張 波

(武警學(xué)院 部隊(duì)管理系，河北 廊坊 065000)

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油罐火災(zāi)救援資源調(diào)度優(yōu)化研究

張 波

(武警學(xué)院 部隊(duì)管理系，河北 廊坊 065000)

油罐火災(zāi)火勢猛、危害大，因此對火災(zāi)撲救提出了更高要求。分析了油罐火災(zāi)撲救特點(diǎn)及滅火救援所需外部消防資源，并討論了資源調(diào)度優(yōu)化方法。在最短的時(shí)間內(nèi)調(diào)集足夠的資源是成功滅火救援的關(guān)鍵，提出根據(jù)道路實(shí)時(shí)情況確定時(shí)間最短的出警路徑，并以此時(shí)間為依據(jù)確定需要調(diào)集的警力，對資源調(diào)度優(yōu)化算法進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，通過實(shí)例驗(yàn)證了該算法。

油罐火災(zāi)；消防資源；資源調(diào)度；時(shí)間最短；優(yōu)化算法

0 引言

近年來，隨著油氣儲備量的增加，油罐的規(guī)模和數(shù)量不斷增加。但是，油罐一旦著火，蔓延快，撲救困難，會威脅到鄰近罐的安全，同時(shí)燃燒產(chǎn)生的煙氣和流淌的有害液體會造成環(huán)境污染。所以必須在第一時(shí)間調(diào)集足夠的力量和裝備，實(shí)施有效的滅火，否則，會貽誤控制火災(zāi)的最佳時(shí)機(jī)，造成火災(zāi)蔓延擴(kuò)大。從這個(gè)角度考慮，油罐火災(zāi)對于滅火資源的調(diào)配不論是從時(shí)間上還是從數(shù)量上都有更高的要求。目前，國內(nèi)外對油罐火災(zāi)預(yù)防技術(shù)、撲救方式方法研究的比較多，而對大型油罐火災(zāi)撲救所需力量和裝備調(diào)度研究的比較少。關(guān)于救援資源的調(diào)度優(yōu)化問題，目標(biāo)大致可分為兩類，一類以運(yùn)輸費(fèi)用最小為目標(biāo)[1-3]，另一類以所需時(shí)間最短為目標(biāo)[4-5]。運(yùn)用優(yōu)化方法、模擬技術(shù)、決策方法，研究快速高效的應(yīng)急資源調(diào)度的措施。文獻(xiàn)[6-7]采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃、模糊決策等方法建立了應(yīng)急資源調(diào)度的模型。文獻(xiàn)[8]提出了基于實(shí)時(shí)信息的動(dòng)態(tài)應(yīng)急資源調(diào)度模型，利用遺傳算法進(jìn)行求解。本文在以上文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，針對大型油罐火災(zāi)的特點(diǎn)和規(guī)律，根據(jù)道路實(shí)時(shí)情況確定時(shí)間最短的出警路徑，并以此時(shí)間為依據(jù)確定需要調(diào)集的警力，設(shè)計(jì)救援資源的調(diào)度算法。

1 油罐火災(zāi)撲救特點(diǎn)及所需消防資源

油罐火災(zāi)溫度高、著火預(yù)燃期短、火勢猛、輻射熱強(qiáng)、易擴(kuò)大蔓延，還可能引起爆炸、沸溢和噴濺以及罐體受熱變形乃至倒塌[9]。滅火時(shí)要統(tǒng)一號令，各個(gè)戰(zhàn)斗地點(diǎn)同時(shí)開展，切忌各自為戰(zhàn)或斷斷續(xù)續(xù)的滅火，應(yīng)在集中好兵力、器材裝備和備足滅火劑的前提下，劃分好各單位的作戰(zhàn)任務(wù)后，由火場總指揮員發(fā)出統(tǒng)一的攻擊命令，各炮齊發(fā)，才能一舉奏效，速戰(zhàn)速決。因此加強(qiáng)第一出動(dòng)，一次性向火場調(diào)派具備攻堅(jiān)滅火能力的優(yōu)勢兵力，在短時(shí)間內(nèi)調(diào)集足夠的滅火救援資源是成功撲救火災(zāi)的關(guān)鍵。這類火災(zāi)一旦發(fā)生，一般都具有損失大、危害性大、處置時(shí)間長、處置要求高等特點(diǎn)，滅火所需裝備器材、物資量大，有時(shí)單靠本地區(qū)內(nèi)的消防力量、裝備無法完成處置任務(wù)，需要跨區(qū)域救援。

