如何正確處理城市生活固體廢棄物，已成為制約城市發(fā)展的重要問題之一。本文從城市生活固體廢棄物的收集、處理及運(yùn)輸路徑安排著手，探討固體廢棄物對(duì)生活環(huán)境和城市交通的影響。

　　《城市研究》堅(jiān)持為社會(huì)主義服務(wù)的方向，堅(jiān)持以馬克思列寧主義、毛澤東思想和鄧小平理論為指導(dǎo)，貫徹“百花齊放、百家爭鳴”和“古為今用、洋為中用”的方針，堅(jiān)持實(shí)事求是、理論與實(shí)際相結(jié)合的嚴(yán)謹(jǐn)學(xué)風(fēng)，傳播先進(jìn)的科學(xué)文化知識(shí)，弘揚(yáng)民族優(yōu)秀科學(xué)文化，促進(jìn)國際科學(xué)文化交流，探索防災(zāi)科技教育、教學(xué)及管理諸方面的規(guī)律，活躍教學(xué)與科研的學(xué)術(shù)風(fēng)氣，為教學(xué)與科研服務(wù)。

　　0 引 言

　　城市的發(fā)展要依靠交通與環(huán)境資源的綜合利用，良好的生活環(huán)境是城市發(fā)展的基礎(chǔ)，同時(shí)也是人民生活的前提。然而，目前我國城市環(huán)境問題特別是城市生活固體廢棄物問題日益凸顯，已經(jīng)影響到城市居民的生存與發(fā)展。在存放、運(yùn)輸與處理過程中，城市生活固體廢棄物逐步分解所產(chǎn)生的某些有害物質(zhì)能夠?qū)χ車�環(huán)境造成重大污染，嚴(yán)重影響城市生活環(huán)境質(zhì)量，并對(duì)居民的身心健康造成威脅。正確處置城市生活中產(chǎn)生的固體廢棄物，保障城市健康發(fā)展是我國和諧社會(huì)建設(shè)必須認(rèn)真思考的問題。

　　有關(guān)資料表明，從2004年起，我國城市垃圾生產(chǎn)量就超過美國成為世界第一，我國城市居民每年人均制造生活垃圾440千克，且年增長幅度超過10%，因固體垃圾堆積占用的土地面積約為5億平方米，我國城市中的三分之二已經(jīng)被包圍在垃圾群中，這些垃圾不僅僅是公害，更是浪費(fèi)資源。近幾年，在年產(chǎn)1.5億噸的垃圾中，存在高達(dá)250億元的“可再生資源”。要想正確的處理巨大的城市垃圾，必須提前做好固體廢棄物的收集、分類、整理、運(yùn)輸和處理，加強(qiáng)城市生活固體廢棄物的管理工作，同時(shí)為了避免浪費(fèi)，就要進(jìn)行廢棄物的再利用和產(chǎn)業(yè)化，多年的經(jīng)驗(yàn)表明，工藝技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)效益高、適合我國國情的資源回收利用方法，是處理城市垃圾根本之路。對(duì)于城市生活固體廢棄物管理工作的充分重視，既能促進(jìn)城市固體廢棄物的正常流動(dòng)，對(duì)城市物流業(yè)、環(huán)保衛(wèi)生事業(yè)、生態(tài)建設(shè)都具有積極的推動(dòng)作用。于是，廢棄物的管理逐漸成為理論界和社會(huì)界關(guān)注的熱點(diǎn)。

