應急醫療資源保障研究綜述

張朝玉 雷曉雨 張斌

摘 要：應急醫療資源是應對突發公共衛生事件的物質基礎和保障，能否根據需求及時、準確地提供應急醫療資源對于降低疫情造成的損失具有重要作用。首先，綜述了應急醫療資源需求預測方法及緊迫度的評估指標體系；其次，對應急醫療資源儲備的關鍵問題進行分析，綜述了規模與輪換、政企合作、設施選址3個方面的研究現狀；再次，從優化目標、時間窗等角度總結應急醫療資源調配模型，以及優化算法的研究現狀；最后，對應急醫療資源保障發展趨勢進行了總結和展望，指出通過大數據技術和平臺提升應急醫療資源保障能力尤為重要，具體應關注3個方面：1）運用數字技術建設應急醫療資源大數據平臺；2）通過大數據平臺重構應急醫療資源保障系統；3）應急醫療資源保障系統重構的實現路徑。

關鍵詞：安全科學技術；應急管理；醫療資源保障；突發公共衛生事件；大數據平臺

中圖分類號：R184

文獻標識碼：A DOI：10.7535/hbkd.2023yx03010

收稿日期：2023-04-04；修回日期：2023-05-18；責任編輯：張士瑩

基金項目：河北省社會科學基金（HB20GL058）

第一作者簡介：張朝玉（1981—），男，河北石家莊人，講師，博士，主要從事應急管理、地方政府管理、教育經濟與管理方面的研究。E-mail：372120712@qq.com

Review on studies of emergency medical resource support

ZHANG Chaoyu，LEI Xiaoyu，ZHANG Bin

（School of Economics and Management，Hebei University of Science and Technology，Shijiazhuang，Hebei 050018，China）

Abstract：Emergency medical resources are the material basis and guarantee for responding to public health emergencies. Timely and accurate provision of emergency medical resources based on demand plays an important role in reducing the losses caused by the epidemic. Firstly， the prediction method of emergency medical resource demand and the evaluation index system of urgency were summarized. Secondly， the key issues of emergency medical resource reserve were analyzed， and the research status of scale and rotation， government-enterprise cooperation， facility location was summarized. Thirdly， the emergency medical resource allocation model was summarized from the optimization objective and time window， and the research status of optimization algorithm was summarized. Finally， the research status of emergency medical resource guarantee was reviewed， and the development trend of emergency medical resource guarantee was summarized and prospected， suggesting that it is particularly important to improve the emergency medical resource guarantee ability through big data technology and platform， which includes three aspects： 1） Using digital technology to build a big data platform for emergency medical resources; 2） Reconstructing the emergency medical resource support system through the big data platform; 3） Implementation path for the reconstruction of emergency medical resource support system.

Keywords：safety science and technology；emergency management；medical resource guarantee；public health emergencies；big data platforms

近年來，公共衛生事件頻發，能否及時、準確地提供應急醫療資源是應對疫情的關鍵。習近平總書記在中央全面深化改革委員會第十二次會議上指出：“醫用設備、防護服、口罩等物資頻頻告急，反映出國家應急物資保障體系存在突出短板。把應急物資保障作為國家應急管理體系建設的重要內容，按照集中管理、統一調撥、平時服務、災時應急、采儲結合、節約高效的原則，盡快健全相關工作機制和應急預案”^［1］。為貫徹落實習近平總書記關于應急物資保障體系建設的重要精神，2022-10-11，應急管理部、國家發展改革委、財政部、國家糧食和儲備局聯合印發《“十四五”應急物資保障規劃》，對“十四五”期間應急物資保障工作作出了全面部署。

研究應急醫療資源保障有助于高效應對突發公共衛生事件^［2］。例如：研究應急醫療設施布局決策問題，有助于為突發公共衛生事件下的選址問題提供科學依據^［3］；研究突發公共衛生事件下的人力資源管理，有利于建立有彈性的醫療衛生保障系統，以滿足絕大多數人員的需求^［4］；通過GPS大數據測量應急醫療資源保障的時空可及性，有助于幫助決策者更好地安排應急設施的位置與應急服務時間^［5］。從醫療資源類型的角度來看，應急醫療資源包括藥品^［6］、防護用品^［7］、醫療設施^［8］等可更新與不可更新資源。從發展階段來看，應急醫療資源保障可以分為災前資源儲備^［9］以及災時資源調度^［10］。目前，中國仍然存在著應急醫療資源儲備不完善、生產能力不足、調度困難等問題。近年來，關于應急醫療資源保障的研究主要集中在災前儲備體系構建^［11］、災時應急醫療資源分配^［12］、運輸^［13］以及應急醫療設施選址^［14］等方面。

