基于位置分配模型的醫(yī)療機(jī)構(gòu)空間布局優(yōu)化研究

賴國華 劉少坤

廣西醫(yī)療衛(wèi)生資源的配置水平較低，普遍低于全國平均水平，存在空間分布不均衡、城鄉(xiāng)差距明顯等特點(diǎn)[1]。現(xiàn)有的衛(wèi)生資源配置更多關(guān)注人口密度，忽略了地理因素和空間分布，導(dǎo)致優(yōu)質(zhì)的衛(wèi)生資源聚集在人口密集的城市中心，而忽略了偏遠(yuǎn)地區(qū)的緊急就醫(yī)需求。公共服務(wù)設(shè)施配置的研究重點(diǎn)主要為可達(dá)性、空間格局、優(yōu)化布局、居民需求等[2]，蔣祎等[3]認(rèn)為衛(wèi)生服務(wù)可達(dá)性是評價衛(wèi)生服務(wù)公平性、效率和質(zhì)量的主要指標(biāo)。GIS (Geographic Information System)是一種基于計(jì)算機(jī)的工具，可對空間信息進(jìn)行分析和處理，廣泛運(yùn)用于公共服務(wù)設(shè)施的選址、空間規(guī)劃布局和資源合理配置等[4]。隨著GIS技術(shù)的發(fā)展，其在公共衛(wèi)生和規(guī)劃的應(yīng)用發(fā)揮重要的作用[5]，眾多學(xué)者將GIS技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)療機(jī)構(gòu)的可達(dá)性研究中。在公共服務(wù)設(shè)施布局優(yōu)化方面，泰森多邊形、區(qū)位模型、P中心模型、覆蓋模型、層級模型、空間交互模型被廣泛應(yīng)用[6-7]，但使用位置分配模型對醫(yī)療機(jī)構(gòu)布局進(jìn)行優(yōu)化的文獻(xiàn)較少。在前人研究基礎(chǔ)上，文章以居民點(diǎn)及時就醫(yī)保障為視角，選擇國家西部北部灣沿海地區(qū)作為研究的典型區(qū)域，采用最短距離法，分析廣西北部灣沿海城市醫(yī)療機(jī)構(gòu)的空間分布特征及在不同阻抗中斷值的地理可達(dá)性，再運(yùn)用位置分配模型中最小化設(shè)施點(diǎn)方法確定擬增設(shè)新的醫(yī)療機(jī)構(gòu)位置，對優(yōu)化該區(qū)域醫(yī)療設(shè)施空間布局，輔助政府部門制定衛(wèi)生規(guī)劃具有重要的意義。

1 研究數(shù)據(jù)及方法

1.1 研究區(qū)域概況

廣西沿海的城市有北海、欽州、防城港，擁有1 600多公里的海岸線以及豐富的海洋資源，常住人口總數(shù)為575.34萬人，其中北海市164.37萬人，防城港市92.9萬人，欽州市324.3萬人。北海市下設(shè)三區(qū)一縣，分別是海城區(qū)、銀海區(qū)、鐵山港去、合浦縣。防城港市下設(shè)兩區(qū)一縣以及一個縣級市，分別是防城區(qū)、港口區(qū)、上思縣、東興市。欽州市下設(shè)兩區(qū)兩縣，分別是欽南區(qū)、欽北區(qū)、靈山縣、浦北縣。本研究以北部灣沿海城市的鄉(xiāng)、鎮(zhèn)、街道辦為需求點(diǎn)，由于北海市潿洲鎮(zhèn)位于海面上的島嶼，距離市區(qū)較遠(yuǎn)且沒有道路網(wǎng)與北海市內(nèi)陸連接，做OD成本矩陣模型和位置分配模型時忽略海上這一個獨(dú)立的點(diǎn)，3個沿海城市共計(jì)124個需求點(diǎn)。

1.2 數(shù)據(jù)來源

廣西沿海城市的醫(yī)療資源現(xiàn)狀、醫(yī)院名稱、等級等基本信息來源于衛(wèi)生行政部門，二級以上綜合醫(yī)院共計(jì)33個點(diǎn)，各鄉(xiāng)、鎮(zhèn)、街道的行政區(qū)劃來源于欽州、防城港、北海的政府網(wǎng)站，共計(jì)124個點(diǎn)。收集醫(yī)院、鄉(xiāng)、鎮(zhèn)、街道的百度坐標(biāo)，用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器將百度坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為地理坐標(biāo)。由于不同地方的不同路段，其國道、省道、縣道等公路有不同的限速規(guī)定，難以準(zhǔn)確界定每一條道路的速度，所以根據(jù)《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范 JTG D20-2017》中規(guī)定的五級道路速度，取其平均值，對廣西北部灣沿海城市道路網(wǎng)的道路速度進(jìn)行界定。在研究中將北部灣沿海城市的道路網(wǎng)分為高速公路(100km/h)、國道(80km/h)、省道(70km/h)、縣道(35km/h)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)村道(25km/h)、其他道路(25km/h)。

