摘要：探討了多層建筑火災堵截戰(zhàn)術(shù)的優(yōu)化策略，構(gòu)建了資源分配、疏散效率、火勢控制和救援響應時間等多個維度的優(yōu)化模型。通過三維建模與模擬、增強現(xiàn)實技術(shù)和智能導航系統(tǒng)升級等先進技術(shù)手段，提升火災堵截效率。針對火勢發(fā)展的不可預測性，提出靈活的戰(zhàn)術(shù)調(diào)整與決策支持系統(tǒng)建立，以及創(chuàng)新技術(shù)與裝備的研發(fā)應用，以實現(xiàn)火災撲救的優(yōu)化。

關鍵詞：多層建筑；火災堵截戰(zhàn)術(shù)；火災撲救

中圖分類號：TU998.1" " " 文獻標識碼：A" " " "文章編號：2096-1227（2024）09-0100-03

多層建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜、人員密集，一旦發(fā)生火災，火勢蔓延迅速，疏散難度大，極易威脅到公眾的生命和財產(chǎn)安全。本文旨在探討多層建筑火災堵截戰(zhàn)術(shù)的優(yōu)化策略，構(gòu)建一套科學、系統(tǒng)的火災堵截戰(zhàn)術(shù)優(yōu)化模型，以實現(xiàn)火災撲救的全面優(yōu)化。

1 多層建筑火災堵截戰(zhàn)術(shù)概述

堵截戰(zhàn)術(shù)在火場中的應用需高度靈活，不同樓層、不同起火點、不同火勢蔓延趨勢，都需要采取不同的堵截策略。其核心在于內(nèi)外結(jié)合，即內(nèi)部堵截與外部控制相結(jié)合，形成立體防御體系，提高堵截效果。在實施堵截戰(zhàn)術(shù)時，需要綜合考慮火場環(huán)境、建筑結(jié)構(gòu)、火勢發(fā)展以及人員安全等多個因素，充分利用建筑內(nèi)的消防設施進行堵截，如室內(nèi)消火栓系統(tǒng)、自動噴水滅火系統(tǒng)、防火分隔設施等，這就要求消防人員熟悉這些設施的位置和使用方法，以便在火災發(fā)生時能夠迅速有效地利用。隨著火勢的發(fā)展變化，需靈活調(diào)整戰(zhàn)術(shù)布局，如采取強攻近戰(zhàn)、上下合擊等戰(zhàn)術(shù)。戰(zhàn)術(shù)執(zhí)行以班組為基本戰(zhàn)斗單元，確保每個班組裝備齊全、職責明確、任務清晰，并通過緊密的通信保持高度協(xié)同，形成合力，有效應對火災挑戰(zhàn)。

但多層建筑火災撲救中堵截戰(zhàn)術(shù)的實施也面臨諸多難點，如多層建筑的結(jié)構(gòu)復雜性和功能多樣性使得火災蔓延路徑難以預測；消防部門需要合理調(diào)配人力、物力和財力資源，以確保堵截戰(zhàn)術(shù)的有效實施[1]，但實際操作中，由于火場環(huán)境復雜和火勢發(fā)展不確定，救援資源的分配和利用往往面臨困難。

2 火災堵截戰(zhàn)術(shù)優(yōu)化模型構(gòu)建

在構(gòu)建火災堵截戰(zhàn)術(shù)優(yōu)化模型時，可以從資源分配、疏散效率、火勢控制和救援響應時間多個角度進行分析。

2.1" 資源分配優(yōu)化模型

一是目標函數(shù)。模型的目標是最大化資源分配的總體效用或價值，可以通過以下線性規(guī)劃或整數(shù)規(guī)劃的目標函數(shù)來實現(xiàn)：

其中，Ci表示分配給資源i的單位效用或價值；Xi是分配給資源i的數(shù)量。此目標函數(shù)旨在找到一種資源分配方案，使得所有分配資源的總效用最大化。

二是約束條件。為了確保資源分配方案的可行性和有效性，模型受到以下約束條件的限制：

資源消耗約束：

其中，aij表示資源i在需求j上的消耗系數(shù)，bj是需求j的總需求量，確保了對每個需求點的資源分配不會超過其總需求量。

資源數(shù)量約束：xi∈{0，1，…，Mi}， i=1，2，…，n

其中，Mi是資源i的最大可分配數(shù)量。這個約束限制了每種資源的分配數(shù)量，確保不會超過其可用的最大數(shù)量。

在火災堵截場景中，這個模型可以幫助決策者確定如何最優(yōu)地分配有限的消防資源，以最大化滅火效果和效率。通過調(diào)整資源分配方案，可以在滿足所有需求點的同時，確保資源的最大化利用。還可以考慮不同資源的特性（如滅火速度、覆蓋范圍等），并通過設置不同的效用系數(shù)來反映這些特性對總體滅火效果的影響。

