Application of system dynamics in emergency management system of major projects by menez

Management Science and Research September 2013, Volume 2, Issue 3, PP.23-30

Application of System Dynamics in Emergency Management System of Major Projects Ying Man School of Economics and Management, Beijing University of Posts and Telecommunication, 100000, China #Email: manying@wo.com.cn

Abstract The development of the economy promotes the continuous emergence of the large-scale projects, which increases complexity of the construction projects and makes the work of project management more and more difficult. In recent years, engineering emergencies occur frequently; which reflects the lack of emergency management capacity in the construction industry in China. This paper analyzes the characteristics of Projects Emergency Management in reaction to the defects of traditional project management methods and builds the dynamics model, revealing the feedback and dynamic mechanism of internal system through analysis of unconventional emergency system interaction, which is of reference value to the improvement on the emergency management for major projects in China. Keywords: Major Projects1; Unconventional Emergencies; Emergency Management; System Dynamics

复杂动态环境下基于系统动力学的重大（特大）型工程项目应急管理系统研究* 满颖北京邮电大学经济管理学院，北京市 100876 摘要：经济的发展促使我国重大（特大）型工程建设项目不断出现，项目的复杂性和工作难度开始逐渐增大，传统的项目管理方法已无法满足需要。近年来，我国工程建设项目突发事件频繁发生，反映了我国工程建设行业应急管理能力的严重不足。本文针对传统项目管理方法的缺陷，分析工程项目应急管理的特点，构建工程项目应急管理系统动力学模型。通过分析非常规突发事件应急子系统之间及其内部的相互作用，揭示系统内部反馈机制和动态作用机理，为提高我国大型工程项目应急管理水平提供一定的参考依据。关键词：重大（特大）工程项目；非常规突发事件；应急管理；系统动力学

引言 20 世纪 90 年代以来，随着我国经济的不断增强，青藏铁路工程、长江三峡工程、神州飞船工程、2008 年奥运工程、2010 年上海世博会、西气东输工程等重大（特大）型工程开始相继问世。这些重大（特大）型工程项目的成功实施推动了我国的社会发展和经济繁荣，也为提高我国的创新能力和国际竞争力起到非常重要的作用。但是，这些重大（特大型）工程项目实施地域广阔、建设规模庞大、参与方众多、管理界面接口众多，进一步加大了工程项目管理和实施的难度。目前我国正处于突发事件发生的高峰期，工程建设项目非常规突发事件时有发生。由于非常规突发事件前兆特征不明显，具有潜在性的衍生危害，破坏性极其严重，往往给工程建设企业造成了大量的人员伤亡和重大的财产损失，同时也给社会带来巨大的负面

*基金资助：受教育部人文社科规划基金项目支持资助（09YJA630011）。

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影响。这些都充分反映了我国工程建设行业应急管理能力低，没有建立起完善的应急管理体系，不能有效地应对非常规突发事件。如何在复杂动态环境下对重大（特大）型工程项目非常规突发事件进行应急管理，制定有效的应急管理预案，进行科学地应急决策，取得预期的目标和综合效益，已经成为管理领域最为重大和急迫的课题。早在 20 世纪 60 年代，国外学者就开始对应急管理进行研究，并逐渐形成一系列成熟的应急管理理论和高水平的研究成果。学者 Rissland、Branting、Zeleznikow[1-3]等将范例推理(CBR，case based reasoning)、规则推理(RBR, rule based reasoning)以及人工智能技术相结合，形成针对突发事件的应急管理预案，并利用人工智能进行仿真演练。在缩短预案生成时间的同时，弥补了知识库难以获取的不足。Berrym、Shekhar、 Russ[4-8]等则通过建立数据仓库和联机分析处理（OLAP，on-line analytical processing ）技术对海量异构的数据运用数据挖掘、文本挖掘、空间挖掘、模型识别、人工智能等技术对复杂数据等隐含的模式和规律展开了的研究。其他方面的研究还包括资源布局、设施选址以及应急响应系统及平台的建立。国内应急管理方面的研究较晚，直到 2003 年 SARS 发生后才开始相关方面的研究，主要包括三个方面的研究内容，一类主要从社会角度研究应急管理体系的构成、运行机制、应急管理的指导原则等 [9-11]；另一类则研究系统技术，从技术上实现对应急管理系统及平台建设的支持[12-14]。还有一类是从两者交互的角度来进行研究。目前国内关于工程项目应急管理多从静态、定性的角度对工程应急管理进行研究。如学者郭志刚 [15]则从应急预案角度探讨企业如何进行应急管理。原新生等 [16]通过构建应急管理水平评价模型，用以评价建筑施工企业的应急管理能力。冷建飞、鲍蕾、刘鸣、陈仙通等 [17-20]则通过分析工程特点，构建工程应急管理系统并介绍各子系统的功能。学者王宇静、孙水根、雷荣军等 [21-23]等评述了传统项目管理方法的不足，将系统动力学应用于项目管理中，以便更好地适应复杂项目管理的需要。韩传峰、齐二石等 [24-25]等将系统动力学引入应急管理中，强调系统的动态性。上述研究虽然将系统动力学应用到工程项目应急领域中，但仅把该方法作为传统项目管理技术的补充，或运用系统动力模型针对突发事件应急决策系统进行分析，并没有建立完整的工程项目应急系统。本文根据工程项目的特点构建应急管理系统，并将系统动力学分析方法应用到该系统中，通过分析不同子系统相互之间的关系及作用机理，发挥应急管理系统的整体功能，为应急管理学科发展的提供有益的借鉴，以便于工程建设行业取得更大的经济效益。

