α-鲁棒性危险品道路运输应急资源配置模型

张冠湘，卢 敏，钟慧玲，谢晓飞

（华南理工大学 经济与贸易学院，广东 广州 510006）

α-鲁棒性危险品道路运输应急资源配置模型

张冠湘，卢 敏，钟慧玲，谢晓飞

（华南理工大学 经济与贸易学院，广东 广州 510006）

为了对不同应急设施点所需的应急资源种类和数量进行合理配置，降低危险品事故影响后果，从事前控制的角度，提出了α-鲁棒性危险品道路运输应急资源配置模型，计算出不同α-鲁棒性水平下的不同种类应急资源的配置量。结果表明：通过构建的模型，可以有效降低应急设施点的应急资源配置量，在一定程度上减少应急资源的经济浪费，实现应急资源的合理配置，验证了模型的有效性和合理性，进一步为相关政府部门的应急管理决策提供有价值的参考。

危险品；α-鲁棒性；道路运输；应急资源配置

1 引言

随着我国经济的快速发展，危险品运输量逐年增加，由此带来的危险品事故也层出不穷。据中国化学品安全协会公布的事故信息统计，2011-2013年我国共发生危险化学品事故569起，累计死亡638人，受伤2 283人[1]。2014年7月19日，湖南“7.19”违法装载疑似酒精易燃品的厢式小货车与大客车发生追尾事故，致使轻型货车所运载的乙醇泄漏燃烧爆炸，造成54人死亡、6人受伤，直接经济损失5 300万元。危化品事故具有低概率、高危害的特性，一旦发生将会给人民群众的生命、财产和环境带来极大的损失，造成不必要的经济损失和社会影响。

应急管理是应对危险品突发事故的有效方法和手段，应急资源配置则是控制事故、尽量减少损失的基础和保障。目前，国内外学者已经对应急资源配置问题进行较多的研究。Kolesar等最早地提出了将紧急车辆在消防公司中进行再配置的问题[2]。Fiedrich等建立了不同救灾任务同时进行情况下的资源配置动态规划模型[3]。Trevor等对应急点的选择进行了研究，根据各个点可以存储的资源量大小建立了定量模型[4]。Fiorucci等分析了火灾发生前后的应急资源配置与调度情况，并建立了动态模型进行研究[5]。刘春林等分析了不同类型的消耗系统，对最小化应急资源的运输时间问题进行了研究[6]。周晓猛等对应急资源配置过程进行阶段划分，构建了优化配置模型[7]。许建国等研究了应急资源需求的周期性变化规律，并提出了基于周期性需求变化的选址与资源配置模型[8]。张玲等通过分析每个场景可能发生的概率，确定不同场景下的资源需求量，并以此为基础建立了相应的应急资源布局模型[9]。刘春林等对应急点到事故需求点所需时间的模糊性问题进行了研究[10]。曾传华等考虑了运输时间、运输数量以及仓库建设成本等方面的因素，建立了一个多目标的应急资源布局模型[11]。贾传亮等对多阶段灭火过程的消防资源布局进行了讨论[12]。孙颖等建立了混合整数规划模型对道路应急资源选址与配置问题进行了研究[13]。

从国内外研究现状的分析中可以看出，目前的应急资源配置研究一方面着重于在已经配置好的应急设施点上所做的再配置，一方面着重于不同应急设施点之间的资源调度。很少或者基本没有涉及到应急设施点应急资源初始配置研究。因此，从新设置的应急设施点的角度出发，对相应的应急设施点应急资源的初始配置问题进行研究具有十分重要的意义。

为此，本文从实际出发，提出不同应急设施点可以满足不同的应急救援需求的情况，针对应急资源需求预测的不确定性，构建α-鲁棒性的危险品道路运输应急资源配置模型，通过估算出各个区域、各个应急设施点对应急资源种类和数量等方面的需求，最终从“事前救援”的资源配置角度实现对危险品道路运输事故的应急管理，完善对危险品运输事故的应急管理机制，进而为政府及相关监管部门提供一定的参考和借鉴价值。

2 α-鲁棒下的危险品应急资源配置模型

2.1 问题描述

应急资源配置问题，即合理地布置应急资源，是指对各个应急设施点在一定范围内所需资源的种类和数量的合理分配，第一类问题是解决路网中的哪些地方需要布局应急设施点，第二类问题是解决各个应急设施点需要配置多少资源，配置资源量是否合理的问题，本文研究主要针对第二类问题。因此，本文的应急资源配置问题转化为在应急点上需要配置什么资源、配置的量有多少、配置的结果是否合理的问题。

