α-魯棒性危險品道路運輸應急資源配置模型

張冠湘，盧 敏，鐘慧玲，謝曉飛

（華南理工大學 經(jīng)濟與貿(mào)易學院，廣東 廣州 510006）

α-魯棒性危險品道路運輸應急資源配置模型

張冠湘，盧 敏，鐘慧玲，謝曉飛

（華南理工大學 經(jīng)濟與貿(mào)易學院，廣東 廣州 510006）

為了對不同應急設施點所需的應急資源種類和數(shù)量進行合理配置，降低危險品事故影響后果，從事前控制的角度，提出了α-魯棒性危險品道路運輸應急資源配置模型，計算出不同α-魯棒性水平下的不同種類應急資源的配置量。結(jié)果表明：通過構(gòu)建的模型，可以有效降低應急設施點的應急資源配置量，在一定程度上減少應急資源的經(jīng)濟浪費，實現(xiàn)應急資源的合理配置，驗證了模型的有效性和合理性，進一步為相關政府部門的應急管理決策提供有價值的參考。

危險品；α-魯棒性；道路運輸；應急資源配置

1 引言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，危險品運輸量逐年增加，由此帶來的危險品事故也層出不窮。據(jù)中國化學品安全協(xié)會公布的事故信息統(tǒng)計，2011-2013年我國共發(fā)生危險化學品事故569起，累計死亡638人，受傷2 283人[1]。2014年7月19日，湖南“7.19”違法裝載疑似酒精易燃品的廂式小貨車與大客車發(fā)生追尾事故，致使輕型貨車所運載的乙醇泄漏燃燒爆炸，造成54人死亡、6人受傷，直接經(jīng)濟損失5 300萬元。?；肥鹿示哂械透怕?、高危害的特性，一旦發(fā)生將會給人民群眾的生命、財產(chǎn)和環(huán)境帶來極大的損失，造成不必要的經(jīng)濟損失和社會影響。

應急管理是應對危險品突發(fā)事故的有效方法和手段，應急資源配置則是控制事故、盡量減少損失的基礎和保障。目前，國內(nèi)外學者已經(jīng)對應急資源配置問題進行較多的研究。Kolesar等最早地提出了將緊急車輛在消防公司中進行再配置的問題[2]。Fiedrich等建立了不同救災任務同時進行情況下的資源配置動態(tài)規(guī)劃模型[3]。Trevor等對應急點的選擇進行了研究，根據(jù)各個點可以存儲的資源量大小建立了定量模型[4]。Fiorucci等分析了火災發(fā)生前后的應急資源配置與調(diào)度情況，并建立了動態(tài)模型進行研究[5]。劉春林等分析了不同類型的消耗系統(tǒng)，對最小化應急資源的運輸時間問題進行了研究[6]。周曉猛等對應急資源配置過程進行階段劃分，構(gòu)建了優(yōu)化配置模型[7]。許建國等研究了應急資源需求的周期性變化規(guī)律，并提出了基于周期性需求變化的選址與資源配置模型[8]。張玲等通過分析每個場景可能發(fā)生的概率，確定不同場景下的資源需求量，并以此為基礎建立了相應的應急資源布局模型[9]。劉春林等對應急點到事故需求點所需時間的模糊性問題進行了研究[10]。曾傳華等考慮了運輸時間、運輸數(shù)量以及倉庫建設成本等方面的因素，建立了一個多目標的應急資源布局模型[11]。賈傳亮等對多階段滅火過程的消防資源布局進行了討論[12]。孫穎等建立了混合整數(shù)規(guī)劃模型對道路應急資源選址與配置問題進行了研究[13]。

從國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的分析中可以看出，目前的應急資源配置研究一方面著重于在已經(jīng)配置好的應急設施點上所做的再配置，一方面著重于不同應急設施點之間的資源調(diào)度。很少或者基本沒有涉及到應急設施點應急資源初始配置研究。因此，從新設置的應急設施點的角度出發(fā)，對相應的應急設施點應急資源的初始配置問題進行研究具有十分重要的意義。

