高速公路建設期突發事件協同救援模型研究

張勤

摘 要：鑒于高速公路本身及其建設期施工的特點，建立高速公路建設期突發事故基于應急救援行程時間、機會成本、單位時間經濟損失的應急協同管理模型，降低事故救援救援成本。同時將問題模型轉化為運籌學中指派問題并用匈牙利算法對問題進行求解。實現高速公路建設期對突發事件快速反應，最小經濟損失的資源協同救援的目的。

關鍵詞：高速公路；建設期；突發事件；協同救援模型

中圖分類號：U459.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）02-0041-03

高速公路是固定在廣闊地域上的線形建筑，不能移動。同時高速公路建設期施工具有高空作業、地下作業、流動作業等突出特點，安全事故頻頻發生。這就要求根據實際需要提供多次應急救援服務的問題。協同的核心就是打破資源間的壁壘和邊界使系統優化，為共同的目標而進行協調的運作[1]。

1 問題的引入

該模型是主要針對高速公路建設期突發事件應急救援，從三種情況分析不同影響因素對救援決策的影響。

1.1 情況一及問題

情況一：考慮突發事件到救援點的時間，如圖1所示。

問題描述如下：若分段W7、W8之間發生1起突發事件b1，事件b1位于分段W8，但b1離應急救援點a7較近，按照就近原則，應派a7的救援車到b1事故現場進行應急救援。從這種情況可以看出，應急救援策略的選擇與應急救援行程時間T有密切的聯系[2]。

1.2 情況二及問題

情況二：考慮機會成本，仍如圖1所示。

機會成本指在高速公路應急救援時，負責某路段的應急救援車輛離開了自己的路段去處理其他路段事故，就沒有應急救援車輛來覆蓋該路段。如果該路段發生突發事件，將沒有資源對其進行緊急救援，由于沒有及時救援所造成的經濟損失值，就稱為該路段的機會成本[3]，用字母D表示。

若對于情況一考慮機會成本。如果應急救援點a7所負責的路段有難度較大的橋梁和隧道施工并經常發生突發事件，很可能當a7離開自己所負責的路段來處理突發事件b1，在這段時間里，a7負責的路段發生重大事故，即a7負責的路段的機會成本值大于a8所負責路段的機會成本值。從這個角度分析可以得出應急救援策略的選擇與機會成本D之有密切的聯系。

1.3 情況三及問題

情況三：考慮突發事故的嚴重程度，如圖2所示。

如果分段W8發生了同時突發不同等級的事件b3 、b4其中b4比b3嚴重。根據情況一應由a8救b3而不是a7救b3，但急需救援的b4而言a9距事故b4比a8更遠。考慮救援行程時間則應選擇a8的救援車救b3、a9的救援車救b4，但對于急需救援的b4，a9距離b4比a8更遠。從這種情況可以得出應急救援方案的選擇與事故發生的嚴重性即事故每分鐘的經濟損失U有密切的聯系。

從上面的三種情況可以看出，高速公路建設期應急救援方案的選擇跟應急救援行程時間T、機會成本D和每分鐘經濟損失U三個因素密切相關。

2 模型因素定量分析

2.1 應急救援行程時間T的計算

應急救援行程時間用下式表示：

T=L/V

其中，L表示應急救援車輛到突發事件發生點的路段長度；

V表示救援車輛的速度。

應急救援車輛到達事故現場的速度受現有路網的情況、施工便道長度、施工便道車道數、天氣情況及路面狀況等方面因素的影響。

2.1.1 周圍路網的車速度

高速公路的周圍路網應急救援車輛的速度，主要是通過實時的交通檢測器檢測的數據來確定[4]。

這個算法可用以下模型表示：

2.1.2 施工便道的車輛速度

由于施工便道是臨時搭建，道路等級低，設計指標差以及路面結構多為泥結碎石路面。不能采用交通信息采集系統的方法檢測，通常采用雷達測試槍獲取各施工便道平均車速。

2.2 機會成本D的計算

2.2.1 高速公路分段

通過分析大量高速公路建設期突發事件，從中找出其空間、時間分布以及突發事件經濟損失等統計學規律，以便對高速公路空間性進行分段。

2.2.2 事故經濟損失分級

根據《國家安全生產事故災難應急預案》中突發事件的嚴重性、緊急程度和可能波及的范圍，將突發事件等級分為特別重大事故（Ⅰ級）、重大事故（Ⅱ級）、較大事故（Ⅲ級）和一般事故（Ⅳ級）四級[5]。

