城市消防站布局优化关键技术研究

城市消防站布局优化关键技术研究

孔令楠1  方贤松1  徐亚龙2  王明伟1  朱杉杉1

济南市市政工程设计研究院（集团）有限责任公司（山东济南250000）；

上海同济城市规划设计研究院有限公司（上海200000）

摘要：本研究旨在通过运用GIS空间分析技术中的“定位-配给模型”，对城市消防站的布局进行定量分析和空间优化，解决传统消防站选址和责任区划分随意性较大，缺乏合理性和科学性的问题。本研究的结果可为城市消防站选址提供决策依据，通过优化调整消防站辖区，实现消防资源的合理配置，从而避免规划选址的盲目性和理想化，实现消防站数量合理化和消防服务覆盖最大化，其覆盖率可由一般的80%提升至95%左右，为解决城市消防安全问题及提升城市现代化治理水平提供了有力支持。

关键词：GIS；消防规划；消防站选址；现代化治理水平

“十四五”时期，我国将开启全面建设社会主义现代化国家新征程，进入高质量发展新阶段。以往城镇化快速推进所形成的“时空压缩”带来“问题压缩”，“一高、一低、一大、一化”等消防安全问题逐渐显现，城市面临的灾害风险呈日益加大的趋势。城市安全保障体系作为城市发展质量提升的关键因素之一，对维护社会稳定、促进国民经济和社会可持续发展具有重要意义。因此，必须高度重视城市消防站的建设。传统消防站布局规划多依经验判定，主观性较强，其科学性、预见性、保障性、可操作性较差。本研究通过运用GIS空间分析技术中“定位-配给模型”(Location - Allocation Model)，以商河县消防站规划项目为例，对城市消防站的布局进行定量分析和空间优化，解决消防站选址随意、覆盖范围有限、责任区面积过大、消防配套设施滞后等问题。

一、研究技术路线

根据《中华人民共和国消防法》(2019年修正版)和《城市消防站建设标准》(建标152-2017)的规定,按照消防站接到出警命令后5 min内到达辖区范围边缘位置为原则进行研究。研究思路是以商河县现状消防站以及现行总规规划的消防站布局方案为基础，建立GIS构建“定位-配给模型”，模拟真实交通条件下消防站覆盖范围，对现行总规消防站布局方案进行评估，找出问题和优化方向，并模拟生成初步选址方案。在此基础上综合考虑影响消防站选址落地的用地布局、限制条件、可操作性、高效利用等因素，在500m范围内对其选址进行优化，最终确定最优城市消防空间布局方案。

二、GIS“定位-配给模型”总体构建

1.找目标—划分消防单元，确定火灾发生点

以商河中心城区土地利用规划图为底图，基于火灾风险评估、现场调研以及近5年火灾发生点统计分析，选取老旧小区、重要公共建筑、高层建筑、易燃易爆场所、文保单位、重要基础设施等为消防基本单元，共计751处，作为火灾潜在火灾发生点。

2.建体系—建立城市消防路网体系

以商河中心城区土地利用规划图为底图，提取道路要素数据。运用ArcGIS中的网络拓扑分析功能对提取到的线要素的重合、交叉、自相交、自重叠等进行拓扑处理，生成路网拓扑模型图。依据消防车实际消防行驶速度与城市道路等级，设定主干道60km/h、次干道30km/h、支路20km/h设计时速，增加时间成本和路程成本，并对交通网络进行拓扑处理。

3.选位置—梳理城市消防备选位置

消防站应设在便于消防车迅速出动的临街非建设地块，面积应大于2000平方米，根据以上标准结合土地利用规划图选址城市消防站备选位置，共469处。

4.定结论—以现状消防站为必选，确定服务范围和选址

将现状消防站作为比选点，以消防站接到出警命令后5min内到达辖区范围边缘位置为原则，采用最小化设施点数模型和最大化覆盖范围模型进行计算，模拟生成针对性的消防真实服务范围，为选址提供决策依据。

三、现行总规消防站布局评估

利用GIS“定位-配给模型”，首先对商河县现行总体消防站布局进行评估，此方案共规划了5处消防站，其中现状1处，新增4处。按照5分钟原则计算，发现规划的消防站之间存在大量覆盖重叠区，且存在一定的服务空白区。本次消防站选址参考城市总体规划中消防站选址的同时并提出以下调整方向：一是适当减少消防站数量，避免资源浪费；二是调整消防站位置，使5分钟服务范围最大化。

