公共卫生突发事件应急物资分类研究

李诗睿

(中国矿业大学(北京) 管理学院工商管理系，北京 100083)

0 引言

我国各类公共卫生突发事件频发，每年报告的各类大小突发公共卫生事件在2 000起以上[1]。突发事件会对人民群众的健康和生命安全造成威胁，对我国经济社会的平稳向好发展带来不利影响。因此，在当前形势下，针对公共卫生突发事件的应急物资科学管理问题成为当前阶段全球各国应急管理共同面临的挑战，研究应急物资分类问题将有助于应急物资储备的现代化治理体系建设，在全球关注应急管理问题的背景下，应急物资分类研究理论成果具有广泛的应用实践需求。

应急物资分类和编码研究属于长期开展的基础性研究工作，如美国自1952年起开始进行物资的编码标准化工作，历时6年完成美国的国家物资分类编码，并将重要的应急物资装备分成了21大类，709小类[2]。我国于1979年开始着手编制相关标准，2014年发布了地震行业标准《地震救援装备分类、代码与标签》[3]，2020年3月发布了国家标准《应急物资分类及编码》[4]等。许多学者将应急物资分类的管理研究不断推进，例如陈一洲等[5]采用线性分类法对我国的应急装备资源进行了分类，建立了适用于国家应急平台的应急装备编码管理体系；黄东方[6]从全灾种的宏观角度，提出了我国应急救援装备横向按灾种构建、纵向按层级构建的框架体系。针对我国公共卫生突发事件的应急物资储备和物流管理也受到了关注，如张波等[7]通过概率矩阵，科学地提出口岸突发公共卫生事件应急物资区域储备中心选址方案；王海军等[8]则是通过构建三级配送网络为应急物资配送网络的构建提供了决策方案；王颖等[9]研究了新型冠状病毒肺炎定点救治医院医疗防护物资的管理问题；孙翊等[10]从理论框架层面探讨了我国应急物资储备治理体系。

总体上，物资分类理论广泛应用于物资管理研究。尽管我国新颁布了应急物资及其类别的分类国家标准，但并没有建立起针对公共卫生突发事件及应急物资分类管理方法，缺乏对物资属性和管理特征的评价研究，在突发事件应对方面缺乏有效物资分类管理指导方法，开展分类管理成为我国现阶段亟待解决的问题。鉴于目前的研究现状，本文拟利用K-均值聚类分析方法，从应急物资的储备管理的角度出发，辨识物资特征和分类的关键影响因素，实现针对突发性公共卫生事件的应急物资分类研究。

1 对象与方法

1.1 对象

根据国家标准化管理委员会于2020年3月发布的《应急物资分类及编码》所给出的定义，应急物资主要是为应对严重自然灾害、事故灾难、公共卫生事件、社会安全事件等突发事件所必需的保障性物资。其中，公共卫生突发事件，是指突然发生，造成或者可能造成社会公众健康严重损害的重大传染病疫情、群体性不明原因疾病、重大食物和职业中毒以及其他严重影响公众健康的事件。

针对公共卫生事件，本文参考突发公共卫生事件期间各大医院的物资采购文件以及中国红十字协会的募捐需求声明，根据期间各类应急物资的紧缺程度和需求量大小，选取了《应急物资分类及编码》中“应急装备与配套物资”大类中，紧缺的19种应急物资作为本文的研究对象，如表1所示。

表1 公共卫生突发事件主要的应急物资

1.2 研究方法

1.2.1K-均值聚类方法

K-均值聚类方法(K-means Cluster)是一种迭代求解的聚类分析算法。其基本原理如下：首先选择某些样品作为起始的凝聚点，然后按就近原则将其余样品向凝聚点聚集，得到初始分类方案，并计算出各分类点的中心位置，最后计算出新的中心位置进行重新聚类，通过反复循环计算，直到凝聚点位置的变动达到收敛停止。

K-均值聚类方法的计算步骤如下。

1)给出n个混合样本，记k表示迭代次数，选取k个初始凝聚点：

Zj(I)，j=1，2，…，k

(1)

2)计算每个样本xm与聚合中心的距离：

D(xm，Zj(I))，m=1，2，…，n；j=1，2，…，k

(2)

若

(3)

则xm∈wj

3)计算k个新的集合中心：

(4)

