大型体育赛事在突发性地震灾害中的应对措施建模

陈剑飞

(四川音乐学院，四川 成都 610066)

近几十年，全球地震灾害频发，经济损失、社会损失不可忽视。地震灾害一方面影响社会秩序，阻碍经济发展，另一方面危害人类生命健康，赖以生存的家园遭到破坏[1]。地震发生后，应最大限度抢救伤员生命、安排人群转移、实施震后救援对策，将震后生命财产损失降低到最小。地震灾害发生地点不同，所以相应的应急措施也存在差异。

大型体育赛事现场人员组成复杂，人口规模大且集中，一旦发生地震灾害，需要体育赛事现场的管理人员根据现有的震后救援措施展开伤员救助行动，有两方面问题亟需解决[2]：一是得到救援队伍的帮助，以高效率、低用时、低物资消耗为目标，二是判断本地、异地疏散接受能力，是否需要异地疏散受伤人员。由于大型体育赛事现场人数众多，涉及的伤员数量巨大，本地医疗机构接受能力往往满足不了伤员救助需求[3]，则需借助异地医疗机构帮助，这就需要判断异地医疗机构疏散接受能力。

以往关于异地疏散能力判断的模型较多，其中，地震人群疏散动力模型从动力学角度判断异地震后人员疏散接受能力，但是未考虑模型接口的合理设计，该模型与其他设备不兼容，得到的数据无法直接传输给震后应急指挥中心并实时显示[4]；考虑人员疏散不确定性的离散模型注重分析人员在疏散过程中的不确定性，人员疏散工作井然有序，但是判断异地医疗机构接受能力较弱，伤员未能及时安排救治[5]；地震灾害应急物资分配模型依据可变集理论，对影响地震应急物资分配的主要因素进行识别，构建指标相对隶属度矩阵，运用该模型实现对急需物资的有效调度，准确确定应急物资分配路径与数量，但是该模型决策用时较长，实用性不强[6]。

针对上述模型存在的问题以及大型体育赛事现场的具体情况，文章提出新的突发性地震灾害应对措施，从地震灾害时限应急救援指派、地震应急异地疏散接受能力判断两方面解决伤员救助与疏散问题。

1 大型体育赛事在突发性地震灾害后的应对措施建模

大型体育赛事突发地震灾害后，现场往往局面混乱，本文设计考虑优先权的地震灾害时限应急救援指派模型派遣突发性地震灾害的救援队伍，在考虑优先权的基础上，合理分配救援队伍。

1.1 考虑优先权的地震灾害时限应急救援指派模型构建

1.1.1 参数说明

受灾地点集合用P表示，p=1,2,…,m；救灾队伍集合用Q描述，q=1,2,…,n；救援队伍q到达受灾点p用时为tpq；救援队伍q在灾点p的救援效率为bpq；救援队伍q在受灾点p单位用时救援物资消耗为νpq；最优救援时限为C；较高优先级任务集合、较低优先级任务集合分别用D1、D2表示；大型体育赛事受灾场地救援的优先因子用αp表示；hpq属于0～1变量：救援队伍在大型体育赛事受灾场地p施救时，hpq=1；相反，救援队伍未在大型体育赛事受灾场地p施救时，hpq=0。

1.1.2 考虑优先权的任务分配模型构建

(1)任务优先权

大型体育赛事突发地震灾害后，所在地相关应急指挥中心会根据该地区的优先救援排序结果展开科学的救援分配。根据大型体育赛事灾情的优先因素判断优先救援的程度，这些因素都是地震灾害发生后可马上获取的信息，具体的救援对象重要性分级标准如表1所示。从表1能看出救援优先因素主要包括大型体育赛事所在地的行政级别、地震烈度、人口基数三项信息。

表1 救援对象重要性分级标准

将表1中的分级标准累加获取最终的评价依据。

e=ε+η+θ。

(1)

