馬曉明,馬 雙
(聊城市公安消防支隊(duì),山東 聊城 252000)
目前,各種災(zāi)害事故數(shù)量不斷攀升,處置難度不斷增大,對(duì)消防部隊(duì)的應(yīng)急救援能力提出了更高的要求。優(yōu)化力量調(diào)度技術(shù),是進(jìn)一步增強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)作戰(zhàn)力量調(diào)集的針對(duì)性,以更好地輔助現(xiàn)場(chǎng)指揮決策。在一次完整的滅火作戰(zhàn)過程中,需要有具備不同功能的作戰(zhàn)車輛,在滅火救援中,涉及到車輛的性能主要集中在滅火控火、掩護(hù)救人、登高破拆、照明排煙等四個(gè)方面[1]。據(jù)此,按照滅火控火、掩護(hù)救人、登高破拆、照明排煙等四個(gè)模塊,對(duì)各中隊(duì)消防車及戰(zhàn)斗員進(jìn)行相應(yīng)的評(píng)分量化。
優(yōu)化力量調(diào)度,目的是為了增強(qiáng)處置火災(zāi)時(shí)作戰(zhàn)力量調(diào)度的針對(duì)性,從而發(fā)揮作戰(zhàn)力量組合的戰(zhàn)斗力,滿足火場(chǎng)滅火作戰(zhàn)的需求,即滅火和救人的需求。因此在滅火力量組合中,用出槍炮數(shù)表征滅火能力,用戰(zhàn)斗員數(shù)量表征救人能力[2],調(diào)集的作戰(zhàn)力量(車輛、戰(zhàn)斗員)應(yīng)滿足以下要求:(1)Q槍≥Q部署,Q槍為各車所出槍炮數(shù)量之和,Q槍大于等于火場(chǎng)實(shí)際需要的滅火水槍炮數(shù)量;(2)P戰(zhàn)斗員≥P部署,P戰(zhàn)斗員為各車所配備戰(zhàn)斗員人數(shù)之和,P戰(zhàn)斗員大于等于實(shí)際需要部署的戰(zhàn)斗員數(shù)量。
根據(jù)上述分析,結(jié)合數(shù)學(xué)原理,建立優(yōu)化調(diào)度數(shù)學(xué)模型。在滅火救援中,時(shí)間就是生命,根據(jù)參戰(zhàn)力量第一時(shí)間到場(chǎng)的要求,以及調(diào)派中隊(duì)到場(chǎng)時(shí)間最短的要求,設(shè)定目標(biāo)函數(shù)為:
(1)
式中,約束條件為:xi,j=0或xi,j=1。xi,j體現(xiàn)第i中隊(duì)的第j輛消防車的調(diào)度情況,當(dāng)xi,j=0時(shí)表示無(wú)需調(diào)派到火場(chǎng),當(dāng)xi,j=1時(shí)表示需要調(diào)派到火場(chǎng);t代表所調(diào)集參戰(zhàn)力量到場(chǎng)時(shí)間之和,t值越小,表明參戰(zhàn)力量到場(chǎng)越快;ti為第i中隊(duì)所調(diào)派消防車到達(dá)火場(chǎng)的時(shí)間,從支隊(duì)指揮中心結(jié)合轄區(qū)中隊(duì)平時(shí)六熟悉獲得行車時(shí)間,ti可用矩陣T表示。
為了保證中隊(duì)正常的執(zhí)勤戰(zhàn)備,考慮到中隊(duì)實(shí)際情況,要求同時(shí)調(diào)集一個(gè)中隊(duì)的車輛數(shù)不超過4輛,即為∑xi,j≤4。
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際滅火控火、掩護(hù)救人、登高破拆、照明排煙的需要,結(jié)合公式(2)、(3)、(4)、(5),確定相應(yīng)的優(yōu)化調(diào)度數(shù)學(xué)模型,可利用Lingo軟件求最優(yōu)解。Lingo軟件是一套專門用于求解最優(yōu)化問題的軟件包,用于求解線性規(guī)劃和二次規(guī)劃問題,其執(zhí)行速度很快,是求解優(yōu)化模型的最佳選擇。當(dāng)某中隊(duì)的某輛車取值為1,表示調(diào)集于火場(chǎng)。
