郭孟卓工程師 朱家金工程師 曹紅艷高級工程師

(1.河南省高速公路聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控收費通信服務有限公司,河南 鄭州 450018;2.周口市公路事業(yè)發(fā)展中心,河南 周口 466000;3.北京中交華安科技有限公司,北京 100088)

0 引言

高速公路是綜合交通運輸體系必不可少的組成部分。高速公路上各類突發(fā)事件嚴重威脅高速公路運營安全,發(fā)生突發(fā)事件后及時調配應急物資,快速處置恢復交通,為廣大人民群眾提供安全、暢通的交通環(huán)境具有重要意義。實際工作中災前應急物資的儲備受2個因素制約:一方面應急物資儲備過剩會導致資源浪費、成本增加;另一方面應急物資儲備不足會導致事態(tài)蔓延,增加人民生命財產(chǎn)風險。因此,高速公路管理部門做好應急物資儲備工作,對降低人民生命財產(chǎn)損失,提升高速公路運營效率具有重要意義。

目前,國內外專家學者圍繞應急物資儲備點選址[1-3]、應急物資倉儲模式[4-7]及災前儲備和災后調度綜合優(yōu)化[8-10]等問題開展大量研究。如Tao[11]以應急物資的時效性、重要性、稀缺性和資金占用為評價指標,運用層次分析法確定各指標的權重,運用模糊綜合評價法對高速公路應急資源需求進行評價;柴干等[12]在降低救援成本、滿足救援效率的前提下,盡可能滿足交通事故高發(fā)地區(qū)的救援需求,建立高速公路網(wǎng)絡交通救援資源配置的隨機模型;都雪靜等[13]考慮到事故發(fā)生后的道路損壞、應急物資需求的不確定性和各事故點緊迫性的差異,研究公路應急物資調度的優(yōu)化策略。此外,突發(fā)事件對于應急物資儲備決策也有著重要影響,如周璐[14]基于陜西省高速公路突發(fā)事件現(xiàn)狀調查與分析,提出陜西省高速公路養(yǎng)護應急中心規(guī)劃布局和物資配置方案,從而提高高速公路應急管理水平。但目前對于突發(fā)事件仍缺乏較為詳細的分類,且未考慮不同等級突發(fā)事件發(fā)生概率與應急物資儲備數(shù)量是否匹配,以經(jīng)濟損失為目標的策略優(yōu)化的研究更為匱乏。

基于此,本文根據(jù)我國突發(fā)事件的相關規(guī)定,對高速公路突發(fā)事件和應急物資進行分類,并針對目前高速公路應急物資儲備量的實際需求,結合層次分析法評估各級事件的不確定性,以期望損失值最小為目標建立儲備量決策模型,為規(guī)劃災前物資儲備方案提供參考依據(jù)。

1 應急物資儲備管理

1.1 高速公路突發(fā)事件

高速公路突發(fā)事件是指可能造成重大人員損失、公共財產(chǎn)損失、生態(tài)環(huán)境破壞、危害社會秩序和公共安全的突發(fā)性、危害性、非常規(guī)的突發(fā)事件[15]。本文綜合考慮高速公路運營管理中發(fā)生的或可能發(fā)生的重要事故和典型事件,以及路段單元風險評價中風險較高的路段特征,把高速公路突發(fā)事件分為自然災害、事故災難、公共衛(wèi)生、社會安全4類,從而對高速公路突發(fā)災害事件形態(tài)特征及風險進行分析[16],見表1。

表1 高速公路突發(fā)事件分類Tab.1 Classification of expressway emergencies

1.2 高速公路應急物資管理

1.2.1 應急物資分類

應急物資是指在突發(fā)事件應急處置過程中,為了能及時完成突發(fā)事件處理工作所需配備的保障性物資。應急物資種類繁多,其儲備受到突發(fā)事件類型及需求、物資儲備能力、物資儲備地理位置、物資調配范圍、現(xiàn)場天氣條件等多種因素限制。本文考慮到不同突發(fā)事件所配備的應急物資種類存在差異,根據(jù)高速公路重點突發(fā)事件種類和應急物資用途,分類列舉出高速公路重點應急物資用途及對應事件細目,見表2。

表2 高速公路重點應急物資Tab.2 Key emergency supplies for expressway

1.2.2 應急物資特性

應急物資的類別和儲備量取決于突發(fā)事件的種類、等級,而突發(fā)事件具有突發(fā)、非常規(guī)的特性,這也導致應對突發(fā)事件所需應急物資的數(shù)量和類型具有不確定性。在突發(fā)事件發(fā)生后,高速公路運營管理部門需要在規(guī)定時間內完成應急處置任務,這就要求應急物資的儲備量充足,能夠在規(guī)定時間內發(fā)揮其最大用途。此外,應急物資主要針對特殊事件應用,大部分物資用途單一,使用時具有不可替代性。故而相比于普通的常用物資,應急物資具有不確定性、時效性和獨特性。

1.3 應急物資儲備決策方案優(yōu)化分析

1.3.1 儲備決策函數(shù)

考慮到應急物資的需求量不確定和應急消耗性物資的使用壽命,若物資儲備過量則會造成物資浪費失效,增加儲備成本,資金浪費;若物資儲備不足則會影響應急救援效率,降低高速公路運營能力,增加人民生命財產(chǎn)損失風險。因此,開展信息不全型決策研究,建立科學合理的數(shù)學模型,有助于管理者進行應急物資的儲備決策。

