基于情景分析的生产安全事故应急物资的协调储备优化研究*

门　红，王　晶

(1.国家安全生产应急救援指挥中心，北京 100713；2.北京工商大学 商学院，北京 100048 )

0　引言

近些年，随着我国国民经济的快速发展，生产安全事故时有发生，不但造成了严重的人员伤亡，而且带来巨大的财产损失。2016年，全国发生各类生产安全事故6万起、死亡4.1万人，虽然同比分别下降5.8%和4.1%，但是生产安全事故整体形势依然十分严峻[1]。在生产安全事故发生后，良好的救灾物资供应是挽救损失的关键因素之一。因此，众多学者针对生产安全事故应急物资储备的优化进行了研究。郑宏凯等[2]分析了近年来我国发生的几次重大生产安全事故，指出企业仅靠自身的实物储备，远不能满足应对严重突发事件所带来的应急物资需求，并提出必须充分发动社会力量，建立实物储备和生产能力储备相结合的应急物资储备体系；马新等[3]提出建立全社会应急物资储备体系的若干重要问题，并指出目前定量研究仍旧偏少；卢少平等[4]认为生产安全事故应急物资储备的社会化是对当前应急物资储备体系的有益补充，能够弥补当前企业自身储备体系中存在的不足；张旭凤[5]分析了目前应急物资分类体系,在应急物资分类体系中引入物资采购的优先级,确定不同类别应急物资的采购策略；张红[6]从法律、法规以及应急物资管理方面，指出我国生产安全事故应急物资储备管理方面存在的问题，并提出企业间联合储备的2种方式—实物储备与生产能力储备；M.J.Egan[7]根据灾害社会学、合同法理学、组织理论等方面的原理，分析在应急资源储备或救援过程中，国家与企业联合储备方面的优点与风险所在；D.C.Whybark[8]将应急物资的生产能力储备称为“社会库存”，因为有些物资在救灾时消耗量巨大且储存费用较高，不宜实行大规模的实物储备。

在以上协议储备模式研究的基础上，一些学者提出了实现企业间协议储备的具体方式。刘利民[9]提出要实现储备网络开放化，建立物资的社会动员机制，对不易存储的应急物资，可采取与生产厂家签订协议的方式；B. Balcik等[10]分析了物资储备与供应中, 国际救援组织、政府、军队、地方救援组织以及企业间的合作与协调机制；蒲松林[11]提出，对于不易长期保存或者是需求数量可能庞大的应急物资，与相关厂商签订紧急采购合同，便于突发事件发生后的物资生产和调运；李季梅等[12]指出，应急物资的保障是应对突发事故的关键所在，随着应急处置的进行，大量的应急物资不断消耗，及时有效的资源补偿显得尤为关键；王建光等[13]根据应急物资供应的时效性、供应能力、供应来源、占用资金等特点，提出针对于不同类型特点的应急物资的储备对策，即可以实施实物储备和生产能力储备结合的策略。同时，为了解决应急物资储备仓库的选址问题，A. R. Akkihal[14]考虑了一个非政府组织的应急仓库选址问题, 利用混合整数线性规划来优化最初救援阶段所需的非消耗性物资的存储地点；B.M. Beamon[15]应用扩展的最大化覆盖模型，优化人道主义救援中应对突发灾害的设施选址，满足灾害后灾民的物资需求；S. Duran等[16]假设在1个库存周期内，可能发生多个灾害的条件和灾害类型，并以历史上发生的典型灾害作为实例,建立混合整数规划模型来求解应急仓库选址问题。综上所述，以上这些选址模型仅考虑了单一储备方式，缺少协调储备模型下的选址优化研究，本文即是针对此问题，对协调储备应对策略进行分析，提出一个具有广泛应用意义的生产安全事故应急物资协调储备体系，然后通过对实物储备场所和协议企业的选址及物资配置进行优化，进一步完善和优化生产安全事故应急物资的协调储备设计。

