高速公路隧道群管理站及消防车辆配置研究

曾德丽， 马争锋

(重庆交通大学交通运输学院，重庆400074)

高速公路隧道群管理站及消防车辆配置研究

曾德丽， 马争锋

(重庆交通大学交通运输学院，重庆400074)

随着高速公路隧道数量的日益增多，隧道火灾发生量也相应增加，隧道防灾救援设施的配置显得尤为重要。在对防灾救援时间分析的基础上，研究隧道群段隧道管理站以及隧道专用消防车辆优化配置，并建立相关模型，为高速公路隧道群防灾救援设施配置提供参考。

隧道群; 管理站; 消防车辆; 优化配置

我国公路隧道总共为6 139处、394.20万米，比2008年末增加713处、75.56万米，我国已成为世界上隧道最多、最复杂、发展最快的国家。但是，隧道内火灾日益频发，造成重大财产损失和人员伤亡，隧道及隧道群火灾救援设施的优化配置对生命财产安全、社会稳定发展具有重大意义。

一、隧道消防救援组成及时间

(一)梯队组成

对于高速公路隧道及隧道群而言，消防应急资源一般由三级梯队组成［1］(P51～54):第一梯队由火区车辆的司乘人员组成，第二梯队由隧道管理人员、警察组成，第三梯队由专业消防人员组成。从救援能力来看，三部分的消防力量中，司机和乘客一般缺少专门的消防知识，隧道管理人员能熟练掌握隧道内消防设施的使用方法，专业消防队的灭火力量最强。但高速公路全程封闭，以互通式立体交叉或进出口匝道与地面道路相连接的特性，使专业消防力量只能通过两端的互通驶入，驰援距离过大，很难及时赶到火灾现场。隧道群区段消防力量布局已成为影响救援效率的重要因素。

(二)消防时间

国外对隧道消防资源的布局具有明确的规定，譬如欧洲消防规范规定隧道发出火灾报警后11分钟内地面专业消防队应赶到火灾现场进行灭火活动［2］;日本规定隧道消防单位应于15分钟到达平地隧道，20分钟到达山区隧道现场［3］;世界道路协会(PIARC)则建议对于长度超过2 500米的隧道应建立隧道独立的消防队［4］(P56～59)。虽然我国以“5分钟消防时间”作为城市消防力量布局的基本原则［5］，但对高速公路隧道群的消防力量设计并无明确规定。

本文建议当高速公路隧道发生火灾时，隧道管理人员在5分钟内到达火灾现场实施救援，而地方消防队必须在火灾发生后8分钟黄金时间内到达火灾现场进行灭火救援，并以此作为高速公路隧道管理站和消防车辆优化配置的依据，若能提出更优救援时间，在调整相应时间条件下以下方法同样适用。

二、隧道管理站设置

由于要求隧道管理人员要在隧道火灾发生以后的5分钟内赶往火灾现场进行灭火和组织救援，可以隧道火灾发生后隧道管理人员5分钟内的行程作为隧道管理站管理范围的半径R，然后再结合隧道管理站管理范围2R确定隧道群段各隧道管理站的具体位置和数量。

(一)隧道管理站管理范围的确定

假设隧道发生火灾以后，附近隧道管理站管理人员以速度V立刻赶赴火灾现场指导灭火和救援工作，那么，隧道管理站管理人员在5分钟内的行程为V/12(km)，所以，隧道管理站的管理半径和辐射范围分别为V/12(km)和V/6(km)。

(二)隧道管理站数量及位置的确定

1.对隧道进、出口桩号进行简化处理。为了使得建模过程简单化，并考虑到隧道火灾发生时附近隧道管理站能在5分钟内到达隧道内的任意位置，特对隧道进出口桩号进行处理，处理的过程如式(1)和式(2)所示。

式中:ZK1——高速公路路段从起点到终点第i座隧道左线出口端桩号;YK1——高速公路路段从起点到终点第i座隧道右线进口端桩号。

式中:ZK2——高速公路路段从起点到终点第i座隧道左线进口端桩号;YK2——高速公路路段从起点到终点第i座隧道右线出口端桩号。

2.对高速公路隧道群进行分段处理。由公式(3)可计算得到高速公路两相邻隧道之间的距离 Di，i+1，若 Di，i+1大于高速公路隧道管理站的管理范围2R，则隧道i和隧道i+1归入不同的分段;若Di，i+1小于高速公路隧道管理站的管理范围2R，则隧道i和隧道i+1归入相同的分段。

