公共衛生突發事件應急物資分類研究

李詩睿

(中國礦業大學(北京) 管理學院工商管理系，北京 100083)

0 引言

我國各類公共衛生突發事件頻發，每年報告的各類大小突發公共衛生事件在2 000起以上[1]。突發事件會對人民群眾的健康和生命安全造成威脅，對我國經濟社會的平穩向好發展帶來不利影響。因此，在當前形勢下，針對公共衛生突發事件的應急物資科學管理問題成為當前階段全球各國應急管理共同面臨的挑戰，研究應急物資分類問題將有助于應急物資儲備的現代化治理體系建設，在全球關注應急管理問題的背景下，應急物資分類研究理論成果具有廣泛的應用實踐需求。

應急物資分類和編碼研究屬于長期開展的基礎性研究工作，如美國自1952年起開始進行物資的編碼標準化工作，歷時6年完成美國的國家物資分類編碼，并將重要的應急物資裝備分成了21大類，709小類[2]。我國于1979年開始著手編制相關標準，2014年發布了地震行業標準《地震救援裝備分類、代碼與標簽》[3]，2020年3月發布了國家標準《應急物資分類及編碼》[4]等。許多學者將應急物資分類的管理研究不斷推進，例如陳一洲等[5]采用線性分類法對我國的應急裝備資源進行了分類，建立了適用于國家應急平臺的應急裝備編碼管理體系；黃東方[6]從全災種的宏觀角度，提出了我國應急救援裝備橫向按災種構建、縱向按層級構建的框架體系。針對我國公共衛生突發事件的應急物資儲備和物流管理也受到了關注，如張波等[7]通過概率矩陣，科學地提出口岸突發公共衛生事件應急物資區域儲備中心選址方案；王海軍等[8]則是通過構建三級配送網絡為應急物資配送網絡的構建提供了決策方案；王穎等[9]研究了新型冠狀病毒肺炎定點救治醫院醫療防護物資的管理問題；孫翊等[10]從理論框架層面探討了我國應急物資儲備治理體系。

總體上，物資分類理論廣泛應用于物資管理研究。盡管我國新頒布了應急物資及其類別的分類國家標準，但并沒有建立起針對公共衛生突發事件及應急物資分類管理方法，缺乏對物資屬性和管理特征的評價研究，在突發事件應對方面缺乏有效物資分類管理指導方法，開展分類管理成為我國現階段亟待解決的問題。鑒于目前的研究現狀，本文擬利用K-均值聚類分析方法，從應急物資的儲備管理的角度出發，辨識物資特征和分類的關鍵影響因素，實現針對突發性公共衛生事件的應急物資分類研究。

1 對象與方法

1.1 對象

根據國家標準化管理委員會于2020年3月發布的《應急物資分類及編碼》所給出的定義，應急物資主要是為應對嚴重自然災害、事故災難、公共衛生事件、社會安全事件等突發事件所必需的保障性物資。其中，公共衛生突發事件，是指突然發生，造成或者可能造成社會公眾健康嚴重損害的重大傳染病疫情、群體性不明原因疾病、重大食物和職業中毒以及其他嚴重影響公眾健康的事件。

針對公共衛生事件，本文參考突發公共衛生事件期間各大醫院的物資采購文件以及中國紅十字協會的募捐需求聲明，根據期間各類應急物資的緊缺程度和需求量大小，選取了《應急物資分類及編碼》中“應急裝備與配套物資”大類中，緊缺的19種應急物資作為本文的研究對象，如表1所示。

表1 公共衛生突發事件主要的應急物資

1.2 研究方法

1.2.1K-均值聚類方法

K-均值聚類方法(K-means Cluster)是一種迭代求解的聚類分析算法。其基本原理如下：首先選擇某些樣品作為起始的凝聚點，然后按就近原則將其余樣品向凝聚點聚集，得到初始分類方案，并計算出各分類點的中心位置，最后計算出新的中心位置進行重新聚類，通過反復循環計算，直到凝聚點位置的變動達到收斂停止。

K-均值聚類方法的計算步驟如下。

1)給出n個混合樣本，記k表示迭代次數，選取k個初始凝聚點：

Zj(I)，j=1，2，…，k

(1)

2)計算每個樣本xm與聚合中心的距離：

D(xm，Zj(I))，m=1，2，…，n；j=1，2，…，k

(2)

若

(3)

則xm∈wj

3)計算k個新的集合中心：

(4)

