系统模拟在卫生勤务保障的应用现状

张　凌,陈国良

(1.第二军医大学训练部教育技术中心，上海　200433 2. 第二军医大学海军医学系，上海　200433)

随着军队后勤的不断改革，卫生勤务保障范围逐步扩大，三军联勤也增加兵种间卫勤联合保障难度。为应对这种变化，不少学者开始借助系统模拟，展开对军队卫生勤务各系统的模拟研究。

1　系统模拟概述

系统模拟(System Simulation)指以某种工具和手段(主要是电子计算机及其软件)模仿系统的工作过程和运行状态，也称为系统仿真。基本方法是运用统计实验，研究系统的假想模型，以获得系统有关的动态特性。这既是分析同题、求解复杂问题的方法，也是一种实验手段。系统模拟技术随着计算机运算能力增长同步发展，主要经历三个阶段。

1.1萌芽阶段20世纪40至50年代，美国宾夕法尼亚大学诞生世界上第一台电子数字计算机，占地170平方米，重达30多吨，为美国军方定制，其研制目的就是为了军方计算弹道和射击特性表面而使用。第一代计算机普遍采用继电器、电子管，尽管十分笨拙，但也比人工计算速率提高20万倍。在软件上，通常使用机器语言或者汇编语言，为大规模模拟计算带来曙光。

1.2成长阶段20世纪60至80年代，由于晶体管技术的发展使计算机发生革命性的变化。晶体管相比电子管具有尺寸小、重量轻、寿命长、效率高、发热少、功耗低等优点，使得计算机制造成本大幅降低，性能则成倍提升，为系统模拟带来真正可用工具。系统模拟开始从军事应用，进入大企业进行工业工程和运筹优化等领域，并且伴随计算机软件的发展，系统模拟编程效率也大幅提升。

1.3成熟阶段20世纪90年代起，Windows操作系统和大规模半导体集成电路的发展，使得计算机普及和开发应用门槛进一步降低。开始出现针对不同行业进行软件开发的软件公司，系统模拟所需软件和硬件两方面均步入成熟阶段。这一阶段的系统模拟在软件系统工程化、理论化、程序设计自动化方面的发展使建模变得更加便捷，并重点发展可视化3D建模、Agent模拟等技术，使简单系统建模不需要经过非常专业训练即可上手，为进入更多行业和领域带来可能性。

1.4人工智能阶段伴随计算机性能的进一步增长和因特网的硬件发展，以及神经网络、自适应理论和模糊控制理论的发展，系统建模发展倾向与网络化搜索和人工智能相结合，使计算机具有推理、联想、判断、决策、学习等功能。进一步提升系统模拟的智能化，使机器学会像人类一样思考，并可以做出合理性判断，得出大规模复杂系统的模拟结果。如谷歌公司发展可以与人类围棋高手下棋的Alpha Go，即是人工智能的围棋推演系统模拟的最佳案例。

2　新时期卫生勤务保障工作复杂性

卫生勤务保障工作主要是战时救治伤员和平时维护健康，而随着高新技术的迅猛发展和广泛应用，推动武器装备的发展和作战方式的改变，卫勤保障也随之变得更加复杂和困难。

2.1作战范围扩大作战环境复杂新时期下，我军作战范围不断扩大，不少学者展开在高原寒区、沙漠戈壁等复杂环境下的卫勤保障的研究。尤其在海军力量不断壮大、各型舰艇不断服役的新局面下，以及海军参与亚丁湾打击海盗巡航活动，都扩大我军海上作战范围，为远海卫勤保障提出新挑战。针对海上卫勤保障，也有不少学者进行研究，如关注远海跨境伤员医疗后送的难点[1]，海军陆战部队伤员救护与后送[2]，以及海上医疗救护体系的建设思考[3]等。

2.2多兵种联合作战多兵种联合作战是未来战争的基本形式，是指陆海空及火箭军等军种共同参加的作战行动。这种多兵种联合作战首先带来的是投入的卫勤力量多样化，其次是需要协调的内容多，制定卫勤计划需要考虑的内容更加复杂，实施保障任务也变得更加困难。针对多兵种联合作战环境下的卫勤保障，相关学者进行多视角的研究。如海上联合作战卫勤保障的主要特点与对策[4]、联合作战空运医疗后送面临的问题及对策[5]、联合作战卫生防疫防护体制设计[6]、军队医院卫勤适应联合作战需求[7]。

2.3多样化军事任务在和平时期，军队卫勤不但要为不同规模的战争做好准备，更多承担的是一些非战争军事行动，如反恐战争、灾害救援、国际维和、国际救援等任务都对卫勤保障提出更高的要求。在多样化军事任务卫勤保障方面，张卫等对卫勤保障仿真平台、系统研发及仿真技术进行相关研究[8]，周丽梅对抗洪抢险中的卫勤流程进行仿真优化研究[9]，刘旭对抗震救灾中的医疗后送进行实证研究[10]。

新时期卫勤保障的特点，给军队医疗救援和卫勤保障带来系统性的复杂局面。为应对这一局面，仅依靠现实中的军事演练是无法完全检测整体卫勤系统保障状况。使用演练方式模拟得到真实战场情况相比计算机模拟而言，投入资源巨大、成本高耗时长。因此，计算机模拟在解决卫勤保障的系统复杂性问题方面，具有很强的时间及成本优势，在国内外军队卫勤研究领域都得到重视与发展。