式中:Ki+1，1——高速公路从起点到终点第i+1座隧道小桩号端桩号简化处理结果;Ki，2——高速公路路段从起点到终点第i座隧道大桩号端桩号简化处理结果。

3.确定各分段内隧道管理站的位置及数量ni。假设隧道管理站从分段内第一座隧道的小桩号段开始布设，下面分别就不同位置隧道管理站的布设进行分析。

对于第一座隧道管理站的布设可分为三种情况:情况一，当第一座隧道长度满足L≤R，且离第一座隧道距离R处无隧道时，可将第一座隧道管理站设置在该处;情况二，当第一座隧道长度满足L≤R，且离第一座隧道距离R处恰好处于隧道i时，应将管理站移动至i隧道的小桩号端;情况三，当第一座隧道的长度满足R＜L≤2R时，应该将管理站设置在第一座隧道的小桩号端。

分段中部隧道管理站的布设方法可以分为以下两种情况:一是距离隧道管理站(i)2R处无隧道时，可将管理站设置在该处;二是距离隧道管理站(i)2R处恰好处于隧道i时，应将管理站移动至i隧道的小桩号端。

分段最后一座隧道管理站的布设方法为:设分段最后两座隧道管理站分别为n－1和n，经分析，隧道管理站n－1与分段最后一座隧道之间的关系可以分为两种情况:一是分段最后一座隧道处于隧道管理站(n－1)的管理范围之内，无需再设置额外的隧道管理站，此时，管理站n－1的位置还可适当的进行调整;二是分段最后一座隧道未能处于隧道管理站(n－1)的管理范围之内，还需要再增加一座管理站。

对于分段最后一座管理站的布设，仍可分为三种情况:当最后一座隧道长度满足L≤R，且离最后一座隧道大桩号端R处无隧道时，可将管理站设置在该处;当最后一座隧道长度满足L≤R，且离最后一座隧道大桩号端R处正好处于隧道i中时，应将管理站移动至i隧道的大桩号端;当最后一座隧道的长度满足R＜L≤2R时，应该将管理站设置在最后一座隧道的大桩号端。

按顺序执行以上步骤，当确定了最后一座隧道管理站位置之后，应该对其他管理站的位置进行适当的调整。调整的目的有两个:一是尽量减少隧道管理站的数目，二是尽量减少各隧道管理站管辖范围的重复区域。经过以上工作后，便可确定分段内隧道管理站的数量ni和各管理站的具体位置;同理可得从分段内最后一座隧道的大桩号端开始布设而得到的各隧道管理站的位置和数量ni'。

4.根据第三步得到的各分段隧道管理站数量ni和ni'，计算得到整条高速公路隧道管理站的数量N=∑ni和N'=∑ni'，若N＜N'，则高速公路隧道管理站的布局应该从最后一座隧道的大桩号端开始布设，其总数为N'，位置可由步骤3得到，反之亦然。

三、消防车配置与否研究

(一)建模思想

由于消防车相对比较昂贵，所以需对高速公路隧道群段是否应该设置专用消防车进行研究。本文以地方消防队到达隧道群段各隧道的行程时间是否大于黄金救援时间8分钟作为判断是否设置隧道群专用消防车的标准。

地方消防队到达高速公路隧道火灾现场的时间应该包括三个部分，分别是地方消防队到达互通匝道的时间(T1)、由匝道至隧道口的时间(T2)、由隧道口至事故地点的时间(T3)。将消防单位由基地出发，经过最近匝道到达隧道口的时间加上隧道口到事故地点的时间，即为救援时间T。其计算公式:

由于高速公路隧道火灾在隧道中的发生位置具有不可预知性，所以式(4)中的T3通常难以确定，通过计算地方消防队伍到达隧道群段各隧道进出口的时间Ti，然后用Ti中的最大值T与黄金救援时间8分钟进行比较的方法判断是否应该设置隧道专用消防车。

(二)模型构建

假设一简化的高速公路路段，其中从互通A到互通B之间有n座隧道;A为距离互通A最近地点的地方消防队，B为距离互通B最近地点的地方消防队。假设地方消防队A到达互通A的时间为TA1(min)、地方消防队B到达互通B的时间为TB1(min)。可构建高速公路隧道群隧道专业消防车是否设置判断模型，具体建模过程见式(5)～式(10)。需要说明的是:Ki之所以取ZKi和YKi中的最小值，是为了保证消防队B能在黄金救援时间内到达隧道i的任何位置;而Ki+1之所以取ZKi+1和YKi+1中的最大值，也是为了保证消防队A能在黄金救援时间内到达隧道i的任何位置。

