山東省公路交通應(yīng)急物資儲(chǔ)備研究

高立曉，趙子雪

（山東省交通科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250031）

引言

2018年，山東省公路通車總里程達(dá)到27.56萬(wàn)公里。高速公路通車?yán)锍掏黄? 000 km，達(dá)到6 058 km；普通國(guó)省道穿城路、瓶頸路改造穩(wěn)步推進(jìn)；新改建農(nóng)村公路1.8萬(wàn)公里。山東省公路發(fā)展在取得巨大成就的同時(shí)，相應(yīng)的公路交通安全也遇到氣象、地質(zhì)等災(zāi)害以及復(fù)雜行車條件的影響。橋梁、隧道、路基垮塌、路面破壞以及交通事故等突發(fā)事件的發(fā)生，嚴(yán)重威脅著公路建設(shè)、運(yùn)營(yíng)以及人民生命健康和財(cái)產(chǎn)安全。在應(yīng)急突發(fā)事件的處置過(guò)程中應(yīng)急物資儲(chǔ)備是保障應(yīng)急救援順利進(jìn)行的核心，因此必須做好應(yīng)急物資儲(chǔ)備工作，建立良好的應(yīng)急物資儲(chǔ)備保障體系，提升突發(fā)事件的救援科學(xué)性，盡可能地保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全。

1 山東省公路交通應(yīng)急物資儲(chǔ)備需求分析

1.1 區(qū)域環(huán)境特點(diǎn)

山東省位于東部沿海、黃河下游地區(qū)，自北向南依次與河北、河南、安徽和江蘇接壤，面積15.78萬(wàn)平方公里。地處溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，具有顯著的季節(jié)變化和季風(fēng)氣候特征，屬半干旱大陸性氣候。年平均降水量578.4 mm，最多年降水量為1 004.7 mm，最少年降水量為187.2 mm，降水分布東南部多于西北部，全年降水近70%集中在夏季。年平均氣溫為13.1℃，1月份最冷，平均氣溫為-4.5℃，寒潮頻繁、常發(fā)霜凍。

1.2 自然災(zāi)害的時(shí)間和地域分布特點(diǎn)

（1）冰雪分布。受氣候環(huán)境的影響，全省降雪結(jié)冰現(xiàn)象集中在冬季11月至來(lái)年3月，由于地形的特殊性，山東半島的雪量及結(jié)冰嚴(yán)重程度高于山東省內(nèi)陸地區(qū)，尤其是煙臺(tái)和威海。（2）暴雨分布。山東省多年平均年降水量的總體趨勢(shì)是由東南沿海向魯西北內(nèi)陸遞減；而全省暴雨極值的地區(qū)差異相對(duì)較小，且隨著歷時(shí)的增長(zhǎng)，地區(qū)差異也有所不同。（3）臺(tái)風(fēng)分布。一年中臺(tái)風(fēng)季一般以7～8月最為集中，約占94%；從地域分布來(lái)看，臺(tái)風(fēng)登陸地點(diǎn)為威海、青島、日照、煙臺(tái)4個(gè)沿海城市，但是青島、濰坊、日照、臨沂等受災(zāi)情況會(huì)較為嚴(yán)重。

1.3 應(yīng)急物資需求分析

根據(jù)山東省主要自然災(zāi)害的特點(diǎn)以及對(duì)公路交通造成的影響分析，應(yīng)急物資主要包括三大類：（1）公路搶通物資。包括瀝青、碎石、砂石、水泥、沙袋、鋼板、方墊木、木樁、鐵絲、鐵锨、編織袋、融雪劑、防滑料、錐形標(biāo)、吸油材料、警示標(biāo)等；（2）公路救援物資。包括方便食品、飲水、防護(hù)衣物及裝備、移動(dòng)照明、帳篷、棉被、燃料、安全標(biāo)志、鎬、錘、鋸、車輛防護(hù)器材及常用維修工具等；（3）其他物資（機(jī)械設(shè)備）。包括交通戰(zhàn)備鋼橋、交通戰(zhàn)備鋼橋架橋工具、挖掘機(jī)、裝載機(jī)、推土機(jī)、汽車吊、搶險(xiǎn)車、除雪車、清障車、平板拖車、照明燈車、標(biāo)志燈車、客車、應(yīng)急貨車、移動(dòng)發(fā)電機(jī)、移動(dòng)水泵、應(yīng)急救援車、沖鋒舟、撒布車等。