式中：最终的等级评定结果用e表示；行政区划等级评定结果为ε；地震烈度等级评定结果为η；以及人口基数等级评定结果为θ。

采用上述方法获取优先等级结果，突发地震灾害地点的救援队分配可以此结果为依据，据此可得：

(2)

对公式(2)进行进一步分析，可得：

(3)

(2)时间约束

地震灾害发生后，各个受灾地点分散不均，救灾时效性要求较高，所以对于大型体育赛事地震灾害现场的救援需要尽快展开，要求开展救援的时间最早[7]，大型体育赛事突发地震灾害救灾的时间约束公式为：

minz=max{tpqhpq,1≤p≤m,1≤q≤n};

(4)

(5)

(6)

hpq=1或者hpq=0，p=1,2,…,m;q=1,2,…,n。

(7)

式(4)为目标函数，此时救援队达到大型体育赛事地震灾害地点的响应时间最短。模型的约束条件如式(5)～式(7)所示，只派遣一个救援队伍应急的情况如式(5)所示，不同应急救援队伍最多救援一个受灾地点，该情况如式(6)所示，决策变量的取值如式(7)所示。

1.1.3 地震灾害时限应急救援指派模型建立

通过构建震后应急时限救援指派模型，凸显大型体育赛事突发性地震灾害应急救援的弱经济、强社会效益性[8]，模型构建为：

(8)

(9)

s.t.

minz=max{tpqhpq,1≤p≤m,1≤q≤n}；

(10)

(11)

(12)

hpq=1或者hpq=0p=1,2,…,m;q=1,2,…,n；

(13)

(14)

式(8)、式(9)为目标函数，式(8)为最优救援效率，式(9)为救援物资消耗最小；模型的约束条件如式(10)～式(14)所示，变量含义与上一小节相同。

1.2 基于GIS技术的地震应急异地疏散接受能力判断模型

大型体育赛事中涉及到的人员数量巨大，存在本地的容纳能力难以满足灾情需要的可能，因此要考虑异地疏散的情况，文章基于GIS技术设计地震应急异地疏散接受能力判断模型，期望解决大型体育赛事在突发地震灾害中的异地疏散能力判断问题。

1.2.1 模型接口设计

基于GIS技术的地震应急异地疏散判断模型的数据输入、分析与输出的步骤可通过模型接口实现[9]，使用地震灾害应急数据库与快速评估模型获取灾区的等震线，得到伤亡人数相关数据，采用地震应急异地疏散接受能力判断模型获取灾区所在疏散区的接受能力，根据大型体育赛事现场的灾情修正数据[10]。上述数据可在地震灾害应急数据库中体现，使用的接口兼容性较强，可同时配合使用其他类型的相关软件。模型接口的设计图如图1所示。图1中给出了模型接口的不同功能与涉及到的工作内容。

图1 大型体育赛事突发地震灾害异地应急疏散判断模型接口图

1.2.2 模型与GIS集成

GIS技术领域存在许多GIS与模型集成应用的案例，且逐渐成为重点解决问题的工具。数据管理、模型分析与输出是GIS技术同应用模型集成的关键着力点[11]。本文引用GIS技术与应用模型结合的方式解决大型体育赛事突发地震灾害后的地震应急异地疏散判断问题。

以突发性地震灾后的评估结果为前提，获取最优的疏散策略与路线，最终构建地震应急异地疏散判断模型，该模型分析过程中应用了大量地理信息数据，GIS是获取与分析地理空间数据的优秀手段，能够实现数据信息管理的可视化与有效化，所以将模型与GIS技术结合，以GIS为平台，通过组件完成GIS技术与地震应急异地疏散判断模型集成[12]，为大型体育赛事突发地震灾害提供有效的地理空间数据信息。