為此，本文從實際出發(fā)，提出不同應急設施點可以滿足不同的應急救援需求的情況，針對應急資源需求預測的不確定性，構(gòu)建α-魯棒性的危險品道路運輸應急資源配置模型，通過估算出各個區(qū)域、各個應急設施點對應急資源種類和數(shù)量等方面的需求，最終從“事前救援”的資源配置角度實現(xiàn)對危險品道路運輸事故的應急管理，完善對危險品運輸事故的應急管理機制，進而為政府及相關監(jiān)管部門提供一定的參考和借鑒價值。

2 α-魯棒下的危險品應急資源配置模型

2.1 問題描述

應急資源配置問題，即合理地布置應急資源，是指對各個應急設施點在一定范圍內(nèi)所需資源的種類和數(shù)量的合理分配，第一類問題是解決路網(wǎng)中的哪些地方需要布局應急設施點，第二類問題是解決各個應急設施點需要配置多少資源，配置資源量是否合理的問題，本文研究主要針對第二類問題。因此，本文的應急資源配置問題轉(zhuǎn)化為在應急點上需要配置什么資源、配置的量有多少、配置的結(jié)果是否合理的問題。

應急資源配置是否合理的評判標準應當是應急點所儲備的應急資源盡可能地滿足對應區(qū)域內(nèi)一定時間范圍內(nèi)的救援需求。很顯然，此合理性包括對以下幾個方面的考量：

（1）對于給定的區(qū)域，估算在一定時間段發(fā)生相應事故概率的合理性；

（2）對于給定的區(qū)域，預測在一定時間段發(fā)生相應事故次數(shù)的合理性；

（3）對于給定的區(qū)域，對其所需的應急資源種類和數(shù)量預測的合理性。

另外，由于一個區(qū)域一定時間范圍內(nèi)的救援需求與該區(qū)域在相應時間范圍內(nèi)發(fā)生的危險品道路運輸事故數(shù)量和事故類型相關。基于此，本文將根據(jù)應急資源需求預測和不同區(qū)域發(fā)生事故的概率大小，建立α-魯棒性應急資源配置模型。

2.2 模型假設

根據(jù)對應急資源配置問題的描述，為研究的方便，本文所建立的應急資源配置模型做如下幾個假設條件：

（1）每個應急設施點可能對應多個區(qū)域。即：當事故發(fā)生時，一個設施應急點所負責救援的區(qū)域可能不止一個，可能有多個；

（2）不同的應急設施點之間不存在資源調(diào)度的情況。即：當事故發(fā)生時，假設每個應急設施點只在其負責的區(qū)域范圍內(nèi)實施救援，非其負責的區(qū)域內(nèi)發(fā)生事故時不產(chǎn)生救援行為；

（3）每個應急設施點都可以存儲足夠多的應急資源。即：不論分配多少應急資源給相應的應急設施點，該點都有足夠的空間存放這些應急資源；

（4）所有的應急設施點的初始應急資源量為零。即：假設在進行資源分配之前，該應急設施點沒有存儲應急資源；

（5）應急資源的配置以年為單位。即：以一年為周期對應急設施點所需的應急資源進行配置，假定每年年初各個應急點所擁有的應急資源量為零。

2.3 建立模型

根據(jù)應急資源配置問題描述和前提假設條件，為表述方便，本文假定應急設施點的位置有M個，共有N種資源需要進行配置，第n種應急資源的年供應量為Sn，各個點每種資源的實際需求量為可能發(fā)生的事故類型共有K種，用k來表示第k種事故類型。模型如下：

首先選擇一定區(qū)域內(nèi)一定時間范圍內(nèi)發(fā)生的各種類型的危險品道路運輸事故數(shù)作為基礎觀測樣本，為表述方便，本文假設共有A個區(qū)域共計Y年發(fā)生的K種類型的危險品道路運輸事故數(shù)，用表示區(qū)域a第y年發(fā)生第k種類型危險品道路運輸事故的事故數(shù)，則區(qū)域a第Y+1年的第k種類型的事故數(shù)為：