工程项目应急管理系统正文作为学术论文的核心组成部分，应充分阐明全部的实验过程及研究结果。一般包括：研究内容、

研究方法、研究目的、研究结果分析、讨论等内容。根据需要，正文可以分层深入，逐层剖析，按层设分层标题。文章标题分为三级。工程项目应急管理主要是针对项目实施过程中发生的突发事件所进行的管理。突发事件对项目正常计划的实施会产生冲击，并对项目目标的实现产生严重的负面影响。突发事件往往给企业利益造成重大的损害，严重时甚至有可能会影响到企业的生存和发展，因此当工程项目突发事件发生时，工程建设企业应迅速启动应急管理，力争用最低的成本，在最短的时间内降低突发事件所产生的负面影响，使项目尽快恢复正常实施，最大限度地保障工程建设项目目标的实现。工程项目应急管理系统是对工程项目突发事件进行信息监测和预警、应急响应、决策和指挥、以及善后、评估和反馈的一套紧密联系的系统。它主要包括三个方面：应急预警系统、应急决策系统和应急善后系统（见图 1）。其中应急预警系统是前提，就是对潜在的突发事件进行监测、预测和预控，争取避免突发事件的发生；应急决策系统是重点，它是响应和处理突发事件的核心系统；应急善后系统是强有力的补充，它分析突发事件发生的原因，经后评估应急管理过程，把所研究成果反馈给其它两个系统，从而力地提高系统的应急管理能力。项目工程的运行要受到外在宏观环境的影响，整个过程充满着不确定性，系统结构在横向上受政治和经 - 24 www.ivypub.org/MSR

济因素的影响，纵向上受社会和技术因素的影响。政治环境是否稳定，政府政策的变化对项目的应急管理会产生很大的影响；工程项目所在国的经济制度、经济结构、产业布局、经济发展水平的不同也会促进或阻碍项目应急管理的实施发展；项目实施企业所属国家的文化传统、价值观念和宗教信仰和教育水平会决定工程项目应急管理所采用的决策。先进、高效的应急管理技术是保障工程项目应急管理顺利进行的主要因素。社会因素

应急管理决策系统政治因素

决策并指挥

提供方案

上报警情

经济因素

反馈结果传递信息

应急管理预警系统

应急管理善后系统评估报告技术因素

图 1 工程项目应急管理系统

1.1 工程项目应急预警系统当工程项目建设处于正常运行中，突发事件尚在潜伏期时，应急管理系统主要是起到应急准备和预案管理的作用，通过监测系统或信息监测处理系统辨识出危机潜伏期的各种症状，从而有效预防和避免危机的发生。在此阶段首先要进行危险识别，分析本地区的具体情况，总结本地区、本企业以及历史上曾经发生的重大事故，来识别出可能发生的自然灾害和重大事故；然后判断发生事故和环境异常的可能性，根据可能造成的危害程度划分级别，制订有针对性的应急预案，同时进行应急培训和教育，并进行演练。危险源辨识风险评级应急预警系统

应急预警预案管理预案演练应急资源准备教育宣传

图 2 应急预警系统主要活动

1.2 工程项目应急决策系统当工程项目突发事件爆发以后，正常工程项目管理的进度和计划等开始受到严重影响甚至中断，这时应立即组织各部门员工及外部专家对突发事件发生的情况和原因进行分析，提出有效应对突发事件的措施，并组织相关工作人员执行决策方案，保证在较短的时间内高效地处理好突发事件。对于由外部重大事件引起或重要性极高的突发事件，要及时做出部署并上报相关部门。这个阶段，应急管理的主要作用在于迅速控制灾难事故的范围和强度，对突发事件进行中止控制。应急部门应迅速启用储备的应急救援物资，营救和救治受害人员，控制危险源，抢修被损坏的公共设施，防止次生、衍生事件的发生。 - 25 www.ivypub.org/MSR

