基于情景分析的生產安全事故應急物資的協調儲備優化研究*

門　紅，王　晶

(1.國家安全生產應急救援指揮中心，北京 100713；2.北京工商大學 商學院，北京 100048 )

0　引言

近些年，隨著我國國民經濟的快速發展，生產安全事故時有發生，不但造成了嚴重的人員傷亡，而且帶來巨大的財產損失。2016年，全國發生各類生產安全事故6萬起、死亡4.1萬人，雖然同比分別下降5.8%和4.1%，但是生產安全事故整體形勢依然十分嚴峻[1]。在生產安全事故發生后，良好的救災物資供應是挽救損失的關鍵因素之一。因此，眾多學者針對生產安全事故應急物資儲備的優化進行了研究。鄭宏凱等[2]分析了近年來我國發生的幾次重大生產安全事故，指出企業僅靠自身的實物儲備，遠不能滿足應對嚴重突發事件所帶來的應急物資需求，并提出必須充分發動社會力量，建立實物儲備和生產能力儲備相結合的應急物資儲備體系；馬新等[3]提出建立全社會應急物資儲備體系的若干重要問題，并指出目前定量研究仍舊偏少；盧少平等[4]認為生產安全事故應急物資儲備的社會化是對當前應急物資儲備體系的有益補充，能夠彌補當前企業自身儲備體系中存在的不足；張旭鳳[5]分析了目前應急物資分類體系,在應急物資分類體系中引入物資采購的優先級,確定不同類別應急物資的采購策略；張紅[6]從法律、法規以及應急物資管理方面，指出我國生產安全事故應急物資儲備管理方面存在的問題，并提出企業間聯合儲備的2種方式—實物儲備與生產能力儲備；M.J.Egan[7]根據災害社會學、合同法理學、組織理論等方面的原理，分析在應急資源儲備或救援過程中，國家與企業聯合儲備方面的優點與風險所在；D.C.Whybark[8]將應急物資的生產能力儲備稱為“社會庫存”，因為有些物資在救災時消耗量巨大且儲存費用較高，不宜實行大規模的實物儲備。

在以上協議儲備模式研究的基礎上，一些學者提出了實現企業間協議儲備的具體方式。劉利民[9]提出要實現儲備網絡開放化，建立物資的社會動員機制，對不易存儲的應急物資，可采取與生產廠家簽訂協議的方式；B. Balcik等[10]分析了物資儲備與供應中, 國際救援組織、政府、軍隊、地方救援組織以及企業間的合作與協調機制；蒲松林[11]提出，對于不易長期保存或者是需求數量可能龐大的應急物資，與相關廠商簽訂緊急采購合同，便于突發事件發生后的物資生產和調運；李季梅等[12]指出，應急物資的保障是應對突發事故的關鍵所在，隨著應急處置的進行，大量的應急物資不斷消耗，及時有效的資源補償顯得尤為關鍵；王建光等[13]根據應急物資供應的時效性、供應能力、供應來源、占用資金等特點，提出針對于不同類型特點的應急物資的儲備對策，即可以實施實物儲備和生產能力儲備結合的策略。同時，為了解決應急物資儲備倉庫的選址問題，A. R. Akkihal[14]考慮了一個非政府組織的應急倉庫選址問題, 利用混合整數線性規劃來優化最初救援階段所需的非消耗性物資的存儲地點；B.M. Beamon[15]應用擴展的最大化覆蓋模型，優化人道主義救援中應對突發災害的設施選址，滿足災害后災民的物資需求；S. Duran等[16]假設在1個庫存周期內，可能發生多個災害的條件和災害類型，并以歷史上發生的典型災害作為實例,建立混合整數規劃模型來求解應急倉庫選址問題。綜上所述，以上這些選址模型僅考慮了單一儲備方式，缺少協調儲備模型下的選址優化研究，本文即是針對此問題，對協調儲備應對策略進行分析，提出一個具有廣泛應用意義的生產安全事故應急物資協調儲備體系，然后通過對實物儲備場所和協議企業的選址及物資配置進行優化，進一步完善和優化生產安全事故應急物資的協調儲備設計。

