基于火灾演化规律的建筑消防应急资源供应决策研究

doi:10.16381/j.cnki.issn1003-207x.2023.1868

Abstract

Abstract:

With the rapid development of city construction， property loss and casualties caused by burning buildings have been increasing fast. As a result， scientific decision-making of emergency resource supply is required to guarantee the safety of a city. The spread trend and suppression function of building fires are portrayed， attaining the fire spread curve. On this basis， a quantitative analysis and calculation of fire-related casualties， property loss and costs of firefighting are given. This may hopefully provide practical solutions to emergency resource supply. A mixed-integer nonlinear planning model is constructed to achieve the minimum of overall loss plus costs of firefighting. This led to an optimal supply scheme of firefighting emergency resources such as extinguishers， fire trucks and firefighters. Finally， in reference to real fire accidents， the feasibility of the model is verified. At the same time， a sensitivity analysis is performed upon such parameters as related to fire response time and fire suppression coefficient. Researches have shown that emergency resource supply scheme of firefighting based upon this paper’s model may effectively improve the utilization efficiency， reduce the time required for fire extinguishing， and reduce property loss and casualties. The scientific reference is provided for analysis upon fire spread mechanisms and emergency resource supply in this study.

Key words: firefighting resource supply, building fire, fire spread mechanisms, fire loss evaluation

CLC Number:

C939

Xihui Wang, Ye Liu, Jianfang Shao. Research on Decision-making of Emergency Resource Supply for Building Firefighting Based on Fire Spread Mechanisms[J]. Chinese Journal of Management Science, 2024, 32(12): 235-246.

Figures/Tables 13

类型	符号	含义	类型	符号	含义
参数	$t 0$	消防救援响应时间（秒）	参数	$n g$	每辆灭火战斗车的出枪数量
	$t 1$	控火时间		$n p$	单位水枪所需的消防员数量
	$t 2$	灭火时间		$c 1$	每单位消防车所增加的一次性出动成本
	$q 0$	灭火剂最小供应强度（升/秒）		$c 2$	每单位消防员所增加的装备消耗费用
	$v$	火灾蔓延速度（米/秒）		$c 3$	灭火剂单位成本
	$t i b$	火灾第i次蔓延的房间起火时刻		$T b$	每个房间从起火到发生轰燃所需的时间
	$t i f$	火灾第i次蔓延的房间轰燃时刻		$T f$	从轰燃到蔓延至其他房间的所需时间
	$s$	单个房间面积（平方米）		$p$	建筑内被困人员数量
	$w$	财产密度，单位面积财产价值		$r$	每单位人员伤亡所增加的惩罚值
	$n i$	火势第i次蔓延到的房间数量		$C$	消防运作成本
	$k$	灭火抑制系数		$L$	生命财产损失
	$B$	建筑价值	决策变量	$q$	灭火剂供应强度（升/秒）
	$S$	建筑总面积		$n 1$	需要的消防车数量
	$t m a x$	建筑耐火极限时间		$n 2$	需要的消防员数量
	$q g$	直流水枪或泡沫枪的流量

$q *$ 值	情况一： $G ≥ D (q m a x)$
$q *$ 值	最佳灭火剂供应强度	结果
$q * ∈ (q 0, q s$	$q s$	一次性灭火，火灾损失高于最优解
$q * ∈ (q s, q m a x)$	$q *$	一次性灭火，火灾损失达到最低
$q * ∈ q m a x, ∞)$	$q m a x$	一次性灭火，火灾损失高于最优解
情况二： $G < D (q m a x)$
$q *$ 值	最佳灭火剂供应强度	结果
-	$q m a x$	灭火剂供应中断，需进行资源补给

火灾场景（灭火剂）		民宅（水）	办公楼（水）	家具厂房（水）	家具厂房（泡沫）	纸厂仓库（泡沫）
符号	含义	民宅（水）	办公楼（水）	家具厂房（水）	家具厂房（泡沫）	纸厂仓库（泡沫）
$S$	建筑总面积（平方米）	120	1000	6000	6000	45000
$B$	建筑价值（万元）	100	800	3000	3000	22500
$s$	单个房间(或防火分区)面积（平方米）	100	50	300	300	2250
$p$	建筑内被困人员数量	0	4	7	7	1
$r$	每单位人员伤亡所增加的惩罚值（元）	500000	500000	500000	500000	500000
$w$	财产密度，单位面积内的财产价值（元）	500	500	1000	1000	800
$t m a x$	建筑耐火极限时间(小时)	3	3	3	3	3
$t 0$	消防救援响应时间（秒）	600	900	1200	1200	900
$v$	火灾蔓延速度（米/秒）	0.01	0.01	0.03	0.03	0.05
$n i$	火势第i次蔓延到的房间数量	[11]	[11355]	[12223]	[12223]	[1222355]
$T b$	每个房间从起火到发生轰燃所需的时间	480	270	250	250	420
$T f$	从发生轰燃到蔓延至其他房间所需时间	120	30	30	30	100
$k$	灭火抑制系数	0.001	0.00008	0.000002	0.000005	0.000001
$q 0$	灭火剂最小供应强度（升/秒）	6	15	180	30	600
$q g$	直流水枪或泡沫枪的流量（升/秒）	5	7.5	16	20	20
$n g$	灭火战斗车的出枪数量	2	2	2	2	2
$n p$	单位水枪所需的消防员数量	3	3	3	3	3
$c 1$	每单位消防车增加的一次性出动成本（元）	5000	5000	5000	5000	5000
$c 2$	每单位消防员所增加的装备消耗费用（元）	100	100	100	150	150
$c 3$	灭火剂单位成本（元/升）	1	1	1	10	10

火灾场景	$t 0$ 时刻燃烧面积	最佳供应强度	消防车数量	消防员数量	过火面积
民宅（水）	100	10	1	6	103.47
办公楼（水）	250	105	7	42	255.36
厂房（水）	2154.3	2848	89	534	2456.3
厂房（泡沫）	2154.3	600	15	90	2719.7
纸厂（泡沫）	4518.2	5040	126	756	7356.4

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火灾场景	灭火时间(秒)	生命财产损失（万元）	消防运作成本（万元）	火灾总损失（万元）	抢救生命财产价值（万元）
民宅（水）	269.1224	13.7061	0.82912	14.53522	91.46
办公楼（水）	304.9	72.58	7.12	79.7	970.3
厂房（水）	1295.9	548.88	418.92	967.8	2982.2
厂房（泡沫）	2011	670.94	1215.7	1886.64	2063.36
纸厂（泡沫）	2951	1417.84	14948	16365.84	9784.16

变化率	-60%	-40%	-20%	0.00	20%	40%	60%
k	0.000032	0.000048	0.000064	0.00008	0.000096	0.000112	0.000128
过火面积	258.93	257.65	255.74	255.36	254.47	254.59	254.02
灭火时间	410.53	374.87	317.22	304.9	274.85	279.27	258.98
生命财产损失	75.03	74.17	72.85	72.58	71.90	72.07	71.59
消防运作成本	11.76	8.98	8.29	7.12	6.81	5.87	5.69
火灾总损失	86.79	83.15	81.14	79.70	78.71	77.94	77.28
最佳供应强度	150	120	120	105	105	90	90
消防车数量	10	8	8	7	7	6	6
消防员数量	60	48	48	42	42	36	36

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Research on Decision-making of Emergency Resource Supply for Building Firefighting Based on Fire Spread Mechanisms

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