突發(fā)事件應急決策中方案的動態(tài)調整問題

突發(fā)事件應急決策中方案的動態(tài)調整問題

1動態(tài)應急決策中的決策問題如果突發(fā)事件發(fā)生，決策者應做出有效的緊急決定，盡量減少突發(fā)事件造成的損害，并確保其生命和財產安全。因此,應急決策是應急管理中最為重要的研究內容之一。需要指出的是,在突發(fā)事件應急決策中,需要考慮應急決策方案隨突發(fā)事件的情景演變而進行調整的問題。在突發(fā)事件爆發(fā)初期,應急決策所需的信息常常不完全、不準確,因此決策者需要依據(jù)主觀經(jīng)驗和部分客觀信息來估計突發(fā)事件所處的狀態(tài),并立即采取相應的應急決策方案。當某一應急決策方案實施后,隨著時間的進展,突發(fā)事件的發(fā)展態(tài)勢逐漸變得清晰,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)生的早期階段對事件態(tài)勢的估計可能會與實際情形存在偏差,所以最初實施的應急方案可能無法完全控制突發(fā)事件,因此在應急方案實施過程中,決策者需要根據(jù)不斷完全和清晰的信息及時對應急方案進行調整,才能保證取得最佳的應急處置效果,從而更好地應對突發(fā)事件。目前,關于應急決策問題的研究已經(jīng)引起了國內外學者的關注。楊文國等(2007)將應急決策過程分為應急處置的準備階段和應急措施的實施階段,并且考慮突發(fā)事件發(fā)生前期信息缺失的特點,建立了綜合考慮方案處置效果和可調整性的應急方案選擇模型;張云龍等(2007)應用魯棒性方法進行應急決策分析,研究如何在多階段應急決策中設計具有魯棒性的應急決策模型;Pauwels等(2000)運用決策樹方法和敏感性分析方法,以核泄漏事故為背景,分析了兩階段應急過程中的人員撤離決策問題;陳興(2010)等人在考慮部門協(xié)同的基礎上,建立了多階段多目標多部門的應急決策模型。從已有研究成果來看,大多研究的是如何選擇或生成單階段或多階段的應急決策方案,沒有考慮應急決策方案在實施過程中如何根據(jù)突發(fā)事件態(tài)勢變化情形進行調整的問題。本文針對動態(tài)應急決策中方案調整問題,運用風險決策的方法,分析了在信息不斷完善的過程中,如何對已經(jīng)執(zhí)行的應急方案進行調整。其主要思路是:通過對方案的處置效果、轉換成本和應對損失等進行風險評價,最終得到最優(yōu)的調整方案。2應急方案各區(qū)域的應急特性考慮一個兩階段應急決策過程,假設決策者在t1時刻接到某突發(fā)事件發(fā)生的警報,由于此時信息不完全,只能根據(jù)報警人的描述初步估計和預測該突發(fā)事件在t2(t2>t1)時刻的狀態(tài)和所處的級別,并根據(jù)估計和預測的結果立即執(zhí)行相應級別的應急方案;當該方案執(zhí)行到t1+Δt(t1<t1+Δt<t2)時刻時,決策者掌握了比較準確的現(xiàn)場信息,此時對突發(fā)事件在t2時刻所處的級別會有較為清晰的判斷,如果預測正在執(zhí)行的應急方案無法控制t2時刻突發(fā)事件的情景,則需要調整該應急方案,從而更好地應對突發(fā)事件。在進行方案調整時,通常需要考慮先后執(zhí)行的方案之間的相關性:如果兩個方案中的具體措施有相同的部分,則稱這兩個方案相關;反之,則稱這兩個方案不相關。例如,在火災事故發(fā)生后根據(jù)火災的級別有3個應急方案可供選擇:方案A為“出動兩輛中低壓消防車”,方案B為“出動兩輛中低壓消防車和三輛登高消防車”,方案C為“出動兩輛登高消防車和一架消防直升飛機”,那么方案A和方案B相關,方案B和方案C相關,方案A和方案C不相關。t1時刻和t1+Δt時刻對突發(fā)事件級別的判斷情況如圖1所示,在圖1中,虛線表示t1時刻判斷突發(fā)事件在t2時刻處于各級別的概率,實線表示t1+Δt時刻判斷突發(fā)事件在t2時刻處于各級別的概率。設S={S1,S2,…,Sm}為突發(fā)事件的級別集合,其中Sj和Sk分別表示突發(fā)事件的第j個級別和第k個級別,當j<k時,有Sj″<″Sk,即表示突發(fā)事件的級別Sj低于Sk。假設突發(fā)事件每個級別下有一個應急方案,則t1時刻可行應急方案的集合可以表示為X={X1,X2,…,Xm},其中Xj是針對突發(fā)事件級別Sj的應急方案;C=(c1,c2,…,cm)表示應急方案的啟動成本向量,其中cj為方案Xj的啟動成本,并且當j<k時,cj<ck。