作战力量组合优化调度技术研究

马晓明，马 双

(聊城市公安消防支队，山东 聊城 252000)

目前，各种灾害事故数量不断攀升，处置难度不断增大，对消防部队的应急救援能力提出了更高的要求。优化力量调度技术，是进一步增强现场作战力量调集的针对性，以更好地辅助现场指挥决策。在一次完整的灭火作战过程中，需要有具备不同功能的作战车辆，在灭火救援中，涉及到车辆的性能主要集中在灭火控火、掩护救人、登高破拆、照明排烟等四个方面[1]。据此，按照灭火控火、掩护救人、登高破拆、照明排烟等四个模块，对各中队消防车及战斗员进行相应的评分量化。

优化力量调度，目的是为了增强处置火灾时作战力量调度的针对性，从而发挥作战力量组合的战斗力，满足火场灭火作战的需求，即灭火和救人的需求。因此在灭火力量组合中，用出枪炮数表征灭火能力，用战斗员数量表征救人能力[2]，调集的作战力量(车辆、战斗员)应满足以下要求：(1)Q枪≥Q部署，Q枪为各车所出枪炮数量之和，Q枪大于等于火场实际需要的灭火水枪炮数量；(2)P战斗员≥P部署，P战斗员为各车所配备战斗员人数之和，P战斗员大于等于实际需要部署的战斗员数量。

1 优化调度模型

根据上述分析，结合数学原理，建立优化调度数学模型。在灭火救援中，时间就是生命，根据参战力量第一时间到场的要求，以及调派中队到场时间最短的要求，设定目标函数为：

(1)

式中，约束条件为：xi,j=0或xi,j=1。xi,j体现第i中队的第j辆消防车的调度情况，当xi,j=0时表示无需调派到火场，当xi,j=1时表示需要调派到火场；t代表所调集参战力量到场时间之和，t值越小，表明参战力量到场越快；ti为第i中队所调派消防车到达火场的时间，从支队指挥中心结合辖区中队平时六熟悉获得行车时间，ti可用矩阵T表示。

为了保证中队正常的执勤战备，考虑到中队实际情况，要求同时调集一个中队的车辆数不超过4辆，即为∑xi,j≤4。

根据现场实际灭火控火、掩护救人、登高破拆、照明排烟的需要，结合公式(2)、(3)、(4)、(5)，确定相应的优化调度数学模型，可利用Lingo软件求最优解。Lingo软件是一套专门用于求解最优化问题的软件包，用于求解线性规划和二次规划问题，其执行速度很快，是求解优化模型的最佳选择。当某中队的某辆车取值为1，表示调集于火场。

(2)

式中，ai,j表示第i中队的第j辆消防车的灭火控火能力，用该消防车出水枪炮数量表征，水炮数量按“1炮3枪”等效为水枪数量，通过矩阵A表示；q表示火场需要的灭火力量，用水枪数量表示。

火灾力量需求计算中，救人力量的计算主要是计算内攻救人小组的数量，用内攻救人小组的数量表征掩护救人能力。

(3)

式中，bi,j表示第i中队的第j辆消防车的掩护救人能力，用内攻救人小组的数量表征，通过矩阵B表示；p表示火场需要的救人力量，用救人小组数量表示。

登高、破拆、照明、排烟等行动主要由相应的车辆和战斗员负责，进行火场力量需求计算时可用该车辆是否具有登高、排烟等相关能力赋值表征。

(4)

式中，ci,j表示第i中队的第j辆消防车的登高破拆能力，用该消防车是否具有破拆或者登高能力表征，ci,j=1表示该消防车具有登高能力，ci,j=2表示该消防车具有破拆能力，通过矩阵C表示；s表示火场实际需要的登高破拆力量，s=0表示不需要登高破拆力量，s=1表示需要登高力量，s=2表示需要破拆力量，s=3表示同时需要登高和破拆力量。

(5)

式中，di,j表示第i中队的第j辆消防车的照明排烟能力，用该消防车是否具有照明或者排烟能力表征，di,j=1表示该消防车具有照明能力，di,j=2表示该消防车具有排烟能力，通过矩阵D表示；z表示火场实际需要的照明排烟力量，z=0表示不需要照明排烟力量，z=1表示需要照明力量，z=2表示需要排烟力量，z=3表示同时需要照明和排烟力量。

在日常车辆执勤战备中，将模块(车辆、战斗员)进行量化，确定A、B、C、D等4个表示车辆战斗力的特征矩阵，编程力量调度程序。根据火场实际需要，确定p、q、s、z等参数，得到力量调度结果。

2 实例应用

2.1 某支队基本情况介绍

通过收集资料，现将某支队各中队所配备的消防车辆信息进行收集整理分类，按照灭火控火、掩护救人、登高破拆、排烟照明四个方面的能力进行相应的评分整理，可得表1(以一中队为例)。

表1 某支队一中队车辆模块量化表

根据评分，可得出该支队的车辆模块特征矩阵，分别为灭火控火能力矩阵A、掩护救人能力矩阵B、破拆登高能力矩阵C、排烟照明能力矩阵D。

由此可以确定该支队的力量组合优化调度模型，利用Lingo软件的进行求解。进行灭火作战调度时，通过收集相关参数，最终确定调派力量。

2.2 战例应用

某娱乐会所为地上6层、地下1层建筑，建筑内每层面积均为1 234.9 m2，总建筑面积6 808 m2，一层为沿街商铺，二层为表演场所，三层为唱歌包间，四层为综合洗浴场所，五层为休闲娱乐区，六层为员工休息区。一部敞开式楼梯间和一部封闭楼梯间分别分布在建筑东、西侧。该娱乐会所火灾发生时二、三、四、五层共有650人，其中场所服务人员98名，二层、三层分别有200余人，四层约有80余人，五层约有70余人，六层约有20余人。二楼表演大厅由于舞台高温起火，引燃周围可燃物发生火灾，过火面积约为580 m2，烧毁面积约为320 m2。