四、消防站选址初步方案

通过最小化设施点数模型和最大化覆盖范围模型进行初步选址优化研究。

1.最小化设施点数模型

最小化设施点数模型是在解决消防站布局问题时，确定默认中断抗阻为5 min，自动在最大化覆盖范围和设施点数量中取得平衡，计算出用最少数量的消防站满足整个区域的消防需求，优选出合适的消防站点数量和位置。见式（1）。

式中：i代表需求点，I代表需求点集合，I={i|i=1,2,…,m}；J代表候选设施点集合，J={j|j=1,2,…,n}；dij代表需求点i与候选设施点j之间的最小距离，i∈I, j∈J；D代表需求点与设施点之间允许的最大距离；xij代表需求点i被候选设施点j服务；yj代表候选设施点j的服务能力；yi=1代表需求点选在j处，yi=0代表需求点选在其他位置。

通过模拟结果显示，在保留现状1处消防站，新增2处消防站，能满足中心城区需求最少消防站数量，消防有效覆盖率为84%。

2.最大化覆盖范围模型

最大化覆盖范围模型在解决消防站选址问题时，在5 min消防约束条件下，从所有候选消防站中模拟选出固定数目设施点的位置，能实现在城市所有区域中科学合理确定消防站的位置，使消防站能保护其辖区范围内尽可能大的区域面积。在现有消防站和规划预留消防站的建设条件下，消防站辖区覆盖范围占中心城区范围达到81.09%。采用最大化覆盖范围模型，模拟运算时逐次新增1座消防站点，分别计算每次新增1座消防站后的覆盖比例，并计算所有消防站的辖区面积，确保消防站辖区面积满足《城市消防站建设标准》（建标152-2017）不大于7km²，在交通条件好的区域不大于15km²的要求。见式（2）。

式中：i代表需求点，I代表需求点集合，I={i|i=1,2,…,m}；J代表候选设施点集合， J={j|j=1,2,…,n}；dij代表需求点i与候选设施点j之间的最小距离，i∈I, j∈J； D代表需求点与设施点之间允许的最大距离；p代表候选设施点数量；yi=1代表需求点选在j处，yi=0代表需求点选在其他位置；yj代表候选设施点j的服务能力； wi代表需求点i的权重。

通过模拟迭代计算，在现有消防站基础上，新增3处，除去辖区范围内重叠部分后，所有辖区面积均不大于15km²，消防有效覆盖率为93.6%，兼顾经济性和服务性。

3.消防站选址二次优化，确定最终方案

根据消防站选址原则，结合城市总体规划功能布局，城市重点消防地区规划布局，对GIS推荐最优布局位置在500m范围内对用地位置进行再优化，保证消防站选址能完全落地。

五、关键技术创新点

1.通过构建“定位-配给模型”，较好的还原了城市消防站在复杂交通环境下的真实辐射能力，为精准规划提供了科学支撑在传统的消防站布局中，基本是以消防站辖区不宜大于7k㎡为主要依据，以站点为中心画同心圆，消防站选址及责任分区划定主观性较大，与现状交通条件结合不紧密。通过构建GIS“定位-配给模型”，较好的模拟了城市消防站在复杂交通环境下的真实辐射范围，满足5分钟原则，通过定量分析，实现精准规划。

2.通过对城市消防站选址布局的优化，实现了城市空间资源的高效配置

通过对商河县消防站的布局及数量进行优化，实现了城市空间资源的高效配置，节约了土地成本、社会成本。同时，基本优化后的布局划定的消防责任区更清晰明了，便于消防指挥调度，进一步提升了商河县城市治理效能。

3.该研究可有效提升城市现代化治理水平，为新时期城市高质量发展以及后疫情时代人民安居乐业提供了有力保障在后疫情时代、经济进入新发展格局的背景下，加强城市安全保障体系建设成为城市自身战略需求。通过本研究，为新时期城市高质量发展以及后疫情时代人民安居乐业提供了有力保障，对维护社会稳定、促进国民经济和社会可持续发展具有重要意义。

六、结语

通过运用GIS空间分析技术中的“定位-配给模型”，本研究对城市消防站的布局进行定量分析和空间优化，提出了最优的城市消防站空间布局方案。该方案能够有效解决传统消防站布局中存在的问题，如选址随意、覆盖范围有限、责任区面积过大等。同时，该研究成果对于维护社会稳定、促进经济和社会可持续发展具有重要意义，能够提高城市消防站的科学性、预见性、保障性和可操作性，提升城市消防安全水平，减少火灾事故的发生，保护人民生命财产安全。

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【作者简介】孔令楠（1990.09-），男，汉族，安徽宿州市人，本科学历，济南市市政工程设计研究院（集团）有限责任公司规划所副总工程师，主要研究方向：市政专项规划、片区综合开发。