应急资源配置是否合理的评判标准应当是应急点所储备的应急资源尽可能地满足对应区域内一定时间范围内的救援需求。很显然，此合理性包括对以下几个方面的考量：

（1）对于给定的区域，估算在一定时间段发生相应事故概率的合理性；

（2）对于给定的区域，预测在一定时间段发生相应事故次数的合理性；

（3）对于给定的区域，对其所需的应急资源种类和数量预测的合理性。

另外，由于一个区域一定时间范围内的救援需求与该区域在相应时间范围内发生的危险品道路运输事故数量和事故类型相关。基于此，本文将根据应急资源需求预测和不同区域发生事故的概率大小，建立α-鲁棒性应急资源配置模型。

2.2 模型假设

根据对应急资源配置问题的描述，为研究的方便，本文所建立的应急资源配置模型做如下几个假设条件：

（1）每个应急设施点可能对应多个区域。即：当事故发生时，一个设施应急点所负责救援的区域可能不止一个，可能有多个；

（2）不同的应急设施点之间不存在资源调度的情况。即：当事故发生时，假设每个应急设施点只在其负责的区域范围内实施救援，非其负责的区域内发生事故时不产生救援行为；

（3）每个应急设施点都可以存储足够多的应急资源。即：不论分配多少应急资源给相应的应急设施点，该点都有足够的空间存放这些应急资源；

（4）所有的应急设施点的初始应急资源量为零。即：假设在进行资源分配之前，该应急设施点没有存储应急资源；

（5）应急资源的配置以年为单位。即：以一年为周期对应急设施点所需的应急资源进行配置，假定每年年初各个应急点所拥有的应急资源量为零。

2.3 建立模型

根据应急资源配置问题描述和前提假设条件，为表述方便，本文假定应急设施点的位置有M个，共有N种资源需要进行配置，第n种应急资源的年供应量为Sn，各个点每种资源的实际需求量为可能发生的事故类型共有K种，用k来表示第k种事故类型。模型如下：

首先选择一定区域内一定时间范围内发生的各种类型的危险品道路运输事故数作为基础观测样本，为表述方便，本文假设共有A个区域共计Y年发生的K种类型的危险品道路运输事故数，用表示区域a第y年发生第k种类型危险品道路运输事故的事故数，则区域a第Y+1年的第k种类型的事故数为：

其中F(x)为预测函数，常见的预测方法有系统动力学预测、因果分析预测、灰色系统预测、时间序列预测等。根据现实数据的拟合特征，结合采集整理数据的特征，可以发现时间序列预测的基本特征与本处的数据特征契合程度最高，因此本文选择时间序列方法对应急资源进行需求预测。

另外，可以以所有区域一定时间范围内所配置的各种类型的应急资源量和发生的事故数及事故类型为基础，对每种类型的事故每发生一次所需要配置的应急资源量进行估计，则第k种类型的事故每发生一次所需的第n类应急资源的平均需求量为：

对于区域a第Y+1年发生第k种类型事故时对第n类应急资源的需求量为：

同时，在第Y+1年区域a对第n类应急资源的总需求量为：

由于每个应急点所负责的区域可能有多个（即M≤A），假设第m个应急点负责区间[ ] i,i+1,...,j所包含的区域，则在第Y+1年第m个应急点的第n种应急资源预计需求量为：

在现实情况中，往往会受到应急资源供应量等方面的限制，因此，本文需要定义应急点m需要达到的应急服务水平，则有：

其中，αm为设定的鲁棒水平，即不同应急设施点所需的应急救援服务水平，0≤αm≤1，αm越小，模型的鲁棒性越高。

综上所述，应急资源配置模型为：

3 算例分析

现G市内可以设立的应急点有5个，以Bi(i=1,2,3,4,5)表示各个应急设施点，每个应急设施点服务于G市不同的区域组合，通过调研，各个应急设施点对应区域的历史事故数见表1。结合以上步骤和方法，通过移动平均法预测得知，2015年度B1、B2、B3、B4、B5所对应区域的预计需要救援的事故数分别为119，14，22，88，14。

表1 G市2009-2014年危险品道路运输事故统计

表2 应急设施点救援事故数

根据消防局调研，普通消防站的应急资源分为侦检、警戒、破拆、救生、堵漏、排烟照明等种类，本文以侦检类应急资源为例，表3为侦检类应急资源种类、名称及用途。

表3 侦检类应急资源分类与用途

在现实情况中，往往不可能达到百分百的应急救援水平，这就需要根据不同的应急救援水平配置不同的资源量。另外，从实际调研中了解到，α-鲁棒性水平在0.1与0.2之间是可接受的水平。因此，本文分别取α=0.1和α=0.2两种情况，根据调研的实际情况，取冗余系数β=10%，按照5个应急点的设立方式，根据以上预测结果，按照模型求解步骤，将上述数据代入2.3节中的模型求解可得不同α-鲁棒性水平下的侦检类应急资源配置量，见表4。同理，也可以求得其他类应急资源在各个应急设施点所需要的配置量。

