张巍，杨西龙，蒋宇，高菱悦
（1．后勤工程学院后勤信息与军事物流工程系，重庆401311；
2．军事油料应用与管理工程系，重庆40131 1）
摘要：为提高我国应急物流预案运行实施的协同性，提出虚拟应急物流协同预案的概念，分析了虚拟应急物流协同预案的涵义、主要要素及体系结构，论述了虚拟应急物流协同预案编制的基本原则和步骤。在以上研究的基础上，采用着色Petri网理论对虚拟应急物流协同预案流程进行建模，设计了整体流程Petri网模型和各部分流程Petri网模型，并运用仿真软件CPN tools对模型的性能进行了验证，结果表明：模型具有良好的可达性、有界性、活性和公平性。
关键词：协同预案；主要要素；体系结构；编制；Petri网；流程建模
0 引言
近年来，我国对应急物流领域的建设不断加强，但模式机制仍存在束缚性。从整合资源的角度出发，虚拟物流，即利用日益完善的通讯网络技术及手段，将分布于全球的企业仓库虚拟整合为一个大型物流支持系统，以完成快速、精确、稳定的物资保障任务，满足物流市场的多频度、小批量订货需求，其资源整合、优势互补的思想运用于应急物流领域可以改善我国目前应急物流中地方物流资源利用率低、系统柔性弱、运行效率亟待提高的局面。基于此，虚拟应急物流正是将虚拟物流中整合、协同的理念方法应用于应急物流中，以整合异地、异构环境下的国家应急力量和社会物流资源为基础，依托信息化技术建立联动协同的运行机制。它是一种新型的应急物流模式，与现有应急物流系统相比，它兼具资源虚拟化整合与实体化协同运行为一体，效率更好、柔性更好；与虚拟物流相比，由于是为突发事件进行服务保障，其体系成员需要达成更严格的契约协议以保证应急物流活动的顺畅进行。
虚拟应急物流属于应急物流范畴，完备的预案能够提高其应对突发事件的响应速度和救援效率。目前我国学者对应急物流预案的研究逐步由理论分析走向实践研究，其中主要涵盖了技术和政策两个方面：技术方面是对应急预案的内容体系、编制技术、效果评估方法等进行研究，政策方面是对应急预案的配套政策、作用环境、基础制度等进行分析。其中，在预案编制管理方面，虽然近几年来我国预案管理规范化、制度化和法制化进程加快，形成了以“一案三制”为核心，但预案编制缺乏合作机制、预案体系类属模糊等问题导致应急预案在实际应急活动中难以发挥实效。因此，如何让应急体制机制与应急预案之间、不同政府部门之间、政府与地方企事业单位之间以不同预案之间协同运行，是当前需要解决的重要问题。
1 虚拟应急物流协同预案的涵义与要素结构
1.1 虚拟应急物流协同预案的涵义
虚拟应急物流协同预案是指预先联合虚拟应急物流组织成员，针对可能发生的突发性事件，为保证虚拟应急物流模式高效应用、相关物流活动正常开展，而制订的有关计划或方案。
从服务对象来看，虚拟应急物流协同预案与传统应急物流预案相同，都是针对突发事件，为保证应急救援高效、有序、安全开展而制定的计划。从应用对象来看，协同预案应用于虚拟应急物流这种应急物流模式，这代表协同预案运行时的参与者是虚拟应急物流组织中的成员，而构成虚拟应急物流组织的成员包括国家应急管理机构与地方优秀物流企业，它们不从属任何完整化的行政组织机构，是以高效保障、协同运行为基础形成的虚拟联盟。从具体内容来看，它通常涵盖从突发事件发生之前的准备，至应急响应与救援，直至结束后的处置这一连续时间段。从技术条件支撑来看，虚拟应急物流协同预案运用了相关的模拟仿真、决策支持、网络通信等现代化信息网络技术，以实现预案在编制、实施、评估等方面的信息化、智能化与柔性化。
虚拟应急物流协同预案是虚拟应急物流模式运行的效率保证，它最大的特点是协同性，体现在虚拟应急物流协同预案不是作为独立的某个或某类预案存在，而是作为体系，以形成预案与预案之间的有效联动、部门与部门之间的协调配合、配套法律制度与预案之间的支持约束。
1.2虚拟应急物流协同预案的组成要素
