基于火灾风险评价理论的城镇消防站选址优化*——以山西夏县瑶峰镇为例

王秋红，张 娟，邓 军，朱红亚

(1.西安科技大学 能源学院，陕西 西安710054;2.运城市公安消防支队 政治处，山西 运城044000;3.公安部天津消防研究所，天津300381)

0 引 言

改革开放以来，中国小城镇规模的发展，带动了城乡结合经济的迅速发展。但是小城镇消防基础设施建设的水平普遍不高，火灾危害一定程度上制约了小城镇的发展。随着火灾风险评价方法的研究，城市火灾风险评价理论得到充分发展，其中国外学者Bukowski［1］，Michael［2］分别研究了火灾风险评估方法和建筑物风险评估方法。国内学者杜霞等［3］介绍了英国、日本、美国的区域火灾风险评估技术。李杰等［4］提出以超越概率曲线的方法来表达火灾危险性分析的结果。张一先等［5］采用拉格朗日插值法和判断矩阵法进行多级多指标体系的模糊综合评价，定量评估得到古城区防火安全属于中等程度。李华军［6］、杨海［7］、杨立［8］均采用模糊综合评判方法分别对青岛市城区、苏州古城区、开封市4 个行政区进行火灾风险性评估。对火灾风险的高低进行排序，根据轻重缓急来确定保护措施。陈志芬等［9］根据因果分析图中各基本事件与顶事件的关系以及各基本事件的统计频率值，得出大型公共场所火灾风险评价指标体系。

火灾风险评价理论提高了消防安全决策的科学性，所以逐渐有学者将火灾风险评价方法应用在消防站的优化选址研究上，其中胡传平［10］从理论上建立了区域居民火灾风险的评估方法和人员/财产密集建筑火灾风险的评估方法，基于离散定位- 分配模型和WCPS 消防车辆装备需求模型，通过集合覆盖、最大覆盖方法，建立了消防站和消防车辆装备布局的优化方法。王大博［11］采用层次分析法对建立的城市火灾风险评估指标体系进行分析，并采用离散数学模型得到以消防响应全覆盖消防辖区的消防站布局。

以火灾风险评估后的结论为依据，再进行消防站选址，这将极大提升消防站的有效性和使用率，除了应用于大城市，也有必要对小城镇开展区域火灾风险评价和消防站优化配置的研究工作。文中综合应用火灾风险评价中的层级分析法、传统消防站布局方法、并结合ArcGIS 绘图软件对瑶峰镇消防站开展优化选址研究，研究结果有助于改进瑶峰镇现有消防站布局不合理问题，有助于提升瑶峰镇抵御火灾风险的能力。

1 瑶峰镇消防重点单位的火灾风险评价

1.1 指标体系的权重确定方法

不同的评价指标对最终评价结果的影响程度是不同的，因此需要确定每个评价指标的比重，具体步骤如下。

1.1.1 构造判断矩阵

判断矩阵M 的形式，见表1.

表1 判断矩阵形式Tab.1 Judgment matrix

表1 中，M 矩阵有N1，N2，…，Nn个指标，且矩阵满足mii=1 和mij=1/mji.

1.1.2 相对重要性排序

评估体系各相同层次的指标两两比较得到相对重要度排序。在排序的过程中，采用的是1 ～9标度法。实际应用中，标度取值采用专家打分法，得到判断矩阵，经过计算求权重。

1)元素按行相乘得一新向量

2)将新向量的每个分量开n 次方

3)将所得向量归一化

最后得到归一化的权重向量W =［w1，w2，…，］T.

1.1.3 一致性检验

当矩阵具有完全一致性时CI = 0，分子λmax-n 越大，表示矩阵的一致性减小。RI 代表多次重复(通常大于500 次)进行随机判断矩阵特征值的计算后取算术平均值得到。下文中的消防重点单位判断矩阵为7 阶，故从矩阵的平均随机一致性指标表中查得RI 应取值为1.32.

CR 是判断矩阵的随机一致性比例

当CR ＜0.1 时，判断矩阵具有满意一致性，否则需要对判断矩阵进行调整。

1.2 瑶峰镇消防重点单位指标体系的权重确定

根据城市消防监督检查管理对象自身的不同特点，瑶峰镇消防重点单位被划分为7 个不同性质的单位，分别是重要机关，公共娱乐场所，宾馆饭店，商场、集贸市场，学校、幼儿园，高层住宅建筑和易燃易爆场所。首先构建瑶峰镇消防重点单位火灾风险指标体系，见表2.

表2 瑶峰镇消防重点单位火灾风险指标体系Tab.2 Fire risk index system of the key enterprises of fire fighting in Yaofeng town

表3 消防重点单位-判断矩阵Tab.3 Key enterprises of fire fighting-Judgment matrix

然后专家对这7 个因素进行两两比较判断，将判断结果分析总结成判断矩阵(见表3)，再用式(4)～式(5)对矩阵进行检验，确定该矩阵满足一致性要求。最后用式(1)～式(3)对矩阵进行计算，得到归一化的权重向量W =［0. 049 8 0.159 0 0.234 2 0.108 0 0.034 2 0.341 4］T

根据权重向量可知，瑶峰镇消防重点单位的火灾风险高低，按降序排列为:易燃易爆场所＞商场、集贸市场＞公共娱乐场所＞学校、幼儿园＞宾馆饭店＞重要机关＞高层住宅建筑。由此可知瑶峰镇上火灾风险性最高的单位是易燃易爆场所，风险性最小的单位是高层住宅建筑。而通常在一些大城市，高层住宅建筑的火灾风险等级往往高于学校、宾馆饭店及重要机关，这体现出了大城市与城镇不同用途建筑在比例分配上的差异。下面以评价出的瑶峰镇火灾风险性最高的易燃易爆场所为重点对象，开展消防站选址研究。

2 瑶峰镇消防站优化选址

2.1 瑶峰镇现有消防站现状分析

瑶峰镇涉及的易燃易爆物品主要是汽油类、燃气类等易燃易爆危险品，分布于不同的易燃易爆场所中。此镇上的易燃易爆场所汇总表，见表4.

