突發(fā)事件應(yīng)急決策中方案的動(dòng)態(tài)調(diào)整問(wèn)題

突發(fā)事件應(yīng)急決策中方案的動(dòng)態(tài)調(diào)整問(wèn)題

1動(dòng)態(tài)應(yīng)急決策中的決策問(wèn)題如果突發(fā)事件發(fā)生，決策者應(yīng)做出有效的緊急決定，盡量減少突發(fā)事件造成的損害，并確保其生命和財(cái)產(chǎn)安全。因此,應(yīng)急決策是應(yīng)急管理中最為重要的研究?jī)?nèi)容之一。需要指出的是,在突發(fā)事件應(yīng)急決策中,需要考慮應(yīng)急決策方案隨突發(fā)事件的情景演變而進(jìn)行調(diào)整的問(wèn)題。在突發(fā)事件爆發(fā)初期,應(yīng)急決策所需的信息常常不完全、不準(zhǔn)確,因此決策者需要依據(jù)主觀經(jīng)驗(yàn)和部分客觀信息來(lái)估計(jì)突發(fā)事件所處的狀態(tài),并立即采取相應(yīng)的應(yīng)急決策方案。當(dāng)某一應(yīng)急決策方案實(shí)施后,隨著時(shí)間的進(jìn)展,突發(fā)事件的發(fā)展態(tài)勢(shì)逐漸變得清晰,決策者掌握的信息不斷完善。由于決策者在突發(fā)事件發(fā)生的早期階段對(duì)事件態(tài)勢(shì)的估計(jì)可能會(huì)與實(shí)際情形存在偏差,所以最初實(shí)施的應(yīng)急方案可能無(wú)法完全控制突發(fā)事件,因此在應(yīng)急方案實(shí)施過(guò)程中,決策者需要根據(jù)不斷完全和清晰的信息及時(shí)對(duì)應(yīng)急方案進(jìn)行調(diào)整,才能保證取得最佳的應(yīng)急處置效果,從而更好地應(yīng)對(duì)突發(fā)事件。目前,關(guān)于應(yīng)急決策問(wèn)題的研究已經(jīng)引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。楊文國(guó)等(2007)將應(yīng)急決策過(guò)程分為應(yīng)急處置的準(zhǔn)備階段和應(yīng)急措施的實(shí)施階段,并且考慮突發(fā)事件發(fā)生前期信息缺失的特點(diǎn),建立了綜合考慮方案處置效果和可調(diào)整性的應(yīng)急方案選擇模型;張?jiān)讫埖?2007)應(yīng)用魯棒性方法進(jìn)行應(yīng)急決策分析,研究如何在多階段應(yīng)急決策中設(shè)計(jì)具有魯棒性的應(yīng)急決策模型;Pauwels等(2000)運(yùn)用決策樹方法和敏感性分析方法,以核泄漏事故為背景,分析了兩階段應(yīng)急過(guò)程中的人員撤離決策問(wèn)題;陳興(2010)等人在考慮部門協(xié)同的基礎(chǔ)上,建立了多階段多目標(biāo)多部門的應(yīng)急決策模型。從已有研究成果來(lái)看,大多研究的是如何選擇或生成單階段或多階段的應(yīng)急決策方案,沒(méi)有考慮應(yīng)急決策方案在實(shí)施過(guò)程中如何根據(jù)突發(fā)事件態(tài)勢(shì)變化情形進(jìn)行調(diào)整的問(wèn)題。本文針對(duì)動(dòng)態(tài)應(yīng)急決策中方案調(diào)整問(wèn)題,運(yùn)用風(fēng)險(xiǎn)決策的方法,分析了在信息不斷完善的過(guò)程中,如何對(duì)已經(jīng)執(zhí)行的應(yīng)急方案進(jìn)行調(diào)整。其主要思路是:通過(guò)對(duì)方案的處置效果、轉(zhuǎn)換成本和應(yīng)對(duì)損失等進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià),最終得到最優(yōu)的調(diào)整方案。