基于系統動力學的震后救援藥品動態需求研究

黃　輝，楊佳祺，吳　翰，未　珂

(西北工業大學管理學院，陜西 西安 710129)

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基于系統動力學的震后救援藥品動態需求研究

黃輝，楊佳祺，吳翰，未珂

(西北工業大學管理學院，陜西 西安 710129)

地震災害嚴重威脅社會經濟發展和人民生命財產安全，震后救援藥品動態需求研究對提高救援效率，挽救人民生命至關重要。建筑物倒塌壓埋是造成震后人員受傷的主要原因，因此從震后建筑物倒塌救援過程入手，運用系統動力學方法建立了震后建筑物倒塌救援因果關系模型與震后建筑物倒塌救援流量存量圖，主要考慮了建筑物倒塌壓埋、地震救援投入、醫療投入等因素對傷員人數的影響。運用Vensim軟件對流圖進行編程仿真，得出傷員隨時間的數量變化，根據救援藥品日劑量得到各救援藥品的需求量，從而輔助震后救援藥品的動態需求決策。

地震救援；醫療救援；藥品需求；系統動力學；動態需求；仿真模擬

應急物流是指以提供突發自然災害、公共事件、軍事沖突等突發性事件所需應急物資為目的，以追求時間效益最大化和災害損失最小化為目標的特種物流活動[1]。在這些突發性事件中，突發的大規模自然災害造成的后果最具有破壞性，且它的不可抗拒性也最為明顯。近年來，我國地震災害頻發，震后醫療救援物資動態需求預測對提高救援效率，挽救人民生命至關重要，因此如何科學地預測自然災害發生后的應急物資需求，特別是震后救援藥品的需求具有重大意義。

近年來國內外許多學者對應急救援及物資供應進行了研究。系統分析方面，Su等[2]建立了災害后以轉移傷患人口為目的的交通規劃仿真模型，考慮到了對災害前景的預測，緊急醫療服務系統中的動態反饋及其對系統績效的影響，仿真的結果提供了進一步改進預測響應機制的決策基礎。儲文功等[3]對應急藥品供應進行了系統分析，構建了應急藥品供應系統的SD模型，以汶川地震的膠體輸液供應為例模擬了應急藥品籌供情況。李勇建等[4]根據自行構建的地震案例庫繪出了非常規突發地震的發展演化圖，并選取地震衍生的堰塞湖事件直鏈式發展演化過程為例進行了系統動力學仿真。應急物資需求方面，朱莎等[5]針對地震血液需求突發性和波動性的特點，采用加權馬爾可夫的預測方法對震后救援血液需求進行預測。陳方超等[6]采用熵值法確定特征因素權重系數，運用灰色關聯度算法計算案例間的相似度，使用了基于時間因素影響的權重調整的方法，建立突發事件應急救援物資需求預測模型，從而求得相似案例，以解決災區應急物資需求問題。傷亡評估方面，李媛媛等[7]對基于地震參數的經驗模型、基于歷史資料的震害矩陣法和基于性能的易損性分析方法這三種地震人員傷亡評估進行了歸納。目前地震災害救援的系統動力學研究多為物資供應系統、災害發展演化系統分析，對應急救援物資需求的研究、地震人員傷亡評估多為案例推演、歷史數據分析方面的研究，從震后救援系統結構入手，分析救援過程對應急物資需求的影響，仿真模擬預測應急物資需求的研究并不多。

1　震后救援藥品性質分析

根據汶川8.0級地震都江堰市人民醫院數據統計[8]，傷員的致傷原因主要有：擠壓/掩埋、跌倒/墜落、鈍器傷、利器傷與其他原因，其中擠壓/掩埋與跌倒/墜落占總體的64.2%。存活傷員損傷部位以下肢損傷最多，占29.42%，上肢損傷占24.95%，頭部損傷占21.73%。