本文針對應急醫療資源需求預測、儲備、調配的相關研究進行梳理和歸納，分析應急醫療資源保障研究存在的問題，提出應急醫療資源保障的研究趨勢。

1 應急醫療資源需求預測

1.1 預測方法

突發公共衛生事件具有突發性、高傳播性、高危害性的特點，根據獲取的災區信息進行分析，模擬預測所需要的醫療資源，對醫療資源供給具有重要意義。現有研究主要通過建立需求預測模型和軟件模擬來測算需求量，其方法主要包括3種，即傳統預測方法、基于人工智能的預測方法、基于傳染病模型的仿真預測方法。

1.1.1 傳統預測方法

傳統的預測方法主要有經驗預測法、時間序列法以及基于模糊理論的預測方法等。經驗預測法主要根據類似的緊急情況、密度和其他特征的以往經驗來預測影響^［15］。時間序列法則是從過去的觀測中獲得緊急情況的時間演變特征，進而預測未來的需求。JUANG等^［16］通過收集過去的急診科患者數量進行時間序列自回歸綜合移動平均分析，然后采用擬合預測模型預測需求。基于模糊理論的預測方法，主要是運用模糊變量來描述需求量或者通過案例進行模糊推理。宋英華等^［17］選用三角模糊數描述模糊需求量，進行應急醫療資源選址-分配模型的求解。

1.1.2 基于人工智能的預測方法

隨著大數據時代的到來，人工智能（artificial intelligence，AI）技術飛速發展，人工智能的最終目標是學習與識別感興趣的數據和結果之間的關聯^［18］。機器學習和深度學習是人工智能的2個重要子領域，并在應急醫療資源需求預測方面取得了一些重要研究成果。SHAFIEKHANI等^［19］建立了基于機器學習算法的時間序列預測模型，通過模型訓練及驗證以預測未來趨勢。MARTIN等^［20］采用多層感知器（MLP）人工神經網絡模型，基于集成的決策樹模型進行特征選擇，生成一系列每日、每小時和空間分布的小時需求量預測。

1.1.3 基于傳染病模型的仿真預測方法

傳染病模型可以模擬流行病在人群中的傳播，其中易感-感染-恢復（SIR）^［21］和易感-暴露-感染-恢復（SEIR）^［22］模型（如圖1所示）是2個經典的傳染病模型。相關文獻將其作為基礎模型，預測感染人數與醫療資源需求量。王付宇等^［23］和許德剛等^［24］利用SEIR模型預測各災區感染人數，進而預測醫療資源的需求量。蘇強等^［25］和樊長佳等^［26］結合突發公共衛生事件特點對基礎模型進行改進，在SEIR模型的基礎上考慮了醫療資源供應比例與康復率的關系、感染者的門診就診和住院治療過程，后者選取上海市作為樣本，建立了各類應急醫療資源需要量與疫情發展之間的動態數量關系。

1.2 評估緊迫度

資源的有限性決定了應急醫療資源保障需根據各個災區的優先級來進行。因此，考慮各需求點緊急情況的差異性，根據需求緊迫程度有次序地進行醫療資源保障具有重要意義。已有文獻關于應急醫療資源需求緊迫度的評估指標以及緊迫度得分確定方法見表1。

基于以上研究可發現，相關文獻考慮了需求緊迫度，確定了緊迫度評估指標體系，將受災人數、人口密度、患病人數、醫療基礎設施、應急醫療資源儲備情況等納入了評估指標。應急醫療資源需求緊迫度評估指標確定后，需要選擇合理的評估方法，確定評估對象在各評估指標上的評價結果，從而對緊迫度高的地區進行優先配送。由表1可知，大多學者評估需求緊迫度的方法為層次分析法或TOPSIS法，還有一些學者為得到相對準確的判斷，將2種評價方法相結合，提出了熵權-TOPSIS法、采用B型關聯度的改進TOPSIS法、結合了德爾菲法的矢量角余弦的IGRA方法等。