2 公路交通應(yīng)急物資儲(chǔ)備庫(kù)選址

2.1 應(yīng)急物資儲(chǔ)備庫(kù)選址影響因素分析

應(yīng)急物資儲(chǔ)備庫(kù)選址因素見(jiàn)圖1。

圖1 應(yīng)急物資儲(chǔ)備庫(kù)選址影響因素

2.2 應(yīng)急物資儲(chǔ)備庫(kù)選址模型構(gòu)建

2.2.1 模型假設(shè)條件

（1）應(yīng)急時(shí)效可靠。應(yīng)急物資儲(chǔ)備點(diǎn)能在要求的時(shí)間內(nèi)把應(yīng)急物資運(yùn)送到突發(fā)事件現(xiàn)場(chǎng)。（2）物資儲(chǔ)備充足。一個(gè)應(yīng)急儲(chǔ)備點(diǎn)儲(chǔ)備的物資至少可以應(yīng)對(duì)較大及以下公路交通突發(fā)事件應(yīng)急處置需要。

（3）在現(xiàn)狀基本能滿足應(yīng)急需求的情況下，盡量不移動(dòng)現(xiàn)有的應(yīng)急物資儲(chǔ)備庫(kù)。

2.2.2 選址問(wèn)題分析

因現(xiàn)有的應(yīng)急物資儲(chǔ)備點(diǎn)主要分布在公路站點(diǎn)、收費(fèi)站內(nèi)等公路沿線位置，因此在選址問(wèn)題分析時(shí)將應(yīng)急物資需求點(diǎn)和應(yīng)急物資儲(chǔ)備點(diǎn)抽象為分布于公路網(wǎng)上的若干個(gè)點(diǎn)，將整個(gè)公路網(wǎng)應(yīng)急物資儲(chǔ)備點(diǎn)選址的全局優(yōu)化問(wèn)題簡(jiǎn)化為局部路網(wǎng)或各路段的局部?jī)?yōu)化問(wèn)題。

2.2.3 模型建立

（1）生成供需可達(dá)矩陣

生成供需可達(dá)矩陣：設(shè)在某局部區(qū)域的路網(wǎng)上包含m個(gè)應(yīng)急需求點(diǎn)s1、s2、…sm和n個(gè)應(yīng)急儲(chǔ)備設(shè)施初選點(diǎn)d1、d2、…dn，則這m個(gè)需求點(diǎn)和n個(gè)初選點(diǎn)兩兩對(duì)應(yīng)就可以構(gòu)造出一個(gè)矩陣Am×n。在矩陣A中，若s1和d1之間的時(shí)間距離Tij小于等于應(yīng)急時(shí)限T，則元素aij取值為1，否則aij取值為0，此時(shí)，矩陣A就是由取值為0和1元素組成的供需可達(dá)矩陣。

Tij不僅和si和di之間的公路里程有關(guān)，還與連接二者的公路技術(shù)等級(jí)、交通量、交通組成等有關(guān)：

式中:Dij—不同線路之間的公路里程，km；Vij—相應(yīng)線路的平均運(yùn)行速度,km/h。

（2）建立0-1規(guī)劃模型

設(shè)定決策變量x1、x2、…xm為0-1變量：

該選址問(wèn)題的約束條件是每個(gè)需求點(diǎn)至少有一個(gè)儲(chǔ)備點(diǎn)可為其供應(yīng)應(yīng)急物資，優(yōu)化目標(biāo)是最終選取的儲(chǔ)備點(diǎn)數(shù)量最少。根據(jù)設(shè)定的決策變量，可將該問(wèn)題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)規(guī)劃模型：

2.2.4 模型求解

根據(jù)所建立0-1規(guī)劃模型的特點(diǎn)，采用分支剪支搜索法進(jìn)行求解，即從符合時(shí)限要求的儲(chǔ)備點(diǎn)最少的需求點(diǎn)開(kāi)始求解。得到可行方案后，一般只需選擇儲(chǔ)備點(diǎn)最少的方案，當(dāng)儲(chǔ)備點(diǎn)數(shù)量最少的可行方案有兩個(gè)或者兩個(gè)以上時(shí)，以各儲(chǔ)備點(diǎn)服務(wù)的需求點(diǎn)數(shù)量和公路里程最均勻?yàn)闇?zhǔn)則來(lái)確定最優(yōu)選址方案。