震后救援藥品動態需求量由代表性藥物日劑量與目標地區傷員人數決定。大宗醫療用品的人平均需求量可以根據醫療用品特性確定。馮惠堅、張軍[9-10]等人通過收集唐山地震中傷員的傷類、傷情分布數據和某三甲醫院救治同類事故傷員的用藥數據，系統分析了兩者間的線性關聯關系，進而得到地震災害緊急救援中每100名傷病員對42種鎮痛藥、抗感染藥、止血藥、水和電解質類緊急救援藥品需求量間的線性關聯關系，表1列出了部分具有代表性的藥品及其日劑量。

表1　救治100名地震傷員主要藥品品種與日劑量(創傷嚴重度按中等估計)[10]

震后救援藥品類的需求量主要取決于傷員人數的變化情況。傷員人數變化隨救援投入在時間上波動很大，震后導致普通災民受傷而轉變為傷員的關鍵因素是房屋倒塌壓埋率與獲救率，具體而言其由多個環境因素的影響疊加而成，即地震的主震烈度、建筑物抗震等級、災區總人數，救援投入。導致傷員治愈而轉變為普通災民的流速變量是治愈速度，其主要被醫療救援投入所影響。在保證傷員的生命體征平穩后，將傷員外送至相對安全的醫院，會使災區傷員人數下降，災區藥品需求量下降。

2　震后房屋倒塌救援因果反饋結構

地震造成的人員傷亡絕大部分來自于建筑物的倒塌與損毀，人群被壓埋導致傷亡。本文重點研究震后房屋倒塌造成的傷員所需救援藥品的動態需求預測情況。

建筑物倒塌后，及時有效地搶救倒塌物下被埋的傷員是震后應急救援最主要任務，包括從倒塌物下尋找、挖掘被埋人員，進行現場急救處置和救護醫療工作。對已挖掘出來的傷員，要及時救治，以期能盡量高質量地保證被埋人員的健康。

具體的震后房屋倒塌救援因果反饋圖如圖1所示。

圖1　地震建筑物倒塌救援因果關系圖

初始壓埋人數估計：地震烈度、余震震級、建筑物抗震性影響建筑物倒塌量，而建筑物倒塌量與總受災人數共同影響倒塌物下被埋人數。

對壓埋人員挖掘救援過程：部隊救援投入影響挖掘速度，挖掘速度使得壓埋人員獲救轉化為傷員，或者死亡轉化為死亡人員。存活率主要與壓埋人員被挖出，獲得救治的時間有關。

救治過程：傷員由于醫療救援投入而治愈，還有部分傷員被遷出外送，使傷員人數減少。傷員人數影響醫療用品需求。

3　地震建筑物倒塌救援模型

3.1地震建筑物倒塌救援存量流量圖分析

基于圖1震后房屋倒塌救援因果反饋圖對救援過程的分析，得出震后房屋倒塌救援傷員人數的流圖，如圖2所示。

圖2　地震建筑物倒塌救援傷員人數的存量流量圖

(1)地震壓埋人數評估

一般來說，地震造成的人員傷亡絕大部分來自于建筑物的倒塌與損毀，人群被壓埋導致傷亡。

倒房率(F)指震時房屋倒塌數與房屋總數之比值。根據歷史統計數據進行線性擬合，可得最大倒房率與地震烈度(I)的大致關系為[11]:

(1)

初始壓埋人數=壓埋率×總受災人數×壓埋系數；

(2)

壓埋人數=INTEG(-挖掘速度)+壓埋率×總受災人數壓埋系數。

(3)

(2)救治情況評估

地震災害發生后，大量建筑物倒塌，不僅造成大量人員傷亡，還有較多的居民埋壓在倒塌建筑物廢墟之中，必須爭分奪秒地挖救，才能有效提高救活率。地震造成人員死亡的原因有以下幾個方面：地震當時被砸死、震時受傷后傷勢不斷惡化死亡、窒息逐漸死亡、饑渴逐漸死亡、被困絕望自殺死亡。救活率隨搶救時間衰減，其關系如表2所示。