2 應急醫療資源儲備

應急醫療資源儲備不僅面臨儲量難以滿足峰值需求的問題，還存在剩余過期等問題。本文從規模與輪換、政企合作以及設施選址3個方面梳理應急醫療資源儲備現狀。

2.1 規模與輪換

關于應急醫療資源儲備規模，一方面，相關文獻為使儲備量與實際需求相匹配，將事件發生前確定資源儲備量和事件發生后確定資源最優方案結合在一起進行研究^［36］；另一方面，以長期平均成本最低為宗旨，研究隨機需求情況下應急醫療資源儲備安排的最優實物和資金儲備量^［37］。關于應急醫療資源的輪換：相關研究主要集中于易逝性應急醫療資源的庫存優化、輪換更新次數、輪換周期以及降低過期損失等方面^［38-39］。由于易逝性醫療資源的價值隨時間而遞減，不同輪換策略直接影響應急醫療資源的儲備成本。相關學者對易逝性資源輪換問題進行了研究，PAN等^［40］為了緩解應急藥物制劑庫存中的過期問題，研究了從應急儲備中心到醫院退貨的應急藥品閉環供應鏈；MENG等^［41］設計了親社會銷售策略，緩解應急易逝品庫存系統的過期浪費。

2.2 政企合作

近年來，諸多學者利用供應鏈契約理論^［42］幫助政企制定合理的決策方案，以滿足突發條件下受災人群對應急醫療資源的巨大需求。在眾多供應鏈契約中，期權契約^{［6，42-46］}得到廣泛使用，其利用金融領域中的期權概念，具有提高供應鏈柔性、協調渠道、規避風險、節約成本等優勢，有助于實現政府和企業風險共擔、收益共享。相關研究最初考慮了單一供應商的情形，后續為滿足多樣的應急醫療資源需求，相關學者開始探討政府與2個供應商聯合決策的情況。李晟等^［47］研究了政府與2個異質型供應商聯合儲備的供應系統，在構建政企委托代理關系的基礎上，為2個供應商設計了儲備成本分擔契約及含收益分成的雙邊成本分擔契約，借助微分博弈的方法，推導出政企最優決策策略。

2.3 設施選址

在應急醫療資源保障過程中，醫療資源儲備設施選址作為重要一環，直接關系到社會經濟效益和國家應急醫療資源保障系統的運行效率^［48］。應急醫療資源儲備設施按照時效性可分為永久設施和臨時設施2種類型^［49］，災前的永久性醫療資源儲備設施往往基于全覆蓋理論進行選址，需要考慮交通通達度、資源匹配度、應急響應速度、供需平衡性等指標。SHARIAT等^［50］建立了由2個整數線性模型組成的應急車輛站選址框架，以最大限度減少滿足最低可靠性覆蓋水平所需的車輛和車站數量。臨時應急設施具有設施開設簡易、選址決策效率要求高的特點。相關研究將疫情擴散模型與協同選址相結合，以總救援成本與救援時間最小化為目標，建立了確定型多目標應急物流中心選址模型和多目標應急物流中心選址的魯棒優化模型^［51］。

3 應急醫療資源調配

應急醫療資源調配問題屬于特殊情況下的車輛路徑問題（vehicle routing problem，VRP），以圖2為例，當突發公共衛生事件發生后，應急醫療資源儲備庫將作為配送中心進行供給，此時會存在多個應急醫療資源需求點和配送中心。本文從應急醫療資源調配模型與優化算法2個方面分析其研究現狀。

3.1 應急醫療資源調配優化模型

國內外學者對應急醫療資源調配模型進行了大量研究。筆者從優化目標、時間窗、資源分類、需求確定、求解方法等方面進行歸納總結，如表2所示。

首先，從模型優化目標角度來看，由于實際處理過程需要考慮多個因素，所以在相關研究中雙目標模型較多，配送路徑最短、行駛時間最小、成本最低是調配問題建模中幾個常見的優化目標。此外，一些文獻中還考慮到突發公共衛生事件的特性，結合了需求滿意度、需求緊迫度、分配公平性等因素，更好地保障災區應急醫療資源需求。其次，從受災點的需求角度看，部分文獻在建模時假設需求不變或已知。最后，從時間窗約束角度看，減少應急醫療資源配送時間是降低生命財產損失的關鍵，應急醫療資源配送時間窗是滿足救援及時性、急迫性要求的重要約束。相關學者考慮了時間懲罰和變質懲罰，構建了基于綜合時間窗約束下的應急資源配送路徑方案生成模型，并假設受災點不同、應急資源不同時間窗約束亦不相同的情況。