应急反应应急决策系统

应急决策应急调度损失评估协调沟通对外公关

图 3 应急决策系统主要活动

1.3 工程项目应急善后系统应急善后系统是指当突发事件的影响和范围已经得到有效控制时，如何进一步消除突发事件的影响，使项目管理恢复到事件前的正常水平，保证项目建设按照既定目标运行和完成。善后工作也就是突发事件平息后重建、评估、总结工作。灾难性的突发事件往往给工程建设项目人力资源、经济、工程项目质量和进度造成伤害，如何弥补和修复这种伤害，使组织和项目尽快回到正常的轨道上，进而保证工程项目的进度和质量。制订相应的善后措施予以实施，同时要妥善解决因处置突发事件引发的矛盾和纠纷。资源保障应急善后系统

恢复和重建安置赔偿原因分析和借鉴应急预案评估应急预案修订

图 4 应急善后系统主要活动

1.4 应急管理子系统及其功能应急管理系统作为一个多目标、多变量、非线性的时变系统，整个系统是一个闭环的系统，三个系统内部又分别由五个子系统构成，即目标子系统、组织子系统、保障子系统、实施子系统和约束子系统。各子系统间相互独立，但在整个系统中相互作用、相互制约并且不断发生耦合作用，在政治、经济、社会、技术因素的影响下，通过相互之间的物质和信息的相互作用，推动应急管理系统的动态发展。 1.4.1

目标子系统

目标子系统是应急管理系统内部各系统运行所要实现的目标，主要包括应急预警目标、应急决策目标和应急善后目标。应急预警目标主要是指突发事件发生前，工程项目应急预警系统能够有效的识别和评估出潜在的突发事件，并能准确而及时地报警。应急决策目标是指当突发事件发生时，能够根据突发事件的级别类型，启动相应的应急预案，确保整个应急管理系统能够高效地进行应对和处置，使工程项目的损失和人员伤亡减小到最低程度。应急善后目标是指当突发事件结束后，对突发事件的影响进行弥补和修复，恢复工程建设，保证工程项目的进度。 1.4.2

组织子系统

应急组织子系统是一个全方位、立体化、多层次和综合性的应急管理网络，是一个项目各参与方能够多维度、多领域和多层级进行协作的系统。在项目建立之初即应成立专门的项目应急管理部门，明确应急管理组织内领导和相关部门的分工，落实责任，检查督促做好重大事故的预防措施和应急救援的各项准备 - 26 www.ivypub.org/MSR

工作，当突发事件发生后，应立即建立突发事件应急领导组、事故抢救组、医疗救治组、后勤服务组、保安组等部门，进行应急抢险和救援。 1.4.3

保障子系统

应急保障子系统包括应急预案、应急资源、应急技术、应急法律和工程保险，这些要素是保障应急管理系统有效运转的基础。应急预案体系是一个网格化的应急预案体系框架，包括应急预案制度制定、分类分级、评估、更新、模拟与演练等方面，它覆盖工程建设的各个环节。应急资源主要包括人、财、物和信息资源，为了确保对应急资源合理配置，对应急资源应及时进行储备、评估和调度。应急技术水平的提高是提升应急能力的前提条件，因此应加大科技投入和科技研发力度，尤其是通信技术开发，使应急管理过程更加科学化。应急法律是指工程项目应急管理过程中应遵守工程所在国以及相关法律法规的要求，确保应急管理工作合法化。这里的法律主要包括企业内部规章制度、突发事件相关法律以及国家、地方法律法规。 1.4.4

实施子系统

实施子系统通过协调和控制组织子系统和保障子系统的人员、信息和物资，以最快的时间和最少的成本处理好工程项目中的所发生的非常规突发事件，达到目标子系统所设定的应急目标，确保工程项目的进度。在应急预警系统中，需定时对潜在的突发事件进行监测、收集险情信息。同时对工程建设项目参与人员进行培训演练，教育宣传，储备应急资源，对应急能力进行评估，购买和维护应急资源。在突发事件发生后，决策系统立即组织专家对突发事件评估和分析，启动应急预案，调动所需资源，指挥应急抢险和营救受害的施工人员，尽快平息事态。在消除危害后，要妥善安置受害人员，做好工程现场恢复工作，对应急预案进行评估和修订。 1.4.5