2.2.3 機會成本

對高速公路空間合理分段，分析建設期以來的突發事件數據，得到每個分段上各時間段經濟損失，并將這些經濟損失值填入到經濟損失表中，從而可以得到某個路段某個時間段的機會成本Pi。

2.3 單位時間經濟損失U的計算

高速公路建設期突發事件不同突發事件類型帶來的不同的經濟損失。先將高速公路建設以來的突發事件所有事故類型及造成的經濟損失提取出來，形成表格，將每一個事故分為5個嚴重等級，見表1。

其中，每分鐘的經濟損失值等于經濟損失值除以突發事件關鍵時間長度。即：

U=P/Tkey

其中，P表示突發事件造成的經濟損失值；

Tkey表示救援關鍵時間。

事故的發生通常有不同傷亡情況，那么可以歸納出突發事件每分鐘的經濟損公式：

式中：n為表示第k類突發事件的個數；

m為第k類突發事件的嚴重程度；

Uk為第k類突發事件的每分鐘經濟損失。

2.4 協同救援模型建立

根據高速公路建設期突發事件發生的實際情況以及重難點工程的分布，將高速公路分為n段。該模型只考慮每個段只有1輛應急救援車輛負責，這樣共有n輛應急救援車。當某段發生1起突發事件時，綜合考慮應急救援時間T、機會成本D、每分鐘經濟損失U，通過目標函數所追求的最小的經濟損失值得到求解經濟損失值的函數f（D，U，T）。這樣就有n個經濟損失值，選擇其中經濟損失值最小的那個應急救援車來處理該事件。

如果有m個突發事件同時發生，用bj表示突發事件，ai來表示應急救援車輛，那么每輛救援車救援該事件所產生的經濟損失值為Cij=D+UT，則會將產生m個c值，將m個不同行不同列的Cij求和使？撞Cij值最小的應急救援策略就是這里所要求的最優應急救援方案。將這些Cij計算出來，形成一個出救矩陣，見表2。

設使用[cij]表示應急救援行列式，令引入變量xij；其取值只能是1或0。

xij=1，當救援車輛ai救援第j個事故時0，當救援車輛ai不救援第j個事故時

3 模型求解過程

上述問題是一個單目標最優解問題與運籌學中的指派問題一致。因此，可以運用運籌學中指派問題的方法來求解此問題。

3.1 指派問題

指派問題是0-1型整數規劃的特例[6]。指派問題簡述為某單位需完成n項任務，剛好有n個人可勝任這些任務，但由于每人的專長不同，效率也不同。問題的難點即應指派何人去完成何項任務，使完成n項任務的總效率最高。

3.2 匈牙利算法

匈牙利算法只適合求解行和列相等的指派問題，而且是求得極小值[6]。但是很多實際情況的指派問題與典型的指派問題的區別只是任務數與完成任務的人數不相等即行和列不相等。當然這些問題不能直接用匈牙利算法求解，但可添加虛擬變量達到匈牙利算法需要的條件。

應急救援車輛相當于指派問題當中的人，突發事件就相當于指派問題當中的任務。應急救援車n和突發事件數m是不相等時（此處只討論m4 結 語

合理的救援策略可以減少高速公路建設期突發事件損失。本文基于應急救援時間、機會成本、單位時間經濟損失救援影響定量分析建立了高速公路建設期突發事件協同救援模型。運用運籌學中指派問題對模型求解。為如何以更短時間，最少經濟損失完成應急協同救援提供參考。

參考文獻：

[1] 趙林度，盧雅琪.城際重大危險源應急網絡協同及其經濟性研究[J].中 國安全生產科學技術，2008，（5）.

[2] 吳曉濤，吳麗萍.突發事件區域應急聯動影響因素的實證研究[J].災害 學2011，（3）.

[3] 李建斌，高速公路突發事件緊急救援關鍵技術研究[D].西安：長安大 學，2012.

[4] 陳麗婭.高速公路事件處置消息驅動應急聯動技術分析[J].技術，2013，（11）.

[5] 國家安全生產監督管理總局.國家安全生產事故災難應急預案[J].安 全與健康，2007，（3）.

[6] 《運籌學》教材編寫組.運籌學[M].北京：清華大學出版社，2004.