3　美军卫勤领域系统模拟研究现状

借助在信息技术方面的先发优势，美军是最早将计算机应用于军事领域的部队，建立诸多作战模拟系统，如近距战术训练网络(CCTT)，增强型海军作战模拟系统(ENWGS)、军舰训练系统(OBTS)等。

在卫勤系统模拟领域，美军在20世纪70年代，使用计算机系统模拟对伤病员医疗后送进行研究，建立用于海军医疗后送的系统模拟模型(NAMES)，可以用于模拟不同作战环境下，医疗后送伤病员的死亡率。在20世纪80、90年代，美海军又建立地面伤员预测系统，可以根据不同战斗方案进行伤员人数预测。

为应对联合作战和海面作战，美军又开发三种卫勤模拟系统，分别是用于预计卫勤资源消耗的ESP系统(Estimating Supplies Program)、用于联合作战的卫勤分析工具MAT(Medical Analysis Tool)、用于战术卫勤计划工具TML+(Tactical Medical Logistics Planning Tool)。

战术卫勤计划工具TML+历经多年发展，积累丰富的伤病员状况，并针对性地开发伤病员状态码数据库，详细记录各种医疗救治任务所需要的物资消耗、治疗时间等参数，可以较为准确地进行战场卫勤保障推演。并可以通过相关参数设置，模拟不同战场情况下的伤病员的医疗救治和后送流程，分析卫生物资消耗情况，给出补给方案。还可对卫勤资源匮乏情况下，伤病员因缺医少药而造成的死亡率进行预估。

美军重点发展卫勤系统模拟领域在伤员救治模拟训练和卫勤指挥系统两个方向。

3.1伤员救治模拟训练美军历来重视战争中军人伤亡数字，高度重视借助卫勤力量降低伤病员伤亡率，因此，在伤员救治模拟训练系统上投入大量人力物力进行研发。通过该系统，可以对战场上出现的伤病员情况进行模拟，训练医务人员处理各种战场伤情，如伤员丧失意识、大出血、心跳骤停等，通过传感器将医务人员的操作进行记录，并上传至考核系统中由专家点评。

另一种军事医疗模拟是应对突发军事或公共卫生安全事件进行训练，如模拟出现类似福岛核电站核泄漏造成的大规模核污染、埃博拉病毒扩散蔓延等进行模拟。通过系统模拟，重点在对出现各种突发情况下，妥善处治大规模的伤病员进行卫勤策略规划。

3.2卫勤指挥系统美军的卫勤指挥系统有多个研究领域，集中在对伤员和卫生物资管理上。针对伤员管理开发伤情评估工具、伤员后送模拟系统；针对卫生物资管理，开发根据伤病员出现情况来计算不同伤病员规模所需卫生物资的数量模拟系统。

此外，美军卫勤系统模拟还非常注重各军用系统之间的兼容性，并由国防部建模与仿真办公室(DMSO)制定建模与仿真主计划(MSMP)，提出未来建模和仿真通用的高层体系结构HLA(High Level Architecture)，定义建模规则、接口规范、对象模型模版等，为各项军事仿真模拟之间互联互通制定高层标准。

4　系统模拟在我军卫生勤务保障领域应用

鉴于美军使用系统模拟在卫勤领域取得的相关成果，我军卫勤领域的研究人员也积极使用系统模拟技术展开各种针对我军卫勤保障各方面的研究。我军卫勤系统模拟研究成果，主要由第二军医大学及其海军医学研究所等单位发表。

4.1伤病员救治与医疗后送在军事行动中，伤员救治与医疗后送是卫勤工作的主要任务。针对这一任务，只要通过严谨的数据收集和系统架构，即可对真实战场卫勤保障状况进行模拟。无需真实的军演，更无需产生伤病员，就可以通过观测系统变化状况，找出系统存在的优缺点，在平时展开针对性训练，保证战时高效。海上医疗后送是伤病员救治难点，主要有针对海上后送通道模拟、后送系统及基础数据量化的相关研究。

4.2卫勤训练在国内卫勤训练领域，也有学者进行相关研究，如孙东等在室内采用系统模拟的方式人工合成卫勤训练环境，并在机动卫勤分队训练中有所应用[11]；陈荣剑等采用对伤员进行虚拟仿真的方式，模拟突发大量伤员对卫勤系统进行测试[12]，提升卫勤保障的训练水平。卫勤指挥训练也属于卫勤训练的重要一环，国内学者在卫勤优化决策、指挥模拟训练平台有多篇研究文章[13-14]。在一体化卫勤训练方面也有多篇文章应用系统模拟技术[15-16]。

4.3卫勤指挥系统由于系统仿真的便捷性，在完成系统架构后，可以迅速设置相关系统变量，进行战争沙盘推演，无需大规模地进行相关资源调动就可以获得所需结果。因此，在指挥系统方面的模拟研究有很多。在卫勤指挥系统模拟方面，相关学者也进行深入的研究。第二军医大学张鹭鹭教授带领的团队，在卫勤决策支持系统[17]、医院动员指挥系统[18]、卫勤力量优化部署机制[19]、地方医院动员系统[20]的研究中，均采用系统模拟技术。

4.4军事医疗装备大型军事医疗装备也运用系统模拟技术，如罗晶等提出医院船医疗救治仿真系统的设计与开发方案[21]，田丽丽等在“和平方舟”号卫勤演练救治能力方面应用系统模拟得出医院船救治能力优化方向[22]。解放军军事医学科学院张凯博士在其博士论文中使用Simio软件进行系统建模，详细分析战时伤病员医疗后送及卫生装备的配备[23]。在军队卫生装备优化编配方面，也有学者采用系统模拟技术进行相关研究[24]。

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