基于多智能體的醫(yī)院船護(hù)理人力資源配置仿真建模研究

張倩，翁艷秋，陸小英，張玲娟

(海軍軍醫(yī)大學(xué)第一附屬醫(yī)院 護(hù)理部，上海 200433)

醫(yī)院船是遠(yuǎn)海作戰(zhàn)海區(qū)“快速反應(yīng)的衛(wèi)勤保障平臺(tái)”[1]，可極大滿足遠(yuǎn)海作戰(zhàn)條件下傷員留治及護(hù)理需求。護(hù)理人員作為醫(yī)院船實(shí)施傷員救護(hù)的重要力量，承擔(dān)著檢傷分類、緊急救治、手術(shù)配合、術(shù)后監(jiān)護(hù)和傷員留治后護(hù)理等工作，護(hù)理人員的精準(zhǔn)配置對(duì)提高傷員救治護(hù)理需求起到重要作用。當(dāng)前，我軍醫(yī)院船護(hù)理人力資源配置仍然建立在我海軍通常做法、演習(xí)訓(xùn)練抽組經(jīng)驗(yàn)以及專家論證的基礎(chǔ)上[2]，缺乏基礎(chǔ)性的系統(tǒng)規(guī)律研究?；诙嘀悄荏w建模的計(jì)算機(jī)仿真方法可關(guān)注系統(tǒng)的多主體性，有助于深入探索研究問(wèn)題的內(nèi)在規(guī)律，并可解決戰(zhàn)爭(zhēng)情境模擬困難的難題，目前已較多應(yīng)用于衛(wèi)勤作戰(zhàn)決策支持[3-5]。本研究首次采用多主體仿真建模技術(shù)還原戰(zhàn)時(shí)醫(yī)院船傷員護(hù)理模式，對(duì)護(hù)理人力資源配置進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，以期為護(hù)理人力配置優(yōu)化提供決策平臺(tái)和實(shí)證依據(jù)。

1 方法與步驟

1.1 基于多智能體的系統(tǒng)概念模型

1.1.1 系統(tǒng)邊界界定 本課題聚焦在醫(yī)院船護(hù)理人力資源配置策略的優(yōu)選，因此系統(tǒng)將傷員救護(hù)流轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)和邊界定位于分類后送組、手術(shù)組、重癥監(jiān)護(hù)組、重傷救治組、收容處置組、燒傷救治組等與護(hù)理內(nèi)容密切相關(guān)的功能組室，見圖1。

圖1 醫(yī)院船護(hù)理人力資源配置系統(tǒng)邊界圖

1.1.2 基于多智能體的系統(tǒng)概念模型 醫(yī)院船護(hù)理人力資源配置概念模型包含了護(hù)理人力資源配置主體框架和結(jié)局指標(biāo)兩大部分，見圖2。在護(hù)理人力資源配置主體框架中，包括3個(gè)異質(zhì)主體(護(hù)士、傷員、組織)和1個(gè)輔助主體(環(huán)境)。護(hù)士主體、傷員主體和組織主體，通過(guò)各自行為規(guī)則及與其他主體間的交互影響來(lái)調(diào)整護(hù)理人力資源的配置；環(huán)境主體作為輔助主體，對(duì)3個(gè)異質(zhì)主體的行為產(chǎn)生輔助影響，從而促進(jìn)護(hù)理人力資源配置的調(diào)整。護(hù)士、傷員、組織和環(huán)境4個(gè)主體間的行為交互構(gòu)成了醫(yī)院船護(hù)理人力資源配置的源動(dòng)力，也決定了醫(yī)院船護(hù)理產(chǎn)出指標(biāo)的水平。系統(tǒng)、全面分析各主體屬性、行為規(guī)律及主體間行為交互機(jī)制，實(shí)現(xiàn)護(hù)理供方和需方的擬合匹配，最終促進(jìn)護(hù)理產(chǎn)出指標(biāo)達(dá)到正性最大化，是醫(yī)院船護(hù)理人力資源配置優(yōu)化的重要策略。

圖2 醫(yī)院船護(hù)理人力資源配置系統(tǒng)概念模型

1.2 建模方法及軟件平臺(tái) 以Anylogic軟件作為構(gòu)建仿真系統(tǒng)的平臺(tái)，采用多主體建模方法，描述和分析不同主體行為對(duì)系統(tǒng)效果的影響，采用離散事件仿真對(duì)傷員在醫(yī)院船流轉(zhuǎn)過(guò)程進(jìn)行描述和呈現(xiàn)。

