本书以优化调度理论为基础，以医院手术室等相关资源为研究对象，运用运筹学、系统工程、统计学等方法，建立了一套手术资源优化调度理论与方法，并以此为基础，从手术室管理实际出发对手术能力分配、手术的时间地点调度以及手术排序中的若干关键问题进行深入研究，利用系统工程的理论知识，对相关问题进行优化求解，为医院管理决策者合理安排医院的手术资源提供参考策略及理论和方法支持。。主要内容包括手术室运作管理模型、求解算法及其应用，研究方法涵盖确定型模型、随机规划和鲁棒优化。本书可供工业工程、管理科学、医院管理等专业的本科生、研究生和教师阅读。

随着医疗体制改革的进行，人们对医疗服务质量的要求越来越高。手术部作为医院的核心部门，与患者的健康乃至生命安全息息相关，其服务质量更是引起了医院和患者的高度重视。优化安排患者手术，尽量缩短患者手术的等待时间，以减小病情恶化或者感染的风险; 调节手术医生的日工作量，防止因过度疲劳而造成的手术事故，创造一个良好的手术环境，是本书研究的意义所在。所谓手术室优化调度问题，在宏观上包括计划和调度两个层面，即根据医院的手术能力及患者的病情需求，合理安排患者的手术时间、手术室及先后顺序的过程。根据所考虑因素和实际背景的差异，其侧重点在研究过程中会有所不同。

本书以国内手术室运作管理环境为背景，借鉴国内外相关领域的理论研究成果，在提炼总结手术室运作流程的基础上，建立了手术室能力分配与优化调度的体系构架，并以此为基础，从手术室管理实际出发对手术能力分配、手术的时间地点调度以及手术排序中的若干关键问题进行深入研究，利用系统工程的理论知识，对相关问题进行优化求解，为医院管理决策者合理安排医院的手术资源提供参考策略及理论和方法支持。

本书的研究内容共分为9章，研究方法由浅入深。第1章绪论，主要介绍手术资源调度问题的研究背景、意义、研究目标及内容。第2章手术室运作管理问题的研究综述，提炼总结出手术室运作的基本流程; 结合我国的医疗环境，总结了我国手术室管理所面临的问题与挑战; 将手术室管理从影响因素、优化目标、研究方法几方面进行综述，在不同层面上介绍分析了手术室运作管理问题的研究现状与发展趋势。第3章层流手术室排程问题的模型及算法，根据医疗体制改革中提出的新政策——手术室分级管理，将手术室的组织架构融合在问题的建模求解过程当中，在考虑患者术前准备、麻醉、手术、术后清理、麻醉复苏整个流程的情况下，设计了手术室的两阶段管理策略。第4章手术排程问题的多目标粒子群算法，建立了考虑手术时长不确定性的多目标手术排程模型，讨论了患者手术时长均值和方差对模型性能的影响，使用多目标粒子群算法求解手术排程问题，通过引入ε支配概念构建非支配解集保证了解分布的均匀性。第5章考虑停台的手术排程问题的模型及算法，分析了医院手术停台现象的产生原因，将控制手术停台率表示为机会约束，建立了手术室调度问题的随机规划模型，分析了模型的性质并设计了求解该问题的列生成算法。第6章考虑患者偏好的联合医生排班与手术室分块调度问题方法，考虑到患者对主治医生和手术时间的偏好，开发了患者偏好驱动的联合医生排班和手术室调度模型，模型考虑到了医生班次可用性、技能匹配性及手术室接诊能力等现实约束，开发了基于列生成的启发式算法，分析了患者偏好对医生排班成本的影响，推导了问题目标值的下界。第7章面向风险规避型的手术室管理者，研究了手术超时风险控制的手术调度问题，利用随机规划方法进行建模和求解。基于期望效用理论刻画手术室管理者的风险规避行为，提出风险指数决策准则，理论证明了该决策准则能同时考虑超时概率和超时时长。第8章针对多科室共用手术室资源的情况，研究了医院多科室间的手术室能力分配问题。将患者需求表示为有界区间，以手术能力分配不足引发的收益损失最小为目标，建立了多科室手术能力分配问题的鲁棒优化模型，使用切平面算法求解该问题。第9章面向历史数据有限或手术时长分布难以准确预测的情况，围绕运作层面的手术室单日调度问题展开研究，开发了求解该问题的分布鲁棒优化方法。

本书是作者多年从事医院服务运作管理、鲁棒优化方法研究的部分成果。在研究工作中，本书力求理论与实践相结合，一方面能够从理论层面系统地总结手术室运作管理的相关理论与方法，另一方面从实践层面对我国医院手术室运作管理提供方法性指导。但因作者水平有限，仍有内容有待深入完善。对于不足之处，还请读者谅解指正。

感谢西南财经大学章宇教授、大连市卫生健康委员会副主任曲刚博士对本书的指导、支持和帮助，正是他们的专业背景和多年从事医院运作管理的经验，使得本书的研究内容更加贴近医院运作管理实际。章宇教授参与了本书的第7、第9章的研究工作，章宇教授在鲁棒优化领域深耕多年，他的指导提升了本书的理论深度。此外，感谢东北大学管理科学与工程专业硕士生吴银海在本书排版校对过程中所付出的努力。感谢东北大学工商学院的各位领导，正是他们的支持和帮助，推动了本书的顺利编写和出版。

本书的出版得到国家自然科学基金项目(72071036、71601128、71901180、71831003)和中央高校基本科研业务费(N2006012)项目的资助与支持，在此表示感谢。

