多目標規(guī)劃在應急物流中的應用綜述*

王 娟，聶 銳，閻薪宇

(中國礦業(yè)大學 管理學院，江蘇 徐州 221116)

0 引言

在2003年SARS危機的應急管理過程中，學者們發(fā)現(xiàn)應急物流的建設狀況對突發(fā)事件的解決有著重要影響，并在“5.12汶川大地震”、“3.1昆明火車站暴力恐怖事件”、“8.12天津港火災爆炸事故”等突發(fā)事件應急中得到進一步驗證。目前學界普遍從應急人員、物資、車輛調度等幾個方面進行相關應急物流優(yōu)化和建設方面的研究。為了加強突發(fā)事件的應急響應能力，突發(fā)事件發(fā)生前，應實現(xiàn)應急物資的需求預測、合理分類配置以及安全儲備等；而在突發(fā)事件發(fā)生后，如何進行應急物資的配送以及應急物流路徑的選擇，以便在最短的時間內實現(xiàn)有限應急物資的最大化效益，對降低突發(fā)事件的不良影響具有重要意義[1]。因此，為保障應急物資及人員運送的及時性和準確性，進一步完善應急物流體系及設施建設是十分必要的。

受突發(fā)事件應急響應特點的影響，應急物流體系及設施在建設過程中存在多個業(yè)務目標，包括最小化運輸時間和救援成本、最大化物資利用效率和事故發(fā)生地滿意度、最優(yōu)化應急救援人員及車輛運輸線路等多個方面。因此，將多目標規(guī)劃的方法應用于應急物流的體系建設以及設施完善過程具有重要的現(xiàn)實意義。

1 研究現(xiàn)狀

廣義的應急物流可以理解為：食品、住所和藥品等商品必須盡快從供應中心送往受災地區(qū)，以支持救援行動，幫助傷員。另外，重要或有害的物料必須從受影響的地區(qū)轉移到安全區(qū)域[2]。

由于應急物流的相關研究及建設起步較晚，同時往往受地域條件的影響，不同地方應急物流的規(guī)劃目標及建設情況存在差異，因此，通過對國內外現(xiàn)有研究成果的分析和總結，根據(jù)研究側重點的不同，將研究熱點分為：應急物資管理、應急設施選址、應急物流路徑規(guī)劃、應急物流集成化4個方面。

1.1 應急物資管理

應急物資在突發(fā)事件救援過程中及事后恢復中起著關鍵作用，既是救援物資又是保障性物資[3]。應急物資種類多，價格各有不同，需求量不一，存儲模式也有所差異[4]。

1.1.1 應急物資的分類問題

應急物資的分類研究以定性研究為主，而相關定量研究的方法主要是聚類分析。文獻[5]依據(jù)物資需求的優(yōu)先級，將應急物資分為：工程保障物資、工程建設物資、生命救助物資與災后重建物資4類；文獻[6]提出應急物資需求度的概念，以優(yōu)先級為橫坐標，需求度為縱坐標建立坐標軸；文獻[7]提出物資分類的投影尋蹤模型，在此基礎上，文獻[8]利用投影尋蹤動態(tài)聚類法將遺傳算法內的交叉算子與變異算子引入粒子群算法。

1.1.2 應急物資的需求預測

國內關于應急物資需求預測的研究起步較晚，案例推理和參數(shù)模型是目前主要的2種研究方法。

在案例推理方面，文獻[9]綜合運用案例推理、神經(jīng)網(wǎng)絡與模糊集理論，從而提高預測的精度與效度；文獻[10]基于最近相鄰法與粗糙集理論，獲得相似度最高的案例，從而進行應急物資需求量的預測。在參數(shù)模型方面，文獻[11]先利用支持向量機回歸算法創(chuàng)建人員傷亡預測模型，再利用庫存管理模型估算應急物資；文獻[12]解決了應急物資需求量的時間序列所存在的小樣本與震蕩性問題；文獻[13]則成功將建模對象從同質數(shù)據(jù)拓展到異構數(shù)據(jù)。