設akj表示方案Xj對突發(fā)事件Sk級別的處置效果,且0≤akj≤1,akj的取值具體規(guī)定如下:當Sj″≥″Sk(或Sk″≤″Sj)時,akj=1,表明調整方案Xj能夠完全控制和應對突發(fā)事件Sk級別并達到預期效果;當Sj′″<″Sk(或Sk″>″Sj)時,akj<1,表明方案Xj應對突發(fā)事件Sk級別時不能達到預期效果,并且Sj與Sk相差越大,對應的akj就越小,表明方案Xj對突發(fā)事件Sk級別的處置效果越差;反之,Sj與Sk相差越小,對應的akj就越大,表明方案Xj對突發(fā)事件Sk級別的處置效果越好。本文所要解決的問題是:在t1時刻作出決策的基礎上,如何在t1+Δt時刻根據(jù)突發(fā)事件級別的變化情況調整正在執(zhí)行的應急方案來有效應對該突發(fā)事件。3方案生成和方案選擇方法的調整3.1調整方案xj的計算假設決策者在t1時刻判斷突發(fā)事件為級別Sj,并立即采取方案Xj;在t1+Δt時刻,預測突發(fā)事件在t2時刻會演變到Sk級別的概率為pk,pk≥0,且m∑k=1pk=1。下面分析t1+Δt時刻可能采取的調整方案:當Sk″≤″Sj時,akj=1,此時方案Xj能夠完全控制突發(fā)事件的Sk級別,不需要對方案Xj進行調整,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整的特殊情況,調整方案記為Xjj,相應的調整成本記為cjj,可見cjj=0;當Sk″>″Sj時,0≤akj<1,此時方案Xj完全不能或部分能夠控制突發(fā)事件的Sk級別,因此需要對方案Xj進行調整,達到完全控制突發(fā)事件的Sk級別的目的?？紤]的調整方案分如下兩種情形:(1)若方案Xj與突發(fā)事件Sk級別下的方案Xk不相關,則需要停止執(zhí)行方案Xj,轉為執(zhí)行方案Xk。設t1+Δt時刻執(zhí)行的調整方案為X′jk,相應的調整成本記為c′jk,則X′jk≡Xk,可見c′jk=ck;(2)若方案Xj與突發(fā)事件Sk級別下的方案Xk相關,則此時可以在方案Xj基礎上通過增加成本等方式進行調整,調整后的方案與方案Xk相同或相似且能夠達到完全控制突發(fā)事件的Sk級別的目的。設t1+Δt時刻執(zhí)行的調整方案為X″jk,相應的調整成本記為c″jk。通過以上分析可知,在t1時刻采取方案Xj的情況下,考慮在t2時刻突發(fā)事件級別出現(xiàn)的各種可能性,t1+Δt時刻調整方案集合為ˉXj={Xjj,Xj(j+1),Xj(j+2),?,Xjm},其中,Xjk∈{X′jk,X″jk},1≤j<k≤m;調整方案對應的調整成本向量為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時刻處于各級別時相應的調整方案如圖2所示。設ˉAj=(akji)(m-j+1)×m為不同調整方案應對突發(fā)事件不同級別的處置效果矩陣,其中,akji表示調整方案Xji對突發(fā)事件Sk級別的處置效果,j=1,2,…,m-1,i=j,j+1,…,m,k=1,2,…,m,且0≤akji≤1,特別的,當Si″≥″Sk時,akji=1;設ˉEj=(ekji)(m-j+1)×m為不同調整方案應對突發(fā)事件的不同級別的損失矩陣,其中,ekji表示調整方案Xji應對突發(fā)事件的Sk級別所帶來的損失,j=1,2,…,m-1,i=j,j+1,…,m,k=1,2,…,m,且0≤ejk≤1,則當Si″=″Sk時,ekji=0;當Si″≠″Sk時,ekji>0。特別地,若Si″>″Sk,ekji表示由于出動了過多的救援力量,在人力、物力等方面存在浪費所造成的“過剩損失”,此時ekji=cj+cji-ck;若Si″<″Sk,ekji表示由于救援力量不足,拖延救援時間所帶來的事故現(xiàn)場的“時間損失”,這里的時間損失可以通過建立與調整時間的函數(shù)來獲得:ekji=f(Tji)(1)其中,Tji為實施調整方案Xji所需要的時間,且Tji越大,ekji也越大。函數(shù)f(Tji)通?？赏ㄟ^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、調整成本和應對損失的權重,?Cj=(?cjj,?cj(j+1),?,?cjm),且?Ej=(?ekji)(m-j+1)×m。本文運用風險決策方法對t1+Δt時刻的調整方案進行評價,并選擇最優(yōu)的調整方案,保證處置效果最佳,且使得期望成本(或損失)最小。