3.2 應急醫療資源調配優化算法

在建立了應急醫療資源調配模型之后，需要借助優化算法來求最優解。根據應急醫療資源調配模型，求解算法可分為精確算法和元啟發式算法2大類，如圖3所示。

1）單點元啟發式優化算法

單點元啟發式優化算法在求解過程中始終基于單個解進行尋優，模擬退火^［63］、禁忌搜索^［64］、變鄰域搜索^［65］和自適應大規模鄰域搜索^{［61，66］}等算法均為以單點搜索為特征的串行算法，屬于單點元啟發式算法，適于求解單目標VRP。不同算法的優化思想也有差異：模擬退火算法主要通過模擬物理退火過程，以一定的概率選擇劣質解，引導搜索過程朝更優解方向移動，實現全局優化；禁忌搜索算法通過引入禁忌表和禁忌規則來避免陷入局部最優，實現全局優化；變鄰域搜索算法是一種改進型的局部搜索算法，利用不同動作構成的鄰域結構進行交替搜索，能夠在集中性和疏散性之間達到很好的平衡；大規模鄰域搜索算法則是從初始解出發，通過移除部分解和重新插入解2個過程不斷優化更新解。

2）多點元啟發式優化算法

多點元啟發式優化算法基于多個解向量進行求解，對一個解集進行并行計算，遺傳算法^{［10，17，29，58-60，67］}、蟻群算法^［68-71］、粒子群算法^{［27，72-74］}均具有多點搜索特征和內在并行性，是典型的多點元啟發式算法，可用于求解單目標和多目標VRP。由表2可知，遺傳算法是求解應急醫療資源調配模型中使用較多的算法，諸多學者在此基礎上對遺傳算法進行改進，包括采用輪盤賭法選擇種群、采用二元錦標賽選擇法進行個體選擇、對子代種群進行非支配排序等操作，使遺傳算法的有關性能更優。蟻群算法的代表算法為自適應蟻群算法，采用分組搜尋策略，將蟻群分為G組，并對轉移點選取策略及信息素更新策略進行改進。粒子群算法是一種基于群體協作的隨機搜索算法，其代表算法為多目標改進的新型離散粒子群優化算法（MOINDPSO），該算法的主要思想包括3個方面：一是改進解的表示形式，并通過一種名為解內存的新機制改進搜索算子；二是利用模糊相關熵分析（FCEA）的思想對方案進行評價，有效選擇較優的方案；三是利用外部存檔存儲非支配解，提出從外部存檔中選擇領導者機制和增強所獲得解穩定性的機制。

4 應急醫療資源保障研究存在的問題

近年來，針對新型冠狀病毒感染，相關文獻從諸多視角探討了應急醫療資源保障問題，其中，應急醫療資源需求預測、應急醫療資源儲備、應急醫療資源調配是提高應急醫療資源保障能力的重要因素。

4.1 應急醫療資源需求預測研究存在的問題

首先，靜態的傳統需求預測方法無法滿足應急醫療資源需求的動態變化性。基于人工智能的預測方法能夠使用數據集訓練模型，應用強大的運算能力對醫療資源需求進行預測，然而人工智能預測結果無法驗證，其精確度高度依賴數據集的準確性與規模。基于傳染病模型的仿真預測方法，能夠通過模擬災區傳播狀況預測未來感染人數，進而間接測算醫療資源需求量。然而各類參數的確定是一個問題，需要掌握疫情的發展趨勢，并對政府防控政策等條件進行處理。其次，關于評估需求緊迫度的2種常用方法（層次分析法、TOPSIS法），層次分析法的主要特點是通過建立遞階層次結構，把人類的判斷轉化為若干因素兩兩之間重要度的比較，其缺點在于不同專家針對不同維度指標重要性的排序會存在差異，權重設置具有主觀性。TOPSIS法的基本思想是評估方案系統中任何一個方案距離理想最優解和最劣解的綜合距離，其缺點在于只能對評價對象的優劣進行排序，無法評級，無法涉及有模糊因素的評價對象。最后，應急醫療資源需求預測與需求緊迫度的評估均需進行海量數據收集和復雜計算，會耗費大量時間。

4.2 應急醫療資源儲備研究存在的問題

首先，近年來傳統庫存理論在探索自然災害下人道救援資源的儲備方面已有一些成果，但難以直接復制到突發公共衛生事件的情景下。因為突發公共衛生事件與自然災害的風險演化規律、損害形成機理具有差別性，醫療資源同普通救援資源之間也存在著差異，應進一步針對突發公共衛生事件下的應急醫療資源儲備管理和策略問題進行研究。其次，政企合作的關鍵在于分析企業參與國家醫療應急儲備的收益和成本，以及探討政府在國家醫療應急儲備方面的收益和成本，從而依據政企合作的均衡點采取相應的財政策略。然而，中國對于應急醫療資源儲備的政企合作機制研究仍處于探索階段，更加復雜的供應鏈結構有待進一步研究，除了需要考慮政府與多個供應商之間的聯合儲備關系，還應該考慮多周期、多類型資源等更符合實際的政企合作模式。最后，應急醫療資源儲備設施布局技術尚待完善，未能充分考慮地區性公共衛生事件的發生種類及頻率，未能充分利用大數據技術提取各地區公共衛生事件發生后對應急醫療資源需求的種類與數量。在應急醫療資源調配過程中，存在著過遠運輸與時效性不高、缺乏信息共享與溝通協調、不同級別的資源庫重復調配與資源浪費等現象。