1.3 模型設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.3.1 智能體參數(shù)設(shè)置 模型參數(shù)包含護(hù)士、傷員、組織和環(huán)境4個(gè)智能體等參數(shù)，參考課題組前期研究成果和已有文獻(xiàn)成果進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。到達(dá)醫(yī)院船的傷員總數(shù)為400人，傷勢(shì)分類劃分為：輕傷30%～40%、中等傷30%～35%、重傷25%～30%[6]，手術(shù)率為傷員通過(guò)量的60%，手術(shù)類型分為大、中、小手術(shù)3類，3類手術(shù)比例為：1∶1∶1[7]。戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)長(zhǎng)和傷員產(chǎn)生時(shí)間為5 d，系統(tǒng)仿真模擬持續(xù)10 d，傷員到達(dá)服從泊松分布。為分析0級(jí)海況和4級(jí)海況下護(hù)理人力的優(yōu)化配置，將護(hù)士配置總數(shù)依次設(shè)定為45、54、77、89，各組室護(hù)士編配數(shù)量見表1。

表1 0級(jí)和4級(jí)海況下護(hù)士配置方案

1.3.2 觀測(cè)指標(biāo) 各功能組室護(hù)士利用率=滿足傷員護(hù)理時(shí)數(shù)的護(hù)士人數(shù)(最大值不超過(guò)該組護(hù)士總?cè)藬?shù))/護(hù)士人數(shù)，護(hù)理工作完成度(傷員護(hù)理服務(wù)獲得率)=24 h護(hù)士可提供的護(hù)理工時(shí)/傷員24 h護(hù)理時(shí)數(shù)。醫(yī)院船在護(hù)理人力資源配置過(guò)程中，應(yīng)綜合護(hù)理完成度和護(hù)理人力資源利用率兩方面考量，既要保證護(hù)理工作的完成，又要保證護(hù)理人員的作業(yè)強(qiáng)度。基于文獻(xiàn)研究、質(zhì)性訪談和專家論證，戰(zhàn)時(shí)醫(yī)院船護(hù)理工作完成度至少在80%以上，為防止護(hù)理人員在救治工作中出現(xiàn)疲勞作業(yè)，護(hù)士利用率不應(yīng)持續(xù)4 d以上超過(guò)80%。

1.3.3 主要函數(shù)和變量 仿真系統(tǒng)共包含各類參數(shù)17個(gè)、變量26個(gè)、方法23個(gè)、軟件插件14個(gè)。

1.4 仿真模型檢驗(yàn) 考慮到本模型內(nèi)容無(wú)法通過(guò)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)來(lái)擬合驗(yàn)證，故本研究利用模型重復(fù)運(yùn)行的輸出結(jié)果來(lái)驗(yàn)證模型有效性。模擬0級(jí)海況下運(yùn)行100次后，輸出結(jié)果的最大絕對(duì)誤差均可接受，表示模型穩(wěn)定性好。

2 結(jié)果

2.1 默認(rèn)方案仿真模擬運(yùn)行結(jié)果 默認(rèn)方案下系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果顯示0級(jí)海況下，除分類后送組外，其他各組從參戰(zhàn)初期(1～2 d)開始達(dá)到護(hù)理人力利用率和護(hù)理工作完成度的臨界值(80%)，并在隨后較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)未能得到有效的緩解，說(shuō)明各組護(hù)士數(shù)量不足。見表2、表3。

表2 默認(rèn)方案和方案A護(hù)理工作完成度(%)變化情況

表3 默認(rèn)方案和方案A護(hù)士利用率(%)變化情況

2.2 干預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果 與默認(rèn)方案相比，0級(jí)海況下運(yùn)行方案A后，各組室護(hù)理工作完成度均得到明顯提升，雖仍有組室護(hù)理工作完成度低于80%，但在1 d內(nèi)基本能得到有效緩解。各功能組室的護(hù)士利用率亦控制在可接受的范圍。見表2和表3。4級(jí)海況下，方案A(54人)無(wú)法滿足傷員護(hù)理需求。通過(guò)逐步實(shí)驗(yàn)結(jié)果，方案C在滿足傷員護(hù)理需求更為優(yōu)化，雖然各組室護(hù)理工作完成度和護(hù)士利用率仍存在不滿足臨界值情況，但都在可接受范圍內(nèi)，且在短時(shí)間內(nèi)能得到有效緩解。

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 當(dāng)傷員流入400人次時(shí)：0級(jí)海況下，方案A(54人)可滿足傷員護(hù)理需求；4級(jí)海況下，方案C(89人)可滿足傷員護(hù)理需求?；诖耍ㄗh在一般海域執(zhí)行作戰(zhàn)保障任務(wù)時(shí)，護(hù)士配置區(qū)間范圍為54～89人，各組室護(hù)士分布數(shù)量見表4。衛(wèi)勤指揮者和護(hù)理管理者可在該區(qū)間范圍內(nèi)確定最佳的人數(shù)。