2.2" 疏散效率優(yōu)化模型

在疏散場景中，效率是衡量疏散方案優(yōu)劣的關鍵指標，它可以通過最小化疏散時間或最大化疏散人數(shù)來量化。為了實現(xiàn)這一目標，可以借助圖論中的最短路徑算法或網(wǎng)絡流模型來優(yōu)化疏散路徑。

核心目標是最小化所有疏散路徑的總時間，這可以通過以下目標函數(shù)來實現(xiàn)：

其中，tk代表疏散路徑k的所需時間。此目標函數(shù)旨在尋找一種疏散方案，使得所有疏散路徑的時間總和達到最小。

為了確保疏散方案的可行性和有效性，需要考慮以下約束條件：

容量約束：fij≤Cij，?（i，j）∈E

此約束表示從節(jié)點i到節(jié)點j的流量fij不能超過邊（i，j）的容量Cij。在疏散場景中，這可以解釋為每條疏散路徑的通行能力有限，不能超過其最大容量。

流量守恒約束：

此約束確保了在每個節(jié)點j上，流入的流量與流出的流量之差等于該節(jié)點的需求dj。在疏散場景中，正需求表示源點（需要疏散的人群），負需求表示匯點（安全區(qū)域）。這一約束保證了疏散過程中流量的連續(xù)性和一致性。

通過最小化疏散時間，可以確保在緊急情況下人群能夠盡快疏散到安全區(qū)域。同時，容量約束和流量守恒約束確保了疏散方案的可行性和有效性，避免了疏散過程中的擁堵和混亂。在實際應用中，可以根據(jù)具體的疏散場景和需求，調(diào)整目標函數(shù)和約束條件，以找到最優(yōu)的疏散方案。例如，可以考慮不同疏散路徑的安全性、通行速度等因素，并將其納入目標函數(shù)或約束條件中，以更全面地評估和優(yōu)化疏散方案。

2.3" 火勢控制與救援響應優(yōu)化模型

火災堵截戰(zhàn)術(shù)中，火勢控制和救援響應的優(yōu)化需要考慮火勢的蔓延速度、消防力量的有效部署以及救援的響應時間。為了構(gòu)建一個能夠全面優(yōu)化這些因素的模型，可以采用動態(tài)規(guī)劃或多目標優(yōu)化的方法。

核心目標是最小化火災造成的總損失，包括火勢蔓延的損失和消防力量控制火勢時的損失。可以通過以下目標函數(shù)來實現(xiàn)：

其中，Lt代表第t時段內(nèi)火勢蔓延造成的損失，而Rt則代表第t時段內(nèi)消防力量在控制火勢時產(chǎn)生的損失。此目標函數(shù)旨在找到一種策略，使得在整個考慮的時間段內(nèi)，火勢蔓延和消防控制的總損失達到最小。

為了確保模型的可行性和有效性，需要考慮：

火勢狀態(tài)轉(zhuǎn)移約束：St=St?1+Lt?1?Rt，t=2，3，…，T

這個約束描述了火勢狀態(tài)隨時間的變化。在第t時段結(jié)束時，火勢狀態(tài)St等于上一時段的火勢狀態(tài)St?1加上上一時段的火勢蔓延損失Lt?1，再減去當前時段的消防控制損失Rt。

消防力量約束：Lt≤Ft，t=1，2，…，T

這個約束確保了在每個時段內(nèi)，火勢蔓延的損失不會超過當前時段可用的消防力量Ft。這反映了消防力量對火勢蔓延的制約作用。

非負約束：Rt≥0

這個約束保證了消防力量在控制火勢時產(chǎn)生的損失是非負的，即消防力量的作用總是減少火勢或至少不增加火勢。

通過最小化火勢蔓延和消防控制的總損失，可以找到一種最優(yōu)的火勢控制和救援響應策略，有助于在火災發(fā)生時，迅速有效地部署消防力量，控制火勢的蔓延，并最大限度地減少火災造成的損失。例如，可以考慮不同時段的火勢蔓延速度、消防力量的部署效率以及救援響應時間等因素，并將其納入模型中進行優(yōu)化。

3 火災堵截戰(zhàn)術(shù)優(yōu)化的應用分析

3.1" 資源分配優(yōu)化模型的應用

例如某消防部門接到市中心一棟6層建筑的火災報警。根據(jù)初步信息，火災發(fā)生在第4層，并且有蔓延到上層的風險。

3.1.1" 確定資源及其效用

假設消防部門有3種資源：消防車（A）、消防員（B）和滅火器材（C）。

每種資源的單位效用系數(shù)分別為：ciA=20，ciB=30， ciC=10。

每種資源的最大可分配數(shù)量分別為：MA=3，MB=10，MC=5。

3.1.2" 確定需求及其消耗系數(shù)