1.3 研究方法

1.3.1 最短距離法

最短距離法是指從就醫(yī)需求點(diǎn)到最近的醫(yī)療機(jī)構(gòu)點(diǎn)的距離、時間[8]，OD成本矩陣表示從源i到目標(biāo)j的流量，多用于解決大型M×N的運(yùn)輸最優(yōu)問題[9]。本文基于北部灣沿海城市的真實(shí)路網(wǎng)，運(yùn)用OD成本矩陣模型測量居民點(diǎn)到醫(yī)療機(jī)構(gòu)的最短距離和時間。

1.3.2 位置分配模型

在ArcGIS位置分配分析中，優(yōu)化模型有最小阻抗模型、最小設(shè)施點(diǎn)等模型，主要是對某種設(shè)施在空間上進(jìn)行優(yōu)化，提供設(shè)施空間布局的方案[10]。最小化設(shè)施點(diǎn)模型從政府投入的角度出發(fā)，保證設(shè)施點(diǎn)數(shù)目最少且盡可能覆蓋更大的范圍，可以在設(shè)置的阻抗中斷值內(nèi)讓更多的需求點(diǎn)分配到設(shè)施點(diǎn)，而且使覆蓋請求點(diǎn)的設(shè)施點(diǎn)的數(shù)量最小。這是從政府層面考慮財政投入最小化，以最少的公共設(shè)施滿足更多居民需求的方法。

2 廣西北部灣沿海城市醫(yī)療機(jī)構(gòu)空間分布特征分析

由于社區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)衛(wèi)生服務(wù)中心等一級醫(yī)院在行政區(qū)劃內(nèi)分布比較均勻，且服務(wù)范圍有限，所以在文中不做研究，醫(yī)院按照綜合性又可以分為綜合醫(yī)院和專科醫(yī)院，專科醫(yī)院主要針對的是一些特殊人群，側(cè)重于治療某一病種，服務(wù)能力和服務(wù)對象有限，因此，本研究以二級以上等級的綜合醫(yī)院為研究對象。

2.1 衛(wèi)生資源配置現(xiàn)狀

結(jié)合廣西北部灣沿海城市常住人口數(shù)，計(jì)算各項(xiàng)衛(wèi)生資源的每千人口擁有量，對比廣西全區(qū)的衛(wèi)生資源平均水平，發(fā)現(xiàn)欽州市人均衛(wèi)生資源配置各項(xiàng)均低于廣西全區(qū)水平，防城港市除執(zhí)業(yè)（助理）醫(yī)師人均數(shù)略高于廣西平均水平，其余3項(xiàng)指標(biāo)均低于廣西全區(qū)水平，北海市除人均床位數(shù)高于廣西區(qū)平均水平，其余3項(xiàng)指標(biāo)等于或小于廣西區(qū)水平。總體看來，廣西沿海3市的衛(wèi)生資源水平低于廣西區(qū)平均水平，醫(yī)療資源總量滯后于人口總量，見表1。

2.2 醫(yī)療機(jī)構(gòu)與路網(wǎng)空間分布特征分析

表1 廣西北部灣沿海城市每千人口衛(wèi)生資源配置情況

從欽州、北海、防城港3座城市的道路網(wǎng)分布可以看出，各個類型的道路形成的道路網(wǎng)在城市和縣城中心較為密集，偏遠(yuǎn)地區(qū)則較為稀疏。二級及以上等級的綜合醫(yī)院具有良好的醫(yī)療資源，主要集中于交通發(fā)達(dá)、經(jīng)濟(jì)繁榮的城市中心，在偏遠(yuǎn)地區(qū)分布的比較少，如圖1所示。大醫(yī)院布局不均勻，集中于某一區(qū)域，醫(yī)療機(jī)構(gòu)的分布與道路網(wǎng)相似，主要還是集中于道路網(wǎng)密集的城市中心和縣城中心，從交通方面看較為便捷，居民可以使用多種交通工具到達(dá)醫(yī)院，但是從地理可達(dá)性看，處于偏遠(yuǎn)地區(qū)的居民無法及時就醫(yī)。