4.3 應急醫療資源調配研究存在的問題

首先，對應急醫療資源調配優化問題的研究，體現了從靜態模型到動態模型、從單目標優化到多目標優化、從傳統算法到智能啟發式算法、從單一理論到綜合理論的演化過程。在公共衛生事件發生后，應急醫療資源調配本身也具有風險性。如果應急車輛調度不當，不僅達不到預期救援效果，還會造成新的生命和財產損失。因此，安全性風險評估非常重要，在應急醫療資源調配問題的研究中應關注救援的安全性風險評估問題。其次，由于應急醫療資源需求調配問題是一個NP Hard問題，通過精確算法雖然能夠找到準確的最優解，但只適用于相對簡單的單目標優化問題求解，求解過程的運行時間也較長。因此，智能啟發式算法（包括模擬退火算法、禁忌搜索算法等單點元啟發式算法以及遺傳算法、蟻群算法等多點元啟發式算法）是未來求解該類問題的主要方法。特別是對于大規模、多約束的復雜應急醫療資源調配問題，各種混合智能啟發式算法仍將發揮重要作用。除了算法研究外，建立算法基準測試平臺、對不同算法進行綜合評估、提高其適應性也是需要關注的重要研究內容。總之，中國對應急醫療資源調配優化問題的研究尚處于起步階段，在多目標優化和實時動態優化等方面還有進一步拓展的空間。

5 研究展望

突發公共衛生事件成因復雜、種類繁多，應急措施涉及主體多、不確定程度高、影響因素多，導致公共衛生事件的發展趨勢、潛在風險、資源需求等難以被準確預測與識別。雖然后疫情時代的應急管理更加復雜，但隨著信息技術和智能算法的快速發展，完善應急醫療資源保障越來越具有可能性。其中，通過大數據技術和平臺提升應急醫療資源保障能力顯得尤為重要。具體而言，應關注以下幾個方面。

1）運用數字技術建設應急醫療資源大數據平臺。第一，全面提升應急醫療資源保障的網絡化、數字化、智能化水平，構建基于多元參與主體協同與合作的大數據平臺，更好地掌握應急醫療資源的需求預測、生產儲備、交通運輸、分發配送、社會捐贈等各方面信息，充分把握醫療資源保障能力冗余程度，幫助政府部門全面掌握情況，進行形勢判斷。第二，建立完整、動態的城市數據庫。城市數據庫的建立有利于提高城市災害的風險評估效率，改善資料收集、數據使用上的困難。第三，搭建立體、全面、信息化的智能運輸網絡，提高醫療資源保障效率，完善應急物流網絡，充分發揮復合一貫制運輸的特點，促進彼此之間的協同配合、形成互補優勢。

2）運用大數據平臺重構應急醫療資源保障系統。第一，通過大數據平臺統計分析代表性城市醫院和醫療資源生產企業的儲備情況，評估重大疫情下對醫療資源的需求，估算短缺數量；分析醫院、醫學院、醫療物資生產企業醫療資源的儲備能力、供給能力，分析物流企業配送能力。第二，基于需求總量設立重構目標，并根據類別進行分解，設計類別、結構層次和空間配置格局等方面的細化目標。第三，分析醫療資源保障系統重構的參與主體及其網絡結構。第四，分析多元主體的功能、等級、網絡結構等作用機理，從功能完善度、結構合理度和網絡通達度等方面探索主體間相互作用的傳導路徑。

3）利用重構的應急醫療資源保障系統制定相關策略。應急醫療資源保障系統重構一方面要基于醫療資源大數據分析，預測重大疫情對醫療資源需求量、城市間聯系強度和醫療資源空間配置格局等，依據預測結果，設置安全儲備，以多元參與主體的關系結構和作用傳導路徑為設計原則，設計應急預案。另一方面，基于醫療資源保障系統韌性評價指數、短缺和應急預案設置，用“短缺率”來刻畫韌性，開展醫療資源保障系統重構的政策仿真實驗，評估各項短缺和應急預案的設計效果。此外，還要針對政策仿真實驗結果，明確多元參與主體的責任，制定針對性的醫療資源保障策略。

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