2.3 山東省公路交通應(yīng)急物資儲(chǔ)備庫(kù)選址分析

2.3.1 確定應(yīng)急物資儲(chǔ)備庫(kù)初選點(diǎn)和應(yīng)急需求點(diǎn)

以聊城市為例，現(xiàn)有公路交通應(yīng)急物資儲(chǔ)備庫(kù)位置作為選址的初選點(diǎn)，以實(shí)際發(fā)生過(guò)災(zāi)害的路段和地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)作為應(yīng)急物資儲(chǔ)備的需求點(diǎn)，見(jiàn)圖2。

2.3.2 建立供需可達(dá)矩陣

根據(jù)山東省公路系統(tǒng)突發(fā)事件應(yīng)急預(yù)案，突發(fā)事件發(fā)生后2 h內(nèi)要到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展道路搶通或事故處置工作。假設(shè)在公路上運(yùn)輸應(yīng)急物資的時(shí)間為1 h，同時(shí)假設(shè)應(yīng)急物資在高速公路上的平均運(yùn)送速度為90 km/h，在普通干線公路上的平均運(yùn)送速度為50 km/h。將各初選點(diǎn)與需求點(diǎn)之間的距離換算為時(shí)間，見(jiàn)表1。

圖2 山東省聊城市公路網(wǎng)應(yīng)急物資儲(chǔ)備點(diǎn)和需求點(diǎn)

表1 初選點(diǎn)和需求點(diǎn)之間的時(shí)間距離

根據(jù)表1時(shí)間，時(shí)間大于1的兩點(diǎn)之間的矩陣元素取值為0，時(shí)間小于1的兩點(diǎn)之間的矩陣元素取值為1，可得到該區(qū)域內(nèi)公路網(wǎng)的需求點(diǎn)和初選點(diǎn)的供需可達(dá)矩陣A。

2.3.3 模型求解

利用分支剪枝法進(jìn)行求解，最終得到聊城市目前的應(yīng)急物資儲(chǔ)備庫(kù)的建設(shè)基本是合理的，可以滿足需求點(diǎn)對(duì)應(yīng)急物資的需求，因此可以保持現(xiàn)有的布局不變。

用同樣的方法步驟對(duì)全省各個(gè)地市的應(yīng)急物資儲(chǔ)備庫(kù)的選址布局進(jìn)行計(jì)算分析，全省目前公路交通應(yīng)急物資儲(chǔ)備庫(kù)的選址都基本合理，特別是臨沂、青島、煙臺(tái)、濱州、淄博等地市應(yīng)急物資儲(chǔ)備庫(kù)分布較為均勻，理論上能覆蓋到所有的公路交通應(yīng)急需求；根據(jù)山東省自然災(zāi)害易發(fā)地區(qū)分布（魯中地區(qū)和膠東半島地區(qū)），省級(jí)交通戰(zhàn)備或國(guó)防應(yīng)急物資儲(chǔ)備庫(kù)分布在泰安、菏澤、煙臺(tái)、濟(jì)寧，選址較為合理；市級(jí)公路交通應(yīng)急物資儲(chǔ)備庫(kù)需加密。但是濰坊、日照、濟(jì)南、菏澤、棗莊等地市需要在高速公路服務(wù)區(qū)或者公路站點(diǎn)加密應(yīng)急物資儲(chǔ)備庫(kù)的建設(shè)，為應(yīng)急救援提供充足的物資保障。

