小城鎮(zhèn)應(yīng)急設(shè)施選址等級(jí)優(yōu)化配置模型與實(shí)證
——以北京市房山區(qū)消防站點(diǎn)布局優(yōu)化為例

陸相林，苗長虹

小城鎮(zhèn)應(yīng)急設(shè)施選址等級(jí)優(yōu)化配置模型與實(shí)證
——以北京市房山區(qū)消防站點(diǎn)布局優(yōu)化為例

陸相林1，2，苗長虹1，3

(1.河南大學(xué)黃河文明與可持續(xù)發(fā)展研究中心暨黃河文明傳承與現(xiàn)代文明建設(shè)河南省協(xié)同創(chuàng)新中心，

河南 開封，475001；2.石家莊學(xué)院經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，河北 石家莊，050035；

3.河南大學(xué)環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院，河南 開封，475001)

針對(duì)我國小城鎮(zhèn)應(yīng)急設(shè)施選址定量分析成果較少的研究現(xiàn)狀，對(duì)Marianov等構(gòu)建的最大覆蓋等級(jí)設(shè)施選址模型加以改進(jìn)，模型改進(jìn)中考慮了距離敏感、最近指派因素的影響。模型求解中采用Serra等提出的超級(jí)節(jié)點(diǎn)算法，該算法分兩個(gè)階段進(jìn)行，第一階段使用了拉格朗日松馳啟發(fā)式算法，第二階段使用了蟻群算法。以北京房山區(qū)為實(shí)證區(qū)域，以房山區(qū)居民消防服務(wù)整體滿意度最大為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了房山區(qū)8個(gè)區(qū)級(jí)消防站、25個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)消防站和459個(gè)村莊空間聯(lián)系的消防設(shè)施等級(jí)優(yōu)化配置，繪出配置圖，并給出了房山區(qū)消防設(shè)施配置的相關(guān)建議。該研究可為我國小城鎮(zhèn)應(yīng)急管理科學(xué)化提供方法支撐。

應(yīng)急設(shè)施選址；消防設(shè)施；等級(jí)優(yōu)化配置；小城鎮(zhèn)

InnovationCenteronYellowRiverCivilizationofHenanProvince,HenanUniversity,Kaifeng475001,China;2.DepartmentofEconomicsandManagement,ShijiazhuangUniversity,Shijiazhuang050035,China；3.CollegeofEnvironmentandPlanning,HenanUniversity,Kaifeng475001,China)

我國城鎮(zhèn)化發(fā)展已進(jìn)入關(guān)鍵時(shí)期，“小城鎮(zhèn)，大戰(zhàn)略”背景下，加強(qiáng)小城鎮(zhèn)的應(yīng)急管理研究極具學(xué)術(shù)和實(shí)踐意義[1-2]。馮凱等[2]指出：有效的應(yīng)急系統(tǒng)可將事故損失降低到無應(yīng)急系統(tǒng)的60%。小城鎮(zhèn)應(yīng)急管理需要構(gòu)建靈活應(yīng)變、及時(shí)暢通、理性有效、資源聯(lián)動(dòng)的應(yīng)急設(shè)施系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有等級(jí)性。等級(jí)選址問題(Hierarchical Location Problem)假設(shè)等級(jí)不同，設(shè)施提供的服務(wù)水平則不同，同時(shí)不同等級(jí)設(shè)施之間的聯(lián)系具有單流(Single-flow)或者多流(Multi-flow)、嵌套(Nested)或非嵌套(Non-nested)等不同特征，僅僅單獨(dú)考慮某一等級(jí)的選址優(yōu)化，往往不能實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)目標(biāo)的最優(yōu)化。因此，等級(jí)設(shè)施選址模型的構(gòu)建與求解成為當(dāng)前學(xué)界研究的熱點(diǎn)之一[3-6]。