从表4可以看出，在2015年的资源配置结果中，不同的α-鲁棒性水平下应急点所配置的资源量也不同，α-鲁棒性越高（也即α越小），所需达到的应急救援水平越高，应急点需要配置的资源量也越大。如果希望B1点的应急救援水平达到90%，则需要配置A1类资源157套、A2类29套、A3类20套、A4类5套，与应急救援水平为80%的情况下相比，分别多了18套、4套、1套、1套，这样的结果与现实情况正好吻合。

将B1应急点2015年的资源配置情况（α=0.2）与2014年的应急资源配置量进行对比可以发现，在需求预测基础上进行的2015年的资源配置结果中，各种类型的应急资源配置量均有所下降，与2014年相比，A1类资源少了20套、A2类少了4套、A3类少了3套，A4类资源配置量与2014年相持平。这表明在满足一定应急救援水平的基础上，通过本文所构建的模型进行计算，可以有效地降低应急设施点的应急资源配置量，在一定程度上也减少了应急资源进行储备时的经济浪费。

通过以上的对比分析可知，当给定一个需要满足的应急救援水平时，结合相应地区的历史事故数据，可以根据本文的模型，对相应的应急设施点未来一段时间内需要配置的资源类型和数量进行计算，算例的求解结果也证明了本文所提出的模型的合理性和有效性。

表4 不同α-鲁棒性水平下的侦检类应急资源配置量（单位：套）

4 结论

（1）笔者针对危险品应急资源配置问题，提出了α-鲁棒性应急救援服务水平的资源配置模型。在对应急资源需求进行合理预测的基础上，计算出不同α-鲁棒性应急救援服务水平下，不同应急设施点所需要配置的应急资源种类和数量。

（2）通过G市案例分析，结合历史事故数据，以侦检类应急资源配置为例，计算出2015年G市各个应急设施点不同的α-鲁棒性水平下应急点所需要配置的资源量，验证了模型的有效性和合理性。

（3）不足的是，在本文所建立的α-鲁棒性危险品道路运输应急资源配置模型中，要求针对每种事故所需的应急资源进行分类，也即每种事故都有与之相对应的应急救援资源。但在现实情况中，往往由于条件所限，负责危险品道路运输事故救援机构的信息化水平存在着参差不齐的情况，容易出现某些类型的数据未能及时得到记录，这就会对模型求解结果的准确性造成一定的影响。因此，在将本文所提出的模型应用到实际管理活动中时，需要根据现实情况进行调整，不可生搬硬套。另外，还可以进一步探讨更加适合危险品道路运输事故特征的预测方法，这样可以使得模型求解的结果更加科学、精确、可信，也有利于提高政府相关部门对危险品道路运输事故的应急救援水平。

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Study on α-robust Hazardous Material Roadway Transportation Emergency Resource Deployment Model

Zhang Guanxiang,Lu Min,Zhong Huiling,Xie Xiaofei
(School of Economics&Trade,South China University of Technology,Guangzhou 510006,China)

In this paper,in order to reasonably deploy the right quantity of the needed emergency resources at different emergency facilities and reduce the consequences of the accidents involving hazardous materials,we proposed the emergency resource deployment model for the roadway transportation of the α-robust hazardous materials,calculated the optimal quantity of different categories of the emergency resources under different level of α-robustness and then through a case application,demonstrated the validity and effectiveness of the model.

hazardous material;α-robustness;roadway transportation;emergency resource deployment

U16；O141.4

A

1005-152X(2015)11-0056-04

10.3969/j.issn.1005-152X.2015.11.018

2015-08-16

中央高校基本科研业务费资助项目（2015ZDXM06，2015ZQ08）；广州市科技计划项目（201510010194）；教育部留学回国人员科研启动基金项目（x2jmB7130430）；国家社会科学基金项目（14BGL139）

张冠湘（1975-），男，湖南人，副教授，研究方向：港航物流、危险品物流；卢敏（1990-），通讯作者，女，重庆人，硕士研究生，研究方向：危险品物流、港航物流；钟慧玲（1971-），女，广东人，教授，研究方向：危险品物流；谢晓飞（1988-），男，广东人，硕士研究生，就职于中国移动广东省客服公司。