山東省公路交通應急物資儲備研究

高立曉，趙子雪

（山東省交通科學研究院，山東 濟南 250031）

引言

2018年，山東省公路通車總里程達到27.56萬公里。高速公路通車里程突破6 000 km，達到6 058 km；普通國省道穿城路、瓶頸路改造穩步推進；新改建農村公路1.8萬公里。山東省公路發展在取得巨大成就的同時，相應的公路交通安全也遇到氣象、地質等災害以及復雜行車條件的影響。橋梁、隧道、路基垮塌、路面破壞以及交通事故等突發事件的發生，嚴重威脅著公路建設、運營以及人民生命健康和財產安全。在應急突發事件的處置過程中應急物資儲備是保障應急救援順利進行的核心，因此必須做好應急物資儲備工作，建立良好的應急物資儲備保障體系，提升突發事件的救援科學性，盡可能地保障人民生命財產安全。

1 山東省公路交通應急物資儲備需求分析

1.1 區域環境特點

山東省位于東部沿海、黃河下游地區，自北向南依次與河北、河南、安徽和江蘇接壤，面積15.78萬平方公里。地處溫帶季風氣候區，具有顯著的季節變化和季風氣候特征，屬半干旱大陸性氣候。年平均降水量578.4 mm，最多年降水量為1 004.7 mm，最少年降水量為187.2 mm，降水分布東南部多于西北部，全年降水近70%集中在夏季。年平均氣溫為13.1℃，1月份最冷，平均氣溫為-4.5℃，寒潮頻繁、常發霜凍。

1.2 自然災害的時間和地域分布特點

（1）冰雪分布。受氣候環境的影響，全省降雪結冰現象集中在冬季11月至來年3月，由于地形的特殊性，山東半島的雪量及結冰嚴重程度高于山東省內陸地區，尤其是煙臺和威海。（2）暴雨分布。山東省多年平均年降水量的總體趨勢是由東南沿海向魯西北內陸遞減；而全省暴雨極值的地區差異相對較小，且隨著歷時的增長，地區差異也有所不同。（3）臺風分布。一年中臺風季一般以7～8月最為集中，約占94%；從地域分布來看，臺風登陸地點為威海、青島、日照、煙臺4個沿海城市，但是青島、濰坊、日照、臨沂等受災情況會較為嚴重。

1.3 應急物資需求分析

根據山東省主要自然災害的特點以及對公路交通造成的影響分析，應急物資主要包括三大類：（1）公路搶通物資。包括瀝青、碎石、砂石、水泥、沙袋、鋼板、方墊木、木樁、鐵絲、鐵锨、編織袋、融雪劑、防滑料、錐形標、吸油材料、警示標等；（2）公路救援物資。包括方便食品、飲水、防護衣物及裝備、移動照明、帳篷、棉被、燃料、安全標志、鎬、錘、鋸、車輛防護器材及常用維修工具等；（3）其他物資（機械設備）。包括交通戰備鋼橋、交通戰備鋼橋架橋工具、挖掘機、裝載機、推土機、汽車吊、搶險車、除雪車、清障車、平板拖車、照明燈車、標志燈車、客車、應急貨車、移動發電機、移動水泵、應急救援車、沖鋒舟、撒布車等。

2 公路交通應急物資儲備庫選址

2.1 應急物資儲備庫選址影響因素分析

應急物資儲備庫選址因素見圖1。

圖1 應急物資儲備庫選址影響因素

2.2 應急物資儲備庫選址模型構建

2.2.1 模型假設條件

（1）應急時效可靠。應急物資儲備點能在要求的時間內把應急物資運送到突發事件現場。（2）物資儲備充足。一個應急儲備點儲備的物資至少可以應對較大及以下公路交通突發事件應急處置需要。

（3）在現狀基本能滿足應急需求的情況下，盡量不移動現有的應急物資儲備庫。

2.2.2 選址問題分析

因現有的應急物資儲備點主要分布在公路站點、收費站內等公路沿線位置，因此在選址問題分析時將應急物資需求點和應急物資儲備點抽象為分布于公路網上的若干個點，將整個公路網應急物資儲備點選址的全局優化問題簡化為局部路網或各路段的局部優化問題。

2.2.3 模型建立

（1）生成供需可達矩陣

生成供需可達矩陣：設在某局部區域的路網上包含m個應急需求點s1、s2、…sm和n個應急儲備設施初選點d1、d2、…dn，則這m個需求點和n個初選點兩兩對應就可以構造出一個矩陣Am×n。在矩陣A中，若s1和d1之間的時間距離Tij小于等于應急時限T，則元素aij取值為1，否則aij取值為0，此時，矩陣A就是由取值為0和1元素組成的供需可達矩陣。

Tij不僅和si和di之間的公路里程有關，還與連接二者的公路技術等級、交通量、交通組成等有關：

式中:Dij—不同線路之間的公路里程，km；Vij—相應線路的平均運行速度,km/h。

（2）建立0-1規劃模型

設定決策變量x1、x2、…xm為0-1變量：

該選址問題的約束條件是每個需求點至少有一個儲備點可為其供應應急物資，優化目標是最終選取的儲備點數量最少。根據設定的決策變量，可將該問題轉化為數學規劃模型：

2.2.4 模型求解

根據所建立0-1規劃模型的特點，采用分支剪支搜索法進行求解，即從符合時限要求的儲備點最少的需求點開始求解。得到可行方案后，一般只需選擇儲備點最少的方案，當儲備點數量最少的可行方案有兩個或者兩個以上時，以各儲備點服務的需求點數量和公路里程最均勻為準則來確定最優選址方案。