在國外,Narula[7]最早總結(jié)了等級(jí)設(shè)施選址問題的單流和多流特征；Marianov等[8]根據(jù)設(shè)施的服務(wù)可用性(Service availability)特征，提出嵌套和非嵌套等級(jí)設(shè)施選址問題；Serra等[9]基于設(shè)施分布的空間特征，提出等級(jí)設(shè)施選址同調(diào)性(Coherent)和非同調(diào)性(Non-coherent)問題；Sahin等[10]從覆蓋(Covering)、中位(Median)和固定費(fèi)用(Fixed Charge)三個(gè)目標(biāo)取向?qū)Φ燃?jí)設(shè)施選址問題劃分類別，并對(duì)1986年至2007年間的相關(guān)成果從流模式、服務(wù)可用性、空間結(jié)構(gòu)和目標(biāo)四個(gè)屬性維度進(jìn)行分類總結(jié);Farahani等[5]則對(duì)2014年以前近40年的等級(jí)設(shè)施選址問題相關(guān)成果進(jìn)行了總結(jié)。在國內(nèi)，陳志宗等[11]討論了城市防災(zāi)減災(zāi)設(shè)施的等級(jí)選址問題及應(yīng)用；王亞陽等[12]綜合考慮時(shí)間、成本和資源多目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了煤礦區(qū)應(yīng)急救援站的多目標(biāo)選址；陸相林等[13-14]對(duì)國內(nèi)外最新設(shè)施選址理論進(jìn)行了概述，在此基礎(chǔ)上提出了考慮覆蓋半徑內(nèi)需求滿意差異的選址問題，并對(duì)城市旅游集散中心等級(jí)優(yōu)化配置進(jìn)行了研究。

上述研究成果中，多側(cè)重模型構(gòu)建與算法設(shè)計(jì)，理論聯(lián)系地方實(shí)踐的成果偏少。特別是國內(nèi)學(xué)者，對(duì)等級(jí)設(shè)施選址問題本身關(guān)注不夠，基于等級(jí)設(shè)施選址解決應(yīng)急設(shè)施等級(jí)優(yōu)化配置的成果則更少。為此，本文基于上述研究的不足與現(xiàn)實(shí)需求，將構(gòu)建考慮覆蓋半徑內(nèi)需求滿意差異的，且具有單流、最大覆蓋目標(biāo)、嵌套式、同調(diào)性特征的小城鎮(zhèn)應(yīng)急設(shè)施等級(jí)優(yōu)化配置模型，并以北京市房山區(qū)消防設(shè)施布局優(yōu)化為例進(jìn)行實(shí)證研究。該研究在豐富等級(jí)設(shè)施選址研究成果的同時(shí)，也可為北京市消防設(shè)施規(guī)劃與建設(shè)提供科學(xué)方法和決策依據(jù)。

1 小城鎮(zhèn)應(yīng)急設(shè)施選址等級(jí)優(yōu)化配置模型

小城鎮(zhèn)應(yīng)急設(shè)施選址等級(jí)優(yōu)化配置問題涉及應(yīng)急需求點(diǎn)和設(shè)施點(diǎn)(應(yīng)急服務(wù)站點(diǎn))兩類站點(diǎn)。由于設(shè)施點(diǎn)要為需求點(diǎn)提供服務(wù)，因此一般用空間距離或者時(shí)間來表示兩者之間的空間作用。由于空間距離和時(shí)間兩者可以進(jìn)行轉(zhuǎn)換，因此本文僅以距離為例進(jìn)行分析。

1.1 模型假設(shè)

本文提出如下假設(shè)：①假設(shè)應(yīng)急需求和應(yīng)急服務(wù)以點(diǎn)狀存在；②假設(shè)應(yīng)急服務(wù)設(shè)施點(diǎn)存在等級(jí)性，分為高等級(jí)和低等級(jí)兩個(gè)等級(jí)；③任意設(shè)施點(diǎn)與需求點(diǎn)的距離可通過調(diào)查或者計(jì)算得到；④假設(shè)由于設(shè)施點(diǎn)建設(shè)與維護(hù)成本較高，故個(gè)數(shù)要有限制；⑤假設(shè)每一需求點(diǎn)最多只能由一個(gè)設(shè)施點(diǎn)服務(wù)；⑥假定應(yīng)急設(shè)施都位于各鄉(xiāng)鎮(zhèn)、街道機(jī)關(guān)所在地；⑦假設(shè)小城鎮(zhèn)應(yīng)急設(shè)施的服務(wù)由區(qū)級(jí)以上應(yīng)急管理單位垂直管理與協(xié)調(diào)，且在應(yīng)急服務(wù)中遵循最近指派原則；⑧假設(shè)居民應(yīng)急救助滿意度具有距離(時(shí)間)敏感性，即距離應(yīng)急設(shè)施點(diǎn)越近，安全感愈強(qiáng)，滿意度愈高；⑨假設(shè)等級(jí)設(shè)施服務(wù)可用性表現(xiàn)為嵌套性，即高等級(jí)設(shè)施的服務(wù)功能更強(qiáng)大，除了能夠提供低等級(jí)可提供的服務(wù)外，還可提供其他服務(wù)。

