基于GIS的城市消防站布局专项规划研究

基于GIS的城市消防站布局专项规划研究

贾学军

——以威海市城市消防规划为例

威海市规划设计研究院有限公司山东省威海市264200

摘要：借助ArcGIS空间分析功能，模拟威海市中心城区交通网络模型，模拟火灾发生点、现状消防站、规划消防站，构建消防站与火灾发生点之间的关系路径，利用“位置分配”原理，进行位置分配求解，经过反复比较分析，科学合理的预测消防站的数量和位置。

关键词：ArcGIS空间分析、消防站、科学合理

1背景解读

城市，在注重市容美观和经济发展的同时，更应强调安全问题。一个城市表现出的防止灾害，治理灾害的能力，是这个城市社会安全保障及公共管理效率的重要标志。因此，消防建设的重要性，不言而喻。城市消防规划作为城市消防建设的编制计划，属于城市规划中不可或缺的部分，同样也是城市消防建设项目的重要依据。

消防站的布局是城市消防规划的重要组成部分，消防站的布局是否合理，直接关系到将来发生火灾之后的救火效果。我们在威海市城市消防规划中，利用gis的网路分析技术，结合威海市特点，充分分析城市路网、行车速度等要素，尽可能使威海市消防站的规划布局科学合理。

2消防站合理布局的重要性

2.1城市消防规划规范规定

《城市消防规划规范》GB51080-2015规定：

“城市建设用地范围内普通消防站布局，应以消防队接到出动指令后5分钟内可到达其辖区边缘为原则确定；普通消防站辖区面积不宜大于7平方千米；设在城市建设用地边缘地区、新区且道路系统较为畅通的普通消防站，应以消防队接到出动指令后5分钟内可到达其辖区边缘为原则确定其辖区面积，其面积不应大于15平方千米；也可通过城市或区域火灾风险评估确定消防站辖区面积。”

因此，城市内消防站布置的过疏，辖区面积过大，会影响救火效果；如果过密，辖区面积过小，又造成土地、资金、人员等方面的严重浪费。

2.2城市路网、交通状况的限制因素

城市路网一般有快速路、主干路、次干路、支路组成，不同等级道路的行车速度、道路宽度、道路质量、通行能力各不相同，因此单凭经验布置消防站不尽合理。实际上，很多情况是这样的，虽然两点空间距离很近，但是没有直接道路相连，车辆行走可能需要很长时间；有的却是虽然两点空间距离很远，但是因为有道路直达，道路通畅，车辆行走可能需要的时间很短。在道路网络形态复杂的城市地区，车辆的行走时间更是不可避免的受制于道路网络的制约，因此城市消防站的布局，要基于城市道路交通网络的分析。

3研究方法

3.1空间分析技术

空间分析是基于地理对象的空间（位置和形态特征）数据的分析技术，它以地理学原理为依托，通过分析算法，从空间数据中获取有关地理对象的空间位置、空间分布、空间形态和空间演变等信息。空间分析是对分析空间数据的有关技术的统称，是GIS地理信息系统的核心功能之一。

空间分析功能包括矢量数据的包含分析、缓冲区分析（Buffer）、叠加分析（Overlay）、网络分析（NetworkAnalyst）、空间数据再分类（Reclassify）、空间查询与量算等。本文中涉及的研究方法为利用网络分析（NetworkAnalyst），进行交通网络分析。

3.2“位置分配”原理

在给定需求和已有设施空间分布的情况下，在用户指定的系列候选设施选址中，让系统从中挑选出指定个数的设施选址，而挑选的原则是根据特定优选模型来的，挑选的结果是实现模型设定的优化方式，例如设施的可达性最佳、设施的使用效率最高或设施的服务范围最广等。分析的基本过程是：

模拟服务需求的空间分布；模拟已有设施的空间分布；用户找出所有可能的设施候选位置；用户指定优化模型，并设置模型参数；系统自动挑选合适的设施选址；分析计算结果，必要的情况下进行调整后再次模拟。