4)判斷聚類結束，若：

Zj(I+1)≠Zj(I)，j=1，2，…，k

(5)

則：

I=I+1

(6)

返回2)，否則聚類結束。

1.2.2 肘部法則

肘部法則是確定K值的一種經典方法。關于K值的選擇，之前的研究主要依靠散點圖進行主觀判別。但這種方法主觀性過強，且無法對高維度數據進行處理。為克服這些問題，本文采用肘部法則確定K值。

肘部法則的原理如下：K-均值以最小化樣本與凝聚中心的距離誤差為目標函數，本文將每個簇的凝聚點與簇內樣本點之間的平方距離誤差稱之為“畸變程度”，即SSE。則有：

(7)

其中，Ci是數據點完成聚類后的第i個簇，p是Ci中的一個樣本點，mi是Ci的凝聚中心，k為聚類數值。

隨著K值的增加，樣本的劃分會更加細化，每個簇的聚集程度也會逐漸增加，誤差也會越來越小。即對于一個簇而言，它的畸變程度越低，就表明簇內的成員越密集；畸變程度越高，代表簇內的結構越松散。通常而言，畸變程度會隨著K的增加而降低。畸變程度的改善效果下降幅度最大的位置就是肘部，即K值的最佳取值點。

1.3 物資分類評價指標體系

物資供應不足、采購或儲存困難等是應急物資管理長期存在的問題，因此可以將物資分類管理劃分為物資供應、采購和倉儲3個環節。物資分類管理研究在充分考慮各種物資的市場供應、物資采購特征、經濟成本、物資倉儲與儲存條件等影響因素的基礎上，構建了物資分類評價指標體系(見圖1)，2級指標從市場供應能力、采購特征和倉儲條件3個維度出發，包含了10個3級指標，3級指標的定義與描述具體如表2所示。

圖1 公共衛生突發事件應急物資分類評價指標體系

表2 公共衛生突發事件應急物資分類評價指標描述

2 結果

2.1 數據采集

本文選取一家省級三甲級傳染病專科醫院作為研究對象，該醫院為突發傳染病治療的定點醫院，承擔了全省80%以上危重癥傳染病患者的治療工作，具有豐富的公共衛生突發事件應對經驗。經過對醫院采購及倉儲相關工作人員的走訪與問卷調查，根據調查結果，邀請30位專家對各類物資的不同指標進行打分。根據物資在不同指標下的重要性進行打分，打分區間為1～9分，取30位專家的打分平均值作為該類物資的最終得分(平均值保留到整數位)。19種物資10項指標的打分情況如表3所示。

表3 公共衛生突發事件應急物資分類評價指標數據結果

2.2 分類實現過程

2.2.1K值確定

使用肘部法則確定K-均值聚類分析的分類數目K。設置分類數目為[2，16]，根據誤差平方和與SSE方法繪制分類效果圖，如圖2所示，基于肘部法則判斷，K=4，即設置4個初始凝聚點聚類數，若通過檢驗，則公共衛生突發事件應急物資分類數也設為4。

圖2 聚類方法的K值估算

2.2.2K-均值分類方法迭代及聚類中心

對表3中的數據進行分類，K-均值聚類的測量距離選擇歐式距離平方法，聚類數為4，經過3輪迭代，分類指標的4組凝聚點不再改變或僅有小幅變動，因此實現收斂，形成穩定的聚類中心。具體結果如表4所示。

表4 公共衛生突發事件應急物資聚類中心

2.2.3 聚類檢驗

表5給出了每個指標進行單變量的檢驗統計結果。檢驗結果顯示，在指標聚類自由度為3、誤差自由度為15的情況下，各指標F檢驗值均顯著大于臨界值3.29，且顯著性均小于0.05，表明每個指標均對聚類模型有顯著貢獻，K=4的聚類結果是有效的。

表5 聚類檢驗的方差分析結果

3 討論

3.1 物資分類

根據物資供給與采購在市場上的流通狀況與物資日常倉儲管理情況，本文將4類物資分別定義為高流通易倉儲、高流通難倉儲、低流通易倉儲和低流通難倉儲4大類，如圖3所示。

圖3 公共衛生突發事件應急物資分類結果及對應策略

第一類物資為高流通易倉儲物資。這類物資以護具類的易耗品為主，物資的技術要求相對較低，市場成熟，且待擴展的產能潛力很大。以口罩為例，2020年4月我國口罩日產能達到了4.557億只，與疫情之前日產能相比，口罩日產能在2個多月提升超過20倍。同時，該類物資儲備條件簡單，不論倉儲管理成本，還是突發事件對市場流通的風險均較小。