1.1.3 應急物資的儲備模式

應急物資儲備研究是當下業(yè)內的研究熱點之一。文獻[14]認為應急物資儲備不僅是政府的事情，每一個普通民眾都應該做好自己的儲備；文獻[15]提出政府和制造商針對不同的突發(fā)事件，應該建立合適的能力儲備來支持潛在的物資響應；文獻[16]針對庫存系統(tǒng)訂單問題，設計了1種啟發(fā)式算法，最大限度地減少預期庫存成本；文獻[17]認為應急物資儲備方式主要有實物、生產(chǎn)能力與合同3種；文獻[18]進一步提出政府緊急采購儲備包括生產(chǎn)力儲備與合同儲備；文獻[19]利用多供應商協(xié)同供給與多倉庫協(xié)同儲備，優(yōu)化應急物資的儲備形式；文獻[20]基于“響應期的物資短缺量影響恢復期的物資需求量”特征，創(chuàng)建1種基于跨周期的一體化最優(yōu)訂貨量的單周期庫存模型。

1.2 應急設施選址

受突發(fā)事件發(fā)生地、應急設施建設費用、應急救援的流通性等多方面問題的制約，應急設施的建立難以在短時間內完成。因此，應急設施選址建設是十分重要的。

1.2.1 應急物資儲備庫選址

關于應急物資儲備庫選址問題，以文獻[21-22]等基于確定模型的研究為主，考慮不確定因素的研究相對較少；文獻[23]考慮了服務災民的平均距離最短和新建設施的數(shù)量最少這2個目標；文獻[24-25]的理論基礎為隨機規(guī)劃理論，但該理論無法合理估計隨機變量的概率分布，為了解決這個問題，文獻[26]采用魯棒優(yōu)化的方法，將數(shù)據(jù)的不確定性用有界閉凸的集合來描述；無論是構建確定型、還是不確定型模型，均不能簡單地把需求域作為1個數(shù)學意義上的單獨點來考慮，為此，文獻[27-28]采用了需求域代替需求點的思想。

1.2.2 應急物流中心選址

當前主流的應急物流中心選址模型分為離散型與連續(xù)型選址模型，具體包括：需求量為區(qū)間數(shù)時的物流配送中心選址模型、不確定條件下供應鏈網(wǎng)絡的隨機規(guī)劃模型、多商品多借點的連續(xù)型物流設施區(qū)間決策選址模型、基于重心法的物流網(wǎng)絡區(qū)間結點決策模型。文獻[29]將上述模型分為傳統(tǒng)型選址模型與多目標決策模型2類，前者包括P中心模型、P中值模型與覆蓋模型等；后者包括模糊綜合評價法、層次分析法、數(shù)據(jù)包絡法、TOPSIS法等。

1.3 應急物流路徑規(guī)劃

突發(fā)事件爆發(fā)后，對各種救援物資的需求呈現(xiàn)倒U型，如何在需要的時間內實現(xiàn)應急物資的合理運輸和調配是十分重要的。

1.3.1 應急物資的配送問題

文獻[30]認為救災物資的供應與配送的時效性，在緊急情況下難以控制，而文獻[31]針對該問題，基于“最小化運輸時間與成本、最大化物資需求滿意度”的目標構建了多目標救災分配模型；文獻[32]將多目標規(guī)劃與模糊規(guī)劃結合運用到救災物資的應急運輸問題中；文獻[33]以忽略運輸成本與返回時間為前提，提出動態(tài)物資運輸模型，解決物資運輸延遲問題；文獻[34-35]以多運輸方式、多應急物資種類為目標，研究應急物資配送方案；文獻[36]在考慮地區(qū)之間物資分配公平性的基礎上，建立地區(qū)物資滿足量最大化和運送時間最小化的雙目標優(yōu)化模型。