协同预案作为虚拟应急物流活动中准备阶段的核心内容，也是应急物流管理过程的一个中间环节，涉及到社会的多方面，包含多种要素。2009年美国公布了《应急准备指南：地方政府应急预案修订指南》中，对应急预案目标、程序、结构、内容和方法等都提出了具体建议和要求；日本对各地方政府的灾害应急规划进行了修改，将原有灾害应急规划的95个项目修改成现在的102项，并对各种应急措施作了更详细的规定。
就主要要素而言，协同预案按照相应的物流活动流程应包括四个一级要素，即预背景、虚拟应急准备、应急响应和善后处置恢复。预案背景是协同预案的“背景环境”，是开展应急工作的纲领，包括预案的编制目的、分级分类、适用范围、法律法规；虚拟应急准备包括风险分析、虚拟联盟成员选择、整合资源分析、虚拟演练，这是协同预案的基础，为应急响应提供决策支持和充足的信息；应急响应包括信息处理、资源调配、人员安全、指挥协同，这是协同预案的核心，它为实际应急物流活动提供切实可行的参考资源；善后处置恢复包括社会救助、现场恢复、虚拟联盟拆解、协同评估改进。
1.3虚拟应急物流协同预案的体系结构
如前文所述，虚拟应急物流协同预案的服务对象是突发事件，应用对象是虚拟应急物流这种应急物流模式，因此它类似于应急预案体系中的专项预案，但它是一种网状体系结构（如图1）。
在横向上，根据突发事件的类型，将协同预案分为四个大类：自然灾害类、事故灾难类、公共卫生类和社会安全类，形成虚拟应急物流协同预案分类响应。由于四种类别预案的特点不同，对流程的要求和侧重会有所差异，如果某特定突发事件超出某一协同预案范围，或者协同预案无法完全应对突发事件，则启用其他相关协同预案，形成多预案并联联动，这就要求各类预案之间能够有效衔接、有力协同。在纵向上，根据事件的紧急程度，将协同预案分为五个等级：I特急、Ⅱ相当紧急、Ⅲ较紧急、Ⅳ一般紧急、V紧急，形成虚拟应急物流协同预案分级响应。如果突发事件带来联动灾难效应，需要提高应对等级，则启用其他相关预案，由于同类不同级预案的组织和流程一般类似，因此预案转换与衔接上可以共享同一套机制。
2 虚拟应急物流协同预案编制
2.1 基本原则
虚拟应急物流协同预案编制是一项涉及面十分广泛的工作，它需要确保与可能发生的突发事件相匹配，同时又必须与当前应急物流技术和能力相适应，因此，在编制的过程中需要遵循一定的基本原则。
2.1.1 完整性原则
虚拟应急物流协同预案是为了给实际应急物流活动提供必要的决策支持，因此预案应包含应急物流活动所需的所有基本信息，它的完整性主要体现在三个方面：一是结构功能完整，即协同预案体系应涵盖所有可能发生的突发事件，并且预案中应说明有关管理层机构和其他参与的物流企业的各自的支持性职能；二是流程完整，即预案应包括应急物流活动的所有阶段（准备、响应、恢复阶段等）；三是启动机制完整，即启动预案应有一套完整合理的机制，只有在正确的时间启动正确的预案，它的价值作用才会完全发挥。
2.1.2 合理性原则
预案的数量不是越多越好，体系也不是越复杂越好，在编制预案时应合理组织各类预案，各种预案不仅要准确包含所有基本信息，也需要有各自的权责约束，避免预案之间相互孤立交叉、职责任务相互交织矛盾，明确各种预案所针对的事件种类和等级。
2.1.3 柔性原则
由于突发事件发生的不确定性，预案不可能涵盖所有的实施细节，因此预案中包含的工作流程要具有动态适应情况变化的能力，参与者在具体实施时可以对工作流程进行各种适应性地调整，使预案内容既有一定的灵活性，又能把握高效快速完成应急保障任务这根主线。
2.1.4虚拟整合性原则
虚拟应急物流协同预案是为了以最高效的方式应对突发事件，因此预案在编制时需要针对即将应对的突发事件的类型，将分散的国家物流管理机构和社会物流资源进行有效的虚拟化的整合，但只是在组织形态和运行方式上进行了“虚拟化”，其功能和资源是不能被“虚拟化”的，它们仍然以实体形式存在，也即是以虚拟化的思想与技术对实体资源进行整合。
2.1.5 协同性原则
虚拟应急物流协同预案的核心在于“协同”，它包括预案与预案之间的协同，也包括预案内各成员之间的协同。预案之间的协同，即多种预案同时启动时能无缝衔接、有效协作，这就要求在编制时预案都应符合相关的法律法规、以相同的国家标准为基础，这样预案与预