1　生产安全事故应急物资储备设计

突发事件的发生具有突发性的特征，往往导致应急物资的需求不确定，甚至会出现对应急物资需求的短时间大幅增加。因此，显而易见的是，事前开展企业间合作的储备形式，在应急物资需求的数量、质量与结构等方面，均要优于事故中紧急采购、紧急组织生产等物资储备方式。但是，在应对突发事件，尤其是非常规突发事件时，紧急采购依旧起到至关重要的作用。所以，为了更好地应对生产安全事故，需要将事故中的协议企业储备采购和企业日常应急物资实物储备相结合，构成生产安全事故应急物资的储备体系，如图1所示。

图1　生产安全事故应急物资储备设计Fig.1　Reserve system of emergency materials for manufactureacc

1.1　生产安全事故应急物资储备方式的适用性分析

根据各种应急物资生产、储备、消耗、需求等特征，对本文提出的生产安全事故应急物资储备方式适用性进行如下分析。

1)对于时效性要求高的应急物资，以及需求量大而市场保有量少、非消耗性的应急物资，企业应采用实物储备的方式进行储备。

2)对于时效性要求不高且供应周期较短、市场供应充足的应急物资，可以采用协议生产企业实物储备以及销售企业的实物储备为主，紧急采购、紧急组织生产方式为补充的方式进行储备。

3)对于价格高、使用频率低、有特定供应来源的应急物资，可采用事前登记、事后再根据登记记录，以借用方式进行储备，此种形式的应急物资储备可看作广义的协议企业实物储备形式。

4)对于需求量大、消耗快、保质期长的消耗物资，应采取实物储备形式为主要形式的储备策略。

1.2　生产安全事故应急资源储备模式分析

为了满足生产安全事故的应急物资需求，企业应与其他企业签订合作协议，而将协议企业纳入到自身应急资源储备体系中。其中，协议企业包括：应急资源的生产企业和销售企业，协议生产企业可以进行应急物资的紧急生产，协议销售型企业可以对需求方紧急补充物资。

在这样的条件下，应急资源可以通过以下2两种方式进行存储：

1)实物储备

实物储备是指在企业内部的储备场所中，进行实物储备存储，储备场所包括：大型应急资源储备库和小型应急资源储备站点，对于常备事故应急物资(如火灾事故中使用的消防用水、消防沙等)多采用实物储备方式存储。

2)生产能力储备

生产能力储备是指与外部协议企业合作，在事故后进行应急物资紧急生产，这样使应急资源的储备更为分散，减轻了企业自身的物资储备成本压力，一般对于临时事故应急物资(如饮用水、食品等)多采用生产能力储备方式存储。

总结以上2种不同的储备方式，其各有特点，对比分析如下：

1)从物资响应速度来看，实物储备为企业管理部门直接管辖，便于管理和调动，响应速度较快；相反，由协议企业紧急生产出的应急物资需要一段时间后才能投入救灾，相比实物储备物资其响应速度则较慢。

2)从适用的应急物资类型来看，实物储备适用于可长时间保存，且储存成本较低的物资；而生产能力储备适用于保质期较短，储存成本很高，但社会生产能力大的物资。

3)从物资管理的角度看，实物储备管理成本高，资源轮转率低，部分资源容易过期从而造成浪费；而生产能力储备能够降低企业自身对物资的管理压力，节省前期储备投资，保征生产安全事故发生时物资的新鲜度。

综上，实物储备和生产能力储备各有其优点和适用条件，在实际情况下，企业应考虑对2者进行选址与配置的集成优化，以便更好应对生产安全事故。

2　应急物资储备的选址与配置集成优化模型

在已构建的应急物资协调储备体系基础上，进一步研究2种储备方式的协调优化方法，以火灾扑救为例，利用离散情景表示生产安全事故发生的不确定性，分析解决生产安全事故应急物资社会化储备中的选址与配置问题。模型假设有2种物资，即突发事故应急物资和常备事故应急物资，使用情景生成方法，生成大量的事故情景，并通过数学模型求解，对2种物资的储备选址与配置进行决策优化。假设存在2种生产安全事故应急物资，即物资1和物资2，分别代表高时效性物资和低时效性物资，企业对其实行实物储备和生产能力储备相结合的方式进行存储。

(1)

s.t.

