考慮效用價值的應(yīng)急物資車輛配載研究

黃 輝，王 迎 （西北工業(yè)大學(xué) 管理學(xué)院，陜西 西安 710072）

HUANG Hui,WANG Ying (School of Management,Northwestern Polytechnical University,Xi'an 710072,China)

地震災(zāi)害是危及國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生命財產(chǎn)安全的最為嚴(yán)峻的突發(fā)性自然災(zāi)害。我國地處三大板塊相交的兩大地震帶上，是世界上地震災(zāi)害發(fā)生頻率最高、烈度最大的國家之一。進(jìn)入20世紀(jì)以來，我國發(fā)生了多次破壞性極大的地震災(zāi)害，如1976的唐山大地震、1999年的臺灣大地震、2008年的汶川大地震和2010年的玉樹地震、2013年雅安地震、2014云南魯?shù)榈卣鸬?。這些地震都造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。面對突如其來的破壞性地震，往往急需大量的應(yīng)急救援物資去完成人員搜索、傷員救治、災(zāi)民安置和災(zāi)后重建等工作。應(yīng)急救援無疑成為災(zāi)后的首要工作。但是在實(shí)際的應(yīng)急救援過程中，如果不區(qū)分應(yīng)急物資的實(shí)際需求，不考慮應(yīng)急物資需求主次，只是追求數(shù)量而盲目的調(diào)配應(yīng)急物資，不僅會造成應(yīng)急物資的浪費(fèi)和應(yīng)急運(yùn)力的浪費(fèi)，也必將會延誤最佳的救援時機(jī)，造成再次的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。要使應(yīng)急物資能有效地發(fā)揮應(yīng)急救援作用，就必須注重應(yīng)急物資的時間效用價值，在不同的應(yīng)急救援階段，根據(jù)不同階段的應(yīng)急救援目標(biāo)，對應(yīng)急物資進(jìn)行需求分級，確定需求層次，使其效用價值達(dá)到最大化，提高應(yīng)急救援效率。

1 模型

1.1 問題描述

地震應(yīng)急救援時間通常為10～20天，10天為最佳的救援時間。根據(jù)地震救援工作的任務(wù)將災(zāi)后救援分為兩個階段，其中：第一階段是應(yīng)急救援的第1～3天，主要救援任務(wù)是搜救被困者和搶救傷員；第二階段是地震應(yīng)急救援第4～10天，主要任務(wù)是安置災(zāi)民和防止疫情傳播、擴(kuò)散。

1.2 基于模糊評價法的應(yīng)急物資需求層次分級

1.2.1 確定影響應(yīng)急物資需求層次的因素

災(zāi)害性地震發(fā)生以后，根據(jù)救援時期和救援任務(wù)的不同，受災(zāi)點(diǎn)對應(yīng)急物資的需求種類和數(shù)量也不同的，對應(yīng)急物資的需求緊急程度也是不同的。影響受災(zāi)點(diǎn)對應(yīng)急物資的需求緊急程度的因素有很多，結(jié)合災(zāi)害性地震的特點(diǎn)及應(yīng)急物資的特性，可以得出影響應(yīng)急物資需求緊急程度的因素有物資的重要性、物資的時效性、物資的不可替代性、物資的稀缺性。

1.2.2 應(yīng)急物資層次分級

本文以災(zāi)害性地震應(yīng)急救援第一階段為例。評價小組分別根據(jù)satty標(biāo)度兩兩比較物資的重要性、時效性、不可替代性、稀缺性4個評價因素的重要度關(guān)系，建立以下判斷矩陣，計算出各自的權(quán)重。

物資重要性、物資時效性、物資不可替代性、物資的稀缺性的權(quán)重分別為 （0.38,0.24,0.14,0.24）。

災(zāi)害性地震發(fā)生后應(yīng)急救援第一階段通常都需要以下應(yīng)急物資：救生器械、應(yīng)急設(shè)備、藥品、食物和水、帳篷、衣物、棉被。本文旨在解決應(yīng)急救援第一階段的應(yīng)急物資調(diào)度問題，故對上述物資進(jìn)行需求層次分級。決策者根據(jù)地震災(zāi)害的實(shí)際情況，分別確定出各種物資的單因素評判矩陣，并與重要性、時效性、不可替代性和稀缺性4個因素的權(quán)重進(jìn)行合成運(yùn)算，得出各類物資的評價向量，計算出各類物資的需求層次優(yōu)先度，確定出各物資的需求層次順序。