1　生產安全事故應急物資儲備設計

突發事件的發生具有突發性的特征，往往導致應急物資的需求不確定，甚至會出現對應急物資需求的短時間大幅增加。因此，顯而易見的是，事前開展企業間合作的儲備形式，在應急物資需求的數量、質量與結構等方面，均要優于事故中緊急采購、緊急組織生產等物資儲備方式。但是，在應對突發事件，尤其是非常規突發事件時，緊急采購依舊起到至關重要的作用。所以，為了更好地應對生產安全事故，需要將事故中的協議企業儲備采購和企業日常應急物資實物儲備相結合，構成生產安全事故應急物資的儲備體系，如圖1所示。

圖1　生產安全事故應急物資儲備設計Fig.1　Reserve system of emergency materials for manufactureacc

1.1　生產安全事故應急物資儲備方式的適用性分析

根據各種應急物資生產、儲備、消耗、需求等特征，對本文提出的生產安全事故應急物資儲備方式適用性進行如下分析。

1)對于時效性要求高的應急物資，以及需求量大而市場保有量少、非消耗性的應急物資，企業應采用實物儲備的方式進行儲備。

2)對于時效性要求不高且供應周期較短、市場供應充足的應急物資，可以采用協議生產企業實物儲備以及銷售企業的實物儲備為主，緊急采購、緊急組織生產方式為補充的方式進行儲備。

3)對于價格高、使用頻率低、有特定供應來源的應急物資，可采用事前登記、事后再根據登記記錄，以借用方式進行儲備，此種形式的應急物資儲備可看作廣義的協議企業實物儲備形式。

4)對于需求量大、消耗快、保質期長的消耗物資，應采取實物儲備形式為主要形式的儲備策略。

1.2　生產安全事故應急資源儲備模式分析

為了滿足生產安全事故的應急物資需求，企業應與其他企業簽訂合作協議，而將協議企業納入到自身應急資源儲備體系中。其中，協議企業包括：應急資源的生產企業和銷售企業，協議生產企業可以進行應急物資的緊急生產，協議銷售型企業可以對需求方緊急補充物資。

在這樣的條件下，應急資源可以通過以下2兩種方式進行存儲：

1)實物儲備

實物儲備是指在企業內部的儲備場所中，進行實物儲備存儲，儲備場所包括：大型應急資源儲備庫和小型應急資源儲備站點，對于常備事故應急物資(如火災事故中使用的消防用水、消防沙等)多采用實物儲備方式存儲。

2)生產能力儲備

生產能力儲備是指與外部協議企業合作，在事故后進行應急物資緊急生產，這樣使應急資源的儲備更為分散，減輕了企業自身的物資儲備成本壓力，一般對于臨時事故應急物資(如飲用水、食品等)多采用生產能力儲備方式存儲。

總結以上2種不同的儲備方式，其各有特點，對比分析如下：

1)從物資響應速度來看，實物儲備為企業管理部門直接管轄，便于管理和調動，響應速度較快；相反，由協議企業緊急生產出的應急物資需要一段時間后才能投入救災，相比實物儲備物資其響應速度則較慢。

2)從適用的應急物資類型來看，實物儲備適用于可長時間保存，且儲存成本較低的物資；而生產能力儲備適用于保質期較短，儲存成本很高，但社會生產能力大的物資。

3)從物資管理的角度看，實物儲備管理成本高，資源輪轉率低，部分資源容易過期從而造成浪費；而生產能力儲備能夠降低企業自身對物資的管理壓力，節省前期儲備投資，保征生產安全事故發生時物資的新鮮度。

綜上，實物儲備和生產能力儲備各有其優點和適用條件，在實際情況下，企業應考慮對2者進行選址與配置的集成優化，以便更好應對生產安全事故。

2　應急物資儲備的選址與配置集成優化模型

在已構建的應急物資協調儲備體系基礎上，進一步研究2種儲備方式的協調優化方法，以火災撲救為例，利用離散情景表示生產安全事故發生的不確定性，分析解決生產安全事故應急物資社會化儲備中的選址與配置問題。模型假設有2種物資，即突發事故應急物資和常備事故應急物資，使用情景生成方法，生成大量的事故情景，并通過數學模型求解，對2種物資的儲備選址與配置進行決策優化。假設存在2種生產安全事故應急物資，即物資1和物資2，分別代表高時效性物資和低時效性物資，企業對其實行實物儲備和生產能力儲備相結合的方式進行存儲。

(1)

s.t.