IGj·vol1≤capj·Zj,∀j∈P∪Q

(2)

ICj·vol2≤capj·Yj, ∀j∈M

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

Zj∈{0,1}, ∀j∈P∪Q

(8)

Yj∈{0,1}, ∀j∈P∪Q

(9)

IGj≥0, ∀j∈P∪Q

(10)

ICj≥0, ∀j∈P∪Q

(11)

式(1)为目标函数，优化目标为应急物资存储总费用最低，其中总费用包括：场地建设固定费用和存储成本2部分；式(2)和式(3)分别为实物储备库(站)容量和协议企业物资生产能力的上限约束；式(4)和式(5)分别为2种物资的实物储备量的需求约束，即实物储备量至少大于协议企业新生产物资到来前的物资需求量，进而保证物资供应的持续性；式(6)和式(7)为2种物资的总需求量约束，总需求由实物储备物资和生产能力储备物资共同满足；式(8)和式(9)为0-1变量约束；式(10)和式(11)为非负性约束。

3　算例分析

图2　储油罐数量及位置示意Fig.2　The number and position of oil tank

以某大型企业对火灾的事故应急物资储备为背景设计算例。如图2所示，假设某区域内有3个石油储罐存储地点A，B，C。其中，A地设有1个10 000 m3的储油罐，B地设有1个100 000 m3的储油罐，C地设有10个100 000 m3的储油罐。储油罐易发生火灾，需要储备消防水和消防泡沫2种应急物资。根据此情况，生成10个生产安全事故情景，建立情景库。每种情景下A，B，C 3地的失火储油罐数量不同，用以模拟可能发生的不同规模或不同地点的生产安全事故。其中部分情景信息如表1所示。

为了应对可能发生的火灾，该企业需要在该区域内进行救灾物资储备，其中包括：企业内部实物储备和协议企业生产能力储备2种方式。救灾物资1为消防用水，物资2为泡沫液。在实物储备方面，该企业内部有甲、乙、丙3处储备站(库)；在生产能力储备方面，该区域内共有丁、戊、己3家协议企业，每家企业各有1处备选实物储备场所。相关存储费用信息如表2中所示。

表1　事故情景库中的部分情景信息

表2　不同情景下各项储备费用信息

通过表3，可以估算各储油点对2种救灾物资的需求量，使用Lingo软件求解应急物资社会化储备中的选址与配置集成优化模型，最终物资储备选址和配置方案如表4所示，最低储存费用为116.84万元。

表3　储罐火灾扑救物资需求计算

表4　消防应急物资布局方案

4　结论

1)考虑到突发生产安全事故的特点，对救灾物资采用实物与生产能力相结合的储备方式更能满足企业对成本和效率方面的要求。

2)对于时效性要求高、非损耗性的应急物资应以实物储备方式为主；对于时效性较低，损耗性较大的应急物资应以生产能力储备方式为主。

3)建立多情景生产安全事故下的企业应急物资实物储备场所和协议储备企业选址的协调优化模型，利用Lingo软件进行求解，并以石油储罐火灾的应急物资储备为背景设计算例，验证相关模型及方法的有效性。

4)在企业应急物资储备体系优化的问题中，很多问题还需要继续深入研究，如：将社会捐赠纳入到企业生产安全事故应急物资储备的协调优化中，并细化不同类型事故下的情景信息库，继续补充完善该体系，为企业管理层制定相关的物资储备政策提供科学、合理的建议。

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