1.2 模型符號(hào)定義

為了討論分析的方便，進(jìn)行如下符號(hào)定義：i代表應(yīng)急需求點(diǎn)(本文實(shí)證中指村莊)，I表示村莊的全體，有i∈I；j代表低等級(jí)應(yīng)急設(shè)施(實(shí)證中指鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)消防站);J表示低等級(jí)應(yīng)急設(shè)施的全體，有j∈J；k代表高等級(jí)應(yīng)急設(shè)施(實(shí)證中指區(qū)級(jí)消防站)，K表示高等級(jí)急設(shè)施的全體，有k∈K；pl指需建設(shè)的低等級(jí)應(yīng)急設(shè)施的數(shù)目，ph指需建設(shè)的高等級(jí)應(yīng)急設(shè)施的數(shù)目；ai表示村莊i的人口數(shù)量；xijk為低等級(jí)應(yīng)急需求變量，當(dāng)需求點(diǎn)i被高等級(jí)設(shè)施k下轄的低等級(jí)設(shè)施j服務(wù)時(shí)，取值為1，否則為0；yjk為高等級(jí)應(yīng)急需求變量，當(dāng)?shù)偷燃?jí)設(shè)施點(diǎn)j受到高等級(jí)設(shè)施點(diǎn)k覆蓋時(shí)，yik取值為1，否則為0；wj為低等級(jí)設(shè)施配置變量，當(dāng)?shù)偷燃?jí)設(shè)施點(diǎn)配置在j點(diǎn)時(shí)，wj取值為1，否則為0；zk為高等級(jí)設(shè)施配置變量，高等級(jí)設(shè)施點(diǎn)配置在k點(diǎn)時(shí)，取值為1，否則為0。

1.3 模型改進(jìn)

基于上述假設(shè)，對(duì)Marianov等[8]提出的最大覆蓋等級(jí)設(shè)施選址模型加以改進(jìn)如下：

(1)

s.t

(2)

xijk≤yjk,?i,j,k

(3)

yjk≤zk,?j,k

(4)

yjk≤wj,?j,k

(5)

(6)

(7)

(8)

yjj=zj,?j

(9)

xijk,wj,zk,yjk=0,1,?i,j,k

(10)

目標(biāo)函數(shù)式(1)表示努力實(shí)現(xiàn)最大化的居民應(yīng)急救助整體滿意度。約束條件中，式(2)表示實(shí)現(xiàn)每一應(yīng)急需求點(diǎn)僅由一設(shè)施點(diǎn)覆蓋；式(3)至式(5)指保證需求點(diǎn)只有被一高級(jí)設(shè)施點(diǎn)以及其下屬的低級(jí)設(shè)施點(diǎn)覆蓋時(shí)，才能取值為1；式(6)指某一低級(jí)設(shè)施點(diǎn)只能由一個(gè)高級(jí)設(shè)施點(diǎn)覆蓋；式(7)和式(8)分別指保證待建設(shè)設(shè)施點(diǎn)數(shù)目為預(yù)定數(shù)目；式(9)為同調(diào)性約束；式(10)指保證xijk、wj、zk、yjk為0～1的變量。

式中:dijk為應(yīng)急需求點(diǎn)i經(jīng)由低等級(jí)設(shè)施點(diǎn)j至高等級(jí)設(shè)施點(diǎn)k的距離。