4)判断聚类结束，若：

Zj(I+1)≠Zj(I)，j=1，2，…，k

(5)

则：

I=I+1

(6)

返回2)，否则聚类结束。

1.2.2 肘部法则

肘部法则是确定K值的一种经典方法。关于K值的选择，之前的研究主要依靠散点图进行主观判别。但这种方法主观性过强，且无法对高维度数据进行处理。为克服这些问题，本文采用肘部法则确定K值。

肘部法则的原理如下：K-均值以最小化样本与凝聚中心的距离误差为目标函数，本文将每个簇的凝聚点与簇内样本点之间的平方距离误差称之为“畸变程度”，即SSE。则有：

(7)

其中，Ci是数据点完成聚类后的第i个簇，p是Ci中的一个样本点，mi是Ci的凝聚中心，k为聚类数值。

随着K值的增加，样本的划分会更加细化，每个簇的聚集程度也会逐渐增加，误差也会越来越小。即对于一个簇而言，它的畸变程度越低，就表明簇内的成员越密集；畸变程度越高，代表簇内的结构越松散。通常而言，畸变程度会随着K的增加而降低。畸变程度的改善效果下降幅度最大的位置就是肘部，即K值的最佳取值点。

1.3 物资分类评价指标体系

物资供应不足、采购或储存困难等是应急物资管理长期存在的问题，因此可以将物资分类管理划分为物资供应、采购和仓储3个环节。物资分类管理研究在充分考虑各种物资的市场供应、物资采购特征、经济成本、物资仓储与储存条件等影响因素的基础上，构建了物资分类评价指标体系(见图1)，2级指标从市场供应能力、采购特征和仓储条件3个维度出发，包含了10个3级指标，3级指标的定义与描述具体如表2所示。

图1 公共卫生突发事件应急物资分类评价指标体系

表2 公共卫生突发事件应急物资分类评价指标描述

2 结果

2.1 数据采集

本文选取一家省级三甲级传染病专科医院作为研究对象，该医院为突发传染病治疗的定点医院，承担了全省80%以上危重症传染病患者的治疗工作，具有丰富的公共卫生突发事件应对经验。经过对医院采购及仓储相关工作人员的走访与问卷调查，根据调查结果，邀请30位专家对各类物资的不同指标进行打分。根据物资在不同指标下的重要性进行打分，打分区间为1～9分，取30位专家的打分平均值作为该类物资的最终得分(平均值保留到整数位)。19种物资10项指标的打分情况如表3所示。

表3 公共卫生突发事件应急物资分类评价指标数据结果

2.2 分类实现过程

2.2.1K值确定

使用肘部法则确定K-均值聚类分析的分类数目K。设置分类数目为[2，16]，根据误差平方和与SSE方法绘制分类效果图，如图2所示，基于肘部法则判断，K=4，即设置4个初始凝聚点聚类数，若通过检验，则公共卫生突发事件应急物资分类数也设为4。

图2 聚类方法的K值估算

2.2.2K-均值分类方法迭代及聚类中心

对表3中的数据进行分类，K-均值聚类的测量距离选择欧式距离平方法，聚类数为4，经过3轮迭代，分类指标的4组凝聚点不再改变或仅有小幅变动，因此实现收敛，形成稳定的聚类中心。具体结果如表4所示。

表4 公共卫生突发事件应急物资聚类中心

2.2.3 聚类检验

表5给出了每个指标进行单变量的检验统计结果。检验结果显示，在指标聚类自由度为3、误差自由度为15的情况下，各指标F检验值均显著大于临界值3.29，且显著性均小于0.05，表明每个指标均对聚类模型有显著贡献，K=4的聚类结果是有效的。

表5 聚类检验的方差分析结果

3 讨论

3.1 物资分类

根据物资供给与采购在市场上的流通状况与物资日常仓储管理情况，本文将4类物资分别定义为高流通易仓储、高流通难仓储、低流通易仓储和低流通难仓储4大类，如图3所示。

图3 公共卫生突发事件应急物资分类结果及对应策略

第一类物资为高流通易仓储物资。这类物资以护具类的易耗品为主，物资的技术要求相对较低，市场成熟，且待扩展的产能潜力很大。以口罩为例，2020年4月我国口罩日产能达到了4.557亿只，与疫情之前日产能相比，口罩日产能在2个多月提升超过20倍。同时，该类物资储备条件简单，不论仓储管理成本，还是突发事件对市场流通的风险均较小。

