重大突发事件应急救援设施选址的多目标决策模型概要.doc

第卷第期管理科学年月，重大突发事件应急救援设施选址的多目标决策模型陈志宗，尤建新同济大学经济与管理学院，上海擅蔓：常用的应急服务设施选址模型主要有覆盖模型、一中心模型和一中值模型，这些模型并不适合重大突发事件的应急救援设施选址。分析重大突发事件应急救援设施选址问题的特点建立一个多目标决策模型，该模型考虑了应急救援设施的公平性和效率性，整合了传统选址模型中常用的最大覆盖模型、中心模型和中值模型，以适应重大突发事件应急救援设施的不同部署策略，通过实例讨论该模型的求解方法和求解策略。关键调：重大突发事件；应急救援设施；选址决策；多目标模型中圈分类号：文献标识码：文章鳙号：一（），西，：唱，印呦唱，“如，咖百，】砌，：；】引言是重要的研究领域之一。在传统选址理论中，。为了解决各种不同的选址问题，国内外众多学常用的应急服务设施选址模型主要有覆盖模型、者建立了许多模型，”。在公共部门范围内，应急中心模型和中值模型。服务设施（如医疗急救中心、消防站等）的选址问题覆盖模型又分为集合覆盖模型和最大覆盖模收疆日期：誓佥顶目：教育部“”工程作者篱介：陈志宗（一），男，上海人，同济大学经济与管理学院博士研究生，研究方向：管理科学与工程、选址理论等。万方数据第期陈志宗等：重大突发事件应急救援设施选址的多目标决策模型型。如果对某类设施服务需求点存在有最大距离（或行车时间）的限制（如中国规定，消防站至责任区边缘以分钟车距为限），只有当一个设施被设置在离某个需求点的最大距离限制之内，称该设施覆盖这一需求点。集合覆盖模型是确定能覆盖所有需求点的最少设施数目，但是覆盖全部需求点可能会导致过高的财政支出，如果由于资金预算的限制，只选择设施，则最大覆盖模型是确定设施，使覆盖需求点的人口（或其他指标）为最大。在有些选址决策问题中，覆盖距离并没有预先确定，选址决策从公共服务设施的公平性考虑，目标是确定设施，使各个设施服务需求点的最大距离为最小，这就是一中心问题。如果从公共服务设施的效率角度考虑，选址决策的目标是选择设施，使各个需求点至设施之间的总加权距离最小，这就是一中值问题。上述传统的应急服务设施选址模型并没有考虑到重大突发事件的特点。本文定义重大突发事件为发生频率低、产生影响大的事件，一旦发生，需要大量第一时间的紧急救援（如消防、医疗救护、警力及专业救援装备和人员等）以及地方政府和（或）国家的援助，例如自然灾害（地震和台风等）、公共卫生事件（疫情等）、重大生产安全事故和恐怖袭击等。不同于一般小规模、时常发生的紧急事件（如房屋火灾、紧急救护等），针对重大突发事件的低发、影响大的特点，需要对重大突发事件应急救援设施的选址问题作更全面的分析。本文对重大突发事件的应急救援设施选址特点进行分析，针对重大突发事件的应急救援设施选址问题建立一个多目标决策模型，并讨论其求解方法和求解策略。大突发件应急救援设施选址的特点重大突发事件除了具有一般紧急事件相同的性质之外（如需要快速反应、应急救援设施应覆盖所有的需求区域等），也有其显著的特性：在短时间内需要大规模的应急救援，包括当地第一时刻的大量紧急救援以及当地政府和（或）国家的连续支援；重大突发事件发生的频率较低。根据重大突发事件的上述特性，在设置应急救援设施时应考虑其与一般紧急服务设施选址的不同特点。（）每个需求区域需进行风险评估并作适当的分类由于一般小规模紧急事件经常发生，一般紧急服务设施把各个需求区域的需求视为确定的常值。而重大突发事件在每个需求区域的风险程度（发生可能性和影响程度）是不同的，需求区域的风险可由其价值（如人口、经济重要性等）和突发事件发生概率的乘积来评估，并适当的分类。例如可使用如下风险指标为各个需求区域（，）进行分类，训。，其中，为需求区域面临重大突发事件的概率为需求区域的经济重要性（取值万方数据之间）；。为需求区域的人口数。评估各个需求区域面临重大突发事件的风险，据此进行应急救援设施的选址决策，其目的是集中有限的资源来防备风险高的区域，有助于提高应急救援工作的绩效。（）应急救援设施需要分散并多重地设置在一般紧急情况下，仅动用离紧急情况区域最近的设施为其服务。重大突发事件一旦发生，需要调动一系列救援设施的资源来消除和减轻灾害或事故的影响，这要求更多地、分散地设置应急救援设施，以便在应急救援期间可动用更多的紧急救援资源。对不同的需求区域，根据其分类需要指定不同数量的设施，例如风险高的需求区域需要设定相对较多的应急救援设施。