2 北京市房山區(qū)消防站點(diǎn)選址等級(jí)優(yōu)化配置

城市消防設(shè)施發(fā)揮著消防火災(zāi)、緊急搶險(xiǎn)、應(yīng)急救援等重要作用。北京市針對(duì)消防隊(duì)(站)嚴(yán)重不足的問題，制定了《北京市消防站規(guī)劃(2009)》(以下簡(jiǎn)稱為《規(guī)劃》)，提出在城市規(guī)劃中應(yīng)構(gòu)建完整的消防隊(duì)(站)體系。該體系覆蓋北京整個(gè)市域，劃分為中心城、新城及城鎮(zhèn)地區(qū)，需完成中心城122個(gè)消防隊(duì)(站)、新城及城鎮(zhèn)206個(gè)消防隊(duì)(站)的規(guī)劃布點(diǎn)工作。然而，經(jīng)過近6年的建設(shè)，北京市小城鎮(zhèn)區(qū)域消防建設(shè)進(jìn)度偏緩，如以北京市房山區(qū)消防站點(diǎn)布局優(yōu)化為例，《規(guī)劃》中提出房山區(qū)將建設(shè)29個(gè)消防隊(duì)(站)，其中特勤消防站1個(gè)，一級(jí)普通消防站28個(gè)。然而，至2013年底，房山區(qū)僅有消防站4個(gè)。與之相反，房山區(qū)消防需求卻有加劇趨勢(shì)，據(jù)《房山區(qū)統(tǒng)計(jì)年鑒》計(jì)算，2009—2013年房山區(qū)火災(zāi)次數(shù)增長率高達(dá)58.5%，經(jīng)濟(jì)損失增長率達(dá)19.9%。但目前，北京市對(duì)二級(jí)普通消防站建設(shè)并未做進(jìn)一步的規(guī)劃，也未對(duì)未來消防站的服務(wù)范圍作出明確界定。因此，研究消防設(shè)施選址等級(jí)優(yōu)化配置模型的構(gòu)建，并以北京市房山區(qū)為實(shí)證區(qū)域進(jìn)行實(shí)證研究極具理論與現(xiàn)實(shí)意義。

2.1 配置依據(jù)

本文在北京市房山區(qū)消防站點(diǎn)選址等級(jí)優(yōu)化配置中，綜合考慮了《中華人民共和國消防法》(2014修訂版)、《城市消防規(guī)劃規(guī)范》(2015)以及《北京市消防站規(guī)劃》(2009)的要求，特別是《規(guī)劃》將北京市普通消防站劃分為一級(jí)和二級(jí)，提出每鎮(zhèn)原則上應(yīng)設(shè)一處消防隊(duì)(站)，房山區(qū)將建設(shè)29個(gè)消防隊(duì)(站)，其中特勤消防站1個(gè)、一級(jí)普通消防站28個(gè)。然而至今，房山區(qū)只建設(shè)了4個(gè)消防站。據(jù)房山區(qū)統(tǒng)計(jì)年鑒的慣例，常對(duì)城關(guān)街道、拱辰街道等25個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)單位進(jìn)行年度統(tǒng)計(jì)，因此本文綜合《規(guī)劃》要求和房山區(qū)實(shí)際，把房山區(qū)消防站建設(shè)個(gè)數(shù)調(diào)整為25個(gè)，并提出其25個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)統(tǒng)計(jì)單位至少都要設(shè)有鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)消防站(與《規(guī)劃》中的二級(jí)普通消防站對(duì)應(yīng))，且對(duì)一些區(qū)位條件優(yōu)越、經(jīng)濟(jì)地位突出的鎮(zhèn)應(yīng)設(shè)區(qū)級(jí)消防站(與《規(guī)劃》中的一級(jí)普通消防站對(duì)應(yīng))，借鑒文獻(xiàn)[15]的最優(yōu)設(shè)施點(diǎn)個(gè)數(shù)確定原理，確定區(qū)級(jí)消防站個(gè)數(shù)為8個(gè)。此外 ，考慮到鄉(xiāng)(鎮(zhèn)、街道)政府所在地一般都具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和資源調(diào)度能力，因此選為建設(shè)消防設(shè)施的候選點(diǎn)。由于房山區(qū)各村莊的易損性歷史數(shù)據(jù)缺失，因此實(shí)際配置中，對(duì)目標(biāo)函數(shù)中r1統(tǒng)一取值為1。北京靈圖軟件技術(shù)有限公司的“我要地圖網(wǎng)網(wǎng)站”可提供詳細(xì)到我國村級(jí)單位之間的測(cè)距，且結(jié)果較為準(zhǔn)確，因此本文距離矩陣數(shù)據(jù)由“我要地圖網(wǎng)網(wǎng)站”的測(cè)距功能測(cè)得，由于篇幅所限，具體數(shù)據(jù)略。

2.2 算法選擇

所建模型屬于NP-hard問題，只能利用啟發(fā)式算法求其滿意解。本文將利用Serra等[9]提出的超級(jí)節(jié)點(diǎn)算法完成，該算法又進(jìn)一步分為兩個(gè)階段:第一階段求解利用拉格朗日松馳啟發(fā)式算法[16]完成；第二階段求解利用蟻群算法完成。