圖1 廣西北部灣沿海城市二級以上醫(yī)療機(jī)構(gòu)分布

2.3 醫(yī)療機(jī)構(gòu)空間可達(dá)性分析

醫(yī)療需求具有緊急性，患者迫切需要在最短的距離內(nèi)獲得最好的醫(yī)療服務(wù)，最短距離法能更好的反映出需求點(diǎn)到設(shè)施點(diǎn)的距離、時間，二級及以上等級的綜合醫(yī)院具有一定的應(yīng)急處理能力，能提供更為全面的健康保障。在廣西北部灣沿海城市區(qū)域內(nèi)，3個沿海城市之間可以共享醫(yī)療資源，不以行政區(qū)劃為界限，更好的反映需求點(diǎn)到最近醫(yī)院的距離和時間。由于研究區(qū)域較大，如果需求點(diǎn)定位到村、社區(qū)一級，數(shù)量過多，在圖上顯示密集，可達(dá)性表達(dá)欠直觀。因此，本研究以鄉(xiāng)、鎮(zhèn)、街道辦這一級為需求點(diǎn)，通過可視化制圖表示就醫(yī)需求點(diǎn)到最近醫(yī)院的距離及時間，見圖2、圖3。

圖2 居民點(diǎn)到最近醫(yī)院分布

圖3 居民點(diǎn)最短時間內(nèi)到達(dá)醫(yī)院分布

圖2表示每個居民點(diǎn)到達(dá)的最近二級及以上等級醫(yī)院，打開OD成本矩陣中“線”的屬性表，可以查詢每個鎮(zhèn)到最近醫(yī)院具體距離。OD成本矩陣是基于道路網(wǎng)及道路通行速度計(jì)算需求點(diǎn)到目的地點(diǎn)之間距離和時間，因此，在較短距離內(nèi)忽略了出行的其他時間成本。經(jīng)對每個鎮(zhèn)到醫(yī)院的最近距離進(jìn)行查詢、篩選、排序，北海市的中街街道到達(dá)醫(yī)院的距離最近，僅為260米，欽州市的平睦鎮(zhèn)到達(dá)醫(yī)院距離最遠(yuǎn)，為80 511米，所有需求點(diǎn)到達(dá)醫(yī)院的平均距離是23 885米。圖3是每個居民點(diǎn)花費(fèi)最短時間到達(dá)的醫(yī)院。經(jīng)過分析，北海市中街街道到達(dá)醫(yī)院需要時間最短，僅為0.5分鐘，北海市沙田鎮(zhèn)到達(dá)醫(yī)院需要時間最長，需要106分鐘，所有需求點(diǎn)到達(dá)醫(yī)院所需時間的平均值是26分鐘。

3 基于最小化設(shè)施點(diǎn)的醫(yī)療機(jī)構(gòu)空間布局優(yōu)化

3.1 不同阻抗中斷值的可達(dá)性分析

目前對于居民點(diǎn)到達(dá)二級及以上醫(yī)院的時間及距離沒有明確規(guī)定，不同地區(qū)的醫(yī)療資源具有差異性，本研究以居民點(diǎn)到達(dá)二級及以上等級醫(yī)院的平均距離和平均時間取整，作為醫(yī)療機(jī)構(gòu)可達(dá)性平均水平界定，并以此為基礎(chǔ)統(tǒng)計(jì)可達(dá)性低于平均水平的居民點(diǎn)。基于上文的OD成本矩陣求解，采用不同距離和時間阻抗進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見表2、表3。仍有11個鄉(xiāng)鎮(zhèn)在50 000米內(nèi)無法到達(dá)醫(yī)院，分別是平睦鎮(zhèn)、峒中鎮(zhèn)、沙田鎮(zhèn)、六硍鎮(zhèn)、扶隆鎮(zhèn)、石埇鎮(zhèn)、太平鎮(zhèn)、大成鎮(zhèn)、舊州鎮(zhèn)、沙坪鎮(zhèn)、山口鎮(zhèn)。8個鄉(xiāng)鎮(zhèn)在60分鐘內(nèi)無法到達(dá)醫(yī)院，分別是沙田鎮(zhèn)、平睦鎮(zhèn)、沙坪鎮(zhèn)、山口鎮(zhèn)、峒中鎮(zhèn)、六硍鎮(zhèn)、南屏瑤族鄉(xiāng)、那思鎮(zhèn)，由于在分析過程中沒有具體考慮每一段路的通行情況，如紅綠燈、交通堵塞等因素，因此，真正到達(dá)的時間會比計(jì)算出的時間要長。