对不同的需求区域，应急救援设施需要考虑合适的备用覆盖或超额覆盖，使一个应急救援设施同时覆盖多个需求区域，当需求产生时，覆盖需求区域的所有设施都可提供快速反应。由于应对重大突发事件需要调动一系列应急救援设施，对超额覆盖和备用设施的考虑是重大突发事件应急救援设施选址的主要目标之一。（）考虑应急救援设施不同的部署策略重大突发事件应急救援设施的部署策略通常分为预防性部署策略和反应性（实时性）部署策略。“。预防性部署策略是指在重大突发事件发生之前，应急救援设施已经配置完成，这一策略的主要目的是调动资源靠近高风险的需求区域。如果通过合适的风险评估能识别出这样的需求区域，则预防性部署策略是十分理想的。这一策略也适合于即时需要大规模应急救援的紧急事件，例如严重的化工生产事故通常会导致严重的污染，大量防毒、防腐蚀的医疗急救包应该事前储备在当地的应急救援设施里，以便它们能在事发时很快地被输送到需要点。反应性部署策略是在重大突发事件发生之后，部署应急救援设施的配置，其主要目的是尽快调动资源到达需求区域，这一策略对具有滞后效果而且需要连续、大量救援补给的紧急事件特别适用。例如，禽流感疫情会对当地人口产生很大影响，在紧急救援期间，急需大量的抗生素和疫苗来治疗感染者并免疫未感染者。然而禽流感疫情的发生频率很低，任何地区为一个低概率事件维持巨大的医疗供应是非常昂贵的，较好的策略是由国家（如救灾战略物资储备库）来集中大量储备这种疫苗，一旦某地暴发疫情，由国家紧急调拨疫苗到该地区，地区政府再选择和部署分发中心，由地区分发中心把芟苗发放给当地居民。实际工作中常常同时采用预防性策略和反应性策略，即当地储备一定数量的资源用于对重大突发事件的立即反应，同时由国家救灾战略物资储备库调拨大量的增援资源。（）明确应急救援设施的选址目标一般而言，设施选址的决策目标分为大类，即成本最小化、需求导向、利益最大化和环境因素。由管理科学年月于这些目标可能存在着冲突，需要使用多目标方法解决选址决策问题“。在考虑重大突发事件应急救援设施的选址决策目标时，宜采用多目标方法，并充分体现公共服务设施的公平性和效率性。首先要求应急救援设施覆盖所有需求区域，在考虑具体目标时，一是从快速反应或公平性考虑，要求应急救援设施服务需求点的最大距离（或最大加权距离）为最小；二是从超额覆盖和备用设施考虑，要求应急救援设施超额覆盖需求区域的总权重为最大；三是从应急救援设施的易接近性和使用效率出发，要求应急救援设施服务需求点的总加权距离为最小。大突发件应急救援设施选址的多目标决策模型根据上述重大突发事件应急救援设施选址问题的特点，本文提出一个针对该问题的多目标决策模型。考虑需求区域集合，和候选设施集合，决策变量，为需求区域被超额覆盖的次数（江，）；一变量，表示：如果设施，被设置，否则，；一变量表示：如果设施服务需求区域，。，否则，。模型参数为：需求区域的权重为训。，需求区域要求的最少服务设施数为，需求区域到候选设施的行车距离为。预先确定的应急救援设施数目为。应急救援设施选址的多目标决策模型表述为（）叩。（）匕训。严（）州乃（）勺一“吼，（），一，（）埘。口。三，（），或，。或，“。，整数，（）模型说明如下。约束条件（）式和（）式保证设置的应急救援设施数目为给定的；约束条件（）式保证设置的应急救援设施数目不低于需求区域要求的最少设施数。，超出的数目（一；）即为需求区域超额覆盖的次数“。；目标函数（）式和约束条件（）式使设置的应急救援设施服务需求区域的加权最大距离（平均意义上）为最小（即一中心模型），体现公平性；如果约束条件（）式改变为。，。：兰，（）则目标函数（）式和约束条件（）式保证设置的应万方数据急救援设施服务需求区域的最大距离为最小，体现对应急救援设施快速反应的要求；目标函数（）式和约束条件（）式使超额覆盖最大化，其主要目的是使权重越大的需求区域有更多的应急救援设施为其服务；目标函数（）式和约束条件（）式使设置的应急救援设施服务需求点的加权总距离为最小（即一中值模型），体现效率性。上述模型为个目标的多目标决策模型，多目标准则函数为，一，。一般多目标优化问题可用多种方法来解决“，如最优性分析、目标规划方法、模糊多目标规划方法和参数规划方法等。在参数规划方法中，有两种经常采用的技术叮把多目标优化模型转化为单目标线性参数规划模型，即加权法和约束法。这两种方法都先产生一个有效解，然后通过单目标规划模型的参数变动产生一组有效解的完全（或部分）集。这两种方法的差异在于，加权法对每个目标指定一个权数。