基于组织协作网城市群应急指挥关系优化设计——以长三角城市群为例

郭景涛，佘廉

（1.华中科技大学　公共管理学院，武汉 430074；2.国家行政学院，北京 100089）

基于组织协作网城市群应急指挥关系优化设计
——以长三角城市群为例

郭景涛1，佘廉2

（1.华中科技大学公共管理学院，武汉 430074；2.国家行政学院，北京 100089）

在城市群应急指挥组织协作网设计的基础上，对城市群应急指挥组织决策树进行数学描述和分析，以长三角城市群为案例分析对象，对该城市群的重大公共安全事件应急指挥关系进行优化设计，以实现城市群各结点城市之间的有效协作。结果表明：如果明确了城市群中应急指挥决策实体、应急指挥平台的分配方案和各城市之间的协作链接权值，就可分析出该城市群重大公共安全事件应急指挥关系优化设计方案，建立起有效的应急指挥组织体系。

组织协作网；重大公共安全事件；应急指挥；长三角城市群

随着城市化进程的加快，城市规模的不断扩张，人口、建筑物的高度密集，一旦在城市群中发生重大公共安全事件，其危害性对国家和社会造成的损失和破坏是不可估量的。重大公共安全事件，是一种非常态下的突发事件，与常态社会下的突发事件解决方案有很大差异。城市群重大公共安全事件之后，实现城市群中各城市应急资源的合理配置非常重要，其中的关键问题是如何优化设计应急指挥协作关系。

目前，“城市群公共安全协同治理”已成为各国政府和学界高度关注的公共安全议题，国内学者主要是研究单座特别是大城市公共安全问题［1-2］、区域应急联动问题［3-4］、城际应急决策协同问题［5］、城市群公共危机协同治理［6］等方面。本文结合中国城市群实际经济社会环境，以城市群重大公共安全事件应急指挥协同为研究目标，在城市群应急指挥组织协作网设计的基础上，对城市群应急指挥组织决策树进行了描述和分析，由此对城市群应急指挥组织决策树的设计构建了数学模型。以长三角城市群为案例分析对象，利用该模型和算法对其城市群的重大公共安全事件应急指挥关系进行了优化设计，从而实现城市群各结点城市之间的有效协作，为城市群应急管理部门提供重大公共安全事件应急指挥的新思路与新方法。

一、城市群重大公共安全事件应急指挥组织概念分析

结合国内学者关于城市群［7］4和重大公共安全事件［12］的概念，本文将其界定为由某一个或多个风险因素引发的覆盖城市群的重大公共安全事件，其发生具有极大不确定性，演化扩散机理难以预测，常规应对手段失效，对特定区域内的生命、财产和生态环境造成重大危害，甚至对国家和社会稳定造成严重冲击，依靠单座城市的资源、力量难以应对，需要多个城市间的应急救援力量协同应对的突发事件。基于城市群重大公共安全事件的复杂性，其核心问题一是在于原生事件及其次生、衍生事件的应对，二是在于城市群内多主体应急指挥协同问题。

对城市群重大公共安全事件应急指挥组织进行的概念分析及建模是应急指挥组织设计的基础。一般来说，城市群应急指挥组织实体概念包括应急指挥平台、应急救援任务和应急指挥决策实体。

（一）城市群重大公共安全事件应急指挥平台

应急指挥平台是应急组织中的实现各项功能的载体，是应急决策个体执行应急救援任务的载体。若将应急指挥平台记为P，则P=｛P1，P2，···，Pk｝，k为应急指挥组织拥有的平台数量。对于城市群应急指挥组织来说，其应急指挥平台就是参与应急救援行动的相关部门和组织，具体如下表1所示。其中，每一个应急指挥平台都是应急组织中的资源实体，归属于某个应急指挥决策实体指挥，来实现特定的应急救援任务目标。