假設有3個需求點：第4層（D1）、第5層（D2）和第6層（D3）。

消耗系數(shù)矩陣如下：

需求點的總需求量分別為：bD1=100，bD2=80，bD3=60。

3.1.3" 構(gòu)建并求解線性規(guī)劃模型

目標函數(shù)：MaximizeZ=20xA+30xB+10xC

約束條件：

xA+xB+xC≤100（D1）

xA+3xB+2xC≤80（D2）

xA+2xB+xC≤60（D3）

xA≤3，xB≤10，xC≤5

xA，xB，xC≥0

3.1.4" 使用線性規(guī)劃求解

假設使用某種線性規(guī)劃軟件或庫進行求解。

求解結(jié)果：xA=3，xB=8，xC=5

根據(jù)求解結(jié)果，消防部門應分配3輛消防車、8名消防員和5套滅火器材進行火災堵截。這種分配方案可以最大化資源分配的總體效用，即在滿足所有需求點的同時，確保資源的最大化利用。在實際應用中，這種分配方案可能意味著將主要力量集中在第4層和第5層，因為這兩層的需求較高，同時保留一定的資源以應對第6層的可能蔓延。

3.2" 針對建筑結(jié)構(gòu)復雜性的優(yōu)化策略

3.2.1" 三維建模與模擬技術(shù)的應用

利用三維CAD軟件對建筑結(jié)構(gòu)進行精確建模，涵蓋整體框架，包括每一塊墻體、每一段管道乃至每一個垂直和水平通道。通過高級渲染技術(shù)，反映真實的建筑環(huán)境。通過設定不同的火災場景（如不同起火點、火源強度等），模擬火災在建筑內(nèi)部的蔓延路徑、煙霧擴散情況以及溫度分布，為消防預案的制定提供科學依據(jù)。

3.2.2" 增強現(xiàn)實（AR）技術(shù)的應用

設計直觀易用的AR界面，將建筑結(jié)構(gòu)、疏散路線、火勢情況等信息以虛擬圖層的形式疊加在現(xiàn)實場景中，消防人員只需佩戴AR頭盔或眼鏡即可實時查看。根據(jù)火勢變化和建筑結(jié)構(gòu)，AR系統(tǒng)可動態(tài)規(guī)劃最優(yōu)疏散路徑，并通過箭頭、高亮線等方式實時指引消防人員前進。

3.3" 針對火勢發(fā)展不可預測性的堵截優(yōu)化策略

3.3.1" 靈活的戰(zhàn)術(shù)調(diào)整與決策支持系統(tǒng)

靈活的戰(zhàn)術(shù)調(diào)整與決策支持系統(tǒng)需要能夠?qū)崟r分析火場數(shù)據(jù)，預測火勢發(fā)展趨勢，并提供多種戰(zhàn)術(shù)方案供消防指揮員選擇[2]。利用先進的數(shù)據(jù)挖掘和機器學習技術(shù)，系統(tǒng)可以處理海量的火場信息，識別關鍵影響因素，并預測火勢變化趨勢，強化學習技術(shù)的應用，使得系統(tǒng)能夠在與火場環(huán)境的交互中學習和優(yōu)化戰(zhàn)術(shù)決策策略，提高戰(zhàn)場適應性和反應能力。

3.3.2" 創(chuàng)新技術(shù)與裝備的研發(fā)應用

消防領域同樣需要積極響應《中國制造2025》的號召，致力于提高滅火效率，通過創(chuàng)新技術(shù)與裝備的研發(fā)應用來實現(xiàn)這一目標[3]。

傳統(tǒng)的滅火劑在面對某些特殊火源時效果有限，研發(fā)能夠針對不同類型火災的高效滅火劑，深入研究火災的化學和物理機制，研發(fā)輕便、耐用、功能多樣的消防裝備，如防火服、呼吸器、通信設備等，對于提高消防人員的作戰(zhàn)能力和保護其生命安全具有重要意義。智能機器人可以攜帶各種傳感器和滅火設備進入火場，執(zhí)行偵察、滅火等任務，還可以通過實時傳輸數(shù)據(jù)，為指揮員提供火場的最新情況，輔助其制定更準確的滅火策略。

4 結(jié)束語

多層建筑火災堵截戰(zhàn)術(shù)的優(yōu)化是一個系統(tǒng)工程，需要從資源分配、疏散效率、火勢控制和救援響應時間等多個維度進行綜合考慮，針對火勢發(fā)展的不可預測，靈活的戰(zhàn)術(shù)調(diào)整與決策支持系統(tǒng)的建立，以及創(chuàng)新技術(shù)與裝備的研發(fā)應用，是未來消防領域發(fā)展的重要方向。

參考文獻

[1]潘薈帛.面向多出口商業(yè)建筑的火災人員動態(tài)疏散路徑規(guī)劃[D].沈陽：沈陽大學，2024.

[2]冷陽陽.高層建筑火災致因機理與風險評估研究[D].北京：北方工業(yè)大學，2024.

[3]莫崇德.基于數(shù)字孿生的超高層建筑火災疏散路徑規(guī)劃研究[D].北京：北方工業(yè)大學，2024.