由10名應(yīng)急專家和政府人員組成的決策團(tuán)隊，分別給出各類應(yīng)急物資的評判矩陣。如表1至表8所示：

表1 救生器材評判矩陣

S=（0.38,0.38,0.24,0.1,0）

N=（0.38,0.38,0.24,0.1,0）×（0.9,0.7,0.5,0.3,0.1）T=0.758

表2 食品評判矩陣

S=（0.3,0.3,0.38,0.24,0）

N=（0.3,0.3,0.38,0.24,0）× （0.9,0.7,0.5,0.3,0.1 ）T=0.742

S=（0.38,0.38,0.2,0.1,0）

N=（0.38,0.38,0.2,0.1,0）× （0.9,0.7,0.5,0.3,0.1 ）T=0.738

表4 衣物評判矩陣

S=（0.2,0.38,0.38,0.2,0）

N=（0.2,0.38,0.38,0.2,0）×（0.9,0.7,0.5,0.3,0.1）T=0.696

表5 帳篷評判矩陣

S=（0.24,0.24,0.38,0.24,0）

N=（0.24,0.24,0.38,0.24,0 ）× （0.9,0.7,0.5,0.3,0.1 ）T=0.646

表6 礦泉水評判矩陣

S=（0.38,0.3,0.2,0.2,0）

表7 應(yīng)急設(shè)備評判矩陣

S=（0.3,0.3,0.3,0.24,0）

N=（0.3,0.3,0.3,0.24,0）×（0.9,0.7,0.5,0.3,0.1）T=0.702

表8 棉被評判矩陣

S=（0.38,0.38,0.2,0,0）

N=（0.38,0.38,0.2,0,0 ）× （0.9,0.7,0.5,0.3,0.1 ）T=0.708

為了確定出各類物資的需求優(yōu)先度順序，鑒于實(shí)際救援活動，本文假設(shè)物資需求緊急度的極限值為1，賦予5個評價等級具體的值，其中特緊急0.9、緊急0.7、較緊急0.5，一般緊急0.3，不緊急0.1。計算各類應(yīng)急物資的需求優(yōu)先度，并依據(jù)物資優(yōu)先度順序安排物資調(diào)度方案。

救生器械 （0.38,0.38,0.24,0.1,0）× （0.9,0.7,0.5,0.3,0.1）T=0.758

食品 （0.3,0.3,0.38,0.24,0）×（0.9,0.7,0.5,0.3,0.1 ）T=0.742

宜州市快遞物流配送網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化分析 ……………………………………………………………… 李柏敏 楊麗英 莫麗莎（1/16）

藥品（0.38,0.38,0.24,0,0）×（0.9,0.7,0.5,0.3,0.1）T=0.738

衣物 （0.2,0.38,0.38,0.2,0）×（0.9,0.7,0.5,0.3,0.1 ）T=0.696

帳篷 （0.24,0.24,0.38,0.24,0）×（0.9,0.7,0.5,0.3,0.1 ）T=0.646

礦泉水 （0.38,0.3,0.2,0.2,0）× （0.9,0.7,0.5,0.3,0.1 ）T=0.712

棉被 （0.38,0.38,0.2,0,0）×（0.9,0.7,0.5,0.3,0.1 ）T=0.708

應(yīng)急設(shè)備 （0.3,0.3,0.3,0.24,0 ）× （0.9,0.7,0.5,0.3,0.1 ）T=0.702

物資的需求優(yōu)先順序?yàn)椋壕壬餍?、食品、藥品、礦泉水、棉被、應(yīng)急設(shè)備、衣物、帳篷。

2 考慮效用價值的應(yīng)急物資調(diào)度

當(dāng)特大地震發(fā)生后，政府有關(guān)部門會立刻啟動應(yīng)急預(yù)案并果斷采取一系列有力措施開展應(yīng)急救援工作，最大限度地阻止災(zāi)情的蔓延。地震應(yīng)急救援任務(wù)開始后72個小時之內(nèi)是搶救傷員的黃金時間，在這一救援階段中需要大量的應(yīng)急救災(zāi)物資，將應(yīng)急物資快速送往受災(zāi)點(diǎn)是這一救援階段的關(guān)鍵，在此階段應(yīng)急物資的時間效用價值是最大的，但在實(shí)際救援過程中常出現(xiàn)供應(yīng)點(diǎn)運(yùn)輸能力有限的情況，當(dāng)受災(zāi)點(diǎn)急需各類物資，而供應(yīng)點(diǎn)的運(yùn)載能力有限時，供應(yīng)點(diǎn)應(yīng)根據(jù)受災(zāi)點(diǎn)對各類物資的實(shí)際需求情況來安排應(yīng)急物資的調(diào)度方案以保證應(yīng)急救援工作的高效完成。在地震應(yīng)急救援第一階段受災(zāi)點(diǎn)對各類物資的需求緊急程度的不同以及存在某一供應(yīng)點(diǎn)運(yùn)力有限的前提下，決策者在確定物資配載方案時應(yīng)以物資需求層次作為應(yīng)急物資調(diào)度的首要參考量，再以供應(yīng)點(diǎn)配送到受災(zāi)點(diǎn)的全部物資對受災(zāi)點(diǎn)的效用價值貢獻(xiàn)最大化為目標(biāo)建立模型，以便明確應(yīng)急救援工作的目的，更好地提高應(yīng)急救援的效率。