还要感谢清华大学出版社的编辑同志，他们的热心、耐心和关心，是本书得以顺利出版的重要保证。

作者

2021年5月30日

第1章绪论

1．1研究背景

1．2研究意义

1．3研究目标与内容

1．4本章小结

第2章手术室运作管理问题

2．1相关文献检索统计分析

2．2医院手术室管理的现状

2．3手术室运作管理问题的构成要素

2．3．1手术室运作管理问题的影响因素

2．3．2手术室运作管理问题的优化目标

2．4手术室运作管理问题的分类

2．5手术室运作管理问题的研究方法

2．5．1确定性优化方法

2．5．2仿真方法

2．5．3随机规划

2．5．4鲁棒优化方法

2．5．5分布鲁棒优化方法

2．6不确定环境下手术室运作管理问题的研究框架

2．6．1研究框架的提出

2．6．2不确定服务时间的描述及处理方法

2．7本章小结

第3章层流手术室排程问题的模型及算法

3．1患者的手术日期指派模型

3．2考虑麻醉复苏的手术排序模型

3．3两阶段无等待手术调度问题的算法设计

3．3．1两阶段无等待手术调度启发式算法

3．3．2离散粒子群优化算法

3．3．3两阶段无等待离散粒子群优化算法

3．4计算实验与结果分析

3．4．1实验设计

3．4．2算法求解性能分析

3．5本章小结

 

第4章手术排程问题的多目标粒子群算法

4．1多目标手术排程问题的模型建立

4．2多目标手术排程问题的算法设计

4．2．1粒子群优化算法

4．2．2多目标优化问题

4．2．3多目标手术排程问题的粒子群优化算法

4．3实验结果分析

4．3．1惯性权重和学习因子的设置

4．3．2栅格大小的设定

4．3．3实验结果与分析

4．4本章小结

第5章考虑停台的手术排程问题的模型及算法

5．1考虑手术停台的手术调度模型

5．2手术调度问题的列生成算法

5．2．1集划分变换

5．2．2价格子问题的求解

5．2．3算法流程及实现

5．2．4分枝策略的设计

5．3数值实验与影响因素分析

5．3．1分枝策略对算法性能的影响

5．3．2列生成算法的性能测试

5．3．3手术停台率的影响

5．4本章小结

第6章考虑患者偏好的联合医生排班与手术室分块调度方法

6．1联合医生排班与手术室分块调度问题的研究背景

6．2联合医生排班与手术室分块调度模型

6．2．1问题假设与参数

6．2．2联合医生排班与手术室分块调度问题的随机规划模型

6.3联合医生排班与手术室调度问题的列生成算法

6.3.1联合医生排班与手术室调模型的集划分变换

6.3.2主问题的求解

6.3.3价格子问题的求解

6.3.4算法流程及实现

6.3.5分枝策略的设计

6.4数值实验及影响因素分析

6.4.1实验设计

6.4.2算法的性能测试

6.4.3加速策略的设计

6.4.4患者偏好的影响

6.5本章小结

第7章考虑超时风险控制的手术排程问题的模型及方法

7．1手术调度问题的一般模型

7．1．1问题描述

7．1．2最小化期望超时模型

7．1．3最大化准时完成概率模型

7．2最大化风险规避指数的手术调度模型

7．2．1风险规避指数的定义与性质

7．2．2最大化风险规避指数模型

7．2．3确定性等价的计算方法

7．3手术调度问题的两阶段分解算法

7．3．1两阶段分解算法设计

7．3．2正确性和收敛性

7．4数值实验与影响因素分析

7．4．1实验设计 

7．4．2不同手术时间预测方式的对比实验 

7．4．3与两种一般模型的对比实验 

7．4．4与鲁棒优化模型的对比实验 

7．5问题拓展

7．6本章小结

第8章考虑择期和急诊两类患者的手术室能力分配方法

8．1考虑择期和急诊两类患者的手术室能力分配问题

8．1．1问题假设与参数

8．1．2考虑两类患者的手术室能力分配问题的确定性模型

8．1．3考虑两类患者的手术室能力分配问题的随机规划模型

8．2考虑需求不确定的手术室能力分配问题的鲁棒优化模型

8．2．1鲁棒优化模型的建立

8．2．2求解鲁棒优化模型的implementor/adversary算法

8．3数值实验与影响因素分析

8．3．1算法的求解性能测试

8．3．2鲁棒参数的影响

8．3．3鲁棒优化模型与随机规划模型的比较分析

8．4本章小结

第9章手术室单日调度问题的分布鲁棒优化方法

9．1手术室单日调度分布鲁棒优化模型

9．1．1问题描述 

9．1．2分布鲁棒优化模型 

9．1．3模型分析 

9．2模型处理及算法设计

9．2．1精确等价模型 

9．2．2基于线性决策准则的近似方法 

9．2．3基于离散分布的启发式方法 

9．2．4基于样本平均近似的随机规划方法

9．2．5四种方法的计算复杂度比较 

9．3数值实验与影响因素分析

9．3．1算例及评价指标描述

9．3．2四种方法的对比实验

9．4本章小结

展望

参考文献

本书以国内手术室运作管理环境为背景，借鉴国内外相关领域的理论研究成果，在提炼总结手术室运作流程的基础上，建立了手术室能力分配与优化调度的体系构架，并以此为基础，从手术室管理实际出发对手术能力分配、手术的时间地点调度以及手术排序中的若干关键问题进行深入研究，利用系统工程的理论知识，对相关问题进行优化求解，为医院管理决策者合理安排医院的手术资源提供参考策略及理论和方法支持。

王昱，博士，东北大学工商管理学院 副教授，香港城市大学访问学者。长期从事管理科学与工程学科的教学和科研工作。主要研究方向为：医疗服务运作管理、鲁棒优化等。主持国家自然科学基金项目2项、中国博士后科学基金面上一等资助项目1项。在European Journal of Operational Research、Omega、系统工程理论与实践等重要国际期刊上发表论文多篇。