2應(yīng)急方案各區(qū)域的應(yīng)急特性考慮一個(gè)兩階段應(yīng)急決策過(guò)程,假設(shè)決策者在t1時(shí)刻接到某突發(fā)事件發(fā)生的警報(bào),由于此時(shí)信息不完全,只能根據(jù)報(bào)警人的描述初步估計(jì)和預(yù)測(cè)該突發(fā)事件在t2(t2>t1)時(shí)刻的狀態(tài)和所處的級(jí)別,并根據(jù)估計(jì)和預(yù)測(cè)的結(jié)果立即執(zhí)行相應(yīng)級(jí)別的應(yīng)急方案;當(dāng)該方案執(zhí)行到t1+Δt(t1<t1+Δt<t2)時(shí)刻時(shí),決策者掌握了比較準(zhǔn)確的現(xiàn)場(chǎng)信息,此時(shí)對(duì)突發(fā)事件在t2時(shí)刻所處的級(jí)別會(huì)有較為清晰的判斷,如果預(yù)測(cè)正在執(zhí)行的應(yīng)急方案無(wú)法控制t2時(shí)刻突發(fā)事件的情景,則需要調(diào)整該應(yīng)急方案,從而更好地應(yīng)對(duì)突發(fā)事件。在進(jìn)行方案調(diào)整時(shí),通常需要考慮先后執(zhí)行的方案之間的相關(guān)性:如果兩個(gè)方案中的具體措施有相同的部分,則稱這兩個(gè)方案相關(guān);反之,則稱這兩個(gè)方案不相關(guān)。例如,在火災(zāi)事故發(fā)生后根據(jù)火災(zāi)的級(jí)別有3個(gè)應(yīng)急方案可供選擇:方案A為“出動(dòng)兩輛中低壓消防車”,方案B為“出動(dòng)兩輛中低壓消防車和三輛登高消防車”,方案C為“出動(dòng)兩輛登高消防車和一架消防直升飛機(jī)”,那么方案A和方案B相關(guān),方案B和方案C相關(guān),方案A和方案C不相關(guān)。t1時(shí)刻和t1+Δt時(shí)刻對(duì)突發(fā)事件級(jí)別的判斷情況如圖1所示,在圖1中,虛線表示t1時(shí)刻判斷突發(fā)事件在t2時(shí)刻處于各級(jí)別的概率,實(shí)線表示t1+Δt時(shí)刻判斷突發(fā)事件在t2時(shí)刻處于各級(jí)別的概率。設(shè)S={S1,S2,…,Sm}為突發(fā)事件的級(jí)別集合,其中Sj和Sk分別表示突發(fā)事件的第j個(gè)級(jí)別和第k個(gè)級(jí)別,當(dāng)j<k時(shí),有Sj″<″Sk,即表示突發(fā)事件的級(jí)別Sj低于Sk。假設(shè)突發(fā)事件每個(gè)級(jí)別下有一個(gè)應(yīng)急方案,則t1時(shí)刻可行應(yīng)急方案的集合可以表示為X={X1,X2,…,Xm},其中Xj是針對(duì)突發(fā)事件級(jí)別Sj的應(yīng)急方案;C=(c1,c2,…,cm)表示應(yīng)急方案的啟動(dòng)成本向量,其中cj為方案Xj的啟動(dòng)成本,并且當(dāng)j<k時(shí),cj<ck。設(shè)akj表示方案Xj對(duì)突發(fā)事件Sk級(jí)別的處置效果,且0≤akj≤1,akj的取值具體規(guī)定如下:當(dāng)Sj″≥″Sk(或Sk″≤″Sj)時(shí),akj=1,表明調(diào)整方案Xj能夠完全控制和應(yīng)對(duì)突發(fā)事件Sk級(jí)別并達(dá)到預(yù)期效果;當(dāng)Sj′″<″Sk(或Sk″>″Sj)時(shí),akj<1,表明方案Xj應(yīng)對(duì)突發(fā)事件Sk級(jí)別時(shí)不能達(dá)到預(yù)期效果,并且Sj與Sk相差越大,對(duì)應(yīng)的akj就越小,表明方案Xj對(duì)突發(fā)事件Sk級(jí)別的處置效果越差;反之,Sj與Sk相差越小,對(duì)應(yīng)的akj就越大,表明方案Xj對(duì)突發(fā)事件Sk級(jí)別的處置效果越好。本文所要解決的問(wèn)題是:在t1時(shí)刻作出決策的基礎(chǔ)上,如何在t1+Δt時(shí)刻根據(jù)突發(fā)事件級(jí)別的變化情況調(diào)整正在執(zhí)行的應(yīng)急方案來(lái)有效應(yīng)對(duì)該突發(fā)事件。