2.3 房山區(qū)消防設(shè)施等級(jí)選址配置結(jié)果

基于所建的等級(jí)優(yōu)化配置模型，結(jié)合Serra等[9]提出的超級(jí)節(jié)點(diǎn)算法原理，在Matlab7.0上編程運(yùn)行，當(dāng)房山區(qū)區(qū)級(jí)消防站個(gè)數(shù)為8個(gè)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)應(yīng)急消防站為25個(gè)時(shí)，求得房山區(qū)消防設(shè)施選址的等級(jí)優(yōu)化配置結(jié)果，見表1。

表1 房山區(qū)消防設(shè)施選址的等級(jí)優(yōu)化配置結(jié)果

續(xù)表1

第2層級(jí)(區(qū)級(jí)消防設(shè)施)第1層級(jí)(鄉(xiāng)、鎮(zhèn)級(jí)消防設(shè)施)區(qū)級(jí)消防設(shè)施選擇服務(wù)下級(jí)消防站/覆蓋半徑/最遠(yuǎn)服務(wù)單位鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)消防站選擇服務(wù)需求站/覆蓋半徑/最遠(yuǎn)服務(wù)單位河北鎮(zhèn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)消防站磁家務(wù)村、萬佛堂村、黃土坡村、三福村、河?xùn)|村、東莊子村、檀木港村、三十畝地村、東港村、李各莊村、河北村、河南村、北辛莊村、南道村、杏園村、口兒村、他窖村、南車營村/9.7km/南車營村南窖鄉(xiāng)鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)消防站黃元寺村、泗馬溝村、北下寺村、葫蘆棚村、長流水村、花港村、中窖村、大西溝村、水峪村、南窖村、北安村、南安村、三合村、北窖村/13.8km/長流水村佛子莊鄉(xiāng)區(qū)級(jí)消防站河北鎮(zhèn)、南窖鄉(xiāng)、佛子莊鄉(xiāng)、大安山鄉(xiāng)/21.9km/大安山鄉(xiāng)佛子莊鄉(xiāng)鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)消防站陳家臺(tái)村、東班各莊村、西班各莊村、陳家墳村、北峪村、黑龍關(guān)村、佛子莊村、紅煤廠村、下英水村、中英水村、上英水村、西安村、查兒村、長操村、山川村/13.7km/山川村大安山鄉(xiāng)鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)消防站大安山村、西苑村、寺尚村、趙畝地村、寶地洼村、瞧煤澗村、中山村、上水峪村/7.7km/上水峪村史家營鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)消防站石板房村、鴛鴦水村、柳林水村、楊林水村、青林臺(tái)村、秋林鋪村、蓮花庵村、曹家坊村、史家營村、大村澗村、西岳臺(tái)村、青土澗村、金雞臺(tái)村/16.9km/石板房村霞云嶺鄉(xiāng)區(qū)級(jí)消防站霞云嶺鄉(xiāng)、史家營鄉(xiāng)/34.7km/史家營鄉(xiāng)霞云嶺鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)消防站王老鋪村、大地港村、四馬臺(tái)村、龍門臺(tái)村、莊戶臺(tái)村、王家臺(tái)村、石板臺(tái)村、四合村、霞云嶺村、三流水村、大草嶺村、上石堡村、北直河村、下石堡村、銀水村、賈峪口村/21.4km/四馬臺(tái)村青龍湖鎮(zhèn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)消防站半壁店村、曉幼營村、西石府村、常樂寺村、北四位村、南四位村、焦各莊村、小苑上村、青龍頭村、崇各莊村、豆各莊村、廟耳崗村、崇辛莊村、蘆上墳村、大苑村、北劉莊村、小馬村、果各莊村、上萬村、北車營村、辛開口村、漫水河村、馬家溝村、下水峪村、石梯村/8.5km/北車營村青龍湖鎮(zhèn)區(qū)級(jí)消防站青龍湖鎮(zhèn)、新鎮(zhèn)街道/7.8km/新鎮(zhèn)街道新鎮(zhèn)街道鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)消防站八十畝地村、小紫草塢村、張莊村、公主墳村、北坊村、南坊村、吳莊村、焦莊村、大董村、小董村、西墳村、開古莊村、西莊戶村、崗上村、坨里村、南觀村、口頭村、沙窩村、大苑上村/7.3km/南觀村

注：表中覆蓋半徑為0意指消防設(shè)施為其自身鄉(xiāng)(鎮(zhèn)、街道)提供應(yīng)急服務(wù)。

由表1中第1列可知，房山區(qū)消防設(shè)施等級(jí)配置中，房山區(qū)如果在25個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、街道、辦事處中選擇8個(gè)建設(shè)區(qū)級(jí)消防站，選擇的單位為：城關(guān)街道、拱辰街道、竇店鎮(zhèn)、韓村河鎮(zhèn)、張坊鎮(zhèn)、佛子莊鄉(xiāng)、霞云嶺鄉(xiāng)、青龍湖鎮(zhèn)。