　　黃錚[1]闡述了城市生活固體廢棄物的含義，針對(duì)垃圾回收問題，建立了三層逆向物流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型，該整數(shù)規(guī)劃模型主要解決回收中心到工廠、回收站到客戶原址所產(chǎn)生的費(fèi)用和路徑，得出最優(yōu)地址和路徑;何波[2]等為了確定回收站和處理站的地址和數(shù)量，考慮了一個(gè)雙層的逆向物流網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，建立了一個(gè)多目標(biāo)的整數(shù)規(guī)劃模型;張韋倩[3]等指出城市固體廢棄物不同的處理模式對(duì)環(huán)境影響等級(jí)，將固體廢棄物資源化引入到處理模式后，環(huán)境影響潛值大大降低，是較理想的處理方式，提出固體廢棄物綜合處理模式，因地制宜地開展固體廢棄物資源化管理，以及餐廚垃圾源頭分類收集處理等建議;褚祝杰[4]等把中國特色的經(jīng)濟(jì)刺激作為一個(gè)因子對(duì)固體廢棄物循環(huán)行為進(jìn)行了實(shí)證分析，確認(rèn)了環(huán)境態(tài)度、便利條件、信息知識(shí)和經(jīng)濟(jì)刺激是我國城市居民家庭固體廢棄物循環(huán)行為的重要關(guān)聯(lián)因子;劉誠[5]分析現(xiàn)有研究考慮的都是在確定性環(huán)境下的廢棄物逆向物流網(wǎng)絡(luò)，難以保證固體廢棄物物流網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)健性，于是構(gòu)建了基于穩(wěn)健優(yōu)化的固體廢棄物逆向物流網(wǎng)絡(luò);張紅玉等[6]運(yùn)用層次分析法對(duì)比分析結(jié)果表明，完全垃圾填埋的物流模式最差，分類條件下的物流模式最優(yōu);劉炳凱[7]提出基于GIS的城市生活固體廢棄物物流研究有助于在現(xiàn)有垃圾處理現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上提高垃圾管理的水平、垃圾運(yùn)輸?shù)男�率和資源的回收利用率;Tai-His Wu等[8]對(duì)多周期、多類型的危害廢棄物回收物流網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)作了系統(tǒng)分析。

　　從以上對(duì)廢棄物實(shí)際收運(yùn)系統(tǒng)研究綜述中可以看出，目前的研究往往忽略廢棄物在收運(yùn)過程中，對(duì)環(huán)境和交通的影響，而這兩點(diǎn)也正是制約城市發(fā)展最重要的問題之一。本文考慮對(duì)交通和環(huán)境的負(fù)面影響最小為目標(biāo)的同時(shí)，考慮以較低的成本為目標(biāo)構(gòu)建廢棄物收運(yùn)系統(tǒng)的雙層規(guī)劃模型。

　　1 問題描述

　　1.1 問題的定義

　　在整個(gè)收運(yùn)物流系統(tǒng)中，可以用相聯(lián)結(jié)點(diǎn)和運(yùn)輸路線構(gòu)成的物流網(wǎng)絡(luò)來表示。在實(shí)際中，固體廢棄物產(chǎn)生點(diǎn)分散在一定的區(qū)域內(nèi)，位置是已知的，此時(shí)需要建立回收站，來收集居民的固體廢棄物。此外，還需要建立處理站，處理站的主要作用是將回收站運(yùn)過來的固體廢棄物進(jìn)行分類、回收、填埋等工作。處理站往往會(huì)對(duì)附近居民的生活環(huán)境帶來負(fù)效用，并且不同的地方造成的環(huán)境影響也是有差別的。在產(chǎn)生點(diǎn)、回收站以及處理站之間有運(yùn)輸?shù)缆废噙B，通過道路的運(yùn)輸來實(shí)現(xiàn)固體廢棄物的轉(zhuǎn)移，由于固體廢棄物運(yùn)輸?shù)奶厥庑裕瑢?shí)際操作中，該類運(yùn)輸往往是有時(shí)間限制的，并且在城市交通擁堵日益嚴(yán)重的背景下，應(yīng)該盡量減少對(duì)道路擁堵的影響。綜上，要解決的主要問題如下： 　　(1)確定回收站位置和數(shù)量，使得構(gòu)建成本最小;

　　(2)確定處理站位置和數(shù)量，使得構(gòu)建成本最小以及對(duì)環(huán)境的影響最小;