IGj·vol1≤capj·Zj,?j∈P∪Q

(2)

ICj·vol2≤capj·Yj, ?j∈M

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

Zj∈{0,1}, ?j∈P∪Q

(8)

Yj∈{0,1}, ?j∈P∪Q

(9)

IGj≥0, ?j∈P∪Q

(10)

ICj≥0, ?j∈P∪Q

(11)

式(1)為目標函數，優化目標為應急物資存儲總費用最低，其中總費用包括：場地建設固定費用和存儲成本2部分；式(2)和式(3)分別為實物儲備庫(站)容量和協議企業物資生產能力的上限約束；式(4)和式(5)分別為2種物資的實物儲備量的需求約束，即實物儲備量至少大于協議企業新生產物資到來前的物資需求量，進而保證物資供應的持續性；式(6)和式(7)為2種物資的總需求量約束，總需求由實物儲備物資和生產能力儲備物資共同滿足；式(8)和式(9)為0-1變量約束；式(10)和式(11)為非負性約束。

3　算例分析

圖2　儲油罐數量及位置示意Fig.2　The number and position of oil tank

以某大型企業對火災的事故應急物資儲備為背景設計算例。如圖2所示，假設某區域內有3個石油儲罐存儲地點A，B，C。其中，A地設有1個10 000 m3的儲油罐，B地設有1個100 000 m3的儲油罐，C地設有10個100 000 m3的儲油罐。儲油罐易發生火災，需要儲備消防水和消防泡沫2種應急物資。根據此情況，生成10個生產安全事故情景，建立情景庫。每種情景下A，B，C 3地的失火儲油罐數量不同，用以模擬可能發生的不同規模或不同地點的生產安全事故。其中部分情景信息如表1所示。

為了應對可能發生的火災，該企業需要在該區域內進行救災物資儲備，其中包括：企業內部實物儲備和協議企業生產能力儲備2種方式。救災物資1為消防用水，物資2為泡沫液。在實物儲備方面，該企業內部有甲、乙、丙3處儲備站(庫)；在生產能力儲備方面，該區域內共有丁、戊、己3家協議企業，每家企業各有1處備選實物儲備場所。相關存儲費用信息如表2中所示。

表1　事故情景庫中的部分情景信息

表2　不同情景下各項儲備費用信息

通過表3，可以估算各儲油點對2種救災物資的需求量，使用Lingo軟件求解應急物資社會化儲備中的選址與配置集成優化模型，最終物資儲備選址和配置方案如表4所示，最低儲存費用為116.84萬元。

表3　儲罐火災撲救物資需求計算

表4　消防應急物資布局方案

4　結論

1)考慮到突發生產安全事故的特點，對救災物資采用實物與生產能力相結合的儲備方式更能滿足企業對成本和效率方面的要求。

2)對于時效性要求高、非損耗性的應急物資應以實物儲備方式為主；對于時效性較低，損耗性較大的應急物資應以生產能力儲備方式為主。

3)建立多情景生產安全事故下的企業應急物資實物儲備場所和協議儲備企業選址的協調優化模型，利用Lingo軟件進行求解，并以石油儲罐火災的應急物資儲備為背景設計算例，驗證相關模型及方法的有效性。

4)在企業應急物資儲備體系優化的問題中，很多問題還需要繼續深入研究，如：將社會捐贈納入到企業生產安全事故應急物資儲備的協調優化中，并細化不同類型事故下的情景信息庫，繼續補充完善該體系，為企業管理層制定相關的物資儲備政策提供科學、合理的建議。

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