(2)
式中,ai,j表示第i中隊(duì)的第j輛消防車的滅火控火能力,用該消防車出水槍炮數(shù)量表征,水炮數(shù)量按“1炮3槍”等效為水槍數(shù)量,通過矩陣A表示;q表示火場(chǎng)需要的滅火力量,用水槍數(shù)量表示。
火災(zāi)力量需求計(jì)算中,救人力量的計(jì)算主要是計(jì)算內(nèi)攻救人小組的數(shù)量,用內(nèi)攻救人小組的數(shù)量表征掩護(hù)救人能力。
(3)
式中,bi,j表示第i中隊(duì)的第j輛消防車的掩護(hù)救人能力,用內(nèi)攻救人小組的數(shù)量表征,通過矩陣B表示;p表示火場(chǎng)需要的救人力量,用救人小組數(shù)量表示。
登高、破拆、照明、排煙等行動(dòng)主要由相應(yīng)的車輛和戰(zhàn)斗員負(fù)責(zé),進(jìn)行火場(chǎng)力量需求計(jì)算時(shí)可用該車輛是否具有登高、排煙等相關(guān)能力賦值表征。
(4)
式中,ci,j表示第i中隊(duì)的第j輛消防車的登高破拆能力,用該消防車是否具有破拆或者登高能力表征,ci,j=1表示該消防車具有登高能力,ci,j=2表示該消防車具有破拆能力,通過矩陣C表示;s表示火場(chǎng)實(shí)際需要的登高破拆力量,s=0表示不需要登高破拆力量,s=1表示需要登高力量,s=2表示需要破拆力量,s=3表示同時(shí)需要登高和破拆力量。
(5)
式中,di,j表示第i中隊(duì)的第j輛消防車的照明排煙能力,用該消防車是否具有照明或者排煙能力表征,di,j=1表示該消防車具有照明能力,di,j=2表示該消防車具有排煙能力,通過矩陣D表示;z表示火場(chǎng)實(shí)際需要的照明排煙力量,z=0表示不需要照明排煙力量,z=1表示需要照明力量,z=2表示需要排煙力量,z=3表示同時(shí)需要照明和排煙力量。
在日常車輛執(zhí)勤戰(zhàn)備中,將模塊(車輛、戰(zhàn)斗員)進(jìn)行量化,確定A、B、C、D等4個(gè)表示車輛戰(zhàn)斗力的特征矩陣,編程力量調(diào)度程序。根據(jù)火場(chǎng)實(shí)際需要,確定p、q、s、z等參數(shù),得到力量調(diào)度結(jié)果。
2.1 某支隊(duì)基本情況介紹
通過收集資料,現(xiàn)將某支隊(duì)各中隊(duì)所配備的消防車輛信息進(jìn)行收集整理分類,按照滅火控火、掩護(hù)救人、登高破拆、排煙照明四個(gè)方面的能力進(jìn)行相應(yīng)的評(píng)分整理,可得表1(以一中隊(duì)為例)。
表1 某支隊(duì)一中隊(duì)車輛模塊量化表
根據(jù)評(píng)分,可得出該支隊(duì)的車輛模塊特征矩陣,分別為滅火控火能力矩陣A、掩護(hù)救人能力矩陣B、破拆登高能力矩陣C、排煙照明能力矩陣D。
由此可以確定該支隊(duì)的力量組合優(yōu)化調(diào)度模型,利用Lingo軟件的進(jìn)行求解。進(jìn)行滅火作戰(zhàn)調(diào)度時(shí),通過收集相關(guān)參數(shù),最終確定調(diào)派力量。
2.2 戰(zhàn)例應(yīng)用
某娛樂會(huì)所為地上6層、地下1層建筑,建筑內(nèi)每層面積均為1 234.9 m2,總建筑面積6 808 m2,一層為沿街商鋪,二層為表演場(chǎng)所,三層為唱歌包間,四層為綜合洗浴場(chǎng)所,五層為休閑娛樂區(qū),六層為員工休息區(qū)。一部敞開式樓梯間和一部封閉樓梯間分別分布在建筑東、西側(cè)。該娛樂會(huì)所火災(zāi)發(fā)生時(shí)二、三、四、五層共有650人,其中場(chǎng)所服務(wù)人員98名,二層、三層分別有200余人,四層約有80余人,五層約有70余人,六層約有20余人。二樓表演大廳由于舞臺(tái)高溫起火,引燃周圍可燃物發(fā)生火災(zāi),過火面積約為580 m2,燒毀面積約為320 m2。