2.1 問題描述

在災(zāi)害性地震發(fā)生后，應(yīng)急指揮中心將結(jié)合受災(zāi)點(diǎn)實(shí)際情況確定應(yīng)急物資調(diào)度方案并組織各物資供應(yīng)點(diǎn)完成配送任務(wù)。物資的調(diào)度方案需要解決兩個問題，一是當(dāng)存在多個物資供應(yīng)點(diǎn)時，應(yīng)選擇哪幾個供應(yīng)點(diǎn)供應(yīng)物資以使應(yīng)急物資到達(dá)受災(zāi)點(diǎn)的時間最短，應(yīng)急救援開始時間最早；二是當(dāng)存在某個供應(yīng)點(diǎn)運(yùn)載能力有限時，不能第一時間滿足受災(zāi)點(diǎn)的所有物資需求時，應(yīng)如何安排該供應(yīng)點(diǎn)每一批次運(yùn)送的應(yīng)急物資的種類和數(shù)量以使其配送的應(yīng)急物資對受災(zāi)點(diǎn)的效用價值最大。

2.2 條件假設(shè)

（1）多個供應(yīng)點(diǎn)向單個受災(zāi)點(diǎn)運(yùn)送物資；

（2）受災(zāi)點(diǎn)各類物資需求量已知；

（3）供應(yīng)點(diǎn)各類物資存儲量已知；

（4）受災(zāi)點(diǎn)對各類物資的需求緊急程度不同；

（5）所有供應(yīng)點(diǎn)的物資存儲量之和大于等于受災(zāi)點(diǎn)的各類物資需求量；

（6）存在某一個物資供應(yīng)點(diǎn)運(yùn)力有限，不能同時將所需全部應(yīng)急物資送往受災(zāi)點(diǎn)，并且假設(shè)該供應(yīng)點(diǎn)共有40輛配送車輛，每一批次40輛車同時出發(fā)配送物資至受災(zāi)點(diǎn)后立返回供應(yīng)點(diǎn)開始下一批次配送直至將所有物資運(yùn)往受災(zāi)點(diǎn)；

（7）該供應(yīng)點(diǎn)可在限制期內(nèi)將所需物資送達(dá)受災(zāi)點(diǎn)。

2.3 模型

災(zāi)害性地震發(fā)生后應(yīng)急指揮中心應(yīng)即刻組織物資供應(yīng)點(diǎn)向受災(zāi)區(qū)運(yùn)送物資，首先確定有哪些供應(yīng)點(diǎn)負(fù)責(zé)配送物資，其次確定每個供應(yīng)點(diǎn)的物資配送總量。如若存在某一個供應(yīng)點(diǎn)的運(yùn)輸能力受限制，無法將所需的總量物資一次性全部運(yùn)至受災(zāi)點(diǎn)時，在不超過運(yùn)載能力的條件下，應(yīng)以配送的各類物資對受災(zāi)點(diǎn)的效用價值最大化為目標(biāo)建立模型確定出該供應(yīng)點(diǎn)每一批次車輛的物資配載方案。

假設(shè)該物資供應(yīng)點(diǎn)每一輛運(yùn)輸車輛的載重量相同都為mc，每一輛運(yùn)輸車的最大容積為vc，共有k種物資需要配送到受災(zāi)點(diǎn)，該供應(yīng)點(diǎn)對各類物資的供應(yīng)量分別為a1,a2,a3,…,ak。根據(jù)前一部分應(yīng)急物資需求層次分級，將此k種應(yīng)急物資按不同指標(biāo)分為不同的需求等級，再根據(jù)需求等級賦予各種物資相應(yīng)的效用價值pi，每種物資的單位重量為mak，單位體積為vak，以配送至受災(zāi)點(diǎn)的應(yīng)急物資對受災(zāi)點(diǎn)效用價值最大化為目標(biāo)函數(shù)建立數(shù)學(xué)模型，計算出滿足運(yùn)載能力條件下每一批次配送的應(yīng)急物資種類及每一種物資的運(yùn)載量xi。設(shè)xi為第i種物資的裝入數(shù)量。該問題的數(shù)學(xué)模型如下：