表4 護(hù)理人力資源配置區(qū)間

3 討論

3.1 本研究開發(fā)仿真軟件的應(yīng)用前景 本研究首次將多主體建模和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)應(yīng)用到戰(zhàn)時(shí)護(hù)理研究領(lǐng)域，基于戰(zhàn)時(shí)醫(yī)院船護(hù)理人力資源配置概念框架，開發(fā)了具有開放面板、可視化、穩(wěn)定的仿真模擬系統(tǒng)，為提高我軍戰(zhàn)時(shí)護(hù)理管理科學(xué)化、精準(zhǔn)化水平提供了全新方法和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。下一步可將本護(hù)理系統(tǒng)模型引入當(dāng)前我軍醫(yī)院船海戰(zhàn)傷救治信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，通過(guò)傷員護(hù)理數(shù)據(jù)信息與其他醫(yī)療信息、衛(wèi)勤信息的融合，建立起更大范圍內(nèi)主體間的鏈接和反應(yīng)機(jī)制，如可根據(jù)海戰(zhàn)場(chǎng)規(guī)模、參戰(zhàn)部隊(duì)數(shù)量、作戰(zhàn)半徑、醫(yī)療資源配備、傷員轉(zhuǎn)運(yùn)條件等，預(yù)測(cè)并提前部署護(hù)理人力資源，并適時(shí)調(diào)整。

3.2 戰(zhàn)時(shí)醫(yī)院船護(hù)理人力資源配置系統(tǒng)的多主體性 戰(zhàn)時(shí)醫(yī)院船護(hù)理人力資源配置系統(tǒng)具有復(fù)雜適應(yīng)性系統(tǒng)的聚集性、非線性、多樣性等特性，是一個(gè)典型的多主體復(fù)雜適應(yīng)性問(wèn)題。在課題組前期研究基礎(chǔ)上，本研究構(gòu)建的系統(tǒng)納入護(hù)士、傷員、組織和環(huán)境4個(gè)主體，主體間的行為交互會(huì)實(shí)現(xiàn)各主體狀態(tài)的改變。因此，護(hù)理管理者在人力編配時(shí)，應(yīng)綜合考慮多個(gè)主體狀態(tài)及指標(biāo)參數(shù)，通過(guò)提前對(duì)戰(zhàn)爭(zhēng)類型、作戰(zhàn)天數(shù)、作戰(zhàn)減員趨勢(shì)、功能組室床位配置、海域海況、后送保障等多因素的預(yù)判，從而確定護(hù)理人力資源配置的最優(yōu)方案。

3.3 不同海況下護(hù)理人力資源配置存在差異 本研究通過(guò)4輪干預(yù)實(shí)驗(yàn)，逐步調(diào)整0級(jí)海況和4級(jí)海況下不同功能組室的護(hù)士數(shù)量，結(jié)果顯示，兩種海況條件下護(hù)理人力配置方式存在明顯差異。由于海況的多變性和反復(fù)性，本次實(shí)驗(yàn)課題組考慮僅采用特定海況下的護(hù)士編配方式會(huì)出現(xiàn)人力不足或過(guò)剩情況。為提高護(hù)理救治工作的應(yīng)對(duì)彈性，建議一般海域中護(hù)士配置數(shù)量應(yīng)結(jié)合兩種海況下配置方式進(jìn)行設(shè)定，護(hù)士配置數(shù)量區(qū)間范圍為54～89人。此外，重癥監(jiān)護(hù)組、燒傷救治組和手術(shù)組床位數(shù)量不足，且通過(guò)調(diào)整各組室護(hù)士數(shù)量無(wú)法有效改善床位等待情況，提示管理指揮部門應(yīng)考慮進(jìn)一步優(yōu)化相應(yīng)組室的床位編配。

3.4 本模型結(jié)論的信度 本研究采用模型與美軍編制實(shí)際對(duì)比的方法分析結(jié)論的信度。美軍醫(yī)院船(“仁慈號(hào)”)留治床位1000張，美軍在歷次戰(zhàn)爭(zhēng)歷史數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)上，編配護(hù)理人員168人，并根據(jù)傷員傷勢(shì)設(shè)定功能組室的床護(hù)比，ICU病房約2～3∶1，普通收容病房為6～10∶1[8～9]。本研究以我軍戰(zhàn)爭(zhēng)減員數(shù)據(jù)作為背景想定，模擬了400人次傷員流入，在得到的優(yōu)化方案中，重癥監(jiān)護(hù)組和燒傷重癥床位的床護(hù)比在2～4∶1，收容處置組的床護(hù)比在4～10∶1，與實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)較為豐富的發(fā)達(dá)國(guó)家的實(shí)際編配具有較好的一致性。此外，分析本研究結(jié)論中床護(hù)比比美軍實(shí)際編配略高的原因，可能與本研究中未納入?yún)f(xié)助性工作所需護(hù)理人力有關(guān)。

3.5 下一步研究方向 由于研究時(shí)間和精力限制，為了便于仿真模擬，本次研究對(duì)模型主體做了部分簡(jiǎn)化和假設(shè)，還需在未來(lái)演訓(xùn)實(shí)踐中不斷驗(yàn)證、完善和優(yōu)化；同時(shí)，本次研究成果僅提供了與傷員護(hù)理直接相關(guān)的護(hù)理人力預(yù)測(cè)，未考慮其他崗位、其他協(xié)助性工作所需護(hù)士人數(shù)。在今后研究中，可以考慮將此部分內(nèi)容納入，使其更加貼近真實(shí)系統(tǒng)。