1.3.2 救援車輛的路線優(yōu)化

文獻[33]在假設突發(fā)事件爆發(fā)地的物資需求確定的情況下，以人員施救及物資輸送時間最小化為目標，研究了多品種物資流通以及運輸車輛路徑優(yōu)化的問題；文獻[37]以最小化所有受災點的累計等待時間為目標，建立累計時間式多車場車輛路徑問題的模型；文獻[38]提出基于覆蓋限制的多目標應急車輛選址模型，利用模糊目標規(guī)劃等4種方法求解。

1.4 應急物流集成化

在實際的應急物流系統(tǒng)中，應急物資的儲備配送、應急設施選址建設以及救援車輛線路優(yōu)化等問題并非孤立存在。

1.4.1 虛擬應急物流

虛擬應急物流綜合了虛擬物流與應急物流的特點，實際意義在于獲取“1+1>2”的效果[39]。目前該方向的研究主要集中在組織體系的構建與量化模型的建設2個方面。文獻[40]基于投影尋蹤進行虛擬應急物流的風險分析與模型識別；文獻[41]則基于模糊動態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡提出多態(tài)系統(tǒng)的可靠性分析方法；文獻[42]則在上述的基礎上，利用Hobnic系統(tǒng)建模思想與貝葉斯網(wǎng)絡構建虛擬應急物流協(xié)同體系，并驗證了該體系的可靠性。

1.4.2 “定位—路徑”問題

從系統(tǒng)集成優(yōu)化的角度，對應急物資配送中心定位與救援車輛路徑選擇的聯(lián)合決策是提升配送效率的關鍵。文獻[43]以應急系統(tǒng)整體最優(yōu)化為目標，研究了應急資源需求和應急救援時間范圍均模糊的多目標“定位—路徑”問題；文獻[44]提出了1種以應急物資配送總時間最短和系統(tǒng)總成本最小為目標的需求模糊應急“定位—路徑”模型；文獻[45]以總成本最小為目標，建立應急物流“定位—路徑”模型；文獻[46]引入模糊機會約束理論，對應急物資的需求和單位運輸費用同時服從模糊分布的應急物流，進行“定位—路徑”問題研究，與之不同的是，文獻[47]將應急“定位-路徑”集成問題轉化為定位和路徑安排單個問題進行研究，采用拉格朗日松弛法，充分考慮需求時間窗和道路容量限制。

2 研究的局限性

受突發(fā)事件發(fā)生地的地域差別以及相關應急體系建設方面的問題制約，應急物流方面的研究受到一定的局限。通過分析，本文將有關應急物流方面研究的局限性進行總結。

2.1 應急物流組織體系和運行機制建設不完善

一方面，大部分地方政府沒有設置固定的應急救援組織機構和專業(yè)救援人員，事故發(fā)生后大多從各單位臨時抽調；另一方面，應急物資的采購、運輸、倉儲、調配、回收等均由不同單位承擔，難以形成良好的溝通及聯(lián)動機制，考慮到應急物流自身臨時性的特點，這種模式極易造成應急物資配送的混亂，影響突發(fā)事件發(fā)生地點應急物資需求的滿足。

2.2 應急物流的多目標結合不緊密

應急物流最核心的思想是在最短的時間內，最大限度地實現(xiàn)救援計劃，需要應急設施、人員、物資、車輛的配合。此過程涉及應急設施的選址建設、人員的抽調安排、應急物資的調運、車輛運輸?shù)木€路優(yōu)化等多個方面。因此，本文提到的多目標應急物流是指實現(xiàn)多個應急救援過程的最優(yōu)化，包括總體應急救援時間、總體應急救援損失等多個優(yōu)化目標，而非單個系統(tǒng)目標的最優(yōu)化。

