基于社会关系网络的病毒传播模型及数据介绍

分析中我们采用两个模型，分别为传染病模型SEIR与第一财经研究院自主研发的“基于社会关系网络的病毒传播模型”。

传染病模型SEIR为常用流行病预测模型，该模型模拟了传染病的传播途径，从易感者（S）到潜伏者（E）到感染者（I）再到康复者（R），通过各环节的转化率等指标对传染病的传播规模及时间进行预测。SEIR模型研究的传染病具有潜伏期，与病人接触过的健康人并不马上患病，而是成为病原体的携带者，因此与新冠病毒的传染特性类似，更具有实际意义。

为了解决SEIR模型无法捕捉人员流动减少、之后复工影响以及外来疫情输入等实际情况对疫情的影响。第一财经研究院自主研发了“基于社会关系网络的病毒传播模型”，模型从微观结构入手，通过分析病毒扩散的拓扑结构，建立了工作、家庭与公共场所三个场景，以此刻画病毒的传播。

图1 模型传播的拓扑结构

来源：第一财经研究院

图2 传播途径

来源：第一财经研究院

我们使用约翰霍普金斯大学的1月22日至4月25日的数据，对两个模型进行拟合。 

1. 传播场景介绍与传播速率参数设定

工作群是病毒传染的第一个场景。在工作场所内，每个潜伏期患者都能够按相同的传播速率传播给周围的人，当出现多个患者时，传播速率线性叠加，大大增加工作人群内的被传染的概率，我们将工作群传播数据作为基准传播速率（概率）。特别指出的是，在一些地区，单个工作群随着管控力度加强会向下修正。

家庭是病毒扩散的第二个场景。我们将2-3人作为家庭人数的主要分布。家庭场景下人员接触更加频繁，因此假设传播速率是工作环境下的1.5倍。

公共场所是病毒扩散第三个场景。感染者能够将病毒传播给超市、交通类的公共场所内接触的人。我们假定患者接触的平均人数为50人，由于公共场所接触时间短，假定单人的传播速率为工作场合的1/10。 

2. 流行病基本传染数（R0）以及防疫工作对于病毒传播的影响

流行病学一般用基本传染数（R0）衡量疾病传播能力，其代表在没有外力干预的情况下，单个感染者可以传染给二代感染者的数量。如果R0小于1，意味着即便是没有防疫措施介入，患者也会逐渐减少；R0等于1，没有防疫工作介入的假设下，感染数也会稳定在一定水平；如果R0大于1，那么感染者将会以指数方式增长。

所以防疫工作的意义就是人为切断病毒传播途径，从而让最终受感染者数低于自然增长的水平，也就是让“事实传染数R”（经过防疫工作干预后的病毒传播能力）低于基本传染数，一旦“事实传染数”低于1，疫情将最终得到控制。 

3. 非医疗干预手段与分阶段防控策略

由于缺乏有效药物和疫苗，非药物干预（NPIs）成为了防止疫情转播的主要手段，在我们的社会关系模型中非药物干预直接体现为病毒事实传染数的下降。

非药物干预措施可以分为两类：缓解（mitigation），即降低病毒传播速度以降低对医疗系统的需求；以及抑制（suppression），即扭转疫情态势，使新增病例始终保持在低位。

非药物干预通过降低感染人群规模降低了重症患者的数量，从而缓解了医疗系统的压力，这将进一步降低死亡人数及死亡率。基于伦敦帝国理工学院MCR全球传染病分析中心对不同强度非医疗手段干预场景下每10万人口急诊护理病床需求的分析，可以发现越强力度的非药物干预措施对于医疗资源的需求越小。不过任何形式的缓解措施都可能导致在一定的时间内出现医疗资源挤兑，其程度取决于该地区现有的医疗资源。比如在英国，即便是采取多缓解措施的组合，对紧急护理床位的需求仍然达到现有能力的8倍。因此只采取缓解措施不能阻止医疗资源的挤兑，有条件的国家必须使用更严格的抑制措施。 

图3 非医疗手段干预将减少新冠疫情对于医疗资源的需求（以英国为例） 

来源：伦敦帝国理工学院MCR全球传染病分析中心 

非药物干预措施中的抑制与缓解与我们常提到的疫情防控策略（围堵和缓疫）非常相似。

围堵是在新发传染病疫情早期，在限定的地理范围内，采用医学和非医学（区域封锁、停学和停工等）干预策略和措施，属于临时性，单一目标的策略，目的是集中一切力量迅速阻断疫情传播。

缓疫是为了减轻疫情对医疗服务和社会运行的冲击和压力，采用医学和非医学干预策略和措施，延缓疫情增长速度，推迟流行高峰到来时间，压低峰值的策略。缓疫属于多目标的策略，在防止疫情扩散和稳定社会秩序等多个方面取得平衡，从而避免因为防疫对于经济和社会秩序造成过度冲击。

从中国的情况看，在疫情爆发后迅速实行全面的围堵策略，而在疫情受到控制后，逐步引入缓疫措施。在国际上，很多国家采取了不同的策略组合，在前期主要以缓疫策略为主，尽可能减少疫情对于社会生产生活的影响，而在疫情快速蔓延后，逐步采取围堵策略。