3方案生成和方案選擇方法的調(diào)整3.1調(diào)整方案xj的計(jì)算假設(shè)決策者在t1時(shí)刻判斷突發(fā)事件為級(jí)別Sj,并立即采取方案Xj;在t1+Δt時(shí)刻,預(yù)測(cè)突發(fā)事件在t2時(shí)刻會(huì)演變到Sk級(jí)別的概率為pk,pk≥0,且m∑k=1pk=1。下面分析t1+Δt時(shí)刻可能采取的調(diào)整方案:當(dāng)Sk″≤″Sj時(shí),akj=1,此時(shí)方案Xj能夠完全控制突發(fā)事件的Sk級(jí)別,不需要對(duì)方案Xj進(jìn)行調(diào)整,繼續(xù)執(zhí)行方案Xj。為了描述方便,把這種情形視為方案調(diào)整的特殊情況,調(diào)整方案記為Xjj,相應(yīng)的調(diào)整成本記為cjj,可見cjj=0;當(dāng)Sk″>″Sj時(shí),0≤akj<1,此時(shí)方案Xj完全不能或部分能夠控制突發(fā)事件的Sk級(jí)別,因此需要對(duì)方案Xj進(jìn)行調(diào)整,達(dá)到完全控制突發(fā)事件的Sk級(jí)別的目的?？紤]的調(diào)整方案分如下兩種情形:(1)若方案Xj與突發(fā)事件Sk級(jí)別下的方案Xk不相關(guān),則需要停止執(zhí)行方案Xj,轉(zhuǎn)為執(zhí)行方案Xk。設(shè)t1+Δt時(shí)刻執(zhí)行的調(diào)整方案為X′jk,相應(yīng)的調(diào)整成本記為c′jk,則X′jk≡Xk,可見c′jk=ck;(2)若方案Xj與突發(fā)事件Sk級(jí)別下的方案Xk相關(guān),則此時(shí)可以在方案Xj基礎(chǔ)上通過(guò)增加成本等方式進(jìn)行調(diào)整,調(diào)整后的方案與方案Xk相同或相似且能夠達(dá)到完全控制突發(fā)事件的Sk級(jí)別的目的。設(shè)t1+Δt時(shí)刻執(zhí)行的調(diào)整方案為X″jk,相應(yīng)的調(diào)整成本記為c″jk。通過(guò)以上分析可知,在t1時(shí)刻采取方案Xj的情況下,考慮在t2時(shí)刻突發(fā)事件級(jí)別出現(xiàn)的各種可能性,t1+Δt時(shí)刻調(diào)整方案集合為ˉXj={Xjj,Xj(j+1),Xj(j+2),?,Xjm},其中,Xjk∈{X′jk,X″jk},1≤j<k≤m;調(diào)整方案對(duì)應(yīng)的調(diào)整成本向量為ˉCj=(cjj,cj(j+1),cj(j+2),?,cjm),其中,cjk∈{c′jk,c″jk},1≤j<k≤m。突發(fā)事件在t1+Δt時(shí)刻處于各級(jí)別時(shí)相應(yīng)的調(diào)整方案如圖2所示。設(shè)ˉAj=(akji)(m-j+1)×m為不同調(diào)整方案應(yīng)對(duì)突發(fā)事件不同級(jí)別的處置效果矩陣,其中,akji表示調(diào)整方案Xji對(duì)突發(fā)事件Sk級(jí)別的處置效果,j=1,2,…,m-1,i=j,j+1,…,m,k=1,2,…,m,且0≤akji≤1,特別的,當(dāng)Si″≥″Sk時(shí),akji=1;設(shè)ˉEj=(ekji)(m-j+1)×m為不同調(diào)整方案應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的不同級(jí)別的損失矩陣,其中,ekji表示調(diào)整方案Xji應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的Sk級(jí)別所帶來(lái)的損失,j=1,2,…,m-1,i=j,j+1,…,m,k=1,2,…,m,且0≤ejk≤1,則當(dāng)Si″=″Sk時(shí),ekji=0;當(dāng)Si″≠″Sk時(shí),ekji>0。