现场水源情况：该建筑共有市政消火栓3个，东面1个距离现场约600 m、西面2个距离现场约800 m、400 m，压力为0.2 MPa。南面小区距离现场约250 m、北面小区距离现场约20 m，各有1个消火栓，压力为0.15 MPa，消火栓地下管网为环状，直径为300 mm。

根据火场需要，采取相关系数，代入优化调度模型[3]，进行力量组合优化调度。结合火灾现场需要，需出10支水枪，1门水炮，此时火场p=13；考虑到有大量人员亟须疏散搜救，可得火场q=40；考虑到火灾发生时间为夜晚，需要登高救援、排烟照明，可得火场s=3，z=3。根据支队指挥中心提供的数据，10个中队到达火灾现场所需时间的矩阵为：T=[4,12,36,80,30,30.5,45,80,55,59]。

启动Lingo程序，输入相关参数，通过计算，可得力量组合调度结果，见表2。

结合表2的调度结果，得出调集力量来自1、2、5、10四个中队，所调集中队的车辆模块能力见表3。

表2 力量组合调度结果

注：表中1代表出动，0代表不出动。

表3 调集中队的车辆模块能力

通过调动力量情况可知，共调集了4个中队，15辆消防车，84名指战员参与灭火作战行动，这其中包括10辆水罐车(泡沫车)、2台抢险救援车、2台登高平台车、1台照明车参与灭火作战。现根据灭火作战要求，结合现场情况，做以下任务力量分工：

1中队1、2、5号车占领西面距现场800 m处消火栓实施接力供水，4名战斗员从5号车出2支水枪从西面进入二层实施内攻灭火，驾驶员负责维护供水线路，其余人员负责疏散三、四层被困人员。3号车3名战斗员负责破拆，开辟疏散通道，4名战斗员成立两个搜救小组实施搜救。

2中队2、5号车占领东面距现场600 m处消火栓实施接力供水，4名战斗员从5号车出2支水枪从东面进入二层实施内攻灭火，驾驶员负责维护供水线路，其余人员负责疏散三、四层被困人员。3号车从南面对楼顶人员实施疏散营救，待解救完毕后，从南面进行破拆，加快排烟速度。4号车2名战斗员负责火场排烟，4名战斗员成立2个搜救小组实施搜救。

5中队2号车占领南面距现场250 m处消火栓，4名战斗员出2支水枪，从火场东面进入二层实施内攻灭火，3号车占领北面距火场20 m处消火栓，给4号车供水，2、3号车6名战斗员成立3个搜救小组，分别从四、五、六层进入火场，展开搜救。4号车停靠在火场北面，出一支水炮压制火势向三层蔓延。

10中队2、4号车占领西面距火场400 m处消火栓，其中3号车作为头车停靠在火场前沿，2号车为其接力供水，4名战斗员从4号车出2支水枪从西面进入二层；另外4名战斗员从东侧进入火场内部，利用室内消火栓出2支水枪，实施内攻灭火。3号车4名战斗员利用车载水出2支水枪，防止火势沿楼梯向上蔓延。6号车停靠在火场合适位置，负责火场照明。

在此次灭火的实际战斗中，共出水枪12支，水炮1门，成立搜救组5个，主要从火场二层内攻控火灭火，从东面出6支水枪内攻灭火，从西面出3支水枪内攻灭火，在楼梯处设置2支水枪防止火势向上蔓延，从北面出1支水枪、1门水炮阻止火势向上翻滚，从南面实施登高破拆排烟，利用登高平台车，实施登高疏散救人，5个搜救组分别从二、三、四、五、六层开展搜救工作，组织战斗员开辟救生通道，掩护疏散有能力逃生的被困人员紧急疏散。

该火灾实际作战中共调集了5个中队13辆消防车，75名指战员赶赴现场处置，火场中共使用了1门水炮8支水枪，实际作战的时间较长，作战过程中出现了供水不足的情况。优化调集模型共调集了4个中队15辆消防车，84名指战员参与灭火作战行动，这其中包括10辆水罐车(泡沫车)、2台抢险救援车、2台登高平台车、1台照明车。调集的力量总共可出20支水枪，需要投入战斗的共1门水炮12支水枪(等效为15支水枪)，有5支水枪为机动灭火力量。可见该调度模型调集的力量比实际作战力量稍大，但灭火力量与救援力量大于火场实际部署的力量，且具有一定的机动力量，证明了该优化调度模型的可行性。

综上，经过对某支队作战力量组合进行优化调度与某建筑火灾的实例验证，本文所设计的优化调度技术能够科学合理地将所需力量调集于火场。

参考文献：

[1] 李磊.基于遗传算法的阵地进攻战斗作战力量编成优化方法研究[D].长沙:国防科学技术大学,2009．

[2] 房凌春.消防部队灭火救援行动扁平化指挥模式研究[C]//2012中国消防协会科学技术年会.2012.

[3] 朱飞勇.消防扁平化作战指挥模式实践与思考[M].北京:中国人民公安大学出版社,2013.