，将多目标准则函数“，化为单目标准则函数（乏：。）；而约束法把决策问题的个目标之一眉保留并最优化，而其余（一）个目标被作为约束（受制于一个可接受值）加入原有的约束方程中，多目标优化模型被转化为一个单目标的线性规划模型。本文建议采用参数规划的加权法和约束法来求解上述个目标的选址决策模型。当使用目标加权法时，通过对个目标赋予不同的权数，可灵活地对这些目标进行取舍。这主要考虑到在实际选址决策问题中，决策者不一定同时处理个目标，而只考虑其中一个或两个。例如，取，：，时，即只考虑目标。，决策模型实际上是求一中心问题；当取，丘，时，即只考虑目标，决策模型是求一中值问题；如果取乜，危，：时，考虑的是双目标决策问题，使最大服务距离最小，同时使超额覆盖最大，通过调整：和，的不同取值，能获得一组权衡解，供决策者根据实际情况进行取舍。如果同时考虑个目标，可采用目标约束法，保留决策问题中的一个目标，其余个目标被作为约束，通常保留目标，并把目标和约束化，使。和分别约束于可接受值和卢，即和芝埘：“。青。通过采取连续改变理和口值能获得一组权衡解，供决策者视实际情况抉择。通过一个具体实例，对上述应急救援设施选址多目标决策模型的求解方法和求解策略做进一步的考虑某地区的个街区，当地政府计划在个候选设施地点（，）中选择个地点设立模型的求解方法和求解策略讨论。第期陈志宗等：重大突发事件应急救援设施选址的多目标决策模型屹埒汜候选没施硒坦他挖屹烈弘“孔，屹人口数（万人）应急救援设施。假定各街区的需求都集中在街区的，最大超额覆盖问题为求鳃目标函数（）式，满足中心（如街道办事处），候选设施到街区中心的行车于约束条件（）式、（）式、（）式、（）式和（）式。距离。及各街区的人口如表所示。当地政府要求求解最大超额覆盖问题时可能会出现不可行的万人以下的街区至少有个设施为其服务，万人情况，这时或者增加应急救援设施数目，或者放松万人的街区至少有个设施为其服务，万人以覆盖距离，使问题变为可行。本例中，假定覆盖距上的街区至少有个设施为其服务，即，。离，则问题无解，当放松覆盖距离三时，问题，。可行，具体解为这里以各街区的人口作为该街区的权重埘。），儿儿”首先使用目标加权法，结合应急救援设施不同的部署策略，分析各种求解策略。“求解策略考虑应急救援设施预防性部署策应急救援设施的服务指派为略，该策略要求应急救援设施靠近高风险的需求区，域，如果在实际中无法预计重大突发事件会在哪个，区域发生，则应考虑最坏情况，使应急救援设施服务，需求区域的加权最大距离最小，即求一中心问题。应急救援设施最大超额覆盖需求区域的人数为取。，：，危，求解单目标线性规划问题万人。（即目标函数（）式满足于约束条件（）式一（）求解策略考虑应急救援设施的反应性部署式）。使用线性整数规划的程序得到该问题的解为策略，其主要目的是迅速调动救援资源到达需求区），弘域，因此选址的目标是要求设置的应急救援设施到乃需求区域总加权距离为最小，即求一中值问题。目标即选择候选设施地点、和设置应急救援设权数可取。，危：，也，即求解目标函数（）施，该问题解也给出应急救援设施的服务指派（记，式满足于约束条件（）式（）式的线性规划问题，为设施服务需求区域的集合）为得到解为，】，】，】扎乃儿），。，应急救援设施的服务指派为，应急救援设施服务需求点的最大加权平均距离为，。，求解策略考虑预防性应急救援设施部署策应急救援设施到需求区域的总加权距离为。略，如果实际决策中指定了应急救援设施第一时刻如果考虑应急救援设施的混合性部署策略，需应急反应的最大距离限制（覆盖距离），这时应保证要同时处理个目标，采用目标约束法，保留目标应急救援设施设置在各个需求区域的覆盖距离之，并把目标。和约束化。目标。为应急救援设内，并使超额覆盖需求区域的人口最大，即求解最大施服务需求区域的最大距离最小，使用模型约束条超额覆盖问题。令等于覆盖距离，同时模型约束条件（）式，而目标约束的右端值可取不同的最件（）式由约束条件（）式替代，取危，丘：，大服务距离（如、等）。目标使超额覆盖万方数据管理科学年月需求区域的权重最大，目标约束的右端值可取卢埘。，为决策者优先考虑的需求区域集合，再加上原有约束，把原问题转化为单目标的线性参数规划问题。即埘。勺（），（）叩。兰卢（）乃（）勺一。，（）一，、，（）。，（），或，或，“。，整数，（）通过连续改变目标约束条件（）式和（）式右端可接受值和届，能获得一组权衡解。在实例中，如果决策者希望应急救援设施的最大服务距离尽量小，同时又希望尽量超额覆盖人口多的需求区域，选取和口的不同值，求解单目标线性规划问题（）式（）式，则可求取如下一组解。