特別地,若Si″>″Sk,ekji表示由于出動(dòng)了過(guò)多的救援力量,在人力、物力等方面存在浪費(fèi)所造成的“過(guò)剩損失”,此時(shí)ekji=cj+cji-ck;若Si″<″Sk,ekji表示由于救援力量不足,拖延救援時(shí)間所帶來(lái)的事故現(xiàn)場(chǎng)的“時(shí)間損失”,這里的時(shí)間損失可以通過(guò)建立與調(diào)整時(shí)間的函數(shù)來(lái)獲得:ekji=f(Tji)(1)其中,Tji為實(shí)施調(diào)整方案Xji所需要的時(shí)間,且Tji越大,ekji也越大。函數(shù)f(Tji)通?？赏ㄟ^(guò)歷史數(shù)據(jù)分析得到。令ˉCj=(cjj,cj(j+1),?,cjm)、ˉEj=(ekji)(m-j+1)×m和w3分別表示處置效果、調(diào)整成本和應(yīng)對(duì)損失的權(quán)重,?Cj=(?cjj,?cj(j+1),?,?cjm),且?Ej=(?ekji)(m-j+1)×m。本文運(yùn)用風(fēng)險(xiǎn)決策方法對(duì)t1+Δt時(shí)刻的調(diào)整方案進(jìn)行評(píng)價(jià),并選擇最優(yōu)的調(diào)整方案,保證處置效果最佳,且使得期望成本(或損失)最小。3.2調(diào)整方案xj的期望vj首先,將調(diào)整成本向量ˉCj=(cjj,cj(j+1),?,cjm)和損失矩陣ˉEj=(ekji)(m-j+1)×m分別規(guī)范化,得到向量?Cj=(?cjj,?cj(j+1),?,?cjm)和矩陣?Ej=(?ekji)(m-j+1)×m,其中?cji=cji/maxj≤h≤mcjh?j=1,2,?,m-1;i=j,j+1,…,m(2)?ekji=ekji/maxj≤h≤mekjh?j=1,2,?,m-1;i=j,j+1,…,m;k=1,2,…,m(3)t1+Δt時(shí)刻判斷突發(fā)事件為Sk級(jí)別的條件下,調(diào)整方案Xji的綜合效率評(píng)價(jià)矩陣Gj=(gkji)(m-j+1)×m,其中g(shù)jik={ajikw1,c?ji=0,e?jik=0ajikw1c?jiw2+e?jikw3,其他j=1,2,?,m-1;i=j,j+1,…,m;k=1,2,…,m(4)再考慮突發(fā)事件各種級(jí)別發(fā)生的概率,于是,t1+Δt時(shí)刻調(diào)整方案Xji的期望值Vji為:Vji=∑k=1mpkgjik?j=1,2,?,m-1;i=j,j+2,…,m(5)最后根據(jù)期望值Vji對(duì)所有的調(diào)整方案進(jìn)行排序,從而得到最優(yōu)的調(diào)整策略。4方案啟動(dòng)成本及第二階段結(jié)果分析S市某綜合樓建筑面積18400余平方米,建筑高度50余米,底下2層,地上12層。其中,底下2層為小吃城;地上1～5層為大型商場(chǎng),主要經(jīng)營(yíng)服飾,6～12層為商用寫字間。建筑格局為“回”字形的四合院,鋼筋混凝土機(jī)構(gòu)。該綜合樓外墻保溫材料主要為聚苯乙烯、聚氨酯等有機(jī)材料以及巖棉、玻璃棉和保溫砂漿等無(wú)機(jī)材料,這些材料耐熱性較差,易燃燒,并且燃燒時(shí)會(huì)釋放大量熱量,產(chǎn)生有毒氣體。該建筑二樓某店面在進(jìn)行裝修時(shí),電焊火花引燃了堆放在角落里的屋面聚苯板保溫材料,導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生。由于火勢(shì)迅猛,滾滾濃煙夾帶著刺鼻的氣味,頓時(shí)間彌漫了整個(gè)樓層,并迅速向上蔓延開去。由于事故發(fā)生在白天,大部分人在第一時(shí)間里跑出了大樓,但有一小部分人沒(méi)有能夠及時(shí)逃離,被困在里面,形勢(shì)非常惡劣。依照原《火災(zāi)統(tǒng)計(jì)管理規(guī)定》,一般將火災(zāi)分為三個(gè)級(jí)別:一般火災(zāi)(S1)、重大火災(zāi)(S2)、特大火災(zāi)(S3)。