現(xiàn)場(chǎng)水源情況:該建筑共有市政消火栓3個(gè),東面1個(gè)距離現(xiàn)場(chǎng)約600 m、西面2個(gè)距離現(xiàn)場(chǎng)約800 m、400 m,壓力為0.2 MPa。南面小區(qū)距離現(xiàn)場(chǎng)約250 m、北面小區(qū)距離現(xiàn)場(chǎng)約20 m,各有1個(gè)消火栓,壓力為0.15 MPa,消火栓地下管網(wǎng)為環(huán)狀,直徑為300 mm。
根據(jù)火場(chǎng)需要,采取相關(guān)系數(shù),代入優(yōu)化調(diào)度模型[3],進(jìn)行力量組合優(yōu)化調(diào)度。結(jié)合火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)需要,需出10支水槍,1門水炮,此時(shí)火場(chǎng)p=13;考慮到有大量人員亟須疏散搜救,可得火場(chǎng)q=40;考慮到火災(zāi)發(fā)生時(shí)間為夜晚,需要登高救援、排煙照明,可得火場(chǎng)s=3,z=3。根據(jù)支隊(duì)指揮中心提供的數(shù)據(jù),10個(gè)中隊(duì)到達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)所需時(shí)間的矩陣為:T=[4,12,36,80,30,30.5,45,80,55,59]。
啟動(dòng)Lingo程序,輸入相關(guān)參數(shù),通過計(jì)算,可得力量組合調(diào)度結(jié)果,見表2。
結(jié)合表2的調(diào)度結(jié)果,得出調(diào)集力量來(lái)自1、2、5、10四個(gè)中隊(duì),所調(diào)集中隊(duì)的車輛模塊能力見表3。
表2 力量組合調(diào)度結(jié)果
注:表中1代表出動(dòng),0代表不出動(dòng)。
表3 調(diào)集中隊(duì)的車輛模塊能力
通過調(diào)動(dòng)力量情況可知,共調(diào)集了4個(gè)中隊(duì),15輛消防車,84名指戰(zhàn)員參與滅火作戰(zhàn)行動(dòng),這其中包括10輛水罐車(泡沫車)、2臺(tái)搶險(xiǎn)救援車、2臺(tái)登高平臺(tái)車、1臺(tái)照明車參與滅火作戰(zhàn)?,F(xiàn)根據(jù)滅火作戰(zhàn)要求,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況,做以下任務(wù)力量分工:
1中隊(duì)1、2、5號(hào)車占領(lǐng)西面距現(xiàn)場(chǎng)800 m處消火栓實(shí)施接力供水,4名戰(zhàn)斗員從5號(hào)車出2支水槍從西面進(jìn)入二層實(shí)施內(nèi)攻滅火,駕駛員負(fù)責(zé)維護(hù)供水線路,其余人員負(fù)責(zé)疏散三、四層被困人員。3號(hào)車3名戰(zhàn)斗員負(fù)責(zé)破拆,開辟疏散通道,4名戰(zhàn)斗員成立兩個(gè)搜救小組實(shí)施搜救。
2中隊(duì)2、5號(hào)車占領(lǐng)東面距現(xiàn)場(chǎng)600 m處消火栓實(shí)施接力供水,4名戰(zhàn)斗員從5號(hào)車出2支水槍從東面進(jìn)入二層實(shí)施內(nèi)攻滅火,駕駛員負(fù)責(zé)維護(hù)供水線路,其余人員負(fù)責(zé)疏散三、四層被困人員。3號(hào)車從南面對(duì)樓頂人員實(shí)施疏散營(yíng)救,待解救完畢后,從南面進(jìn)行破拆,加快排煙速度。4號(hào)車2名戰(zhàn)斗員負(fù)責(zé)火場(chǎng)排煙,4名戰(zhàn)斗員成立2個(gè)搜救小組實(shí)施搜救。