表2 基于時間阻抗的醫(yī)療機(jī)構(gòu)可達(dá)性統(tǒng)計(jì)

表3 基于距離阻抗的醫(yī)療機(jī)構(gòu)可達(dá)性統(tǒng)計(jì)

3.2 擬新增醫(yī)療點(diǎn)的空間配置分析

從OD成本矩陣分析圖中可以發(fā)現(xiàn)，每個毗鄰的行政區(qū)域之間都存在著醫(yī)療盲區(qū)，如欽南區(qū)、欽北區(qū)與靈山縣接壤的行政區(qū)劃邊界大部分居民點(diǎn)無法及時就醫(yī)。為提高醫(yī)療機(jī)構(gòu)的可達(dá)性，可在醫(yī)療空白區(qū)新增醫(yī)療點(diǎn)。由于擬新建醫(yī)療點(diǎn)位于較偏遠(yuǎn)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，人口密度較小，二級醫(yī)院的服務(wù)能力可滿足周圍居民就醫(yī)需求，因此，擬新建醫(yī)療點(diǎn)可為二級醫(yī)院。研究中采用了最小化設(shè)施點(diǎn)模型進(jìn)行優(yōu)化模擬，結(jié)合道路網(wǎng)、醫(yī)院、居民點(diǎn)分布，尋找醫(yī)療空白區(qū)，按照最少醫(yī)療設(shè)施點(diǎn)覆蓋最多居民點(diǎn)以及道路交通便捷的原則，模擬增加了9個醫(yī)療機(jī)構(gòu)，分別處于北海合浦縣的公館鎮(zhèn)、欽州浦北縣的張黃鎮(zhèn)和官垌鎮(zhèn)、欽州欽北區(qū)的小董鎮(zhèn)和貴臺鎮(zhèn)、欽州靈山縣舊州鎮(zhèn)、欽州欽南區(qū)那彭鎮(zhèn)、防城港防城區(qū)大菉鎮(zhèn)、防城港上思縣平福鄉(xiāng)。以最小化設(shè)施點(diǎn)模型進(jìn)行分析，結(jié)果顯示：阻抗為20 000米時可達(dá)率為73%，阻抗為30 000米時可達(dá)率為90%，阻抗40 000米時可達(dá)率為98%，阻抗為50 000米時可達(dá)率為99%。擬增9家醫(yī)療點(diǎn)后，居民點(diǎn)到達(dá)醫(yī)院的可達(dá)性得到了較大的提高，填補(bǔ)了大部分的醫(yī)療服務(wù)空白點(diǎn)。見圖4。

通過擬增醫(yī)院發(fā)現(xiàn)可達(dá)率得到了較大的提高，對于現(xiàn)有醫(yī)院布局優(yōu)化具有現(xiàn)實(shí)參考意義。改變醫(yī)療機(jī)構(gòu)空間布局可以通過新建、搬遷、提升原有醫(yī)院等級等方式加大服務(wù)范圍，考慮到城區(qū)人口較多，對醫(yī)療服務(wù)需求大，因此，可保留部分服務(wù)重疊的醫(yī)院。偏遠(yuǎn)地區(qū)的醫(yī)療機(jī)構(gòu)可通過提升原有醫(yī)院的等級水平從而提高醫(yī)療服務(wù)范圍，或者搬遷部分服務(wù)重疊的醫(yī)院到醫(yī)療服務(wù)空白地區(qū)。從其他公共設(shè)施看，改善道路網(wǎng)、增加公共出行工具也可以讓居民便捷出行，從時間成本上彌補(bǔ)距離方面的問題。