表1　城市群重大公共安全事件应急指挥平台类型

（二）城市群重大公共安全事件应急决策实体

决策实体是应急指挥体系中的决策者，是组织应急资源的控制者，是应急救援行动中的指挥官，对于城市群应急指挥体系来说，其决策实体就是各城市应急指挥中心的负责人。应急指挥决策者通过应急指挥平台进行指挥与控制，可将其视为指挥与控制关系中的结点，负责实现应急救援目标与任务。设DM为应急指挥决策实体集合，则DM=｛DM1，DM2，···，DMi｝，i为应急指挥决策实体数量。

应急指挥协同结构设计的关键问题就是对应急指挥决策实体的能力约束条件进行描述：一是内部协作能力的约束，即每个应急指挥决策者能同时控制应急指挥平台的数量；二是外部协作结构的约束，即任意两个需要处理同一救援任务的应急指挥决策实体必须在同一结构层次上建立起对等的链接关系，这一约束是应急指挥决策实体间的协作约束；三是任意应急指挥决策实体在同一时刻工作负载的约束。这里假设应急指挥决策实体的工作负载约束为3，即任意应急指挥决策实体在同一时刻能同时处理3个任务。

由此，可根据重大公共安全事件的实际情况来将上述应急指挥平台进行聚类，以完成不同的任务目标。如假定在某个城市群重大公共安全事件中共成立5个城市应急指挥中心，可记为DM=（DM1，DM2，DM3，DM4，DM5）。需要完成的应急救援任务包括抢险救灾、应急保障、预警监测、卫生防疫和社会安全稳定。其中，应急指挥中心DM1主要完成的任务是抢险救灾，其负责的应急指挥平台为：P6（防汛抗旱）、P9（森林防火）、P10（人防工程）、P12（消防）、P15（民政）、P16（军队）；应急指挥中心DM2主要完成的任务是应急保障，其负责的应急指挥平台为：P1（电力）、P2（通信）、P5（交通）、P8（安全生产）、P19（财政）；应急指挥中心DM3主要完成的任务是预警监测，其负责的应急指挥平台为：P13（地震）、P14（气象）；应急指挥中心DM4主要完成的任务是卫生防疫，其负责的应急指挥平台为：P7（卫生防疫）、P11（重大动植物疫情）、P18（新闻宣传）；应急指挥中心DM5主要完成的任务是社会安全稳定，其负责的应急指挥平台为：P3（公安）、P4（反恐）、P17（武警）。

（三）城市群重大公共安全事件应急救援任务

一般来说，应急救援任务通常是由应急指挥目标进行分解得到的子任务，是应急指挥组织为完成应急指挥目标而实施的某一次行动。通过应急指挥组织过程设计确定每个应急平台需要执行的应急救援任务，而应急救援任务的复杂性则由应急平台的定义、组织功能资源的选择决定。

二、城市群重大公共安全事件应急指挥协同关系优化设计

对于城市群应急指挥关系的设计是基于应急指挥组织中决策个体间在任务上的协作关系来设计最佳的决策协作链接关系，即应急指挥组织决策树。由此，城市群重大公共安全事件应急指挥关系的设计是基于组织协作网的决策树生成过程。

（一）城市群重大公共安全事件应急指挥协同关系模型

通过定义应急指挥组织内协作的基本概念，并基于应急指挥平台—应急救援任务调度方案，以最小化应急决策实体工作负载为目标，采用不同方法设计了组织内决策实体间的协作网。由于应急组织平台的功能以及应急救援任务对功能资源需求的不同导致了组织内决策实体间需要有效协作，故为描述应急指挥组织内的协作行为，以设计组织内的高效协作关系，定义如下基本概念。

定义1.应急指挥决策实体的内部协作是指应急指挥决策实体管理和控制其拥有的应急平台资源。记应急指挥决策实体DMn的内部协作量为所控制的平台数量。记应急指挥决策实体的最大内部协作量为BI，则in≤BI。

定义3.应急指挥决策实体的间接外部协作（附加外部协作）是指在应急组织决策树中，由于应急指挥决策实体DMi与DMj之间没有建立起直接的决策链接关系，从而导致应急指挥决策实体DMi与DMj间的协作交流必须通过其他决策实体建立。