5中隊(duì)2號(hào)車占領(lǐng)南面距現(xiàn)場(chǎng)250 m處消火栓,4名戰(zhàn)斗員出2支水槍,從火場(chǎng)東面進(jìn)入二層實(shí)施內(nèi)攻滅火,3號(hào)車占領(lǐng)北面距火場(chǎng)20 m處消火栓,給4號(hào)車供水,2、3號(hào)車6名戰(zhàn)斗員成立3個(gè)搜救小組,分別從四、五、六層進(jìn)入火場(chǎng),展開搜救。4號(hào)車停靠在火場(chǎng)北面,出一支水炮壓制火勢(shì)向三層蔓延。
10中隊(duì)2、4號(hào)車占領(lǐng)西面距火場(chǎng)400 m處消火栓,其中3號(hào)車作為頭車停靠在火場(chǎng)前沿,2號(hào)車為其接力供水,4名戰(zhàn)斗員從4號(hào)車出2支水槍從西面進(jìn)入二層;另外4名戰(zhàn)斗員從東側(cè)進(jìn)入火場(chǎng)內(nèi)部,利用室內(nèi)消火栓出2支水槍,實(shí)施內(nèi)攻滅火。3號(hào)車4名戰(zhàn)斗員利用車載水出2支水槍,防止火勢(shì)沿樓梯向上蔓延。6號(hào)車??吭诨饒?chǎng)合適位置,負(fù)責(zé)火場(chǎng)照明。
在此次滅火的實(shí)際戰(zhàn)斗中,共出水槍12支,水炮1門,成立搜救組5個(gè),主要從火場(chǎng)二層內(nèi)攻控火滅火,從東面出6支水槍內(nèi)攻滅火,從西面出3支水槍內(nèi)攻滅火,在樓梯處設(shè)置2支水槍防止火勢(shì)向上蔓延,從北面出1支水槍、1門水炮阻止火勢(shì)向上翻滾,從南面實(shí)施登高破拆排煙,利用登高平臺(tái)車,實(shí)施登高疏散救人,5個(gè)搜救組分別從二、三、四、五、六層開展搜救工作,組織戰(zhàn)斗員開辟救生通道,掩護(hù)疏散有能力逃生的被困人員緊急疏散。
該火災(zāi)實(shí)際作戰(zhàn)中共調(diào)集了5個(gè)中隊(duì)13輛消防車,75名指戰(zhàn)員趕赴現(xiàn)場(chǎng)處置,火場(chǎng)中共使用了1門水炮8支水槍,實(shí)際作戰(zhàn)的時(shí)間較長(zhǎng),作戰(zhàn)過程中出現(xiàn)了供水不足的情況。優(yōu)化調(diào)集模型共調(diào)集了4個(gè)中隊(duì)15輛消防車,84名指戰(zhàn)員參與滅火作戰(zhàn)行動(dòng),這其中包括10輛水罐車(泡沫車)、2臺(tái)搶險(xiǎn)救援車、2臺(tái)登高平臺(tái)車、1臺(tái)照明車。調(diào)集的力量總共可出20支水槍,需要投入戰(zhàn)斗的共1門水炮12支水槍(等效為15支水槍),有5支水槍為機(jī)動(dòng)滅火力量。可見該調(diào)度模型調(diào)集的力量比實(shí)際作戰(zhàn)力量稍大,但滅火力量與救援力量大于火場(chǎng)實(shí)際部署的力量,且具有一定的機(jī)動(dòng)力量,證明了該優(yōu)化調(diào)度模型的可行性。
綜上,經(jīng)過對(duì)某支隊(duì)作戰(zhàn)力量組合進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度與某建筑火災(zāi)的實(shí)例驗(yàn)證,本文所設(shè)計(jì)的優(yōu)化調(diào)度技術(shù)能夠科學(xué)合理地將所需力量調(diào)集于火場(chǎng)。
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