由表1第2列可以得出各區(qū)級(jí)消防站服務(wù)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)消防站、覆蓋半徑以及最遠(yuǎn)服務(wù)鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)消防站，例如落在城關(guān)街道區(qū)級(jí)消防站服務(wù)范圍內(nèi)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)消防站為城關(guān)街道、周口店地區(qū)、石樓鎮(zhèn)、燕山地區(qū)4個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)消防站，覆蓋半徑為5.7 km，最遠(yuǎn)服務(wù)鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)消防站為石樓鎮(zhèn)。其他區(qū)級(jí)消防站的服務(wù)情況詳見表1，不再贅述。

表1第3列顯示了房山區(qū)25個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)消防站的配置情況。由表1第4列可以得出各鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)消防站服務(wù)的村莊、覆蓋半徑以及最遠(yuǎn)服務(wù)村莊，例如新鎮(zhèn)街道鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)消防站服務(wù)于八十畝地村、小紫草塢村、張莊村等19個(gè)村莊，覆蓋半徑為7.3 km，最遠(yuǎn)服務(wù)村莊為南觀村。其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)消防站的配置情況詳見表1，不再贅述。

基于表1，結(jié)合原始數(shù)據(jù)，可得到房山區(qū)消防設(shè)施選擇址等級(jí)優(yōu)化配置示意圖，見圖1。

2.4 房山區(qū)小城鎮(zhèn)消防設(shè)施建設(shè)相關(guān)建議

針對(duì)房山區(qū)消防設(shè)施選址等級(jí)優(yōu)化配置結(jié)果，提出如下房山區(qū)小城鎮(zhèn)消防設(shè)施建設(shè)相關(guān)建議：

(1) 房山區(qū)消防設(shè)施建設(shè)以及消防活動(dòng)開展，應(yīng)以“預(yù)防為主、防消結(jié)合”為指導(dǎo)思想，并以突出重點(diǎn)、把握全局為建設(shè)原則，優(yōu)化房山區(qū)消防隊(duì)(站)布局結(jié)構(gòu)，構(gòu)建完善高效的小城鎮(zhèn)消防隊(duì)(站)系統(tǒng)。房山區(qū)政府應(yīng)積極響應(yīng)北京市規(guī)劃委員會(huì)，公安局、消防局的指示精神，確保消防隊(duì)(站)用地的落實(shí)，并密切關(guān)注消防隊(duì)(站)建設(shè)的實(shí)施情況，保障其建設(shè)的順利實(shí)施。消防設(shè)施選址中，在滿足房山區(qū)內(nèi)全體居民消防服務(wù)滿意度最大的前提下，還要考慮盡量臨近工業(yè)開發(fā)區(qū)、大型倉儲(chǔ)區(qū)等；此外，消防設(shè)施選址中還應(yīng)考慮具體微觀條件的影響，如消防站的選址應(yīng)設(shè)在轄區(qū)內(nèi)便于車輛迅速出動(dòng)的臨街地段，消防站距影劇院、商場(chǎng)、學(xué)校、幼兒園、醫(yī)院、托兒所等公共建筑的主疏散口距離應(yīng)不小于50 m，消防設(shè)施服務(wù)范圍內(nèi)有易燃、易爆化學(xué)生產(chǎn)或貯存單位的，應(yīng)在常年主導(dǎo)風(fēng)向上風(fēng)或者側(cè)風(fēng)位置選址，邊界距離一般應(yīng)不小于200 m等。

(2) 要均衡布局房山區(qū)消防設(shè)施，實(shí)現(xiàn)其等級(jí)建設(shè)合理配置。既要配置于房山區(qū)的重點(diǎn)小城鎮(zhèn)如城關(guān)街道、拱辰街道等，也要考慮區(qū)位優(yōu)越的普通鄉(xiāng)鎮(zhèn)，如竇店、張坊等，做到消防設(shè)施布局的均衡布局。

(3) 結(jié)合房山區(qū)發(fā)展規(guī)劃，要加強(qiáng)與房山區(qū)消防設(shè)施相關(guān)的配套建設(shè)與活動(dòng)開展，并開展消防設(shè)施體系內(nèi)的交流、協(xié)作活動(dòng)。