1.2.3 模型计算流程

初步评估阶段与动态修正阶段是基于GIS技术的地震应急异地疏散判断模型的关键计算步骤。

(1)初步评估阶段

地震灾害后的快速评估结果包括等震线、人员伤亡等信息，采用GIS技术分析该结果中的不同相关数据，获取体育赛事所在疏散区域的接受伤员与灾民的能力，这是基于GIS技术的地震应急异地疏散判断模型在初步评估阶段的工作内容[13]。阶段内容的第一步：获取模型使用的输入数据与计算数据，主要方式是总体研究、统计以往地震案例数据；阶段内容的第二步[14]：叠加分析、缓冲分析等震线、体育赛事灾区所在地经济状况、灾区人数等数据，同时展开空间统计，构建地震应急异地疏散判断模型，输出图像、文字形式的模型计算数据结果。

(2)动态修正阶段

采用突发性地震灾害的参数修正信息、烈度修正信息、现场调查等信息修正模型的首次评估结果，同时完成动态计算[15]。动态修正阶段需完成数据缺失情况的估计，可参考体育赛事的历史地震灾害相关数据，完成本次缺失数据的估计。大型体育赛事突发地震灾害异地疏散模型计算流程如图2所示。图2总结了模型的计算流程与空间分析的计算流程，两者最后通过动态评估与修正得到大型体育赛事震后的数据信息，最后输出显示。

图2 大型体育赛事突发地震灾害异地疏散模型计算流程图

1.2.4 大型体育赛事在突发性地震灾害中的应对流程

(1)判断待转移伤员数量。结合历史地震灾害的案例与地震快速评估系统得到伤员人数、地理信息数据，获取异地救援伤员数量。

(2)确定灾区所在疏散区医院的接受能力。判断地震灾害后医院能否使用并统计其数量，疏散区域内的医院接受能力可从医院级别、病床总数以及医护人员数量角度评估。

(3)确定灾区临时派驻医疗接受能力。以历史地震灾害医疗队伍派遣情况确定本次大型体育赛事突发地震灾害的医疗队伍派遣情况。

(4)确定异地疏散区医院的接受能力。获取地震灾区需要医疗救助的人员数量，若当地医疗队可容纳这些伤员，无需异地疏散；反之，需要异地疏散时，采用空间缓冲分析方法，将15 km、25 km视为缓冲区半径，获取缓冲区外医院的容纳能力与这片区域的总体接受能力。

(5)规划异地疏散最优路线。规划异地疏散最优路线主要应确定通往灾区途中的道路阻塞、桥梁坍塌情况，掌握可能存在的障碍点情况，据此获取最优的异地疏散路线。

(6)动态修正异地疏散模型。动态修正异地疏散模型是以现场灾情信息输入接口、信息修正软件为基础，修正受伤人员的数量与等震线数据。

综上所述，完成对地震灾害时限应急救援指派模型建立，运用该模型可以对救援队伍进行合理分配，同时，对突发性地震灾害中的应对流程进行了具体的分析，为地震灾害的应对与处置工作做好基础。

2 模型检验及分析

在计算机上设计某大型体育赛事场馆遇到6.1级地震灾害的案例，借助仿真软件展开仿真实验，验证本文设计的考虑优先权的地震灾害时限应急救援指派模型、基于GIS技术的地震应急异地疏散接受能力判断模型的有效性。

2.1 考虑优先权的地震灾害时限应急救援指派模型有效性验证

受灾地点有8个分别设置为p1、p2、p3、…、p8，其中p1表示本次实验的体育赛事受灾地点；救援本次地震灾害的队伍有6个，分别定义为q1、q2、q3、…、q6，救援队伍到达受灾点的用时存在差异，表2为6个救援队伍到达不同受灾点的最短用时，不同救援队伍相对不同受灾点的最大救援效率、最小单位时间物资消耗情况分别用表3、表4表示。地震灾害发生内的72 h内是救援的最优时间，以获取最大救援效率、消耗最少救援时间为目的完成大型体育赛事场地的救援工作。根据表2、表3、表4中的数据，采用本文设计的考虑优先权的地震灾害时限应急救援指派模型得到的救援方案如表5所示。

表2 不同救援队伍到达受灾点的最短用时(h)