定義Kmore為物資儲備過剩時,每單位量的應急物資由于過期折舊或報廢造成的經(jīng)濟損失,Kmore包括過剩物資的保管費α1及過期損失費α2,兩者與單位量物資購置費d成一定比例,故Kmore可表示為:

Kmore=(α1+α2)·d

(1)

定義Kless為物資儲備不足時,每單位量的應急物資由于物資缺失造成的交通延誤帶來的經(jīng)濟損失μ及臨時購置物資的漲價費率β而產(chǎn)生的經(jīng)濟損失,Kless表示為:

Kless=μ+β·d

(2)

E為完成應急任務時物資實際需要量,F為物資實際儲備量,用Dj表示j等級事件發(fā)生時的經(jīng)濟損失,如式(3)所示:

(3)

本文采用期望損失值最小作為目標函數(shù):

(4)

式中:

Si—儲備方案,i=1,2,3,…,m;

Pj—j等級突發(fā)事件發(fā)生的概率,j=1,2,3,…,n。

1.3.2 各級事件發(fā)生概率評估

考慮到各級突發(fā)事件發(fā)生的概率難以定量表述,本文采用層次分析法對突發(fā)事件的發(fā)生概率進行描述。采用1-9標度法對各級突發(fā)事件的發(fā)生概率相對大小進行兩兩比較,見表3。

表3 相對比較標度賦值Tab.3 Relative comparison scale assignment

(1)構造反映各等級突發(fā)事件發(fā)生概率相對大小判斷矩陣A:

(5)

(6)

(7)

計算判斷矩陣的最大特征值λmax:

(8)

(3)一致性檢驗。計算判斷矩陣一致性指標CI:

(9)

計算判斷矩陣隨機一致性的比率CR:

(10)

其中,RI為相應的平均隨機一致性指標,與矩陣階數(shù)N相關[17],見表4。

表4 RI與N的關系Tab.4 The relationship between RI and n

只有當CR<0.1時,判斷矩陣滿足一致性檢驗,所獲取值合理,否則需要對判斷矩陣A進行調整修改。

2 算例分析

以高速公路冰雪搶險應急事件中除雪劑的儲備數(shù)量為例,進行高速公路應急物資儲備方案分析論證。

2.1 初步確定儲備方案

設某高速公路運營管理單位分公司所轄高速公路路段在Ⅰ級(特別重大)、Ⅱ級(重大)、Ⅲ級(較大)和Ⅳ級(一般)降雪冰凍突發(fā)事件下匯總所需要的融雪劑數(shù)量分別為1000、800、650、500t,融雪劑價格約為1000元/t。針對不同等級降雪程度,擬定6種儲備方案,見表5。

在本算例中,設保管費和過期損失費分別為物資單價的5%和30%,則融雪劑儲備過剩時,Kmore為350元;若儲備不足時,臨時購置融雪劑漲價費為10%,每單位物資缺失導致交通延誤折合經(jīng)濟損失為3000元,Kless為3100元。

表5 不同等級降雪事件發(fā)生時融雪劑供應情況Tab.5 Snowmelt agent supply at different levels of snowfall events 單位:t

2.2 判斷不同等級事件發(fā)生概率

根據(jù)1-9標度法對各級突發(fā)事件發(fā)生概率相對大小進行兩兩比較,該公司所轄高速公路路段各級降雪冰凍突發(fā)事件發(fā)生概率的相對大小,見表6。

表6 不同等級突發(fā)事件相對比較標度賦值Tab.6 Relative scale assignment of different levels of emergencies

(1)構建反映不同等級突發(fā)事件發(fā)生概率相對大小的判斷矩陣:

(2)計算判斷矩陣每行元素的幾何平均值:

各級事件發(fā)生概率:

P1=4.75%,P2=9.98%,P3=24.55%,P4=60.72%

(3)計算判斷矩陣最大特征值:λmax=4.089。

(4)一致性檢驗。CI=0.03;矩陣階數(shù)N為4時,RI=0.89。CR=0.0337,CR<0.1,判斷矩陣滿足一致性檢驗。

2.3 期望損失值計算

計算出融雪劑的6種儲備方案的期望值:E(S1)=280596.5,E(S2)=180080.5,E(S3)=121913.25,E(S4)=106094.75,E(S5)=124707.25,E(S6)=143319.75。隨著融雪劑儲備量的逐漸增大,期望損失先減后增,并在方案S4下達到最小,故取方案S4為最佳儲備量。方案S4與該公司實際儲備方案相符合,表明該方法可有效應用于應急物資儲備決策方案優(yōu)化。

3 結論

應用層次分析法對高速公路應急物資儲備決策方案進行研究,主要結論總結如下:

(1)明確高速公路常見的突發(fā)事件分類,并結合突發(fā)事件類型確定高速公路重點應急物資的用途和細目。

(2)從信息不全型決策的角度開展應急物資儲備決策方法研究,利用層次分析法確定不同等級突發(fā)事件發(fā)生概率,并結合儲備不當產(chǎn)生的經(jīng)濟損失,以期望損失最小為目標開展應急物資儲備決策方案的優(yōu)化分析工作,最后以實際案例驗證該方案合理、可行。

(3)由于我國高速公路投資主體的多元化,高速公路多種模式的營運管理使得高速公路應急管理也存在多種模式,而且高速公路應急管理資源分散在多個系統(tǒng)、部門和各單位,從目前體制看來,要形成協(xié)調統(tǒng)一、迅速響應的聯(lián)動機制,在信息高度共享、資源整體的信息中心建設和充足、靈活的物資儲備等方面仍需開展更多研究工作。