其中F(x)為預測函數(shù)，常見的預測方法有系統(tǒng)動力學預測、因果分析預測、灰色系統(tǒng)預測、時間序列預測等。根據(jù)現(xiàn)實數(shù)據(jù)的擬合特征，結(jié)合采集整理數(shù)據(jù)的特征，可以發(fā)現(xiàn)時間序列預測的基本特征與本處的數(shù)據(jù)特征契合程度最高，因此本文選擇時間序列方法對應急資源進行需求預測。

另外，可以以所有區(qū)域一定時間范圍內(nèi)所配置的各種類型的應急資源量和發(fā)生的事故數(shù)及事故類型為基礎，對每種類型的事故每發(fā)生一次所需要配置的應急資源量進行估計，則第k種類型的事故每發(fā)生一次所需的第n類應急資源的平均需求量為：

對于區(qū)域a第Y+1年發(fā)生第k種類型事故時對第n類應急資源的需求量為：

同時，在第Y+1年區(qū)域a對第n類應急資源的總需求量為：

由于每個應急點所負責的區(qū)域可能有多個（即M≤A），假設第m個應急點負責區(qū)間[ ] i,i+1,...,j所包含的區(qū)域，則在第Y+1年第m個應急點的第n種應急資源預計需求量為：

在現(xiàn)實情況中，往往會受到應急資源供應量等方面的限制，因此，本文需要定義應急點m需要達到的應急服務水平，則有：

其中，αm為設定的魯棒水平，即不同應急設施點所需的應急救援服務水平，0≤αm≤1，αm越小，模型的魯棒性越高。

綜上所述，應急資源配置模型為：

3 算例分析

現(xiàn)G市內(nèi)可以設立的應急點有5個，以Bi(i=1,2,3,4,5)表示各個應急設施點，每個應急設施點服務于G市不同的區(qū)域組合，通過調(diào)研，各個應急設施點對應區(qū)域的歷史事故數(shù)見表1。結(jié)合以上步驟和方法，通過移動平均法預測得知，2015年度B1、B2、B3、B4、B5所對應區(qū)域的預計需要救援的事故數(shù)分別為119，14，22，88，14。

表1 G市2009-2014年危險品道路運輸事故統(tǒng)計

表2 應急設施點救援事故數(shù)

根據(jù)消防局調(diào)研，普通消防站的應急資源分為偵檢、警戒、破拆、救生、堵漏、排煙照明等種類，本文以偵檢類應急資源為例，表3為偵檢類應急資源種類、名稱及用途。

表3 偵檢類應急資源分類與用途

在現(xiàn)實情況中，往往不可能達到百分百的應急救援水平，這就需要根據(jù)不同的應急救援水平配置不同的資源量。另外，從實際調(diào)研中了解到，α-魯棒性水平在0.1與0.2之間是可接受的水平。因此，本文分別取α=0.1和α=0.2兩種情況，根據(jù)調(diào)研的實際情況，取冗余系數(shù)β=10%，按照5個應急點的設立方式，根據(jù)以上預測結(jié)果，按照模型求解步驟，將上述數(shù)據(jù)代入2.3節(jié)中的模型求解可得不同α-魯棒性水平下的偵檢類應急資源配置量，見表4。同理，也可以求得其他類應急資源在各個應急設施點所需要的配置量。

從表4可以看出，在2015年的資源配置結(jié)果中，不同的α-魯棒性水平下應急點所配置的資源量也不同，α-魯棒性越高（也即α越小），所需達到的應急救援水平越高，應急點需要配置的資源量也越大。如果希望B1點的應急救援水平達到90%，則需要配置A1類資源157套、A2類29套、A3類20套、A4類5套，與應急救援水平為80%的情況下相比，分別多了18套、4套、1套、1套，這樣的結(jié)果與現(xiàn)實情況正好吻合。