表3 不同救援队伍相对不同受灾点的最大救援效率

表4 不同救援队伍相对不同受灾点的最小单位时间 物资消耗情况

表5 本文考虑优先权的地震灾害时限应急救援指派 模型得到的救援方案

hpq=1时，救援队伍在该地点实施救援，结合表5数据可知，救援该大型体育赛事的地震灾害现场的队伍为q3，数据表明，采用本文设计的考虑优先权的地震灾害时限应急救援指派模型能够在大型体育赛事突发地震灾害后及时派遣合理的救援队伍实施救援，验证了本文模型的有效性。

2.2 基于GIS技术的地震应急异地疏散接受能力判断模型性能分析

表6为实验大型体育赛事发生突发性地震灾害的相关信息。从表6的数据可知，重伤人员数量为268人，需要展开异地应急疏散。采用本文基于GIS技术的地震应急异地疏散接受能力判断模型得到的异地疏散情况如图3所示。异地疏散过程中所经过的公路有四条，相应的通行情况如表7所示。图3、表7为采用本文模型后得出的结论，分别给出了该体育赛事受灾区异地疏散的医疗机构接受能力、必经公路的通行状况，临县第一人民医院可容纳伤员18人，临县第二人民医院可容纳伤员22人，市级的医疗水平高于县级的医疗水平，容纳的伤员人数较多，分别为42人、48人、43人。由此证明本文基于GIS技术的地震应急异地疏散接受能力判断模型可有效应对突发性地震灾害，并做出合理的异地疏散分析。

表6 地震灾害相关信息

图3 异地医疗机构救援的接受能力

公路名称通行状况必经公路A畅通必经公路B畅通必经公路C畅通必经公路D畅通

为突出本文模型异地疏散接受能力判断的效率优势，引用地震人群疏散动力模型、考虑人员疏散不确定性的离散模型展开对比仿真实验。在仿真系统上设计5.1、5.6、6.1、6.6、7.1共5种不同震级的大型体育赛事突发地震灾情，采用三种模型获取大型体育赛事地震灾区的异地人员疏散分析结果用时如图4所示。由图4能够看出，5次地震模拟的震级越来越大，三种模型判断异地疏散接受能力的用时逐渐增加，不同的是，本文基于GIS技术的地震应急异地疏散接受能力判断模型位于图像的最下方，在5次地震灾害模拟中获取异地疏散接受能力的用时均值约为120 s，地震人群疏散动力模型、考虑人员疏散不确定性的离散模型的用时均值分别约为590 s、710 s，三组数据对比可知，本文模型具有用时短的优势。

图4 不同模型判断震后异地疏散接受能力的用时对比

2.3 救援设备使用寿命对比分析

在应对突发性灾害时，所使用的救援设备在救援过程中发挥着至关重要的作用，因此需要对不同模型下各类救援设备的使用寿命进行对比分析，以此来验证本文模型的有效性。传统模型与本文模型在救援设备使用寿命方面的对比结果如图5所示。在突发性地震灾害发生时，运用本文模型不仅具有缩短应急响应时间、及时派遣救援队伍等优势，由图5能够看出，本文模型还能够提升救援设备的使用寿命，以此来保证救援工作的顺利进行，说明本文模型的全面性。

图5 不同模型下救援设备使用寿命对比

3 结 论

本文提出的大型体育赛事突发性地震灾害应对措施有两种。

(1)采用考虑优先权的地震灾害时限应急救援指派模型得到合理救援队伍的援助，以到达救灾地点用时最短、救援效率最高为目标；

(2)采用基于GIS技术的地震应急异地疏散接受能力判断模型得到大型体育赛事现场地震后异地疏散的相关对策与信息，判断异地疏散的能力。

经验证，采用本文模型能够有效为大型体育赛事灾害现场指派应急救援队伍，并判断异地疏散接受能力。本文提出的措施从救助伤员角度出发，最大限度的挽救大型体育赛事现场的生命安全，为震后救灾节约宝贵时间。