　　(3)確定運(yùn)輸路線使得廢棄物運(yùn)輸成本最小、對(duì)道路擁堵的影響最小。

　　本文在考慮對(duì)環(huán)境影響時(shí)，對(duì)不同的選址方案用不同的影響因子來刻畫，對(duì)交通擁堵的影響主要考察道路的飽和度。然后，基于選址―路徑的方法，建立了收運(yùn)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型并求解該模型，最終得到收運(yùn)系統(tǒng)的最優(yōu)方案。

　　1.2 模型構(gòu)建

　　在實(shí)際收運(yùn)系統(tǒng)中，回收站的規(guī)模很小，對(duì)環(huán)境的影響也不明顯，所以本文忽略，在考察對(duì)交通影響時(shí)，以道路的飽和度最小為目標(biāo)。鑒于現(xiàn)實(shí)問題的復(fù)雜性，在構(gòu)建收運(yùn)物流系統(tǒng)模型時(shí)，提出如下基本假設(shè)和條件[2]：

　　(1)廢棄物產(chǎn)生點(diǎn)的廢棄物必須經(jīng)過回收站轉(zhuǎn)運(yùn)到達(dá)處理站，而不能直接被運(yùn)至處理站;

　　(2)各產(chǎn)生點(diǎn)、回收站和處理站的地址是已知的;

　　(3)廢棄物的運(yùn)距與費(fèi)用成相關(guān)的線性關(guān)系;

　　(4)各廢棄物產(chǎn)生點(diǎn)的日產(chǎn)生量不得超過運(yùn)輸車輛的最大載重，且是固定不變的;

　　(5)廢棄物在各物流環(huán)節(jié)的滴漏等忽略不計(jì)。

　　參數(shù)和決策變量規(guī)定如下：i∈I：廢棄物產(chǎn)生點(diǎn);j∈J：廢棄物回收站;k∈K：廢棄物處理站;a ：廢棄物產(chǎn)生點(diǎn)i的廢棄物日產(chǎn)生量;F ：新建回收站j的成本;G ：新建處理站k的成本;B ：回收站j的最大容量;D ：處理站k的處理能力;d ：由產(chǎn)生點(diǎn)i到回收站j之間經(jīng)過道路s的距離;d ：由回收站j到處理站k之間經(jīng)過道路t的距離;c ：由產(chǎn)生點(diǎn)i到回收站j之間經(jīng)過道路s的飽和度;c ：由回收站j到處理站k之間經(jīng)過道路t的飽和度;m ：為第k個(gè)處理站對(duì)環(huán)境的影響因子;α：單位廢棄物在單位距離內(nèi)的運(yùn)輸費(fèi)用;N ：回收站建立最大數(shù)量;N ：處理站建立最大數(shù)量。

　　決策變量定義如下：X =0，1，X =1表示在j處新建回收站，否則X =0意義相反;Y =0，1，Y =1表示在k處新建處理站，否則Y =0意義相反;Z =0，1，Z =1表示產(chǎn)生點(diǎn)i的廢棄物運(yùn)至回收站j，否則Z =0意義相反;W =0，1，W =1表示回收站j的廢棄物運(yùn)至處理站k，否則W =0意義相反;l =0，1，l =1表示產(chǎn)生點(diǎn)i到回收站j的廢棄物選擇道路s，否則l =0意義相反;l =0，1，l =1表示由回收站j到處理站k的廢棄物選擇道路t，否則l =0意義相反。