消防大隊(duì)有三個(gè)應(yīng)急方案分別應(yīng)對(duì)S1、S2、S3三種級(jí)別的火災(zāi),即出動(dòng)兩輛中低壓消防車(X1);出動(dòng)兩輛中低壓消防車和兩輛登高消防車(X2);出動(dòng)四輛登高消防車和一架消防直升飛機(jī)(X3)?？梢?方案X1與X2相關(guān),方案X2與X3相關(guān),方案X1與X3不相關(guān)。三個(gè)方案的啟動(dòng)成本(單位:萬(wàn)元)分別為c1=1.6、c2=4、c3=10。消防大隊(duì)接到報(bào)警后(t1時(shí)刻),根據(jù)報(bào)警人的描述初步判斷火災(zāi)的級(jí)別,并執(zhí)行該級(jí)別下的應(yīng)急方案。當(dāng)消防人員趕到火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)后(t1+Δt時(shí)刻),經(jīng)過(guò)具體勘察得出t2時(shí)刻三種級(jí)別的火災(zāi)發(fā)生的概率分別為p1=0.3、p2=0.4、p3=0.3。經(jīng)過(guò)專家組討論,給出調(diào)整方案處置效果、調(diào)整成本和應(yīng)對(duì)損失三個(gè)因素的決策權(quán)重分別為w1=0.5,w2=0.2,w3=0.3。根據(jù)t1時(shí)刻執(zhí)行方案的不同,可以分為以下三種情況:(1)如果t1時(shí)刻執(zhí)行的是X1方案,則t1+Δt時(shí)刻有如下3個(gè)調(diào)整方案可供選擇:繼續(xù)執(zhí)行X1方案(X11);繼續(xù)執(zhí)行X1方案,并在此基礎(chǔ)上增加兩輛高登消防車(X″12);停止執(zhí)行X1方案,啟動(dòng)X3方案(X′13)。相應(yīng)的調(diào)整成本(單位:萬(wàn)元)分別為:c11=0,c″12=5,c′13=10,即調(diào)整成本向量Cˉ1=(0,5,10);調(diào)整方案對(duì)S1、S2、S3級(jí)別火災(zāi)的處置效果矩陣Aˉ1和應(yīng)對(duì)損失矩陣Eˉ1分別為:Aˉ1=(10.60.1110.4111)?Eˉ1=(0372.4058.460)在矩陣Eˉ1中,“過(guò)剩損失”可以根據(jù)方案啟動(dòng)成本計(jì)算得到;時(shí)間損失可通過(guò)建立如下的調(diào)整時(shí)間的函數(shù)來(lái)獲得:ejik={0,Τji<15ajik(Τji-15),15≤Τji≤Τmaxemax,Τji>Τmax?j=1,2,?,n;i=j,j+1,…,n;k=i,i+1,…,n(6)其中,L為火災(zāi)損失值,單位為元;ajik為方案Xji應(yīng)對(duì)火災(zāi)Sk級(jí)別的損失隨撲救延時(shí)的增益系數(shù),可考慮各子系統(tǒng)燃燒對(duì)象的價(jià)值、易燃性等因素評(píng)估得出;Tmax為火災(zāi)最大持續(xù)時(shí)間,即當(dāng)滅火不成功,可燃物燃盡而自滅的時(shí)間;emax為消防不成功時(shí)的最大損失值。在本例中,各數(shù)據(jù)根據(jù)歷史資料統(tǒng)計(jì)直接給出:Tmax=120,emax=30;a122=0.2,a123=0.5,a133=0.4,a233=0.3。代人式(6),可以計(jì)算出時(shí)間損失。首先,根據(jù)式(2)和(3),將向量Cˉ1和矩陣Eˉ1規(guī)范化為向量C?1和矩陣E?1,如下:C?1=(0,0.5,1)?E?1=(00.3570.8330.28600.59510.7140)然后,由式(4)得到調(diào)整方案的綜合效率評(píng)價(jià)矩陣Gj:Gj=(1.2850.7200.9002.1410.6430.2780.8040.7370.875)再根據(jù)式(5)計(jì)算得到各調(diào)整方案的期望值:V11=0.685,V12=0.799,V13=0.751。于是有:X″12?X′13?X11。因此,在t1時(shí)刻執(zhí)行X1方案情況下,t1+Δt時(shí)刻最優(yōu)調(diào)整方案為X″12,即:繼