油罐火災(zāi)發(fā)生后，正確判斷和估計(jì)火情，對盡快控制火勢，防止火災(zāi)蔓延，迅速撲滅以及保障人員安全極其重要。在到達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場后，應(yīng)立即通過外部觀察、詢問知情人、儀器檢測等方法查明火災(zāi)情況。目前大多數(shù)罐區(qū)安裝了比較完善的滅火系統(tǒng)，然而這些裝置只有在未受到前期破壞且滅火劑供給系統(tǒng)良好時(shí)才能發(fā)揮作用[10]。由近年來油罐火災(zāi)事故分析表明，一旦儲罐固定泡沫滅火系統(tǒng)出現(xiàn)比例混合器堵塞、泡沫發(fā)生器失靈、泡沫滅火系統(tǒng)無法運(yùn)行或泡沫供給強(qiáng)度達(dá)不到滅火要求等問題，就無法在初期階段撲救火災(zāi)，必須依靠消防部隊(duì)進(jìn)行滅火救援[11]。所需主要消防資源有：消防用水，包括冷卻用水和滅火用水；泡沫滅火劑，液上噴射可使用普通蛋白泡沫，液下噴射應(yīng)使用氟蛋白泡沫[12]；泡沫消防車、水罐消防車、高噴消防車，以及參戰(zhàn)官兵。正確判斷和評估火情后，可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式得到上述資源的具體需求量，很多文獻(xiàn),如文獻(xiàn)[11]都有具體計(jì)算方法，本文不再贅述。

2 滅火救援資源調(diào)度優(yōu)化方法

2.1 運(yùn)送資源到達(dá)火場的時(shí)間計(jì)算模型

油罐火災(zāi)發(fā)生后，救援車輛需要在最短時(shí)間內(nèi)將救援資源運(yùn)送到火災(zāi)現(xiàn)場，由于實(shí)時(shí)道路情況會受到多種因素的影響，比如交通擁堵情況、自然條件等，合理選擇路徑非常重要。特別是在跨區(qū)域救援情況下，路途比較遠(yuǎn)，車輛行駛速度更是無法預(yù)測，因此僅憑消防隊(duì)到火災(zāi)現(xiàn)場的空間距離計(jì)算出的時(shí)間只能作為參考。在短時(shí)采集交通流的基礎(chǔ)上，考慮道路的實(shí)時(shí)情況，計(jì)算時(shí)間最短路徑有較好地指導(dǎo)價(jià)值。

經(jīng)典的求解最短路徑的方法是Dijkstra算法，該算法預(yù)先設(shè)定邊的權(quán)值不變，而在實(shí)際問題中，權(quán)值是根據(jù)道路實(shí)際情況確定的，影響權(quán)值最主要的因素是空間距離，另外還有堵車、障礙、交通事故、自然條件比如冰雪、下雨等，將這些因素綜合考慮，將道路分成若干段，確定每段大致的行車速度V，便可推算出該段路程所需花費(fèi)的時(shí)間t。以消防隊(duì)為起點(diǎn)，救援現(xiàn)場為終點(diǎn)，多條路段為邊，構(gòu)建路網(wǎng)G，將時(shí)間作為路網(wǎng)的權(quán)值，按照Dijkstra算法計(jì)算出時(shí)間最短路徑。目前Dijkstra最短路徑算法在存儲結(jié)構(gòu)、快速搜索方面較經(jīng)典算法都有一些改進(jìn)，而且一些軟件如WINQSB通過簡單的界面輸入可以方便的求解最短路徑。將最短路徑邊上的權(quán)值相加即可計(jì)算從某消防隊(duì)到達(dá)事故現(xiàn)場的時(shí)間t。對可能需要的增援力量重復(fù)上面計(jì)算過程，便可以確定可能需要的消防隊(duì)到達(dá)事故現(xiàn)場的時(shí)間和路徑，為后面的資源調(diào)度打下基礎(chǔ)。計(jì)算流程如圖1所示。