2.3 未充分考慮應急物資需求的動態(tài)性

通過對已有研究的分析發(fā)現(xiàn)：部分研究中涉及的應急物資調運只是實現(xiàn)了調運物資的廣泛性和及時性，沒有考慮到時間的變化以及應急物資種類和調運方式的變化，這在一定程度上，浪費了相應的人力、物力成本，降低了物資救援的效率。

2.4 應急物流信息化程度較低

雖然我國已經(jīng)建立了不同程度的應急物流管理系統(tǒng)，但還沒有形成一個完整系統(tǒng)網(wǎng)絡或綜合管理平臺，應急物流的信息化程度仍然較低。突發(fā)事件發(fā)生時，指揮中心難以獲得全面而準確的數(shù)據(jù)信息，甚至出現(xiàn)信息不對稱的現(xiàn)象。因此，應急指揮部門很難準確地掌握所需應急物資的生產(chǎn)情況、分布情況以及物流狀況，難以實現(xiàn)有效指揮調度，從而造成不必要的損失和浪費。

3 研究展望

政府在進行應急物流及相關配套應急體系建設過程中，需要利用系統(tǒng)化思想，綜合考慮地域條件、現(xiàn)有應急體系建設水平等問題，重新規(guī)劃和配置應急物流資源，以實現(xiàn)各個環(huán)節(jié)整體效率的提升。

3.1 完善應急救援法律法規(guī)

我國已于2007年11月開始實施《中華人民共和國突發(fā)事件應對法》，并逐步推出了相應的突發(fā)事件總體預案，但以上法律和規(guī)范文件是從國家層面對突發(fā)事件處理的基本要求，各地政府還需在此基礎上，結合各地區(qū)的區(qū)域特點，建立完善的應急救援對策和應急預案體系。

3.2 建立完善的應急物流體系

各地方政府應當結合地方特點，成立應急救援中心，配備專業(yè)的應急救援人才，加強應急物資的采購、運輸、倉儲、調配、回收等的統(tǒng)一管理，具體如圖1所示。在綜合考慮可能發(fā)生的突發(fā)事件基礎上，建立相應的應急救援機制，完善應急物流體系的建設，以便從總體上提高突發(fā)事件應急物流的管理水平和響應能力。

圖1 應急物流組織結構改進Fig.1 Improvement organization structure of emergency logistics

3.3 加強應急物流多目標的結合

應急物流多目標的結合是指在進行優(yōu)化決策時，需要將應急物流建設的各個過程考慮其中，對各個流程建立相應的約束條件和規(guī)劃目標。通過統(tǒng)一規(guī)劃，實現(xiàn)總體救援時間最短化、救援效果最優(yōu)化、救援費用最小化等目標，如圖2所示。

圖2 應急物流建設多目標規(guī)劃Fig.2 Multi objective planning of emergency logistics construction

3.4 深入推進應急物流信息化建設

構建應急物流信息系統(tǒng)平臺以實現(xiàn)應急物流全過程的信息化管理；完善應急物流信息傳遞機制，突發(fā)事件的事前、事中、事后，尤其是現(xiàn)場處置，需要多部門聯(lián)動甚至多地區(qū)的協(xié)調合作；強化應急物流信息的披露和公共監(jiān)督力度，以進一步加強政府在應急救援過程中的公信力。

4 結論

1)通過文獻梳理，分析現(xiàn)有應急物流方面面臨的問題，包括：應急物流組織體系與運行機制不完善、多目標結合不緊密、未充分考慮應急物資需求的動態(tài)性、應急物流信息化程度低等。

2)針對目前應急物流研究存在的問題，提出改進建議，包括：完善應急救援法律法規(guī)，做到有據(jù)可依；建立完善的應急物流管理機制和基本設施，協(xié)調各環(huán)節(jié)功能；深入推進應急物流信息化建設，提高救援準確性；加強應急救援過程中多目標的結合，實現(xiàn)應急救援效率的最大化。

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