第二类物资为高流通难仓储物资。这类物资主要指药品与医用器械，其特点是可替代性极低、具有保质期、部分药品仓储条件要求苛刻、需求量易受突发事件影响。尽管该类物资是医疗机构常见的物资类品，同时药品类具有最成熟的市场，但在公共卫生突发事件爆发期间物资需求量会在短期成倍增加。高流通市场反应可能存在时间的滞后性，造成短时间内巨大的缺口。利好方面，高流通物资生产周期短，大部分物资的扩产响应时间较短，物资供给方面市场具有自动的调整功能。

第三类物资为低流通易仓储物资。这类物资市场流通量和供给量比较小，可替代性也比较高，价格低廉，故弹性较高，有助于应对低流通的物资管理。但需要注意的是，在突发公共卫生事件大范围爆发时，其需求量呈爆发性增长，在全国乃至全球范畴内都将出现相关物资的需求缺口，低流通问题将进一步加剧。

第四类物资为低流通难仓储物资。这类物资以大型设备或专业仪器为主。该类物资管理的优势是更换频率很低，其需求数量或规模相对较小，而其物资管理劣势也十分突出，比如采购困难、采购成本高，特别是在公共卫生突发事件爆发期间市场供给难度和采购难度将更加困难。此外，日常存储成本或折旧较大，进一步提升了仓储管理的难度。以ECMO(体外膜肺氧合)设备为例，1台ECMO设备的价格为100万台～300万元，其一组耗材套包的价格是3万元～7万元，且全国目前只有400多台ECMO设备，全部依赖于进口，在疫情全球爆发期不具有采购条件。

3.2 管理策略

根据仓储管理与市场流通难度，对4类物资的管理优先级排序：低流通难仓储类物资、高流通易仓储类物资/高流通难仓储类物资、低流通易仓储类物资。根据优先级顺序及每种物资的管理特征，制定了预储备管理、定量管理和重点/专项管理3类管理策略如图3所示。

预储备管理策略是以风险预前管理理念来应对突发事件发生时物资的需求变化而制定的策略。一方面要强化预采购管理，加快科学预测，进行物资采购计划的科学动态管理；另一方面，保障供给来源和稳定性，培育国内市场，稳定市场秩序，加强物资订单管理，同时引导某些具有转产潜力的企业在平时投入一些人力物力，研发转产的相关技术，提高企业的柔性生产能力。高流通易仓储类物资与高流通难仓储类物资都可以结合具体物资的特点采用差异性的预储备管理策略，其中高流通易仓储类物资应以增大日常储存量为优先管理方案，而后者则需要考虑成本、存储条件和保质期等因素制定针对性的管理方案。

定量管理策略可用于低流通易仓储类物资。根据突发事件应急物资的历史需求量，合理制定该类物资的储备数量和采购计划。这类物资具有较强的替代性，在突发事件爆发时需求量会增大，因此定量管理仓储条件的同时要注意制定资源不足或增加采购的管理预案。

重点/专项管理策略适用于低流通难仓储类物资。该策略需要采用最高优先级的物资采购管理，加强规划和资金投入，稳步、有序地完成该类物资储备的日常建设。由于中小型医院很难独立承担起采购和存储任务，需要国家拨付专项资金成立相关部门来负责采购和管理，因此要建立该类重点物资清单与采购信息库，同时加强培育国内设备维修第三方技术服务产业。

4 结语

由于突发性公共卫生事件暴发与物资需求变化的预测难度大，制定针对性的应急物资的分类储备管理是最佳解决途径。本文综合考虑关键物资的市场流通情况、物资本身的属性以及公共卫生突发事件应急处置管理难度等影响因素，构建了应急物资的分类评价指标体系，并基于K-均值聚类算法对19种公共卫生突发事件应急物资进行了分类研究。研究结果实现了低流通难仓储类物资、高流通易仓储类物资、高流通难仓储类物资和低流通易仓储类物资的聚类划分，并针对性提出了重点/专项管理、预储备管理和定量管理的分类管理策略。本文取得的研究成果，可以扩展到应对其他类别的突发事件的物资分类管理，有助于医院、高校等机构部门的物资管理实践。