定义4.应急指挥决策实体的工作负载。应急指挥决策实体在协作网中的工作负载包括内部协作和直接外部协作，是内部协作量与直接外部协作量的加权和，记决策实体DMn工作负载为wn，则有wn=WI·in+WE·en。其中，WI为内部协作负载权值；WE为直接外部协作负载权值。

综上所述，可将基于协作网的应急指挥组织决策树的产生描述为［9-10］

其中，Wmax为决策结点的最大工作负载；xji表示决策树中结点j到结点i的链接关系；zijk表示决策树中从结点j到结点i通过结点k的链接关系；cij为决策实体DMi和决策实体DMj之间的协作量；li为结点i所处的层次；ddij表示应急指挥决策实体间在任务上的协作；D为结点数。

式（1）表示在满足各项约束的条件下，以最小化应急指挥决策结点的最大工作负载为目标，由此产生应急指挥决策实体之间的链接关系。对式（1）进行求解的结果只是去除了组织协作网的环，并生成了根结点不确定的决策实体之间的关系链接，若选择最小工作负载结点作为根结点则生成决策树。

（二）组织决策树生成的算法及优化

对于式（1）的求解是二元规划问题，这里对于其求解采用了图论中经典算法-Gomory-Hu树生成算法，此算法用于寻找图的最小流割等价树，具有最优解。由于决策结点的内部协作在WI=WE=1的情况下对Gomory-Hu树生成没有影响，因此，在这一生成算法中只考虑了决策结点间的外部协作（包括直接外部协作和附加外部协作）。

基于以上概念，可描述出组织决策树的优化算法设计流程的图形［11］，如图1所示。

三、实证研究：长三角城市群重大公共安全事件应急指挥关系优化设计

城市群快速发展的同时带来高风险，因此，发生城市群重大公共安全事件时，需要各城市应急指挥中心的有效协同。本文选取长三角城市群为分析对象，研究设计城市群中各城市间的应急指挥协作关系，并可作为模板进行推广应用。

（一）长三角城市群的总体概况

随着经济增长模式和社会发展模式的双重转型，长三角城市群发展面临更多的不确定性和更高的风险因素，重大公共安全事件时有发生。常态下的府际合作协调机制已基本建立，非常态下跨区域协调合作机制尚未建立［12］。

长江三角洲城市群位于我国东部沿海，是我国城市化程度最高、城镇分布最密集、经济发展水平最高的地区［7］4。它以上海为中心，南京、杭州为副中心，还包括无锡、常州、苏州、南通、扬州、镇江、泰州、宁波、嘉兴、湖州、绍兴、舟山和台州共计16个城市。根据城市群的空间组织形态和节点个数，大致可将中国城市群空间结构分为三角形结构、四边形结构、五边形结构和六边形结构四种类型［13］。长三角城市群的外部结构形态是典型的六边形结构，主要是由6个或6个以上的主节点城市组成，为高级的空间稳定性结构。此外，由表2可以看出，长三角城市群的城市规模结构主要是呈葫芦状分布，在16个城市中，只有一个超过1 000万人口以上的大城市，也只有一个200万人口以下的小城市。

（二）长三角城市群重大公共安全事件应急指挥关系优化设计

1.长三角城市之间协作链接权值的设定

为给长三角城市之间协作链接赋予合理的权值，可引入城市间相互作用强度E的概念②张学良.2013中国区域经济发展报告［M］.人民出版社，2013：154-155。

表2　长三角城市群内部等级规模结构①表2的数据来源：根据《中国城市统计年鉴（2013）》整理

其中，E为城市间相互作用强度；P1和P2为两城市的人口数，这里用该城市当年的常住人口表示；G1和G2为两城市的地区总产值；D为两城市间的距离。故可根据统计数据计算得出长三角城市群各城市间相互作用强度，如表3所示。

