前灭火救援力量布局规划中的不足与问题。

1 灭火救援力量与关键参数

灭火救援力量是由城市消防站、专职消防队与乡镇消防队、微型消防站三部分组成的，是处置日常火灾风险与常见灾害的重要力量。可以利用函数形式进行表达：

式（1）中FC表示灭火救援力量、T表示灭火救援力量响应事故时间、Eq表示灭火救援力量装配配备、Per表示灭火救援人员。

其中，灭火救援力量响应事故时间的确定共涉及两项内容：一是出动时间，即接到火警至抵达火灾现场的时间；二是开展救援时间，即抵达事故现场至出水、营救的时间。灭火救援力量装备配备受种类、数量、能力等因素的影响。灭火救援人员由类型、素质、数量等因素决定[1]。

2 基于风险的灭火救援力量优化布局必要性

现阶段，灭火救援力量布局中存在一定问题，主要因为灭火救援力量布局依据并不完善，未能考虑城市规模与经济发展水平，在诸多经济欠发达地区无法达到标准依据的要求，仍然无法合理配备灭火救援力量；且也未能考虑各个城市的现实情况，使灭火救援力量布局与土地资源利用、空间利用的矛盾愈发突出。

而基于火灾风险视角完成布局优化，是保证灭火救援力量配置满足火灾风险控制需求、提高灭火效率的重要途径。以损失类型划分，火灾事故风险可以细化为三种类型：生命风险、财产风险、环境风险。优化灭火救援力量布局的关键是降低生命与财产风险；以火灾事故响应时间要求、強度、空间划分，火灾事故风险可以细化为以下风险类型：居民或非居民火灾风险、重大事故风险、特殊救援事故风险，优化灭火救援力量布局的关键是控制居民或非居民火灾风险、减少特殊救援事故风险、预防重大事故风险，根本目标仍是降低生命财产损失[2]。因此，风险视角下的灭火救援力量优化布局以“以人为本”为根本原则，在火灾风险较高的区域配备更多的灭火救援力量，以便最大程度降低火灾事故造成的生命、财产风险，再尽最大能力降低其他类型风险，可以弥补现行布局依据中的不足，提高灭火力量布局的合理性与科学性。

3 基于风险的灭火救援力量优化布局方法

传统的灭火救援力量优化布局主要采用人工方法，按照标准规范要求确定灭火救援力量覆盖的辖区，估算需要配备的消防站或灭火救援装备数量，再由人工选址，最终结合经验或通过专家论证进行调整与优化，不仅费时费力，也具有主观性强的劣势。而立足风险视角优化灭火救援力量布局需要基于需求模型进行，具体方法见图1。

3.1  消防站优化布局方法

3.1.1  数学模型构建

将消防站优化布局转化为数学问题，可以描述为：确定m个候选点，并从候选点中确定p个供应点，由供应点为n个需求点提供服务，从而保证p的数量与位置最合理。可以构建多种数学模型，但需要考虑消防站优化布局的目的，从而选择经典的离散定位－分配模型，其能够更好地解决实际问题。该模型构建中需要应用不同的方法，构建的数学模型如下：

式（2）中I表示需求点集合；J表示候选点集合，fj表示候选点处定位供应点的固定成本；xj=1时表示在候选点处定位供应点，xj=0时表示在候选点处未定位供应点。约束条件中aij=1时表示需求点可能被候选点处的供应点覆盖，aij=0时表示需求i点不可能被候选点j处的供应点覆盖。通过该模型求出覆盖所有需求点时供应点数量最小值，从而在满足所有灭火救援保护区域消防站设置需求基础上，最大程度减少消防站的设置数量，避免资源浪费问题[3]。

式（3）中hi表示在需求点i处的需求；Zi=1时表示需求点被覆盖，Zi=0时表示需求点i未被覆盖。约束条件中表示P供应点数量。通过该模型主要解决在定位供应点时基于完全覆盖前提条件确定最多需求点问题，即根据已知的消防站布局数量通过优化使其保护范围最大化。

式（4）中dij表示需求点与候选点间距离；Yij=1时表示需求点被候选点处的供应点服务，Yij=0时表示需求点i未被候选点处的供应点服务。该模型可以基于距离最近原则解决最近供应点需求加权总距离最短问题。

3.1.2  方法应用

一是基于集合覆盖模型对目标保护区域内所需消防站的数量（最少）进行确定，并统计已有消防站的布局情况，确定具体位置，完成消防站布局节点网络构建，并形成最短行驶时间矩阵。

二是采用P-Median模型进行求解，此时可以不对风险约束条件与时间条件进行考虑，但要保证消防站响应目标保护区域时间的加权平均值的和为最小，从而才能使消防站布局效果最佳。同时，逐一改变约束参数，如加入时间约束条件，再采用P-Median模型求解，重复上述环节，可以形成不同的优化布局方案。

三是将多个优化布局方案进行综合比较，结合实际需求进行判断，选择布局合理、投入少的方案。

3.2  消防装备优化布局方法

传统消防装备优化布局方法需要构建消防装备需求模型，并基于模型分析与区域火灾风险之间的关系，再进行区域保护场所分类，通过抽样确定保护场所所需的消防装备，该方法无法保障优化布局后消防装备配备的针对性与合理性。现代基于WCPS完成消防装备优化布局，即基于最不利火灾规划场景进行优化布局，该方法对目标保护区域内不同类型场所的最不利火灾情况进行描述，该描述具有综合性，并非针对性，从而确定消防装备的需求，通常情况下可以保障80%的消防装备满足目标保护区域需求[4]。

具体应用过程中也需要先通过假定、估算完成需求模型构建，其目的是先基于WCPS估算出消防装备需求，并连同消防人员合理配备到已经布局的消防站当中。构建的装备配备数学模型如下：