4 討論

4.1 廣西北部灣沿海城市醫(yī)療機(jī)構(gòu)分布不均

二級以上的綜合醫(yī)院具有良好的醫(yī)療資源，主要集中于交通發(fā)達(dá)、經(jīng)濟(jì)繁榮的城鎮(zhèn)中心，在偏遠(yuǎn)地區(qū)分布的比較少，優(yōu)質(zhì)醫(yī)療資源城鄉(xiāng)分布不均現(xiàn)象突出。通過欽州、北海、防城港3個城市的醫(yī)院布局可以看出，每個地區(qū)的二級及以上等級醫(yī)院集中分布于城市中心和縣城中心，區(qū)域內(nèi)的醫(yī)院地理距離非常接近，在地理空間分布上較為聚集，而中心城區(qū)以外的偏遠(yuǎn)地區(qū)存在著大面積的醫(yī)療空白區(qū)。位于城區(qū)的鄉(xiāng)、鎮(zhèn)、街道距離醫(yī)院較近，且可供選擇的醫(yī)院多，患者在一定的就醫(yī)距離內(nèi)可選擇多家醫(yī)院，造成了醫(yī)療資源的冗余。而位于偏遠(yuǎn)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)可供選擇的醫(yī)院較少，甚至在緊急情況下無法及時到達(dá)醫(yī)院，人們的健康安全無法得到保障。從人口和效益方面考慮，中心城區(qū)的醫(yī)院應(yīng)當(dāng)比偏遠(yuǎn)地區(qū)的多，但過多的資源集中則會造成人才、設(shè)備的浪費(fèi)，經(jīng)濟(jì)效益不一定達(dá)到最佳。醫(yī)院作為公共服務(wù)設(shè)施，應(yīng)當(dāng)盡可能保障人們的健康，更大范圍的覆蓋人群。可以通過合并、關(guān)閉和遷址等手段對醫(yī)療資源聚集地區(qū)的擴(kuò)展進(jìn)行限制[11]。

4.2 部分居民點(diǎn)到達(dá)醫(yī)院的可達(dá)性較差

圖4 擬新增二級及以上等級醫(yī)療點(diǎn)空間分布

可達(dá)性是評價設(shè)施布局與獲得的有效手段[12]，衛(wèi)生服務(wù)可達(dá)性是評價衛(wèi)生服務(wù)公平性、效率和質(zhì)量的主要指標(biāo)[13]。通過基于真實(shí)路網(wǎng)的OD成本分析發(fā)現(xiàn)，部分偏遠(yuǎn)鄉(xiāng)、鎮(zhèn)、街道到達(dá)最近醫(yī)院所需的時間較長，如果考慮不良的交通情況，實(shí)際上醫(yī)院的可達(dá)性會更差。造成可達(dá)性差的主要因素是偏遠(yuǎn)地區(qū)的居民點(diǎn)距離醫(yī)院較遠(yuǎn)，醫(yī)療資源稀缺，且落后地區(qū)道路網(wǎng)稀疏且通行能力差。面對緊急突發(fā)醫(yī)療衛(wèi)生情況時，偏遠(yuǎn)地區(qū)的居民不能及時就醫(yī)，導(dǎo)致出現(xiàn)“小病拖，大病抗”的現(xiàn)象。

4.3 優(yōu)化醫(yī)療布局有助于提高可達(dá)性

應(yīng)適當(dāng)增加醫(yī)療機(jī)構(gòu)點(diǎn)，特別是在偏遠(yuǎn)地區(qū)優(yōu)化醫(yī)療機(jī)構(gòu)空間服務(wù)功能[14]。本研究顯示，城區(qū)中心以及縣城中心的居民點(diǎn)前往醫(yī)院較近且交通便捷，無法及時到達(dá)醫(yī)院的地區(qū)則位于較偏遠(yuǎn)位置，為提高醫(yī)院的交通可達(dá)性，應(yīng)更關(guān)注偏遠(yuǎn)地區(qū)的醫(yī)療空白區(qū)。通過對現(xiàn)有布局的分析擬建了9個醫(yī)療點(diǎn)，運(yùn)用最小化設(shè)施點(diǎn)模型進(jìn)行驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)可達(dá)性得到了較大的提高。未來應(yīng)提高對資源配置地理分布公平性的重視程度[15]，在進(jìn)行衛(wèi)生資源規(guī)劃時，綜合考慮居民點(diǎn)的地理因素和道路因素影響，將優(yōu)質(zhì)醫(yī)療資源“下沉”基層。

本文研究的區(qū)域是欽州、北海、防城港3個沿海城市，南面臨海，位置較為特殊，使得各城市之間的醫(yī)療資源聯(lián)系更密切，空間布局上打破了行政界線，有利于從更大的區(qū)域視角分配醫(yī)療資源。對醫(yī)療機(jī)構(gòu)空間優(yōu)化所選用的位置分配模型結(jié)合GIS的方法，證明是相對簡單并且行之有效，可以在今后衛(wèi)生規(guī)劃中采用該方法。不足之處在于忽略了非空間的因素，如醫(yī)療設(shè)備、醫(yī)師人員、人口分布、人口結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、出行工具、就醫(yī)偏好等因素，在后續(xù)的研究中，可考慮多種非空間因素，分析這些變量對醫(yī)療機(jī)構(gòu)布局的影響。