约束子系统

工程项目应急管理还应该考虑项目的成本约束，应急管理投入的成本必然会增大项目的成本，进而可能会影响到项目的进度，因此，应建立应急成本核算模型，科学有效的管理应急成本。另外，应合理的配置应急管理中的人员和物资。对于应急管理部门的人员，除专职人员外，还可以适当配备一些兼职人员。可以从其他部门挑选一些合适的人员进行培训，让他们掌握应急管理应该具有的基本技能和知识，平时从事与本职相关的工作，当发生险情时，这些人员迅速投入救灾工作，作为应急救援人员有力的补充。另外，对于应急管理所需配备的物资要节约使用，避免浪费。如果发生重大险情时，应向相关部门报告，以获取相应的支援，必要时也可向社会寻求帮助。

系统动力学分析系统动力学是 Forrester 在 20 世纪 50 年代中后期提出的一种系统仿真方法，是一门分析研究反馈系统的

学科。它认为系统行为模式的特性主要取决于其内部的动态结构与反馈机制，系统在内外动力和制约因素的作用下按一定的规律演化。系统动力学是在总结运筹学的基础上，为适应现代社会系统的管理需要而发展起来的。它以现实世界的存在为前提，不追求“最佳解”，而是从整体出发寻求改善系统行为的机会和途径。自创立以来广泛应用于生态、经济、社会、组织、管理、环境保护等各个领域。

2.1 工程项目应急管理系统因果关系图系统动力学首先把研究对象划分为若干子系统，并且建立起各个子系统之间的因果关系网络，立足于整体以及整体之间的关系研究。图 5 为根据工程项目应急管理系统内部的组织结构、物质和信息流动及其形成的反馈结构而构建的因果关系图，通过描述系统中各变量之间的因果关系，用以解释应急管理系统的动 - 27 www.ivypub.org/MSR

态行为。在因果关系图中，系统性质和行为完全取决于系统中存在的反馈回路。反馈回路分为正反馈回路和负反馈回路两种，正反馈回路具有自我强化（或弱化）的作用，是系统中促进系统发展（或衰退）的因素。而负反馈回路具有内部调节器（稳定器）的效果，可以控制系统的发展（或衰退）速度，是使系统具有自我调节功能必不可少的因素。

图 5 工程项目应急管理系统因果关系图

2.2 工程项目应急管理子系统反馈机制应急管理各子系统相互作用、相互影响，存在着复杂的因果关系，任何一个系统的变化，将会导致整个系统发生变化。图 6、图 7 所示应急反馈机制表明，在应对工程项目非常规突发事件的过程中，应急决策能力的提高是衡量增强应急管理系统防灾救灾能力的必要条件。图中的负反馈回路表明，应急决策质量决定着应急救援的效率，随着救援效率的提高，突发事件给施工企业所造的财产损失、人员伤亡和环境破坏程度就会越小，进而造成的社会影响就会越小，更有利工程项目的烣复和重建工作。为了提高应急管理系统的决策质量，施工企业一方面应作好应急能力评估工作，完善应急预案，做好应急资源的准备和调度工作，制定相应的规范，确保应急救援过程各部门的协同能力。另一方面要提高自身的应急管理技术水平，提高信息处理效率，增强辅助决策能力。

图 6 工程项目应急决策反馈机制

另外，在项目恢复阶段，对应急抢险工作要进行评估，总结经验教训，弥补原有应急管理体系不足，以利于未来应急管理工作的开展。根据所建立应急管理系统因果关系图构造计算机仿真模型，即流图和方程式，通过计算机仿真试验，验证该模型的有效性，确保现实中的行为能够再现于模型系统，为工程项目企业制定应急管理战略和进行应急决策提供依据。 - 28 www.ivypub.org/MSR

图 7 工程项目应急善后反馈机制

结论非常规突发事件具有极大的破坏性和衍生性，给工程建设项目的顺利实施造成很大影响。目前我国大

部分建筑企业都没有建立完善的应急管理系统，应急管理能力比较薄弱。随着我国经济的发展，大型工程项目逐渐增多，进一步增加了工程项目应急管理工作的难度，而传统的项目管理技术对于处理复杂和动态性问题存在一定的局限。本文通过分析应急管理的动态循环过程，构建工程建设项目应急管理系统，并用系统动力学来模拟系统的结构，通过正负反馈回路的分析揭示了系统内部各要素相互作用的规律，最终找到控制项目和改善项目行为的管理策略。为项目应急管理系统设计提供了重要的借鉴意义，同时也为项目应急管理研究提供了新的思路。从而使项目管理者能够从宏观上对项目进行动态的管理。

致谢感谢教育部人文社科规划基金对本论文的支助，同时也感谢北京邮电大学经济管理学院项目管理研究所在本论文撰写过程中所提供的帮助和支持。

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【作者简介】满颖（1972- ），女，满，硕士学位，助理工程师，项目风险与应急管理，现于北京邮电大学攻读博士学位。Email: manying@wo.com.cn

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