从表3可以看出，长三角城市之间作用强度最高的是苏州—无锡，其次是上海—苏州，第三位是上海—无锡，第四位是上海—嘉兴。因此，根据相互作用强度，可以选择的应急决策结点城市为上海、苏州、无锡、嘉兴，为体现该算法的在长三角城市群的适应性，另外选择与嘉兴相互作用强度较高城市之一的杭州作为第五个应急决策结点城市，来更好地检验此应急指挥组织网络的健壮性。笔者经过大量观察分析后认为，E越大，说明两城市间协作效率越高，越节省资源，故相应的权值应越低。具体城市间协作链接权值的设定原则如下：0～1 000权值设定为3；1 000～2 000权值设定为2；2 000以上权值设定为1。这样可得到长三角应急决策节点城市协作链接权值，如表4所示。

表3　2010年长三角城市群各城市间相互作用强度③表3的数据来源：张学良.2013中国区域经济发展报告［M］.人民出版社，2013：156.为了便于计算权值，所有数据经过了四舍五入处理。

表4　长三角城市群应急决策节点城市协作链接权值

2.长三角城市群重大公共安全事件应急指挥关系优化设计

根据前面的算法设计，可以得到长三角城市群应急指挥协作交流网，即初始网，如图2所示。其中，i是应急指挥平台数；e是某个平台的直接外部协作量；a是某个平台的间接外部协作量。算法目标是将长三角城市群应急指挥平台的内外部协作链接总权值降到最低，从而得到最优的应急指挥组织结构设计关系。为有效应对城市群重大公共安全事件，在城市群中的各结点城市需建立应急指挥中心，为简化起见，这里将城市名称来代表该城市应急指挥中心，如上海应急指挥中心简称为上海，其他城市均类似表示。

如图2所示，假定在某个城市群重大公共安全事件中，上海应急指挥中心（DM1）主要完成的任务是抢险救灾，其负责的应急指挥平台包括：P6（防汛抗旱）、P9（森林防火）、P10（人防工程）、P12（消防）、P15（民政）、P16（军队）；苏州应急指挥中心（DM2）主要完成的任务是应急保障，其负责的应急指挥平台包括：P1（电力）、P2（通信）、P5（交通）、P8（安全生产）、P19（财政）；无锡应急指挥中心（DM3）主要完成的任务是预警监测，其负责的应急指挥平台包括：P13（地震）、P2（气象）；嘉兴应急指挥中心（DM4）主要完成的任务是卫生防疫，其负责的应急指挥平台包括：P7（卫生防疫）、P11（重大动植物疫情）、P18（新闻宣传）；杭州应急指挥中心（DM5）主要完成的任务是社会安全稳定，其负责的应急指挥平台包括：P3（公安）、P4（反恐）、P17（武警）。各城市应急指挥中心需要相互协作，实现应急指挥协同目标。

对图2所示的组织协作交流关系网，采用优化协作树生成算法的进行分析，其过程如图3所示。

算法的每一次计算得到的结果如算法实例图解，以算法的第三次循环为例，其详细计算过程：首先，选择圈G=｛上海，苏州｝，断开其所有外部链接；然后，在断开G的所有外部链接后，对剩下相互链接的结点杭州和嘉兴进行圈合得到新圈G｛杭州，嘉兴｝；其次，对圈G=｛上海，苏州｝进行圈扩，即在圈G中选择结点上海和苏州，搜索最小切割圈线，最小切割线分割后得到残留网G｛无锡，苏州｝和G｛上海，G｛杭州，嘉兴｝｝；再次，在选择圈G中根据最小切割线创建新圈G｛苏州｝和G｛上海｝；最后，确定结点间边的链接关系，即在圈扩圈前树中与G链接的结点仅有无锡和嘉兴，因此，新的链接关系只有在无锡、嘉兴与G的结点关系中更新。在新圈G｛无锡，苏州｝和G｛上海｝，G｛杭州，嘉兴｝和链接关系更新后，得到新的决策协作网，由于新的协作网中都为单结点的圈，因此，新的协作网已经为树的结构，运算停止。

