Air pollution and meteorological drivers of hospital medical consumables demand: a hybrid forecasting approach for inventory optimization
本研究分析了空气污染和气象因素如何差异化地影响消毒用品的挥发性需求与导丝的稳定需求，并证明虽然混合 Prophet-LSTM 模型能有效预测导丝的使用量，但仍需结合时间序列建模与应急储备的差异化库存策略，以优化对这些具有不同环境敏感性的医院供应链进行优化。
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医院是庞大且复杂的生态系统，其中人员的流动与物资的流动必须实现完美同步。当患者因突发疾病抵达时，医院需要立即获得合适的工具。但要准确预测何时需要这些工具是一个难题，尤其是因为医疗用品的需求不仅受患者人数驱动，还受到医院围墙之外世界的驱动。我们呼吸的空气和经历的天气可以微妙地、有时甚至是剧烈地改变寻求医疗护理的人数。多年来，医院管理人员一直依赖基于过去月份的简单推测来订购库存，这种方法往往导致关键物品短缺，或者让昂贵的物资闲置在货架上。关于天空和空气本身是否可以被用于预测这些需求的问题，在医院物流领域在很大程度上仍未得到充分探索。
北京空军医学中心的一个研究小组决定通过观察两种截然不同的医疗用品——介入导丝和消毒用品——来调查这种联系。导丝是医生在进行复杂手术过程中用于导航血管的细长、柔软的工具；它们是昂贵的高价值物品，通常用于计划内手术。相比之下，消毒用品是用于清洁和消毒设备及房间的日常材料；它们成本较低，但在感染风险上升时会以大规模且不可预测的数量被消耗。研究人员收集了从2023年1月到2025年7月期间，每种物品每日使用量的详细记录。他们将这些数据与北京详细的天气和空气质量记录相结合，包括温度、风速以及各种污染物（如二氧化氮和颗粒物）的水平。他们的目标是观察环境是否可以解释为什么医院在某一天使用更多或更少的此类物品，并建立一个比现有方法更准确地预测这些需求的系统。
研究人员发现，这两类用品的行为方式完全不同。导丝的需求非常稳定且可预测，遵循着与医院计划内手术相吻死的稳定节奏。相比之下，消毒用品的使用则显得混乱且波动剧烈，每天都在大幅摆动。平均而言，医院每天使用约15.6根导丝，单日最高使用量达到49单位。这些导丝的支出金额显著，平均每天超过10,000元。然而，消毒用品的使用则更为反复无常，平均每天使用165.2个单位，但每日峰值可飙升至3,400个单位。这种平均值与峰值之间的巨大差距表明，虽然导丝的使用具有一致性和计划性，但消毒用品易受突然的大规模事件影响，这可能是由感染爆发或医院规程的紧急变化所驱动的。
当团队观察环境如何影响这些用品时，结果令人震惊。对于导丝而言，空气质量和天气几乎没有影响；即使在空气污染严重的日期，这些手术工具的使用量下降也不到2%。这证实了计划内手术不易受到天气的干扰。然而，对于消毒用品来说，情况则完全不同。在空气质量较差的日子里，医院使用的这类物品显著减少，降幅超过10%。这一看似反直觉的发现表明，当空气质量差时，人们可能会待在家里，或者医院的诊疗程序可能会延迟，从而导致对消毒需求出现暂时的低谷。研究人员使用了一种称为LASSO的统计工具，从数十个环境因素中筛选并确定了每种用品类型的特定驱动因素。他们发现，包括空气质量指数和风速在内的五个因素是消毒用品的关键因素，而包括温度和降水量在内的八个因素则影响着导丝。
为了将这些见解转化为实用的工具，研究人员构建了多个计算机模型来预测未来需求。他们测试了一个标准的时间序列模型、一个旨在处理季节性模式的新型模型，以及一个结合了两者优势的混合模型。对于导丝，混合模型表现出色。它成功学习了数据的规律性节奏，并以极高的准确度预测了未来使用量，其表现显著优于其他模型。它能够精准预判手术活动的每周和每月周期，达到了旧模型无法匹配的精度。然而，在面对混乱的消毒用品世界时，结果则较为平庸。虽然先进模型比基础模型降低了约30%的误差率，但它们仍然难以预测需求的极端峰值。这些用品的数据深受随机、突发冲击的影响，以至于没有任何仅基于历史的数学公式能够完美预见它们。
研究还揭示了环境效应随时间展开的方式。通过使用一种追踪今日暴露如何影响未来几周结果的方法，他们发现污染与用品使用之间的关系并非即时的。对于消毒用品，某些污染物（如二氧化氮）在几天内就会显示出强烈影响，而风速等其他因素的影响则会持续数周。对于导丝而言，滞后模式有所不同，反映的是手术较长的规划周期而非对天气的即时反应。研究人员还研究了多种污染物如何共同作用。他们发现，在空气质量良好的时期，不同的因素主导着每种用品的需求；但在污染时期，二氧化氮成为了消毒用品使用量变化的初级驱动因素。这表明，环境因素的组合与单个元素同样重要。
最终，这项研究强调了单一策略无法管理所有医院物资。研究建议，医院应对这两类物资采取不同的管理策略。对于像导丝这样稳定且高价值的物品，结合环境数据的先进预测模型可以帮助优化库存，确保昂贵的工具在需要时可用，同时不会在过剩库存中占用过多资金。然而，对于像消毒用品这样波动大、成本低的物品，仅仅依靠预测模型是不够的。研究人员建议，医院应转而侧重于建立稳健的应急储备，以应对模型无法捕捉到的不可预测激增。通过理解天空和空气如何以不同的方式影响不同工具的医院，管理者可以从“一刀切”的库存管理转向一种更精细、更具响应性的系统，从而保障患者安全并确保物资供应顺畅。
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