山东省公路交通应急物资储备研究

高立晓，赵子雪

（山东省交通科学研究院，山东 济南 250031）

引言

2018年，山东省公路通车总里程达到27.56万公里。高速公路通车里程突破6 000 km，达到6 058 km；普通国省道穿城路、瓶颈路改造稳步推进；新改建农村公路1.8万公里。山东省公路发展在取得巨大成就的同时，相应的公路交通安全也遇到气象、地质等灾害以及复杂行车条件的影响。桥梁、隧道、路基垮塌、路面破坏以及交通事故等突发事件的发生，严重威胁着公路建设、运营以及人民生命健康和财产安全。在应急突发事件的处置过程中应急物资储备是保障应急救援顺利进行的核心，因此必须做好应急物资储备工作，建立良好的应急物资储备保障体系，提升突发事件的救援科学性，尽可能地保障人民生命财产安全。

1 山东省公路交通应急物资储备需求分析

1.1 区域环境特点

山东省位于东部沿海、黄河下游地区，自北向南依次与河北、河南、安徽和江苏接壤，面积15.78万平方公里。地处温带季风气候区，具有显著的季节变化和季风气候特征，属半干旱大陆性气候。年平均降水量578.4 mm，最多年降水量为1 004.7 mm，最少年降水量为187.2 mm，降水分布东南部多于西北部，全年降水近70%集中在夏季。年平均气温为13.1℃，1月份最冷，平均气温为-4.5℃，寒潮频繁、常发霜冻。

1.2 自然灾害的时间和地域分布特点

（1）冰雪分布。受气候环境的影响，全省降雪结冰现象集中在冬季11月至来年3月，由于地形的特殊性，山东半岛的雪量及结冰严重程度高于山东省内陆地区，尤其是烟台和威海。（2）暴雨分布。山东省多年平均年降水量的总体趋势是由东南沿海向鲁西北内陆递减；而全省暴雨极值的地区差异相对较小，且随着历时的增长，地区差异也有所不同。（3）台风分布。一年中台风季一般以7～8月最为集中，约占94%；从地域分布来看，台风登陆地点为威海、青岛、日照、烟台4个沿海城市，但是青岛、潍坊、日照、临沂等受灾情况会较为严重。

1.3 应急物资需求分析

根据山东省主要自然灾害的特点以及对公路交通造成的影响分析，应急物资主要包括三大类：（1）公路抢通物资。包括沥青、碎石、砂石、水泥、沙袋、钢板、方垫木、木桩、铁丝、铁锨、编织袋、融雪剂、防滑料、锥形标、吸油材料、警示标等；（2）公路救援物资。包括方便食品、饮水、防护衣物及装备、移动照明、帐篷、棉被、燃料、安全标志、镐、锤、锯、车辆防护器材及常用维修工具等；（3）其他物资（机械设备）。包括交通战备钢桥、交通战备钢桥架桥工具、挖掘机、装载机、推土机、汽车吊、抢险车、除雪车、清障车、平板拖车、照明灯车、标志灯车、客车、应急货车、移动发电机、移动水泵、应急救援车、冲锋舟、撒布车等。

2 公路交通应急物资储备库选址

2.1 应急物资储备库选址影响因素分析

应急物资储备库选址因素见图1。

图1 应急物资储备库选址影响因素

2.2 应急物资储备库选址模型构建

2.2.1 模型假设条件

（1）应急时效可靠。应急物资储备点能在要求的时间内把应急物资运送到突发事件现场。（2）物资储备充足。一个应急储备点储备的物资至少可以应对较大及以下公路交通突发事件应急处置需要。

（3）在现状基本能满足应急需求的情况下，尽量不移动现有的应急物资储备库。

2.2.2 选址问题分析

因现有的应急物资储备点主要分布在公路站点、收费站内等公路沿线位置，因此在选址问题分析时将应急物资需求点和应急物资储备点抽象为分布于公路网上的若干个点，将整个公路网应急物资储备点选址的全局优化问题简化为局部路网或各路段的局部优化问题。

2.2.3 模型建立

（1）生成供需可达矩阵

生成供需可达矩阵：设在某局部区域的路网上包含m个应急需求点s1、s2、…sm和n个应急储备设施初选点d1、d2、…dn，则这m个需求点和n个初选点两两对应就可以构造出一个矩阵Am×n。在矩阵A中，若s1和d1之间的时间距离Tij小于等于应急时限T，则元素aij取值为1，否则aij取值为0，此时，矩阵A就是由取值为0和1元素组成的供需可达矩阵。

Tij不仅和si和di之间的公路里程有关，还与连接二者的公路技术等级、交通量、交通组成等有关：

式中:Dij—不同线路之间的公路里程，km；Vij—相应线路的平均运行速度,km/h。

（2）建立0-1规划模型

设定决策变量x1、x2、…xm为0-1变量：

该选址问题的约束条件是每个需求点至少有一个储备点可为其供应应急物资，优化目标是最终选取的储备点数量最少。根据设定的决策变量，可将该问题转化为数学规划模型：

2.2.4 模型求解

根据所建立0-1规划模型的特点，采用分支剪支搜索法进行求解，即从符合时限要求的储备点最少的需求点开始求解。得到可行方案后，一般只需选择储备点最少的方案，当储备点数量最少的可行方案有两个或者两个以上时，以各储备点服务的需求点数量和公路里程最均匀为准则来确定最优选址方案。