3 公路交通應(yīng)急物資儲(chǔ)備方式

3.1 應(yīng)急物資儲(chǔ)備方式評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

應(yīng)急物資儲(chǔ)備方式評(píng)價(jià)指標(biāo)體系見(jiàn)圖3。

圖3 應(yīng)急物資儲(chǔ)備方式評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

3.2 應(yīng)急物資儲(chǔ)備方式確定方法

通過(guò)對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行分析與計(jì)算可對(duì)應(yīng)急物資進(jìn)行分級(jí)，根據(jù)應(yīng)急物資的等級(jí)選擇相應(yīng)的儲(chǔ)備方式。通過(guò)計(jì)算某種應(yīng)急物資的儲(chǔ)備綜合評(píng)定值，將不同范圍的綜合評(píng)定值劃分成三個(gè)儲(chǔ)備等級(jí)，根據(jù)不同的儲(chǔ)備等級(jí)選擇合適的儲(chǔ)備方式。

3.2.1 指標(biāo)定量化評(píng)價(jià)方法

指標(biāo)量化值是對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)不同重要程度的反應(yīng)，主要用于評(píng)估應(yīng)急物資儲(chǔ)備方式因素間相對(duì)重要程度。對(duì)于二級(jí)指標(biāo)，采用五標(biāo)重計(jì)算方法對(duì)各個(gè)指標(biāo)的重要性程度進(jìn)行量化比較，將二級(jí)指標(biāo)描述為五個(gè)等級(jí)，并對(duì)應(yīng)標(biāo)注1、3、5、7、9量化值。

3.2.2 指標(biāo)權(quán)重確定方法

采用G1綜合評(píng)價(jià)法確定應(yīng)急物資各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。

（1）對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)集x1……xn，依次選出最重要的指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)記，從而確定指標(biāo)間的相對(duì)順序關(guān)系。

（2）相對(duì)重要程度判斷。決策者或者專家依次對(duì)相鄰兩個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)x*k和x*k-1進(jìn)行相對(duì)重要性的判斷。

可按照表2進(jìn)行賦值。

表2 指標(biāo)相對(duì)重要程度

（3）權(quán)重系數(shù)的計(jì)算。

3.3 山東省公路交通應(yīng)急物資儲(chǔ)備方式確定

運(yùn)用G1法計(jì)算山東省公路交通應(yīng)急物資儲(chǔ)備方式各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重。選擇10名山東省公路建設(shè)、養(yǎng)護(hù)及應(yīng)急管理方面的專家，對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行排序和打分，一級(jí)指標(biāo)序列關(guān)系結(jié)果見(jiàn)表3。山東省公路交通應(yīng)急物資儲(chǔ)備方式評(píng)價(jià)的4個(gè)一級(jí)指標(biāo)重要性判斷見(jiàn)表4。一級(jí)指標(biāo)權(quán)重系數(shù)見(jiàn)表5。最終權(quán)重值見(jiàn)表6。

表3 指標(biāo)排序

表4 指標(biāo)相對(duì)重要程度

表5 指標(biāo)權(quán)重

表6 指標(biāo)權(quán)重

應(yīng)急物資綜合評(píng)價(jià)值：

式中：S—被評(píng)價(jià)物資綜合評(píng)價(jià)值；ωi— 一級(jí)指標(biāo)因素值；Ai— 一級(jí)指標(biāo)權(quán)重值；ωj— 二級(jí)指標(biāo)的評(píng)價(jià)量化值；bj—二級(jí)指標(biāo)權(quán)重。

綜合值與儲(chǔ)備方式對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表7。

表7 綜合評(píng)價(jià)值對(duì)應(yīng)儲(chǔ)備方式

根據(jù)綜合評(píng)價(jià)值計(jì)算方法計(jì)算得出的應(yīng)急物資儲(chǔ)備方式只能是一種，但是部分應(yīng)急物資需要多種方式聯(lián)合儲(chǔ)備，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)統(tǒng)籌考慮。

根據(jù)確定的應(yīng)急物資儲(chǔ)備方式，結(jié)合山東省公路交通實(shí)際，對(duì)公路交通應(yīng)急物資儲(chǔ)備方式進(jìn)行分類，見(jiàn)表8。

表8 山東省公路交通應(yīng)急物資儲(chǔ)備方式分類

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)山東省公路交通應(yīng)急物資儲(chǔ)備方式及選址進(jìn)行研究，幫助制定公路交通應(yīng)急物資儲(chǔ)備標(biāo)準(zhǔn)，助力提高山東省應(yīng)急救援的科學(xué)性，消除突發(fā)事件對(duì)公路交通造成的影響，減少甚至避免人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失。