应急救援中应急物资需求紧迫性分级研究

王 婧，王海军

华中科技大学 管理学院，武汉 430074

1 引言

近年来，各种类型突发公共事件的频繁发生，越来越引起国内外学者对应急管理的关注。在应急管理中应急物资的有效保障是决定其成败的关键因素之一[1]。要使应急物资有效地发挥应急救援作用，就必须考虑应急救援过程中应急物资的不同时间效用价值。由于应急救援过程中不同时间阶段，对应急物资的需求种类不同，这使得不同应急物资时间效用价值存在差别；而且应急救援中运力往往不足，尤其是面向大规模突发事件的救援，无法同时调配所有需要的应急物资，因此必须考虑根据应急物资时间效用价值，对应急物资的需求紧迫性分级，确定应急物资的需求紧迫度，以便优先调度具有更高需求紧迫性的物资，使应急物资的时间效用价值最大化，提高应急救援的效率效果。

现有关于应急物资需求紧迫性分级的研究文献很少。夏萍和刘凯[2-3]利用概率神经网络和支持向量机建立了应急物资分类模型，两篇文章都是以物资的重要性、时效性和缺口程度三个因素作为物资需求分级的评价标准。霍达和吴耀华[4]指出现有的应急物资分类方法的优缺点，并根据应急物资在“应急”过程中物资的优先级将应急物资分为生命救助物资、工程保障物资、工程建设物资和灾后重建物资四类，但是分级原则以主观判断为依据。刘佳等[5]和杨静等[6]针对突发事件的级别进行研究。文献[7-10]建立应急物资调度模型时，考虑了应急物资需求紧迫度，并直接主观赋值，而没有对应急物资需求紧迫度的确定方法进行说明和研究。因此，本文提出基于模糊综合评判方法的应急物资需求紧迫性分级方法，该方法同时可确定需求紧迫度的值，方法简便实用。

模糊综合评判决策方法是一种对多因素影响的具有模糊性的事物做出全面评价的十分有效方法[11]。应急物资的需求紧迫性程度受到多个因素的影响，同时需求紧迫性程度又具有很大的模糊性。这两个特点决定了应急物资需求紧迫性分级问题非常适合用模糊综合评判方法处理。现有的相关研究中，还未见到用该方法来解决应急物资分类分级问题的研究。因此，本文拟采用模糊综合评判决策方法，研究应急物资的需求紧迫性分级问题，以便为科学决策应急物资调配，提高应急物资配送救援的效率效果提供决策依据和支持。

2 应急物资分级的必要性

为提高应急救援效率效果，需要根据应急物资的需求紧迫性对应急物资分级。具体而言，主要有以下4个方面的原因：（1）应急救援的不同相应阶段，需要的应急物资在种类上存在差别。这导致应急救援不同阶段对应急物资的需求有不同的紧迫程度，这是一个客观存在的情况。因此，不能盲目追求所有物资都第一时间送达需求点，需要分阶段有针对性地配送应急物资。（2）应急救援初期，资源是有限的，尤其运输能力是有限的，往往无力将所有需要的应急物资都一次送达需求点，这也要求人们根据需要将应急物资分级，按优先级实现应急物资的及时供应。（3）防止应急救援中资源浪费。如果不分先后的调度应急物资，导致某些需要的应急物资没有及时送达，而不紧急需要的物资占用了空间时间等资源，却没有更好利用，造成资源浪费的问题。（4）充分发挥应急物资时间效用的差异性，并提高应急救援的效率效果，也需要人们根据需求紧迫性对应急物资进行分级。总而言之，根据需求紧迫性对应急物资分级是合理且必要的。

3 基于模糊综合评判的应急物资分级

模糊综合评判方法以模糊数学、模糊线性变换原理为基础，考虑需要评价事物的各个评价指标因素，并确定每个因素上对评价层级的归属程度，通过模糊合成对事物做出合理的层级评价。从需求紧迫性角度，应用模糊综合评判方法进行应急物资分级，首先需要确定影响应急物资需求紧迫性的因素集。