案之间就具有兼容性；预案内各成员的协同，即预案实施时参与成员能通力协作、高效配合，这就要求在编制预案时所有成员都应参与，各成员不仅要明确自己的职能权责定位，也要清楚其他合作伙伴的职责定位，这样才能保证在实施过程中成员之间形成合力。
2.2编制步骤
虚拟应急物流协同预案的编制过程可分为四个阶段：第一个阶段是成立预案编制组，第二个阶段是对现有情况进行分析，第三个阶段是编制预案，第四个阶段是实施预案，具体过程如图2所示。
1)第一个阶段
这个阶段主要包括成立预案编制组一个步骤。预案编制需要管理层成员和其他物流企业同时配合，使各方建立相互信任和交流沟通，以保证预案的完整性和统一性。
2)第二个阶段
这个阶段是在对现有情况调查和资料收集的基础上，评估虚拟应急物流组织的应急能力，分析可使用的应急资源，同时对突发事件进行预测判断。
3)第三个阶段
这个阶段的目标是形成协同预案，主要包括建立组织体系、厘清成员职责和编制工作流程三个步骤。这个过程可以基于现有的一些预案和资料，对其改进修订，以减小工作量，同时确保与其他相关预案具有协同一致性。
4)第四个阶段
这个阶段主要包括预案评估、宣传与演练和预案实施与更新两个步骤。预案发布前需要对预案的科学性、合理性进行评估；发布后要对其进行宣传，保证全民知情，并经常进行演练。预案也需要根据情况定期进行更新。
3虚拟应急物流协同预案流程建模
在现实中应急预案演练存在成本高、效果弱等问题，需要计算机对协同预案进行模拟推演，这也是虚拟应急物流在应急物流活动中“虚拟化”的一个表现。然而，现实中的预案通常是文字性描述，内容、流程模糊，容易造成执行者理解的偏差，因此需要对虚拟应急物流协同预案的流程进行形式化地建模。Petri网是一种具有形式化、图形化特点的建模方法，能够描述并发事件，而且可以对协同性进行分析检测，因此是虚拟应急物流协同预案流程建模的一种较好的方法。本文采用着色Petri网(CPN)方法对协同预案流程进行建模。相关的CPN概念可以参考相关文献[5 -6]，限于篇幅，在此省略。
3.1 整体流程建模
由于协同预案中涉及很多错综繁杂的活动，全部展开建模将造成Petri网模型十分庞大，因此本文采用分层的建模方式，将组成协同预案中的主要过程作为Petri网模型的上层，然后对各主要过程进行详细描述，逐步丰富细化模型。
根据前文对虚拟应急物流协同预案主要要素的分析，整体流程包括应急策划准备、应急响应、善后处置恢复三个过程，建立协同预案整体流程模型，如图3所示。整体流程模型中有四个库所，第一个是初始库所De-mand，图中小圆圈代表初始标识，后三个库所Emergencyhappen、Emergency end和All finish表示当前状态；Pre-pare、Response、Recover是三个替代变迁，分别表示整体流程中的三个主要过程。颜色集D用来表示预案编制需求；颜色集E用来表示突发事件的发生。变量x和y分别属于颜色集D和E。
3.2 应急策划准备流程建模
应急策划准备流程Petri网模型，如图4所示。变量x绑定库所Demand表示对不同方面的需求。变迁Forcast、Analyze、Evaluate分别表示对突发事件、应急资源、协同能力的分析，得到任务需求、核心能力、协同效应这类信息资源，分别用库所Requirement，Capacity、Col-laboration表示。通过伙伴选择（变迁Choose），确定虚拟应急联盟（库所Alliance）。随后通过组织职责分工（变迁Divide），完善整个组织系统，用库所System表示。最后组织演练（变迁Practise），得到应急事件发生时的救援流程，用库所Program表示。颜色集D用来表示预案编制需求；颜色集M用来表示衡量伙伴选择的三类信息资源，用mx标识，mx(1)表示任务需求信息，mx(2)表示成员核心能力信息，mx(3)表示成员间协同效应信息；颜色集AL用来表示虚拟应急联盟信息，它也表示一类信息资源，用o标识。变量x和z分别属于颜色集D和AL。
3.3 应急响应流程建模