第二類物資為高流通難倉儲物資。這類物資主要指藥品與醫用器械，其特點是可替代性極低、具有保質期、部分藥品倉儲條件要求苛刻、需求量易受突發事件影響。盡管該類物資是醫療機構常見的物資類品，同時藥品類具有最成熟的市場，但在公共衛生突發事件爆發期間物資需求量會在短期成倍增加。高流通市場反應可能存在時間的滯后性，造成短時間內巨大的缺口。利好方面，高流通物資生產周期短，大部分物資的擴產響應時間較短，物資供給方面市場具有自動的調整功能。

第三類物資為低流通易倉儲物資。這類物資市場流通量和供給量比較小，可替代性也比較高，價格低廉，故彈性較高，有助于應對低流通的物資管理。但需要注意的是，在突發公共衛生事件大范圍爆發時，其需求量呈爆發性增長，在全國乃至全球范疇內都將出現相關物資的需求缺口，低流通問題將進一步加劇。

第四類物資為低流通難倉儲物資。這類物資以大型設備或專業儀器為主。該類物資管理的優勢是更換頻率很低，其需求數量或規模相對較小，而其物資管理劣勢也十分突出，比如采購困難、采購成本高，特別是在公共衛生突發事件爆發期間市場供給難度和采購難度將更加困難。此外，日常存儲成本或折舊較大，進一步提升了倉儲管理的難度。以ECMO(體外膜肺氧合)設備為例，1臺ECMO設備的價格為100萬臺～300萬元，其一組耗材套包的價格是3萬元～7萬元，且全國目前只有400多臺ECMO設備，全部依賴于進口，在疫情全球爆發期不具有采購條件。

3.2 管理策略

根據倉儲管理與市場流通難度，對4類物資的管理優先級排序：低流通難倉儲類物資、高流通易倉儲類物資/高流通難倉儲類物資、低流通易倉儲類物資。根據優先級順序及每種物資的管理特征，制定了預儲備管理、定量管理和重點/專項管理3類管理策略如圖3所示。

預儲備管理策略是以風險預前管理理念來應對突發事件發生時物資的需求變化而制定的策略。一方面要強化預采購管理，加快科學預測，進行物資采購計劃的科學動態管理；另一方面，保障供給來源和穩定性，培育國內市場，穩定市場秩序，加強物資訂單管理，同時引導某些具有轉產潛力的企業在平時投入一些人力物力，研發轉產的相關技術，提高企業的柔性生產能力。高流通易倉儲類物資與高流通難倉儲類物資都可以結合具體物資的特點采用差異性的預儲備管理策略，其中高流通易倉儲類物資應以增大日常儲存量為優先管理方案，而后者則需要考慮成本、存儲條件和保質期等因素制定針對性的管理方案。

定量管理策略可用于低流通易倉儲類物資。根據突發事件應急物資的歷史需求量，合理制定該類物資的儲備數量和采購計劃。這類物資具有較強的替代性，在突發事件爆發時需求量會增大，因此定量管理倉儲條件的同時要注意制定資源不足或增加采購的管理預案。

重點/專項管理策略適用于低流通難倉儲類物資。該策略需要采用最高優先級的物資采購管理，加強規劃和資金投入，穩步、有序地完成該類物資儲備的日常建設。由于中小型醫院很難獨立承擔起采購和存儲任務，需要國家撥付專項資金成立相關部門來負責采購和管理，因此要建立該類重點物資清單與采購信息庫，同時加強培育國內設備維修第三方技術服務產業。

4 結語

由于突發性公共衛生事件暴發與物資需求變化的預測難度大，制定針對性的應急物資的分類儲備管理是最佳解決途徑。本文綜合考慮關鍵物資的市場流通情況、物資本身的屬性以及公共衛生突發事件應急處置管理難度等影響因素，構建了應急物資的分類評價指標體系，并基于K-均值聚類算法對19種公共衛生突發事件應急物資進行了分類研究。研究結果實現了低流通難倉儲類物資、高流通易倉儲類物資、高流通難倉儲類物資和低流通易倉儲類物資的聚類劃分，并針對性提出了重點/專項管理、預儲備管理和定量管理的分類管理策略。本文取得的研究成果，可以擴展到應對其他類別的突發事件的物資分類管理，有助于醫院、高校等機構部門的物資管理實踐。