2.3 山東省公路交通應急物資儲備庫選址分析

2.3.1 確定應急物資儲備庫初選點和應急需求點

以聊城市為例，現有公路交通應急物資儲備庫位置作為選址的初選點，以實際發生過災害的路段和地質災害隱患點作為應急物資儲備的需求點，見圖2。

2.3.2 建立供需可達矩陣

根據山東省公路系統突發事件應急預案，突發事件發生后2 h內要到達現場開展道路搶通或事故處置工作。假設在公路上運輸應急物資的時間為1 h，同時假設應急物資在高速公路上的平均運送速度為90 km/h，在普通干線公路上的平均運送速度為50 km/h。將各初選點與需求點之間的距離換算為時間，見表1。

圖2 山東省聊城市公路網應急物資儲備點和需求點

表1 初選點和需求點之間的時間距離

根據表1時間，時間大于1的兩點之間的矩陣元素取值為0，時間小于1的兩點之間的矩陣元素取值為1，可得到該區域內公路網的需求點和初選點的供需可達矩陣A。

2.3.3 模型求解

利用分支剪枝法進行求解，最終得到聊城市目前的應急物資儲備庫的建設基本是合理的，可以滿足需求點對應急物資的需求，因此可以保持現有的布局不變。

用同樣的方法步驟對全省各個地市的應急物資儲備庫的選址布局進行計算分析，全省目前公路交通應急物資儲備庫的選址都基本合理，特別是臨沂、青島、煙臺、濱州、淄博等地市應急物資儲備庫分布較為均勻，理論上能覆蓋到所有的公路交通應急需求；根據山東省自然災害易發地區分布（魯中地區和膠東半島地區），省級交通戰備或國防應急物資儲備庫分布在泰安、菏澤、煙臺、濟寧，選址較為合理；市級公路交通應急物資儲備庫需加密。但是濰坊、日照、濟南、菏澤、棗莊等地市需要在高速公路服務區或者公路站點加密應急物資儲備庫的建設，為應急救援提供充足的物資保障。

3 公路交通應急物資儲備方式

3.1 應急物資儲備方式評價指標體系構建

應急物資儲備方式評價指標體系見圖3。

圖3 應急物資儲備方式評價指標體系

3.2 應急物資儲備方式確定方法

通過對各項指標進行分析與計算可對應急物資進行分級，根據應急物資的等級選擇相應的儲備方式。通過計算某種應急物資的儲備綜合評定值，將不同范圍的綜合評定值劃分成三個儲備等級，根據不同的儲備等級選擇合適的儲備方式。

3.2.1 指標定量化評價方法

指標量化值是對評價指標不同重要程度的反應，主要用于評估應急物資儲備方式因素間相對重要程度。對于二級指標，采用五標重計算方法對各個指標的重要性程度進行量化比較，將二級指標描述為五個等級，并對應標注1、3、5、7、9量化值。

3.2.2 指標權重確定方法

采用G1綜合評價法確定應急物資各個指標的權重。

（1）對評價指標集x1……xn，依次選出最重要的指標進行標記，從而確定指標間的相對順序關系。

（2）相對重要程度判斷。決策者或者專家依次對相鄰兩個評價指標x*k和x*k-1進行相對重要性的判斷。

可按照表2進行賦值。

表2 指標相對重要程度

（3）權重系數的計算。

3.3 山東省公路交通應急物資儲備方式確定

運用G1法計算山東省公路交通應急物資儲備方式各評價指標權重。選擇10名山東省公路建設、養護及應急管理方面的專家，對各評價指標權重進行排序和打分，一級指標序列關系結果見表3。山東省公路交通應急物資儲備方式評價的4個一級指標重要性判斷見表4。一級指標權重系數見表5。最終權重值見表6。

表3 指標排序

表4 指標相對重要程度

表5 指標權重

表6 指標權重

應急物資綜合評價值：

式中：S—被評價物資綜合評價值；ωi— 一級指標因素值；Ai— 一級指標權重值；ωj— 二級指標的評價量化值；bj—二級指標權重。

綜合值與儲備方式對應關系見表7。

表7 綜合評價值對應儲備方式

根據綜合評價值計算方法計算得出的應急物資儲備方式只能是一種，但是部分應急物資需要多種方式聯合儲備，在實際應用中應統籌考慮。

根據確定的應急物資儲備方式，結合山東省公路交通實際，對公路交通應急物資儲備方式進行分類，見表8。

表8 山東省公路交通應急物資儲備方式分類

4 結語

通過對山東省公路交通應急物資儲備方式及選址進行研究，幫助制定公路交通應急物資儲備標準，助力提高山東省應急救援的科學性，消除突發事件對公路交通造成的影響，減少甚至避免人員傷亡及財產損失。