式中:ZKi——高速公路路段从起点到终点第i座隧道左线出口端桩号;YKi——高速公路路段从起点到终点第i座隧道右线进口端桩号。

式中:ZKi+1——高速公路路段从起点到终点第i座隧道左线进口端桩号;YKi+1——高速公路路段从起点到终点第i座隧道左线出口端桩号。

式中:TA1——地方消防队A到达高速公路最近互通A的时间(min);K3——互通A桩号;Vi——高速公路隧道火灾发生时地方消防车队伍A的平均行驶速度(km/h)。

式中:TB1——地方消防队B到达高速公路最近互通B的时间(min);K4——互通B桩号;Vi——高速公路隧道火灾发生时地方消防队B的平均行驶速度(km/h)。

(三)隧道群专业消防车辆配置与否的判断

将上述计算所得T值与黄金救援时间8分钟进行比较，如果T＜8分钟，那么该隧道群段并不需要设置专业的隧道消防车;如果T≥8分钟，那么该隧道群段应该设置专业的隧道消防车。对于隧道专业消防车的设置，如果设置在邻近的隧道管理站中能保证在隧道发生火灾时消防车辆可以在8分钟内赶到火灾现场，那么可以将其设置在临近的隧道管理站内;如果不能保证，则需另行选址设置专门的隧道消防救援站。

(四)隧道专业消防车与地方消防车的配合

在上述基础上进一步分析可知，高速公路隧道群段消防车的配置可以分为以下三种情况:

若T＜8分钟，不需要配置隧道群专业消防车，隧道群段隧道i的消防归属性可根据地方消防队A与地方消防队B到达隧道i的时间 TAi和TBi决定。若 TAi＜TBi，则隧道 i的消防工作应该归消防队A管辖;若TAi＞TBi，则隧道i的消防工作应该归消防队B管辖。

若T≥8分钟，但由于地方消防队A和地方消防队B在8分钟内不能到达的隧道只有少数，只需设置一个隧道专业消防队即可。同理，在设置隧道专业消防队时可首先考虑将其设置在邻近的隧道管理站内，如果设置在邻近隧道管理站中不能满足“黄金救援8分钟”的要求，可以另行选址设置专门的消防救援站。

若T≥8分钟，且地方消防队A和地方消防队B在8分钟内不能到达的隧道较多，设置一个隧道专用消防队已不能满足要求，此时，可将消防车辆黄金救援时间下8分钟内的行程作为隧道专用消防队伍的消防辐射半径，并以此为依据对各隧道专业消防队进行合理布局，布局方法可参照隧道管理站。

四、结语

本文在分析消防应急救援风险的基础上，提出了高速公路隧道群消防救援第二梯队和第三梯队到达隧道火灾现场的时间，并以此为依据建立了隧道群段隧道管理站以及隧道专用消防车辆配置的模型，为高速公路隧道群防灾救援设施配置提供参考，具有较强的实用价值。

［1］区有成.深圳东部过境高速公路隧道消防设计［J］.广东公路交通，2009，(4).

［2］闫治国.特长公路隧道火灾研究［D］.成都:西南交通大学，2003.

［3］“交通部”台湾国道高速公路局.长隧道安全管理研修报告书［R］.1995.

［4］付修华，杨其新，刘化冰.对特长公路隧道火灾防灾救援安全策略的思考［J］.公路交通科技，2004，21(3).

［5］中华人民共和国建设部标准［2006］42号.城市消防站建设标准(修订)［S］.北京:中国计划出版社，2006.

Study on Highway Tunnels Optimal Allocation of the Management Stations and Fire Vehicles

ZENG De-li，MA Zheng-feng
(School of Traffic＆ Transportation，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，China)

As the number of tunnels increases，the number of fires in the tunnel also increases.In this case，it is quite important to configure the disaster prevention and rescue facilities.Base on the analysis of the time of disaster prevention and relief，the optimal allocation of management stations，which are set up among the series of tunnels and fire vehicles，is considered.Further，establishes the relevant model is established so that it can provide valuable reference about how to configure the disaster prevention and rescue facilities.

tunnel;management station;fire vehicle;optimal allocation

U491

A

1674－0297(2011)04－0025－03

2011－03－23

曾德丽(1985－)，女，四川广安人，重庆交通大学交通运输规划与管理专业硕士研究生，主要从事城市交通规划研究。

(责任编辑:李晓梅)