算法实现过程也可用图4来描述：

从而得到新的长三角城市群应急指挥决策协作树，如图5所示。

通过比较初始协作网（图2）与决策协作树（图5），可以看出长三角城市群整体协作链接总权重由46减为37，根节点城市为无锡。因此，通过该算法设计，实现了将长三角城市群整体协作链接量降至最低的目标，建立起来长三角城市群新的应急指挥关系设计，从而实现各城市应急指挥中心最佳的协作关系。

四、结论

本文以城市群重大公共安全事件应急指挥协同为研究目标，选取应急指挥组织结构作为突破口，对城市群的重大公共安全事件应急指挥关系进行了优化设计，从而实现城市群各结点城市之间的有效协作。通过研究，得到如下基本结论：

1.城市群重大公共安全事件发生后，实现城市群中各城市应急资源的合理配置非常重要，其中的关键问题是如何优化设计城市群应急指挥协作关系。这就需要对城市群重大公共安全事件应急指挥组织进行概念分析，并进一步设计城市群应急指挥组织结构，建立应急指挥决策实体、应急指挥平台和应急救援任务之间三个层次的关系。

2.应急指挥组织决策树是应急指挥决策实体间的指挥控制关系，是描述应急指挥组织内决策结点间的层次关系。因此，针对某次城市群重大公共安全事件的应急指挥，利用其模型和算法可以优化各城市应急指挥中心之间的指挥协作关系，对这种关系的设计是应急指挥组织结构优化的关键部分。

3.以长三角城市群为实证分析对象，搜集相关统计数据，利用该模型和算法对其重大公共安全事件应急指挥关系进行了优化设计，从而实现城市群各结点城市之间的有效协作。结果表明，通过该模型和算法设计，实现了长三角城市群各城市应急指挥中心最小化协作量的优化目标，建立起新的应急指挥关系设计，从而实现各城市应急指挥中心最佳的协作关系。

4.本研究的重要推广意义在于，只要给出城市群中各城市之间的协作链接权值、应急指挥决策实体和应急指挥平台的分配方案，我们就可以分析出该城市群重大公共安全事件应急指挥关系优化设计方案，从而建立起有效的应急指挥组织体系。

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Emergency Command Collaborative of Urban Agglomeration based on Organization Collaboration Network

GUO Jingtao1，SHE Lian2
（1.College of Public Administration，Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430074，China；2.Chinese Academy of Governance，Beijing 100089，China）

Making mathematical description and analysis to the decision tree of urban emergency command organization on the basis of the design of collaboration net of emergency command organization of urban agglomeration，and making optimized design to the relationship of emergency command of major public security events of the corresponding urban agglomerations，using Yangtze River Delta Urban Agglomerations as the object of case analysis，so as to realize the effective collaboration of each city emergency command center among the urban agglomerations.As the result shows，if it is clear that the weights of the collaboration of each city among the urban agglomeration between the emergency command decision-making entities of urban agglomeration and the allocation plan of emergency command platform，it is able to analyze the optimized design scheme of major public security events emergency command relationship of the corresponding urban agglomeration，and we can establish an effective emergency command system in this way.

organization collaboration network；major public emergency；emergency command；Yangtze river delta urban agglomerations

F713

A

1009-3370（2016）01-0115-06

10.15918/j.jbitss1009-3370.2016.0115

［责任编辑：孟青］

2015-09-08

国家自然科学基金重点项目资助“面向应急决策支持的非常规突发事件案例推理的理论与方法”（91324203）

郭景涛（1981—），男，华中科技大学公共管理学院公共安全预警与应急管理专业博士研究生，内蒙古大学公共管理学院讲师，E-mail：sniper_jay@163.com；佘廉（1959—），男，国家行政学院中欧应急管理学院教授、博士生导师，华中科技大学特聘教授、博士生导师，E-mail：shelian2@163.com