式（5）中I表示消防站點集合；J表示需求点集合，Ei表示消防站点处某类装备数量。约束条件中bij=1时表示消防站向需求点提供装备，bij=0时表示消防站点不向需求点提供装备；Vij表示消防站点i向需求点j提供某类装备数量；Rj表示需求点j处某类装备需求数量。在模型基础上，将已有消防站布局与消防装备需求结果分类同时作为输入条件，不再关联各类型消防装备与人员需求。同时，模型的构建是在估算消防装备配备需求基础上进行，其要求配备充足的消防人员，以满足“5min”消防时间需求。输入以上条件后则可以输出优化布局结果，为优化消防装备配备提供依据。

确定消防装备配备数量的具体方法如下：根据现行法律规定与消防标准，结合以往布局经验，对每个消防站内必须配备装备数量进行确定，选择配备装备数量进行确定，累加后计算出目标保护区域内所需消防装备类型及其数量；考虑目标保护区域内火灾风险单体的特征以及灭火救援的实际需求，在充分调研基础上，分析现有布局的不足与缺陷，并结合消防装备的实际应用效率，进行布局调整，确定需要增加的消防装备类型与数量，累加后可以重新计算目标保护区域内所需消防装备类型及其数量；考虑目标保护区域内历史灾害情况以及未来需要处置大规模灾害时的需求，对区域内消防救援队伍的综合作战能力进行评估，从整体上确定需要达到对应处理能力要求时所需的消防装备，进一步给出需要增加的种类与对应数量，再次累加后重新调整目标保护区域内所需消防装备类型及数量。通过以上步骤可以对不同情况目标保护区域内所需消防装备类型与数量进行确定，还需要通过模型计算出满足需求基础上配备装备数量的上限值，从而计算出目标保护区域内消防装备配备的总体规模，在此基础上根据消防站布局情况优化消防装备布局；优化后可以根据装备更新换代需求、实战演习与业务训练需求进一步调整布局[5]。

4 基于风险的灭火救援力量优化布局实例

4.1  基本情况

某城市西北部，总占地面积约38km2，容纳70万人口，为典型的人口密集区，并分布着轻工、机械、建材、化工等多类型产业，各级各类院校30余所，且区域内交通发达，与该市其他区域连通，也涵盖重点保护古迹。

4.2  灭火救援力量布局现状

4.2.1  消防站布局现状

区域内有2个消防中队，但区域内需要保护的火灾风险单体较多，现有消防站布局下，无法对所有单体展开有效保护，无法满足“15min消防”反应速度要求，更无法满足“5min”消防时间要求。同时，原布局下所有消防站均位于相同线路上，间隔距离较近，未覆盖风险单体密集、风险等级较高的区域，与消防站布局中要求的立体保护原则相悖。

4.2.2  消防装备布局现状

据统计，该区域内共317个风险单体，以人员密集类、高层类为主，可能发生的火灾有危险化学品类火灾、地下建筑火灾、重要机关单位仓储类火灾、高层建筑火灾、人员密集场所火灾、其他场所火灾。消防装备配备情况如下：配备2辆水罐消防车、2辆泡沫消防车、2辆干粉消防车、2辆举高消防车、2辆抢险救援消防车、2辆举高喷射车、3辆其他消防车。

4.3  风险视角下灭火救援力量优化布局结果

4.3.1  消防站优化布局

基于本区域消防安全目标，在风险单体密集的一级、二级重点保护区域内接警后5min应达到火灾现场；在风险单体相对较少的三级保护区域接警后需要8min达到火灾现场；在绿地、农田等城市外围地区接警后需要12min达到火灾现场。综合城市各级道路的行车速度要求，采用道路拓扑网络处理方法确定目标保护区域内的消防站候选点、需求点，并统计可以到达的路径。再采用离散定位－分配模型优化布局，先采用集合覆盖法计算出需要设置的消防站数量，结果显示设置6个消防站可以将本区域完全覆盖，目前已有2个，还需要新增4个。但该计算结果无法兼顾区域内各个位置火灾风险的高低，从而无法优化消防站的分布位置，还需要采用最大覆盖模型优化消防站的设置位置；优化后消防站的设置位置需要进行调整，使消防站邻近火灾风险较高的区域。

4.3.2  消防装备优化布局

经过评估本区域消防装备类型、数量与火灾风险控制需求、灭火救援需求等相符，若需进一步优化还需结合目标保护区域内风险单体的实际情况进行，但由于本次研究中未能获取详细信息，无法完成进一步优化。

5 结束语

综上所述，基于风险视角进行灭火救援力量优化布局，可以增强布局的本地性特征，提升布局的灵活性。从优化布局的过程来看，充分考虑当地灭火救援需求以及经济发展情况，使消防站的设置与消防装备分配得到合理优化，协调灭火救援力量的配置，提高消防资源的利用效率；且真正基于量化指标完成灭火救援力量优化布局，使优化过程更加透明，形成科学、合理、准确的优化布局目标，高效贯彻落实“以防为主、防消结合”工作方针，提升城市消防安全管理水平。

参考文献

[1]李晨曦.论城市火灾与灾害事故等级划分和灭火救援力量出动预案编制[J].内蒙古煤炭经济，2021（13）：110-111.

[2]丁彦吉.区域灭火救援力量的最优布局[J].消防界（电子版），2021，7（7）：93-94.

[3]吴帅.基于物联网的灭火救援战斗力量调度指挥探讨[J].消防界（电子版），2021，7（3）：97-98.

[4]齐月智.论如何提高灭火救援协同作战能力[J].今日消防，2020，5（8）：58-59.

[5]于波，张嘉祥.区域灭火救援力量的最优布局研究[J].消防界（电子版），2020，6（10）：42.