圖1 房山區(qū)消防設(shè)施選址等級(jí)優(yōu)化配置示意圖Fig.1 Hierarchical location-allocation map of fire facilities in Fangshan District

(4) 要使房山區(qū)消防設(shè)施建設(shè)、消防活動(dòng)融入至居民的實(shí)際生產(chǎn)生活中，與房山區(qū)發(fā)展規(guī)劃相協(xié)調(diào)，并融入北京市應(yīng)急管理體系中，與北京市的建設(shè)相協(xié)調(diào)。

(5) 房山區(qū)消防設(shè)施選址與建設(shè)中，要綜合考慮房山區(qū)各地區(qū)、街道、鄉(xiāng)、鎮(zhèn)的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)程度、自然環(huán)境條件、實(shí)際人口密度等，以達(dá)到消防資源的有效利用和火災(zāi)的有效防范。

3 結(jié)論與展望

(1) 構(gòu)建的小城鎮(zhèn)應(yīng)急設(shè)施選址等級(jí)優(yōu)化配置模型，較有效地實(shí)現(xiàn)房山區(qū)消防設(shè)施的空間布局優(yōu)化，選定了房山區(qū)8個(gè)區(qū)級(jí)消防站的歸屬，確定了區(qū)級(jí)消防站與鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)消防站、鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)消防站與村莊居民點(diǎn)之間的等級(jí)服務(wù)聯(lián)系，使房山區(qū)消防設(shè)施選址等級(jí)配置形成了層次分明、分布均衡的空間布局，可形成以區(qū)級(jí)消防站為中心的鄉(xiāng)(鎮(zhèn))、村莊組團(tuán)結(jié)構(gòu)，有利于房山區(qū)消防應(yīng)急管理高效運(yùn)行，以及相關(guān)應(yīng)急資源的有效調(diào)度與合理配置，實(shí)證了所建模型的合理性和所選算法的高效性；

(2) 繪制的配置圖給出了房山區(qū)區(qū)級(jí)消防站、鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)消防站間的交通聯(lián)系狀況，可見房山區(qū)8個(gè)區(qū)級(jí)消防站中，除韓村河區(qū)級(jí)消防站以外，其他7個(gè)都位于重要交通干線上(其周邊或者鐵路交通，或者有高速公路、國道通過)，且與下一級(jí)別消防設(shè)施(鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)消防站)交通聯(lián)系非常方便，實(shí)證了所建模型及求解結(jié)果的合理性。

(3) 綜合《規(guī)劃》要求和小城鎮(zhèn)實(shí)際，把《規(guī)劃》中的二級(jí)普通消防站與鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)消防站對(duì)應(yīng)、一級(jí)普通消防站與區(qū)級(jí)消防站對(duì)應(yīng)，在增強(qiáng)消防規(guī)劃小城鎮(zhèn)特色的同時(shí)，明確了二級(jí)普通消防站歸屬。

(4) 提出了小城鎮(zhèn)應(yīng)急設(shè)施布局優(yōu)化的等級(jí)觀點(diǎn)，梳理了實(shí)現(xiàn)等級(jí)優(yōu)化布局的基本思路，并指出應(yīng)急設(shè)施建設(shè)與服務(wù)要打破行政區(qū)壁壘，以居民應(yīng)急需求為核心，遵循最近指派原則。

本文僅考慮了最大覆蓋等級(jí)設(shè)施選址準(zhǔn)則下的小城鎮(zhèn)應(yīng)急設(shè)施等級(jí)優(yōu)化配置問題，屬于效率準(zhǔn)則下設(shè)施等級(jí)選址研究的范疇。與效率準(zhǔn)則相對(duì)應(yīng)，公平準(zhǔn)則也是設(shè)施等級(jí)選址問題的重要準(zhǔn)則，因此今后需要拓展研究的另一思路就是公平準(zhǔn)則下(如最小方差、基尼系數(shù)最小等)的小城鎮(zhèn)應(yīng)急設(shè)施等級(jí)優(yōu)化配置問題。

[1] 馮凱，徐志勝，馮春瑩,等．小城鎮(zhèn)突發(fā)公共事件應(yīng)急決策系統(tǒng)的研究[J]．災(zāi)害學(xué)，2005，20(2)：6-10．

[2] 馮凱，徐志勝，馮春瑩．小城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施防災(zāi)減災(zāi)決策支持系統(tǒng)的研究與開發(fā)[J]．中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2004，14(6)：74-77．

[3] 吳宗之，劉茂．重大事故應(yīng)急救援系統(tǒng)及預(yù)案導(dǎo)論[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，2003.