2.2 資源調(diào)度算法

設(shè)某一油罐火災(zāi)需要的滅火救援資源分別為：d1、d2、…、dm，分別對應(yīng)撲救油罐火災(zāi)所需資源。有S個(gè)消防隊(duì)可提供滅火救援資源。根據(jù)當(dāng)時(shí)道路監(jiān)測情況，按照2.1介紹的方法確定時(shí)間最短路徑，并計(jì)算出從消防隊(duì)j運(yùn)送第i種資源到救援點(diǎn)一共所需要的時(shí)間tij，此時(shí)間包括通報(bào)時(shí)間、準(zhǔn)備時(shí)間和出勤時(shí)間。第j個(gè)消防隊(duì)能夠提供的第i種資源的數(shù)量為rij,把時(shí)間tij按照從小到大的順序排序，時(shí)間排在前的消防隊(duì)優(yōu)先調(diào)度，按照時(shí)間從小到大的順序不斷累加各消防隊(duì)能夠提供的資源，直到提供的資源大于等于所需資源。重復(fù)上述過程，完成所需資源的調(diào)度，從而使在滿足資源數(shù)量的同時(shí)達(dá)到所用時(shí)間最短的目標(biāo)。

圖1 運(yùn)送救援資源到達(dá)火場的時(shí)間計(jì)算流程圖

2.3 資源調(diào)度優(yōu)化算法的實(shí)現(xiàn)

采用快速排序法，將tij按照從小到大的順序排序，該排序法有較好的時(shí)間和空間復(fù)雜度。排序后存放到一個(gè)新的序列T中，用Tpq來表示，同時(shí)將資源rij同步存放成新的資源序列Rpq，以保證調(diào)用資源R與所用時(shí)間T一一對應(yīng)。計(jì)算流程如圖2所示。

圖2 資源調(diào)度優(yōu)化算法流程圖

3 算法驗(yàn)證

某城市市郊有一大型油罐區(qū)，其中一個(gè)油罐發(fā)生火災(zāi),參照文獻(xiàn)[13]對火情的預(yù)想，根據(jù)火勢情況進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，并按實(shí)際需要乘以一個(gè)相關(guān)系數(shù)k,該系數(shù)為理論計(jì)算與實(shí)際部署力量的矯正系數(shù)(一般取1.5～2.0)，得出所需泡沫槍12支，泡沫炮3支，根據(jù)冷卻著火罐和鄰近罐的需要，并乘以系數(shù)得出需要水槍44支，根據(jù)公式[13]：N泡沫車=N泡沫槍/k泡沫槍+N泡沫炮/k泡沫炮，N供水車=N水槍/k水槍，假定k泡沫槍為2，k泡沫炮為1，k水槍為3，即表示在實(shí)際戰(zhàn)斗中每輛泡沫車出2支泡沫槍，1支泡沫炮，每輛供水車出2支水槍，進(jìn)而計(jì)算出泡沫車、水罐車數(shù)量分別為9輛和15輛。另外，為了提高救援效率，加調(diào)1輛高噴車。假設(shè)附近各消防隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力如表1所示。

在實(shí)時(shí)監(jiān)控的交通流的基礎(chǔ)上，按照2.3介紹的算法首先以時(shí)間作為權(quán)值選擇出最短路徑，估計(jì)車輛到達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場的時(shí)間，選擇到達(dá)時(shí)間最短的救援力量，如表2所示。相比按照實(shí)際距離或者總消費(fèi)最小選擇出動(dòng)力量，該算法能更快地調(diào)度資源到達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場，實(shí)施火災(zāi)撲救。