3.1 确定影响需求紧迫性的因素

突发事件发生后的应急救援过程中，受灾点对应急物资的需求是存在轻重缓急的。而影响应急物资的需求紧迫性的因素也不是单一的。根据应急物资的特性和突发事件的特点，影响应急物资需求紧迫性的因素包括三个方面：供应不足生命危害程度、应急物资缺口程度和不可替代程度，如图1。

图1 影响应急物资需求紧迫性的因素

供应不足生命危害程度是指应急物资供应不及时不充分时，带来的受灾人员生命安全的威胁程度。不同的应急物资对人体生命维持的重要性是存在差异的，如食品药品类物资的缺少可能在很短时间内立刻导致死亡，而建筑生活类物品的缺少对生命安全的损害就非常微小，如手电筒、收音机，因此物资在供应不足时对人体生命安全的危害程度，可以用来判断该物资的需求紧迫性。供应不足包括时间上的不及时和数量上的不充分。物资供应不足对应急救援生命救助的危害程度越大，应急物资需求紧迫性越高。

应急物资缺口程度是指灾害发生后的应急救援当下，灾区对某种应急物资的需求的综合缺口程度。该因素可以从两方面来综合判定，即物资未满足量和未满足率。有时有些物资的未满足量比较小，但是它的未满足率很高；有时物资的未满足量比较大，而由于该物资总的需求量也比较大，使得它的未满足率不是那么高。这表明未满足率和未满足量之间不存在直接的正负相关性，因此需要专家决策时根据具体物资对两方面进行综合，以判定该应急物资的缺口程度。一般而言，应急物资的缺口程度越大，该应急物资的需求越紧迫。

不可替代程度是指应急救援中，某应急物资不能用具有同等救援功能或效果的应急物资替代的程度。应急物资不可替代的原因包括两个方面：一是该物资的作用或者功能独一无二，无法用其他物资替代，如某些特定作用的药品；二是灾区已有可用于替代该物资的物品的数量和比率也影响应急物资的不可替代程度。因此决策专家在确定某种应急物资的不可替代程度时，也需要综合上面两个方面的原因，以便综合评定。应急物资不可替代程度越大，其需求紧迫性也越大。

上面三个因素形成一个因素集，它们共同决定了应急物资的需求紧迫性程度。在应急物资需求紧迫性决策时需要综合考虑这三个因素，但是各个因素对需求紧迫性程度贡献上可能不一样，也就是说，具有不同等的权重。因此，需要进一步确定各影响因素的权重的计算方法。

3.2 确定影响因素权重的方法

影响应急物资需求紧迫性的因素集有三个因素。本文采用最小平方和法确定各因素的权重。最小平方和法以决策者的判断矩阵为基础，简便实用。

确定影响因素权重具体有两步：

（1）决策者按照Saaty标度两两比较各属性的重要性关系，建立判断矩阵A。

其中aij表示第i个因素与第 j个因素的相对重要程度；wi表示第i个因素的权重。它们之间具有如下关系：aij≈wi/wj。因素间两两比较的Saaty标度表，见表1。

由上述公式可知判断矩阵具有互反性，即：aij=1/aji。

（2）利用误差平方和最小，求出权重(w1,w2,w3)，即建立如式（2）的优化模型：

表1 两两比较的Saaty标度表

通过构造拉格朗日函数L来求解这个优化问题。构造的函数如下：

其中，λ是拉格朗日乘子。

L对wl求偏导数，并令其为0，其中l=1,2,3，得到四个代数方程，其表达式如下：

3.3 应急物资需求紧迫性分级的步骤

模糊综合评判应急物资分级包括以下6个步骤：

步骤1确定影响应急物资需求紧迫性的因素集U=(u1,u2,…,un)。根据2.1节的内容，本文的影响因素包括三个，分别是供应不足生命危害程度、应急物资缺口程度和不可替代程度。所以n=3。

步骤2确定评判应急物资的层级标准集合V=(v1,v2,…,vm)。m表示应急物资分成的层级数，即分级数。本文确定 m=3，即采用3级标准：I级（紧急）、II级（严重）、III级（一般）。这三个层级都是模糊集。体现了模糊评判的模糊性，也是区别与其他分类方法的显著标志。