2.3 山东省公路交通应急物资储备库选址分析

2.3.1 确定应急物资储备库初选点和应急需求点

以聊城市为例，现有公路交通应急物资储备库位置作为选址的初选点，以实际发生过灾害的路段和地质灾害隐患点作为应急物资储备的需求点，见图2。

2.3.2 建立供需可达矩阵

根据山东省公路系统突发事件应急预案，突发事件发生后2 h内要到达现场开展道路抢通或事故处置工作。假设在公路上运输应急物资的时间为1 h，同时假设应急物资在高速公路上的平均运送速度为90 km/h，在普通干线公路上的平均运送速度为50 km/h。将各初选点与需求点之间的距离换算为时间，见表1。

图2 山东省聊城市公路网应急物资储备点和需求点

表1 初选点和需求点之间的时间距离

根据表1时间，时间大于1的两点之间的矩阵元素取值为0，时间小于1的两点之间的矩阵元素取值为1，可得到该区域内公路网的需求点和初选点的供需可达矩阵A。

2.3.3 模型求解

利用分支剪枝法进行求解，最终得到聊城市目前的应急物资储备库的建设基本是合理的，可以满足需求点对应急物资的需求，因此可以保持现有的布局不变。

用同样的方法步骤对全省各个地市的应急物资储备库的选址布局进行计算分析，全省目前公路交通应急物资储备库的选址都基本合理，特别是临沂、青岛、烟台、滨州、淄博等地市应急物资储备库分布较为均匀，理论上能覆盖到所有的公路交通应急需求；根据山东省自然灾害易发地区分布（鲁中地区和胶东半岛地区），省级交通战备或国防应急物资储备库分布在泰安、菏泽、烟台、济宁，选址较为合理；市级公路交通应急物资储备库需加密。但是潍坊、日照、济南、菏泽、枣庄等地市需要在高速公路服务区或者公路站点加密应急物资储备库的建设，为应急救援提供充足的物资保障。

3 公路交通应急物资储备方式

3.1 应急物资储备方式评价指标体系构建

应急物资储备方式评价指标体系见图3。

图3 应急物资储备方式评价指标体系

3.2 应急物资储备方式确定方法

通过对各项指标进行分析与计算可对应急物资进行分级，根据应急物资的等级选择相应的储备方式。通过计算某种应急物资的储备综合评定值，将不同范围的综合评定值划分成三个储备等级，根据不同的储备等级选择合适的储备方式。

3.2.1 指标定量化评价方法

指标量化值是对评价指标不同重要程度的反应，主要用于评估应急物资储备方式因素间相对重要程度。对于二级指标，采用五标重计算方法对各个指标的重要性程度进行量化比较，将二级指标描述为五个等级，并对应标注1、3、5、7、9量化值。

3.2.2 指标权重确定方法

采用G1综合评价法确定应急物资各个指标的权重。

（1）对评价指标集x1……xn，依次选出最重要的指标进行标记，从而确定指标间的相对顺序关系。

（2）相对重要程度判断。决策者或者专家依次对相邻两个评价指标x*k和x*k-1进行相对重要性的判断。

可按照表2进行赋值。

表2 指标相对重要程度

（3）权重系数的计算。

3.3 山东省公路交通应急物资储备方式确定

运用G1法计算山东省公路交通应急物资储备方式各评价指标权重。选择10名山东省公路建设、养护及应急管理方面的专家，对各评价指标权重进行排序和打分，一级指标序列关系结果见表3。山东省公路交通应急物资储备方式评价的4个一级指标重要性判断见表4。一级指标权重系数见表5。最终权重值见表6。

表3 指标排序

表4 指标相对重要程度

表5 指标权重

表6 指标权重

应急物资综合评价值：

式中：S—被评价物资综合评价值；ωi— 一级指标因素值；Ai— 一级指标权重值；ωj— 二级指标的评价量化值；bj—二级指标权重。

综合值与储备方式对应关系见表7。

表7 综合评价值对应储备方式

根据综合评价值计算方法计算得出的应急物资储备方式只能是一种，但是部分应急物资需要多种方式联合储备，在实际应用中应统筹考虑。

根据确定的应急物资储备方式，结合山东省公路交通实际，对公路交通应急物资储备方式进行分类，见表8。

表8 山东省公路交通应急物资储备方式分类

4 结语

通过对山东省公路交通应急物资储备方式及选址进行研究，帮助制定公路交通应急物资储备标准，助力提高山东省应急救援的科学性，消除突发事件对公路交通造成的影响，减少甚至避免人员伤亡及财产损失。