表1 各消防隊(duì)車輛人員數(shù)量表

表2 消防車輛人員出動(dòng)表

4 結(jié)束語

大型油罐發(fā)生火災(zāi)事故，在第一時(shí)間集結(jié)足夠的消防裝備和參戰(zhàn)官兵，準(zhǔn)備充足的資源非常關(guān)鍵。資源調(diào)度的情況非常復(fù)雜，根據(jù)油罐火災(zāi)的特點(diǎn)，以時(shí)間最短為目標(biāo)，設(shè)計(jì)資源調(diào)度算法，對于油罐火災(zāi)這種大型火災(zāi)的大量資源的調(diào)度有一定的指導(dǎo)意義。此算法需要道路實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的支持，才能有效獲取事故發(fā)生時(shí)附近道路的交通狀況。

[1] 劉春林,何建敏,施建軍.一類應(yīng)急物資調(diào)度的優(yōu)化模型研究[J].中國管理科學(xué),2001，9(3)：29-36.

[2] BROWN G G,VASSLLIOU A L.Optimizing disaster relief real time operational and tactical decision support[J].Naval Research:Logistics,1993,40(1):1-23.

[3] EQUIL,GALLO G,MARZIALE, et al.A combined transportation and scheduling problem[J].European Journal of Operation Research,1997,97(1):94-104.

[4] 李海霞,車海濤.應(yīng)急資源調(diào)度模型計(jì)算法[J].運(yùn)籌與管理，2011，20(3)：72-76.

[5] OZDAMAR L,EKINCI E,KUCUKY YAZICI B.Emergency logistics planning in natural disasters[J].Annals of Operations Research,2004,129(1-4):217-245.

[6] 喬銀華.基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃的應(yīng)急資源運(yùn)輸調(diào)度研究[D].鄭州:鄭州輕工業(yè)大學(xué),2010.

[7] WEI Guoqiang,LUO Xiaotang.Fuzzy decision model for emergency resource allocation and dispatch[J].Computer Engineering,2011,22:284-289.

[8] HU Jihua,ZHONG Guangpeng,YAN Guocan.Dynamic emergency resources scheduling model based on real-time information[J].Application Research of Computers,2011,12:4451-4455.

[9] 朱剛,張勇.淺析原油儲罐火災(zāi)特點(diǎn)及滅火戰(zhàn)術(shù)措施[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā),2011(24):154-155.

[10] 黃鄭華,周陽旭,李建華,等.油罐火災(zāi)的撲救措施[J].油氣儲運(yùn),2010,29(6):465-469.

[11] 劉悅.石油化工儲罐區(qū)火災(zāi)事故滅火救援(圈)研究[D].沈陽：沈陽航空工業(yè)學(xué)院,2007.

[12] 龔志平.原油罐區(qū)火災(zāi)分析與撲救對策[C]//2004年消防學(xué)術(shù)論文競賽論文集,2004:251-258.

[13] 鄧雄,康青春,常江波,等.實(shí)例解析滅火救援圈理論中消防最優(yōu)化問題[J].消防科學(xué)與技術(shù),2007,26(9):564-567.

(責(zé)任編輯 馬 龍)

A Research on the Optimization Algorithms of Oil Tank Fire Rescue Resources Scheduling

ZHANG Bo

(DepartmentofForceManagement,TheArmedPoliceAcademy,Langfang,HebeiProvince065000,China)

An oil tank fire is fierce and the damage is great. Therefore, there are higher requirements for such a fire firefighting. The characteristics of firefighting, the external fire resources for firefighting and rescue are analyzed, and the optimization method of resource scheduling is discussed in this paper. To mobilize sufficient resources within the shortest time is the key to success in fire fighting and rescue work and it is essential to determine the shortest route time for policemen to set out according to the real road conditions, and this time is the basis to determine the need to mobilize the police resource. Furthermore, the detailed design of optimal scheduling algorithm is presented. The algorithms for oil tank fire resource scheduling are of certain guiding significance.

oil tank fire; fire resources; resources scheduling; shortest time; optimization algorithms

2016-01-12

張波(1982— )，女，遼寧朝陽人，講師。

●消防理論研究

D631.6；TP311.52

A

1008-2077(2016)10-0005-04