步骤3确定影响因素的权重系数W=(w1,w2,…,wl)。本文中l=3按照3.2节中的方法确定三个影响因素的权重。

步骤4计算单因素评判矩阵（隶属关系矩阵）R。

本文中矩阵R有三行三列。rij表示U中因素ui对应于V中的vj的隶属度，即某种应急物资在ui这个因素上能被评为vj层级的隶属度。因此，单因素评判矩阵的确定构成了模糊综合评判决策的基础。

步骤5通过合成算子，将W与R模糊合成，从而得到每种应急物资K的评价向量Bk，其中Bk=(b1,b2,…,bj)，j=1,2,…,m，然后确定应急物资K的模糊类别。

本文的合成算子见公式（6）所示。运用公式（6）来进行模糊合成，可以得到每种应急物资的评价向量Bk=(b1,b2,…,bj)，j=1,2,…,m。然后，从评价向量Bk=(b1,b2,…,bj)中，找出最大的bj，该最大值对应的层级标准，即为该应急物资的所属的模糊层级。本方法既考虑了多因素修正作用，也兼顾了主要因素的主导，从而得到应急物资与各评判集的模糊关系，并确定应急物资所属的模糊层级。

步骤6给定每个层级标准vj一个紧急度分值qj，利用公式（7）得到每种应急物资k的需求紧迫度 pk的值。

通过本方法既得到了每种应急物资的需求紧迫性层级，也得到了每种应急物资的需求紧迫度，真正为应急调度科学决策提供技术支持。

4 算例分析

某地突发地震，需要紧急供应所需应急物资，包括食品、瓶装水、医用药品、液压剪、棉衣、帐篷、挖掘机、五金器具、水泥、铁锹10类物资。因运力受限，同时为提高应急救援的效率，需要对应急物资分类分级，优先配送高级别应急物资。应急专家对影响应急物资需求紧迫性的因素（供应不足生命危害程度、应急物资缺口程度和不可替代程度）依据Saaty标度进行两两比较，得到判断矩阵A，再利用最小平方和法求得，各因素的权重w=(0.54,0.28,0.18)。

决策者根据突发事件的实际情况，确定每种应急物资的单因素评判矩阵（见表2），与各因素的权重进行合成运算后，得到每种应急物资的评价向量，如表3。从表3看出，食品、瓶装水、医用药品、液压剪和挖掘机属于紧急类；棉衣和帐篷属于严重类，五金器具、水泥和铁锹属于一般类。设决策者给定三个紧迫层级的紧急度分值，分别为紧急级为30、严重级为20和一般级为10。经计算得到每种应急物资的需求紧迫度：食品为26.06、瓶装水为29.44、医用药品为30、液压剪为29.44、棉衣为19.82、帐篷为18.26、挖掘机为24.08、五金器具为12、水泥为15.1、铁锹为10.64。

由本算例可见，通过模糊综合评判方法，有效地将应急物资按照需求的紧迫性进行了分级，并给出每种应急物资的需求紧迫度的值，从而，在运力有限情况下，决策者可以根据应急物资的需求紧迫性层级和需求紧迫度的值，充分利用有限资源，科学统筹调度每种应急物资，提高应急救援的效率效果，实现应急资源效用最大化。

表2 10种应急物资的单因素评判矩阵

表3 应急物资的评价向量

5 结束语

突发事件发生后同一和不同应急时期，同一和不同需求点对应急物资的需求都存在轻重缓急之分。特别是当应急资源有限，应急运输能力受约束时，尤其需要确定应急物资的需求紧迫性程度，对应急物资的需求紧迫性进行分级，以便合理安排应急物资调度，提高应急救援效率。抓住应急物资需求紧迫性的模糊特性和受多因素影响的特性，提出了基于模糊综合评判的应急物资需求紧迫性分级方法，将应急物资紧迫性分为三个层级：紧急、严重和一般，同时，可以计算应急物资紧迫度的值。从而决策者可根据具体应急情况，有选择性地先后调度应急物资，提高应急救援效率效果，实现应急物资时间效用最大化。仿真算例表明了方法的可行性和有效性。

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