表2　搶救時間與救活率關系

震后前3 d是黃金救援時間，國外的地震統計和研究，得出48 h為危難搶救期；72 h為法定搶救底線的結果。

3.2地震建筑物倒塌救援系統動力學模型

在因果反饋圖及流圖的分析基礎上，結合汶川地震相關數據，運用系統動力學仿真常用軟件——Vensim PLE，仿真出汶川地震房屋倒塌救援過程。

仿真的時間單位設為“小時(hour)”；每次仿真運行168個周期，即“黃金救援7天”。設置TIME STEP=0.125采用的大體數據來自于2008年汶川8級地震中汶川縣數據。建筑抗震系數6，汶川縣地形山區為主，絕大部分處于地震烈度10度區，總人口11.18萬[11]。

具體系統動力學仿真模型及DYNAMO方程如表3所示。

表3　地震建筑物倒塌救援系統動力學模型

3.3地震建筑物倒塌救援系統仿真結果及分析

模型綜合考慮了地震烈度、建筑物抗震性、救援投入、挖出人員的救活率、醫療投入，模擬了地震救援中房屋倒塌的傷員救助過程，仿真得到傷員人數變化情況。本文使用Vensim對上述系統動力學模型進行仿真，得到傷員人數隨時間的變化圖(圖3)以及具體每6 h的傷員人數序列(圖4)。

圖3　仿真出的傷員人數隨時間的變化圖

時間/h0612182430364248傷員人數1000927102921943260421749905652620154時間/h606672788490961021086653傷員人數702673207266659459225250457839063234114時間/h1201261321381441501561621682562傷員人數18901218546000000

由仿真結果可以的得出，救援開始后的7 d，即168 h的傷員人數變化圖。結果顯示傷員人數在震后70 h達到峰值，為7476人。根據傷員人數的變化曲線與具體震后救援藥品人均需求量，可以得到藥品的時變需求量，用以指導藥品的物資籌備。

用預測模型預測得到的初期災區內的傷病員人數乘以緊急救援藥品的劑量系數(本文時間間隔為6 h，故此處藥品劑量系數為每人日劑量系數乘以0.25)，可以快速準確地計算地震災害初期災區內的緊急救援藥品需求量。

例如注射用頭孢拉定(1 g/瓶)的藥品需求量如表5所示。

圖4　地震災害初期災區內的注射用頭孢拉定(1g/瓶)藥品需求量

圖5　地震災害初期災區內的注射用頭孢拉定(1g/瓶)累計藥品需求量

同時也可計算出注射用頭孢拉定(1g/瓶)的累計藥品需求量，如圖5。

由于震后是對災區傷病員進行緊急救助的最佳時期，挖出壓埋人員的存活率較高，所以在初期特別是震后72 h，傷員人數呈快速增長的趨勢。之后，由于醫療救援以及傷員遷出等因素的影響，傷員人數呈現逐步下降的趨勢。

大規模地震災害發生后，隨著救援階段的不同，傷病員的傷情特征會隨之發生變化，相應地對救援藥品的需求也會相應地發生變化。同時，由于地震環境、道路運輸情況、救援投入人數等因素的變化，具體救援情況還需依據具體情況對參數進行調整。因而，在實際的地震災害應急救援過程中，對各類緊急救援藥品的真實需求肯定還會有一定的偏差。

表5　地震災害初期災區內的注射用頭孢拉定(1g/瓶)時變藥品需求量

4　結語

大規模地震災害發生初期，是對災區傷病員進行緊急救助的最佳時期，有效保證這個時期內的緊急救援藥品需求顯得非常重要。本文從震后建筑物倒塌救援過程入手，運用系統動力學方法建立了震后建筑物倒塌救援因果關系模型與震后建筑物倒塌救援流量存量圖，主要考慮了建筑物倒塌壓埋，地震救援投入，醫療投入等因素對傷員人數的影響。本文運用Vensim軟件對流圖進行編程仿真，模擬得到傷員人數變化曲線與數值序列變化，根據救援藥品日劑量得到各救援藥品的需求量，從而輔助指導震后救援藥品動態籌備決策，提高應急救援效率。本模型中的不足之處，救援投入實際是由路況與救援決策情況共同決定，需結合具體案例進行進一步細化，使結果更為準確。

[1]歐忠文，王會云，姜大立，等. 應急物流[J]. 重慶大學學報(自然科學版)，2004，27(3):164-167.