將B1應急點2015年的資源配置情況（α=0.2）與2014年的應急資源配置量進行對比可以發(fā)現(xiàn)，在需求預測基礎上進行的2015年的資源配置結(jié)果中，各種類型的應急資源配置量均有所下降，與2014年相比，A1類資源少了20套、A2類少了4套、A3類少了3套，A4類資源配置量與2014年相持平。這表明在滿足一定應急救援水平的基礎上，通過本文所構(gòu)建的模型進行計算，可以有效地降低應急設施點的應急資源配置量，在一定程度上也減少了應急資源進行儲備時的經(jīng)濟浪費。

通過以上的對比分析可知，當給定一個需要滿足的應急救援水平時，結(jié)合相應地區(qū)的歷史事故數(shù)據(jù)，可以根據(jù)本文的模型，對相應的應急設施點未來一段時間內(nèi)需要配置的資源類型和數(shù)量進行計算，算例的求解結(jié)果也證明了本文所提出的模型的合理性和有效性。

表4 不同α-魯棒性水平下的偵檢類應急資源配置量（單位：套）

4 結(jié)論

（1）筆者針對危險品應急資源配置問題，提出了α-魯棒性應急救援服務水平的資源配置模型。在對應急資源需求進行合理預測的基礎上，計算出不同α-魯棒性應急救援服務水平下，不同應急設施點所需要配置的應急資源種類和數(shù)量。

（2）通過G市案例分析，結(jié)合歷史事故數(shù)據(jù)，以偵檢類應急資源配置為例，計算出2015年G市各個應急設施點不同的α-魯棒性水平下應急點所需要配置的資源量，驗證了模型的有效性和合理性。

（3）不足的是，在本文所建立的α-魯棒性危險品道路運輸應急資源配置模型中，要求針對每種事故所需的應急資源進行分類，也即每種事故都有與之相對應的應急救援資源。但在現(xiàn)實情況中，往往由于條件所限，負責危險品道路運輸事故救援機構(gòu)的信息化水平存在著參差不齊的情況，容易出現(xiàn)某些類型的數(shù)據(jù)未能及時得到記錄，這就會對模型求解結(jié)果的準確性造成一定的影響。因此，在將本文所提出的模型應用到實際管理活動中時，需要根據(jù)現(xiàn)實情況進行調(diào)整，不可生搬硬套。另外，還可以進一步探討更加適合危險品道路運輸事故特征的預測方法，這樣可以使得模型求解的結(jié)果更加科學、精確、可信，也有利于提高政府相關部門對危險品道路運輸事故的應急救援水平。

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Study on α-robust Hazardous Material Roadway Transportation Emergency Resource Deployment Model

Zhang Guanxiang,Lu Min,Zhong Huiling,Xie Xiaofei
(School of Economics&Trade,South China University of Technology,Guangzhou 510006,China)

In this paper,in order to reasonably deploy the right quantity of the needed emergency resources at different emergency facilities and reduce the consequences of the accidents involving hazardous materials,we proposed the emergency resource deployment model for the roadway transportation of the α-robust hazardous materials,calculated the optimal quantity of different categories of the emergency resources under different level of α-robustness and then through a case application,demonstrated the validity and effectiveness of the model.

hazardous material;α-robustness;roadway transportation;emergency resource deployment

U16；O141.4

A

1005-152X(2015)11-0056-04

10.3969/j.issn.1005-152X.2015.11.018

2015-08-16

中央高?；究蒲袠I(yè)務費資助項目（2015ZDXM06，2015ZQ08）；廣州市科技計劃項目（201510010194）；教育部留學回國人員科研啟動基金項目（x2jmB7130430）；國家社會科學基金項目（14BGL139）

張冠湘（1975-），男，湖南人，副教授，研究方向：港航物流、危險品物流；盧敏（1990-），通訊作者，女，重慶人，碩士研究生，研究方向：危險品物流、港航物流；鐘慧玲（1971-），女，廣東人，教授，研究方向：危險品物流；謝曉飛（1988-），男，廣東人，碩士研究生，就職于中國移動廣東省客服公司。