表4 瑶峰镇易燃易爆场所一览表Tab.4 Lists of inflammable and explosive locations of Yaofeng town

将瑶峰镇城区的电子地图导入ArcGIS(地理信息系统)软件中，用不同符号代表不同性质的单位，并将它们的位置精确标注在瑶峰镇城区道路分布图上。其中，现役消防站用红色五角星表示，易燃易爆场所用红色圆点表示，化工企业用紫色方块表示，变电站用黄色圆点表示，学校用紫色圆点表示，如图1 所示。

根据《城镇消防站布局与技术装备配备标准编制说明》中第2.0.1 条中规定消防站责任区是以消防站为中心，划定一定的区域面积，由该消防站担负灭火救灾任务的区域。责任区的大小是按照消防队接到报警的5 min 内可以到达责任区边缘的要求来确定的(接警出动1 min，行车到场4 min)，消防站责任区的保护面积，见式(7)。

式中 A 表示消防站责任区面积，km2;R 表示消防站至责任区最远点的直线距离，即消防站保护半径km;S 表示消防站至责任区最远点的实际距离，即消防车4 min 行驶路程km;λ 表示道路曲折系数，即两点间实际交通距离与直线距离之比。标准中说明城市消防站责任区面积为4 ～7 km2适宜。

故利用ArcGIS 软件，以图1 中绘制的现役消防站为中心，分别绘制面积为4 km2和7 km2的覆盖圆，如图2 所示。

图1 瑶峰镇城区道路布局与消防重点单位分布图Fig.1 Road layout and the key units layout for fire control of Yaofeng town

图2 传统消防站布局方法得到的覆盖图Fig.2 Land cover map gained by traditional method of fire fighting station layout

从图2 看出，当消防站责任区面积为4 km2时，有6 个易燃易爆场所在责任区范围外;当消防站责任区面积为7 km2时，有3 个易燃易爆场所在责任区范围外，可知瑶峰镇仅有的一个现役消防站远远不能满足该镇上易燃易爆场所对灭火紧急救援的需求，故急需对瑶峰镇的消防站布局进行优化选址研究。

2.2 瑶峰镇消防站优化选址研究

将整个瑶峰镇城区以面积为4 km2和7 km2的同心圆分别进行覆盖，如图3 所示。

图3 瑶峰镇城区同心圆覆盖图Fig.3 Land cover map of Yaofeng town with concentric circles

图4 针对易燃易爆场所的消防站选址优化结果Fig.4 Optimization location results of fire fighting stations for the inflammable and explosive locations

以瑶峰镇火灾风险性最高的易燃易爆场所为对象，进行消防站选址。综合考虑同心圆对易燃易爆场所(红色圆点)最大范围的覆盖，对图3 中同心圆进行删减，删减后的责任区面积为4 km2的圆剩两个(橘红色圆圈)，责任区面积为7 km2的圆也剩两个(黑色圆圈)，见图4(a)，(b). 看到仍有个别红色圆点在责任区的保护范围外，故再对圆圈中心进行微调，确保所有红色圆点在圆内，微调后的位置由紫色圆圈表示。

最后将图4(a)，(b)中显示出瑶峰镇城区道路布局图，即可确切得到新消防站的具体建设位置，如图4(c)，(d)所示。研究得到无论4 km2还是7 km2的消防站责任区面积，以瑶峰镇火灾风险性最高的易燃易爆场所为重点消防对象，瑶峰镇城区都需要建设两个消防站，比原有消防站在位置上有很大的变动。优化后的消防站位置，不仅可以确保所有易燃易爆场所都在消防站的责任区范围内，也可提高消防站资源的利用率。

3 结 论

确定瑶峰镇消防重点单位指标体系的权重，以评价出的火灾风险性最高的易燃易爆场所为重点消防对象，开展瑶峰镇城区消防站优化选址研究。主要结论有

1)瑶峰镇消防重点单位的火灾风险按降序排列为:易燃易爆场所＞商场、集贸市场＞公共娱乐场所＞学校、幼儿园＞宾馆饭店＞重要机关＞高层住宅建筑。瑶峰镇上火灾风险性最高的单位是易燃易爆场所，风险性最小的单位是高层住宅建筑，体现出了大城市与城镇不同用途建筑在比例分配上的差异;

2)瑶峰镇仅有的一个现役消防站不能完全满足该镇上易燃易爆场所对5 min 到场灭火救援的需求;

3)合理考虑对易燃易爆场所实现最大范围覆盖，得到无论4 km2还是7 km2的消防站责任区面积，瑶峰镇城区都需要建设2 个消防站，比原有消防站在位置上有很大的变动。在ArcGIS 系统中的道路布局图上可以确切得到新消防站的具体建设位置，为瑶峰镇政府建设新消防站提供了参考。

References

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