[2]Su Y，Jin Z. Modeling Transportation of Patients Following a Disaster with Simulation and System Dynamics[C]//Education Technology and Training， 2008. and 2008 International Workshop on Geoscience and Remote Sensing. ETT and GRS 2008. International Workshop on， 2009. 2:400-403.

[3]儲文功，黃文龍，劉照元，等. 基于系統動力學的應急藥品供應系統仿真研究[J]. 科技管理研究，2010，30(18):209-211.

[4]李勇建，喬曉嬌，孫曉晨，等. 基于系統動力學的突發事件演化模型[J]. 系統工程學報，2015，30(3):306-318.

[5]朱莎，劉曉. 基于加權馬爾可夫模型的應急血液需求預測[J]. 工業工程與管理，2013，18(2):60-64，70.

[6]陳方超，管俊陽，王道重，等. 突發事件應急救援物資需求預測的方法研究[J]. 交通信息與安全，2014，43(4):155-159.

[7]李媛媛,蘇國峰,翁文國,等. 地震人員傷亡評估方法研究[J]. 災害學,2014,29(2):223-227.

[8]楊鼎君,吳鄭兵,孫勁松. “5·12”地震傷員損傷特點及震后初期急救分析[J]. 預防醫學情報雜志,2009,25(5):361-363.

[9]馮惠堅，李捷瑋，陳盛新，等. 地震傷救治藥品的需求分析[J]. 藥學實踐雜志，2003，21(2):100-102.

[10]張軍,李占風. 大規模地震災害緊急救援藥品需求的預測[J]. 統計與決策,2014(13):90-93.

[11]王琪. 基于系統動力學的地震應急資源配置模型研究[D].大連：大連理工大學，2013.

Study on the Dynamic Demand of the After-earthquake Rescue Drugs based on System Dynamics

HUANG Hui, YANG Jiaqi, WU Han and WEI Ke

(SchoolofManagement,NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xi’an710129,China)

Earthquakedisastersseriouslythreatenthesocialandeconomicdevelopmentandpeople'slifeandpropertysafety.Thedynamicdemandresearchoftheafter-earthquakerescuedrugsisveryimportanttoimprovetherescueefficiencyandsavepeople'slives.Becausetheearthquakeearlywoundedaremainlycausedbybuildingscollapseburied,thisarticleobtainsthecollapsedbuildingrescueprocessafteranearthquake,usingsystemdynamicmethodtoestablishthebuildingscollapsedafterthequakerescuecausalitymodelandthestockflowdiagramofbuildingscollapsedafterthequakerelief,mainlyconsideringthebuildingcollapseburied,earthquakerelief,medicalinputfactorsastheimpactonthenumberofthewounded.Inthispaper,byusingVensimsoftwareforprogrammingtheflowdiagramsimulation,itisconcludedthatthenumberoftheinjuredwhichchangeswiththeamountoftime.Accordingtotheaiddrugdailydoseintherescue,itreachesthedemandfordrugstoassistthedecisionmakingofthedynamicdemandoftheafter-earthquakerescuedrugs.

earthquakerescue;medicalaid;drugdemand;systemdynamics;dynamicdemand;simulation

2016-04-24

2016-06-12

國家社科基金(13BGL064)；教育部人文社科基金(11YJC630071)

黃輝(1976-)，男，漢族，江蘇泰興人，副教授，博士，研究方向為物流與供應鏈管理、生產運作管理、項目管理. E-mail：hhnwpu@nwpu.edu.cn

楊佳祺(1991-)，女，漢族，河北石家莊人，碩士研究生，研究方向為物流與供應鏈管理、生產運作管理.

E-mail: yangjiaqinwpu@163.com

X43

A

1000-811X(2016)04-0171-05

10.3969/j.issn.1000-811X.2016.04.030

黃輝，楊佳祺，吳翰，等. 基于系統動力學的震后救援藥品動態需求研究[J]. 災害學，2016，31(4)：171-175. [HUANG Hui，YANG Jiaqi，WU Han,et al.Study on the Dynamic Demand of the After-earthquake Rescue Drugs based on System Dynamics[J]. Journal of Catastrophology，2016，31(4)：171-175. doi: 10.3969/j.issn.1000-811X.2016.04.030.]