（）最大距离为时，只能超额覆盖人口在万人以上的需求区域，即，（），具体解为），儿儿乃设施的服务指派为，总加权距离为。（）当希望超额覆盖需求区域和时，最大服务距离必须增大到，即，口（：，），解为），设施的服务指派为，总加权距离为。在实际的选址决策过程中可以求出更多的权衡解，然后由决策者根据具体情况（或其偏好）决定一个最终解。结论重大突发事件应急救援设施的选址决策需要考虑设施的公平性、效率性、快速反应和超额覆盖，据此本文建立了重大突发事件应急救援设施的多目标选址决策模型，该模型整合了常用选址模型中的最大覆盖模型、一中值模型和一中心模型，以适合重大突发事件应急救援设施的不同部署策略。建议可采用参数规划的目标加权法和约束法，针对不同的万方数据应急救援设施部署策略，求解该多目标模型。实例分析表明，本文建立的多目标选址决策模型综合性强，结合有效的求解方法又显示出相当的灵活性，因而该多目标决策模型具有很大的实用价值。参考文献：袁庆达，陈旭梅，黎青松基于“服务型”物流战略的选址问题研究西南交通大学学报，（）：陈守煜，熊德琪，赵瑛琪多目标有约束模糊关系优选决策理论及在港口工程选址中的应用系统工程理论与实践，（）：一欧阳安，肖维品建设选址多目标决策及其解法重庆建筑大学学报，（）：陈驰，任爱珠消防站布局优化的计算机方法清华大学学报（自然科学版），（）：方磊，何建敏应急系统优化选址的模型及其算法系统工程学报，（）：常玉林，王炜城市紧急服务系统优化选址模型系统工程理论与实践，（）：，（）：，（）：，【舭：，：，（）：，（）：一，【力，（）：胡毓达实用多目标最优化上海：上海科学技术出版社，：，陈守煜防洪调度多目标决策理论与模型中国工程科学，（）：高汝熹，罗守贵大城市灾害事故综合管理模式研究中国软科学，（）：口重大突发事件应急救援设施选址的多目标决策模型 作者： 作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期： 被引用次数： 陈志宗， 尤建新， CHEN Zhi-zong， YOU Jian-xin 同济大学,经济与管理学院,上海,200092 管理科学 MANAGEMENT SCIENCES IN CHINA 2006,19(4 16次 参考文献(16条 1.高汝熹;罗守贵 大城市灾害事故综合管理模式研究期刊论文-中国软科学 2002(03 2.陈守煜 防洪调度多目标决策理论与模型期刊论文-中国工程科学 2000(02 3.Drezner Z;Hamacher H W Facility Location:Applications and Theory 2002 4.Harewood S Emergency Ambulance Deployment in Barbados:A Multi-objective Approach外文期刊 2002(02 5.Goldberg J Operations Research Models for the Deployment of Emergency Services Vehicles 2004(01 6.常玉林;王炜 城市紧急服务系统优化选址模型期刊论文-系统工程理论与实践 2000(02 7.方磊;何建敏 应急系统优化选址的模型及其算法期刊论文-系统工程学报 2003(01 8.陈驰;任爱珠 消防站布局优化的计算机方法期刊论文-清华大学学报(自然科学版 2003(10 9.欧阳安;肖维品 建设选址多目标决策及其解法 1999(05 10.陈守煜;熊德琪;赵瑛琪 多目标有约束模糊关系优选决策理论及在港口工程选址中的应用 1995(02 11.Cohon J L Multiobjective Programming and Planning 1978 12.胡毓达 实用多目标最优化 1990 13.Current J;Min H;Schilling D Multiobjective Analysis of Facility Location Decisions外文期刊 1990(03 14.Fiorucci P;Gaetani F;Minciardi R;Trasforini E Natural Risk Assessment and Decision Planning for 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