应急响应是虚拟应急物流协同预案流程的第二个部分，其Petri网模型如图5所示。库所Emergency hap-pen是输入库所，发生突发事件后，应急管理机构对事件进行分析讨论（变迁Discuss），库所Dicision表示分析报告；根据分析报告中的任务需求启用虚拟应急联盟（变迁Activate），救援指挥机构（库所Headquater）组织成员进行现场救援，同时评估救援发展态势，分别用变迁Rescue和Develop表示；现场救援的为第一梯队(库所First)，并随时根据救援发展态势建立后备救援梯队（库所Backup），最后一起救援直至结束。颜色集E用来表示突发事件的发生，用e标识，其状态值取0或1，0表示未发生突发事件，l表示发生突发事件。
3.4 善后处置恢复流程建模
善后处置恢复流程Petri网模型，如图6所示。变迁Assist和Rebuild分别表示开展灾民救助与灾区重建工作，库所Victim、Area分别表示灾民和灾区状况；通过对灾情调查（变迁Investigate），获得损失情况和救援反馈（库所Loss&Result）；然后通过总结评估现有预案（变迁Summarize），改进更新预案内容（用库所Reference）；最后将所有情况上报归档，用变迁Report表示。颜色集VI用来表示灾民状况，用v标识；颜色集AR用来表示灾区状况，用r标识；颜色集LT用来表示损失情况和救援反馈信息，用l标识。
4 性能验证
在前文对虚拟应急物流协同预案各阶段流程建模的基础上，利用Petri网建模工具CPN tools对协同预案流程进行建模，库所、变迁的含义以及颜色集的声明同上，在此不再赘述，如图7所示。
协同预案Petri网模型的有效性不仅在于逻辑规范上的正确性，更在于模型的一些行为属性的合理性。利用CPN tools工具对模型进行分析，可以得出模型的状态、有界性、可达性、活性和公平性等特征信息。
1)可达性
可达性是Petri网的基本性质，是为了保证系统的一切可能行为都不会把自己锁死。可达性特征是协同预案合理性原则和可操作性原则的体现。仿真分析显示模型共有24个节点、31条弧数，所有可达标识之间都是相互可达的，即说明模型流程是收敛的，整个事件可以按照模型所描述的流程进行具体实施。
2)有界性
有界性是模型的行为特征，它表示系统不会出现无限溢出的现象。有界性特征是协同预案合理性原则和可操作性原则的另一体现。表2是模型中每一个库所所拥有的资源数量的范围，可以看出所有库所的资源数量最大为1，最小为0，即表示事件要么发生，要么不发生，这可以证明模型具有有界性，也证明此模型逻辑性是正确的。同时，任一库所在任意时刻的托肯数量最多为1，即代表该Petri网是安全的，可以看出本文模型也属于安全系统。
3)活性
活性是Petri网的一个理想性质，它表示任一变迁在任何可达标识都有潜在发生权。活性特征是协同预案流程Petri网模型的主要考量特征，是其协同性原则和柔性原则的一个体现。仿真分析显示此模型不存在死变迁，系统无死锁，所有变迁都是活跃的。
4)公平性
公平性是指一个Petri网内不存在有一个变迁能够发生无穷多次，而另一变迁只能发生有限多次。公平性特征是协同预案合理性和协同性的表现之一。表3是模型的公平性信息，可以看出所有变迁均是公平的，系统能够按照设定的流程自发进行，而不会出现抢夺资源的现象。
5 结束语
虚拟应急物流对于合理处置突发事件、降低灾害伤亡损失的作用是关键性的，而协同预案是虚拟应急物流发挥重要作用的基础。虚拟应急物流协同预案的最大优势在于它能发挥预案之间以及参与成员之间的协同效应，因此本文着重对协同预案编制的基本原则进行了阐述，并概括了编制步骤。本文运用着色Petri网对协同预案的流程进行了建模，并运用CPN tools软件对其性能进行了验证，结果表明模型的各项性能均能满足要求。虚拟应急物流协同预案的研究还处于起步阶段，未来可围绕预案编制内容、流程描述以及如何提高流程柔性方面开展进一步的研究。
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