2.4 算例分析

2014年8月3日16時30分，云南省昭通市魯?shù)榭h（北緯27.1度，東經(jīng)103.3度） 發(fā)生6.5級地震，震源深度12千米。魯?shù)榭h是云南省昭通市下轄的縣之一，位于云南省東北部，昭通市南部，牛欄江北岸?？h境東西橫距50千米，南北縱距60千米，總面積1 519平方千米，其中山區(qū)占總面積的87.9%，壩區(qū)占12.1%?？?cè)丝?8.57萬人。魯?shù)榈卣鸢l(fā)生后，云南省民政廳迅速啟動救災(zāi)物資調(diào)運(yùn)機(jī)制，采取部隊車輛運(yùn)輸、部隊官兵搬運(yùn)、警車開道、專人護(hù)送的方式，全力以赴調(diào)運(yùn)物資，協(xié)調(diào)助滇部隊共向?yàn)?zāi)區(qū)調(diào)撥救災(zāi)帳篷31 050頂、棉被29 500床、衣物45 000件、應(yīng)急設(shè)備17 000套和礦泉水38 663件、食品31 214件等應(yīng)急物資于翌日到達(dá)受災(zāi)點(diǎn)。本文以上述地震應(yīng)急物資為研究對象，以受災(zāi)區(qū)對應(yīng)急物資的需求層次為主要參考指標(biāo)，做出從供應(yīng)點(diǎn)運(yùn)往受災(zāi)區(qū)的應(yīng)急物資對受災(zāi)區(qū)效用最大的調(diào)度方案。本文假設(shè)供應(yīng)點(diǎn)的應(yīng)急物資供應(yīng)車輛數(shù)量有限，運(yùn)力不足，不能一次性將所需的全部物資運(yùn)往受災(zāi)點(diǎn)，需要往返多次才能將所有物資運(yùn)到受災(zāi)點(diǎn)。以所運(yùn)輸物資對受災(zāi)點(diǎn)效用價值最大化為目標(biāo)建立模型并求解這幾類物資的每一批次的運(yùn)輸量。該供應(yīng)點(diǎn)的運(yùn)載能力有限只有40輛車可用于應(yīng)急物資配送，故以40輛車為一批次執(zhí)行物資的配送任務(wù)。配送車輛的載重量、容積以及各類應(yīng)急物資的單位質(zhì)量和單位體積如表9所示：

表9 配送車輛、應(yīng)急物資的載重量、單位容積綜合表

第一批次的車輛運(yùn)食品31 214件，礦泉水38 665瓶，衣服45 000件；受災(zāi)點(diǎn)的食物、礦泉水、衣物的需求已經(jīng)滿足，故第二批次應(yīng)急物資調(diào)運(yùn)不再考慮上述物資。

第二批次運(yùn)送24 000床棉被。

第三批次運(yùn)送應(yīng)急睡袋5 402件，棉被1 038床。

第四批次運(yùn)送應(yīng)急睡袋5 647件。

第五批次運(yùn)送應(yīng)急睡袋5 647件。

第六批次運(yùn)送帳篷4 541件和應(yīng)急睡袋304件。

第七、八、九、十、十一批次各運(yùn)送帳篷4 541頂。

第十二批次運(yùn)送帳篷3 804頂。

3 結(jié)論

在應(yīng)急救援過程中，同一需求點(diǎn)在不同救援階段的物資需求必將有所不同，為了更加有效地完成應(yīng)急救援工作，應(yīng)對應(yīng)急救援工作的物資需求分階段研究，明確各階段所需物資的種類及需求層次，使決策者能夠明確地掌握受災(zāi)點(diǎn)的具體情況，結(jié)合受災(zāi)點(diǎn)對各類應(yīng)急物資的需求優(yōu)先度，在調(diào)度條件受限的情況下有選擇性地先后調(diào)度應(yīng)急物資，提高應(yīng)急救援效率。本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于提出了一種解決物資供應(yīng)點(diǎn)運(yùn)力有限的條件下應(yīng)急物資調(diào)度的新思路。即在應(yīng)急救援過程中，當(dāng)某一物資供應(yīng)點(diǎn)需要向受災(zāi)點(diǎn)供應(yīng)多種物資，與此同時該供應(yīng)點(diǎn)運(yùn)載能力有限時，決策者應(yīng)根據(jù)受災(zāi)點(diǎn)對各類物資的需求優(yōu)先度建立模型，求解出所需各類應(yīng)急物資的最佳組合，以達(dá)到所配送的物資對受災(zāi)點(diǎn)效用價值最大化，以提高災(zāi)害性地震應(yīng)急救援效率及效果。

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