3.2調整方案xj的期望vj首先,將調整成本向量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時刻判斷突發(fā)事件為Sk級別的條件下,調整方案Xji的綜合效率評價矩陣Gj=(gkji)(m-j+1)×m,其中gjik={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)事件各種級別發(fā)生的概率,于是,t1+Δt時刻調整方案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對所有的調整方案進行排序,從而得到最優(yōu)的調整策略。4方案啟動成本及第二階段結果分析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,主要經(jīng)營服飾,6～12層為商用寫字間。建筑格局為“回”字形的四合院,鋼筋混凝土機構。該綜合樓外墻保溫材料主要為聚苯乙烯、聚氨酯等有機材料以及巖棉、玻璃棉和保溫砂漿等無機材料,這些材料耐熱性較差,易燃燒,并且燃燒時會釋放大量熱量,產生有毒氣體。該建筑二樓某店面在進行裝修時,電焊火花引燃了堆放在角落里的屋面聚苯板保溫材料,導致火災發(fā)生。由于火勢迅猛,滾滾濃煙夾帶著刺鼻的氣味,頓時間彌漫了整個樓層,并迅速向上蔓延開去。由于事故發(fā)生在白天,大部分人在第一時間里跑出了大樓,但有一小部分人沒有能夠及時逃離,被困在里面,形勢非常惡劣。依照原《火災統(tǒng)計管理規(guī)定》,一般將火災分為三個級別:一般火災(S1)、重大火災(S2)、特大火災(S3)。消防大隊有三個應急方案分別應對S1、S2、S3三種級別的火災,即出動兩輛中低壓消防車(X1);出動兩輛中低壓消防車和兩輛登高消防車(X2);出動四輛登高消防車和一架消防直升飛機(X3)?？梢?方案X1與X2相關,方案X2與X3相關,方案X1與X3不相關。三個方案的啟動成本(單位:萬元)分別為c1=1.6、c2=4、c3=10。消防大隊接到報警后(t1時刻),根據(jù)報警人的描述初步判斷火災的級別,并執(zhí)行該級別下的應急方案。當消防人員趕到火災現(xiàn)場后(t1+Δt時刻),經(jīng)過具體勘察得出t2時刻三種級別的火災發(fā)生的概率分別為p1=0.3、p2=0.4、p3=0.3。經(jīng)過專家組討論,給出調整方案處置效果、調整成本和應對損失三個因素的決策權重分別為w1=0.5,w2=0.2,w3=0.3。根據(jù)t1時刻執(zhí)行方案的不同,可以分為以下三種情況:(1)如果t1時刻執(zhí)行的是X1方案,則t1+Δt時刻有如下3個調整方案可供選擇:繼續(xù)執(zhí)行X1方案(X11);繼續(xù)執(zhí)行X1方案,并在此基礎上增加兩輛高登消防車(X″12);停止執(zhí)行X1方案,啟動X3方案(X′13)。相應的調整成本(單位:萬元)分別為:c11=0,c″12=5,c′13=10,即調整成本向量Cˉ1=(0,5,10);調整方案對S1、S2、S3級別火災的處置效果矩陣Aˉ1和應對損失矩陣Eˉ1分別為:Aˉ1=(10.60.1110.4111)?Eˉ1=(0372.4058.460)在矩陣Eˉ1中,“過剩損失”可以根據(jù)方案啟動成本計算得到;時間損失可通過建立如下的調整時間的函數(shù)來獲得: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為火災損失值,單位為元;ajik為方案Xji應對火災Sk級別的損失隨撲救延時的增益系數(shù),可考慮各子系統(tǒng)燃燒對象的價值、易燃性等因素評估得出;Tmax為火災最大持續(xù)時間,即當滅火不成功,可燃物燃盡而自滅的時間;emax為消防不成功時的最大損失值。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),可以計算出時間損失。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)得到調整方案的綜合效率評價矩陣Gj:Gj=(1.2850.7200.9002.1410.6430.2780.8040.7370.875)再根據(jù)式(5)計算得到各調整方案的期望值:V11=0.685,V12=0.799,V13=0.751。于是有:X″12?X′13?X11。因此,在t1時刻執(zhí)行X1方案情況下,t1+Δt時刻最優(yōu)調整方案為X″12,即:繼