3.3技术方法

借助ArcGIS空间分析功能，模拟威海市中心城区交通网络模型，模拟火灾发生点、现状消防站、规划消防站，构建消防站与火灾发生点之间的关系路径，利用“位置分配”原理，进行位置分配求解，经过反复比较分析，科学合理的预测消防站的数量和位置。

4威海市中心城区消防站空间布局研究

4.1研究对象概况

消防规划原则上威海市行政范围内全包括，但是由于城市非建设用地人烟稀少，农村分布又成散点分布，不适宜消防规范“5分钟”要求,因此城市规划区为本次规划的重点研究范围。

《威海市区城乡建设用地规划（2013-2030）》中关于城市各类建设用地的安排符合城市远期发展的总体要求，作为威海市中心城区消防规划远期规划的参考依据，至规划期末，城市建设用地面积为295平方公里，为消防站空间布局的研究范围。

4.2交通网络构建

以《威海市区城乡建设用地规划（2013-2030）》路网为基础，利用ArcGIS网络分析（NetworkAnalyst），构建威海市交通网络。首先构建网络数据集，然后把线状要素类（例如道路、地铁、高架等）以及代表交汇点的点状要素类加入到该模型中，并设置网络的连通性、通行成本、转弯等网络属性。在此基础上，还可以模拟单行线、路口禁转、路口红灯等待、地铁和道路多层交通网络等常见路况。由于消防车具有道路优先权，同样路程的行车时间更短，因此路段的行车时间缩短10%；其次是消防车不受路口禁转的限制、没有红灯的等候时间、也没有单行线的限制。

4.3火灾发生点模拟

理论上每一栋建筑都有发生火灾的可能，都应为潜在的火灾发生点，但是城市的建设用地范围这么大，如果没懂建筑建模，哪工作量也太大了。我们把城市支路或干道围合的路方为一个基本消防单元，以每条道路的交叉点为火灾发生点，如果消防车能在规定的时间内到达每条道路的路口，那么消防站就能辐射相应的路口。当然如果道路围合的路方面积偏大，我们相应的在路方内增加若干火灾发生点，以增加规划的合理性。

4.4消防站选址模拟

4.4.1现状消防站消防能力

规划范围内有11个现状消防站，按照消防规范“5分钟”要求，现状消防站肯定不能满足规划期末要求，我们利用ArcGIS“位置分配”原理，使用最大化覆盖范围模型，模拟出现状消防站的最大救援能力。分析表明，在5分钟救援时间内存在盲区较多，消防站数量明显不足，平均服务半径较大。

4.4.2近期规划消防站筛选

根据近期城市建设用地范围，结合现状消防站覆盖范围，按照消防规划的设置要求，我们模拟若干近期消防站位置，我们利用ArcGIS“位置分配”原理，使用最小化设施点数模型，经过计算，系统自动选择出10处消防站。使用最大化覆盖模型，分别计算当近期消防站个数为1、2、3、4、5、6、7、8、9个数的选址情况，用于对比优化效果，最后经过结果深入分析，发现8个近期消防站的时候完全满足要求，9个消防站的结果只是到达火灾发生点的平均时间大幅缩小，显然10消防站有点浪费。最后确定近期规划8个消防站。分析表明，城市规划范围区内，在5分钟救援时间内盲区范围明显减小，消防站服务半径趋于合理化。

4.4.3远期规划消防站筛选

根据规划期末城市建设用地范围，结合现状消防站、近期消防站的覆盖范围，按照消防规划的设置要求，我们模拟若干近期消防站位置，我们利用ArcGIS“位置分配”原理，使用最小化设施点数模型，经过计算，系统自动选择出41处消防站。同样的方法，使用最大覆盖化模型深入分析，最终确定规划远期新增38个消防站。

5结语

通过运用GIS模拟分析系统对消防站的5分钟救援到达能力进行分析测算，科学合理的确定了消防站的数量和位置，避免了只偏重于满足7平方千米责任区面积的理论要求，而忽视实际消防出动耗时远大于5分钟的问题。

参考文献：

[1]牛强．《城市规划GIS技术应用指南》，中国建筑工程出版社,2012.1

[2]邬伦等,地理信息系统——原理、方法和应用[M],北京:科学出版社,2002.