[4] Chen Z,Chen X,Li Q,et al.The temporal hierarchy of shelters:Ahierarchicallocationmodelforearthquake-shelterplanning

[J].InternationalJournalofGeographicalInformationScience,2013,27(8):1612-1630.

[5] Farahani R Z,Hekmatfar M,Fahimnia B,et al.Hierarchical facility location problem:Models,classifications,techniques,and applications[J].Computers&IndustrialEngineering,2014,68(2):104-117.

[6] Ortiz-Astorquiza C,Contreras I,Laporte G.Multi-level facility location as the maximization of a submodular set function[J].EuropeanJournalofOperationalResearch,2015,247(3):1013-1016.

[7] Narula S C.Hierarchical location-allocation problems:A classification scheme[J].EuropeanJournalofOperationalResearch,1984,15(1):93-99.

[8] Marianov V,Serra D.Hierarchical location-allocation models for congested systems[J].EuropeanJournalofOperationalResearch,2001,135(1):195-208.

[9] Serra D,ReVelle C.The pq-median problem:Location and districting of hierarchical facilities[J].LocationScience,1992,1(4):299-312.

[10]Sahin G,Süral H.A review of hierarchical facility location models[J].Computers&OperationsResearch,2007,34(8) :2310-2331.

[11]陳志宗,尤建新.城市防災(zāi)減災(zāi)設(shè)施的層級(jí)選址問題建模[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào),2005,14(2):131-135..

[12]王亞陽,王漢斌.煤礦區(qū)應(yīng)急救援站多目標(biāo)選址決策[J].安全與環(huán)境工程,2015,22(1):121-125.

[13]陸相林,侯云先.基于設(shè)施選址理論的中國國家級(jí)應(yīng)急物資儲(chǔ)備庫優(yōu)化配置[J].經(jīng)濟(jì)地理,2010,30(7):1091-1095.

[14]陸相林,高樹芳,趙寧,等.城市旅游集散中心等級(jí)優(yōu)化配置研究——以石家莊市為例[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2014,28(4):194-201.

[15]陸相林,侯云先.基于選址理論的小城鎮(zhèn)應(yīng)急物資儲(chǔ)備庫優(yōu)化配置——以北京市房山區(qū)為例[J].地理研究,2011,30(6):1000-1008.

[16]Fisher M L.The Lagrangean relaxation method for solving integer programming problems[J].ManagementScience,1981,27(1):1-18.

Hierarchical Optimization Allocation of Emergency Facility Location in Small Towns— A Case Study of Fire Stations in Fangshan District in Beijing

LU Xianglin1,2,MIAO Changhong1,3

(1.TheCenterforYellowRiverCivilizationandSustainableDevelopment&Collaborative

There are few documents analyzing the location-allocation of small town emergency facilities of China with quantitative methods．In the light of this situation,this paper improves the hierarchical maximum covering facility location models by Marianov,et al.(2001) in consideration of the influence of distance sensitivity and assignment to closest centers.Then the paper introduces the supernode algorithm by Serra,et al.(1992) to solve the model.The algorithm is divided into two stages,in which Lagrangian relaxation heuristic algorithm and ant colony algorithm are applied respectively.Moreover,taking the Fangshan District in Beijing as the area of the case study,with the goal of maximizing the total satisfaction of demand points,the paper realizes the hierarchical optimization allocation of the spatial relation between the 8 district-owned and 25 town-owned fire stations and 459 villages in Fangshan District,draws the allocation plan map,and proposes suggestions on the allocation of fire facilities of Fangshan District.The research can provide a method support for the scientific emergency management in small towns in China.

emergency facility location;fire facility;hierarchical optimization allocation;small town

樊運(yùn)曉(1969—)，女，博士，教授，主要從事風(fēng)險(xiǎn)管理與安全文化等方面的研究。E-mail：fanyxiao@cugb.edu.cn

1671-1556(2016)02-0096-06

2015-09-13

2016-01-20

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41430637)；河北省高等學(xué)校青年拔尖人才計(jì)劃項(xiàng)目(BJ201409)

陸相林(1977—)，男，博士，副教授，主要從事管理系統(tǒng)優(yōu)化與物流管理等方面的研究。E-mail：luxianglin1@126.com

X913；F224.3

A

10.13578/j.cnki.issn.1671-1556.2016.02.019