　　本文建立的雙層規(guī)劃模型，上層目標(biāo)函數(shù)(1)式確保總成本達(dá)到最低，其中涵蓋回收站、處理站的建設(shè)成本，以及車輛的運(yùn)輸成本;下層目標(biāo)函數(shù)(2)式收運(yùn)系統(tǒng)對(duì)道路和環(huán)境影響最小;(3)式確保各產(chǎn)生點(diǎn)的廢棄物只運(yùn)至一個(gè)且僅有回收站;(4)式確保回收站產(chǎn)生的廢棄物只運(yùn)至一個(gè)且僅有處理站;(5)式回收站的最大容量約束;(6)式處理站處理能力約束;(7)式回收站數(shù)量要滿足最大數(shù)量約束;(8)式處理站數(shù)量要滿足最大數(shù)量約束。

　　2 算例分析

　　某地區(qū)欲建立一個(gè)包括兩個(gè)回收站，一個(gè)處理站的廢棄物收運(yùn)物流系統(tǒng)，規(guī)劃備選方案中有三個(gè)回收站。三個(gè)處理站，如圖1所示。備選方案和相互間的道路信息如表1至表4所示，現(xiàn)從備選方案中選擇較優(yōu)方案使得建設(shè)運(yùn)營成本及對(duì)環(huán)境和道路的影響最小。

　　根據(jù)本文所提的方法建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，求解出最優(yōu)選址方案為：選擇建設(shè)回收站1和3，選擇處理站2。對(duì)應(yīng)的運(yùn)輸方案：產(chǎn)生點(diǎn)1，2，3，6的廢棄物運(yùn)輸?shù)交厥照?，產(chǎn)生點(diǎn)4和5的廢棄物運(yùn)輸?shù)交厥照?;回收站1和3的廢棄物最終運(yùn)輸?shù)教幚碚?。

　　在此方案中，對(duì)應(yīng)的建設(shè)成本為：17+480=497;

　　對(duì)應(yīng)的運(yùn)輸成本包括產(chǎn)生點(diǎn)運(yùn)輸?shù)交厥照镜某杀竞突厥照具\(yùn)輸?shù)教幚碚镜某杀荆�最終運(yùn)輸成本為：2×5+3×7+3×6+2×8+4

　　×10+8×1+15×10=236;

　　最終建設(shè)總成本為497+236=733;

　　此方案對(duì)應(yīng)的交通飽和度和對(duì)環(huán)境的負(fù)影響為：0.6+0.5+0.2+0.4+0.3+0.5+0.4+0.5+0.3=3.7。

　　如果在建設(shè)廢棄物收運(yùn)系統(tǒng)時(shí)只以成本最小為依據(jù)，不考慮對(duì)環(huán)境和交通擁堵的影響，則應(yīng)該采取的方案是：建設(shè)回收站1和2、選擇處理站1。該方案對(duì)應(yīng)的成本是719，顯然此方案花費(fèi)的成本較少，這也說明了現(xiàn)實(shí)中降低對(duì)環(huán)境和交通擁堵的的影響可能會(huì)付出更大的成本。

　　3 結(jié) 論

　　社會(huì)經(jīng)濟(jì)在不斷發(fā)展，人口的膨脹和城鎮(zhèn)化速度的加快，城市生活固體廢棄物產(chǎn)生量也在逐年遞增。這也給社會(huì)帶來了很多問題，其中最棘手的問題之一便是城市生活固體廢棄物的收集、處理以及運(yùn)輸路徑安排。為了能夠提高城市生活固體廢棄物收運(yùn)物流系統(tǒng)的運(yùn)作效率，減少對(duì)環(huán)境和交通的影響，本文從收運(yùn)物流系統(tǒng)的角度，針對(duì)城市生活固體廢棄物回收和處理站的選址、運(yùn)輸問題，建立城市生活固體廢棄物收運(yùn)物流系統(tǒng)的雙層規(guī)劃模型，研究如何在環(huán)境和交通影響最小的前提下，確定廢棄物回收站與處理站的選址，安排運(yùn)輸路線，并使總費(fèi)用最小。最后用算例說明了考慮負(fù)面影響的雙層規(guī)劃模型的應(yīng)用價(jià)值;同時(shí)，該方法可能會(huì)造成成本的增加，這也是與實(shí)際相符的。

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