城市垃圾運輸處理中運輸規劃的研究現狀與方向論文

　　城市垃圾的處理一直是世界各國關(guān)注的問(wèn)題。據調查，全球每年新增垃圾超過(guò)10億噸，其中城市垃圾占相當大的比例。近年來(lái)，由于我國經(jīng)濟的高速發(fā)展和城鎮化加速推進(jìn)，城市垃圾的產(chǎn)生量逐年增加。在1992年，城市垃圾日產(chǎn)量就己高達820多萬(wàn)噸，且年增長(cháng)率接近9％[1]。這些垃圾占用土地，污染水體，破壞植被，污染大氣，對環(huán)境造成了很大的破壞。另一方面，可持續發(fā)展觀(guān)要求我們大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，建設節約型社會(huì )。因此，如何妥善規劃和管理這些與日俱增的城市垃圾已成為眾多學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)。

　　實(shí)質(zhì)上，城市垃圾處理問(wèn)題是一類(lèi)具有特殊約束的運輸問(wèn)題。由此，本文從運輸問(wèn)題角度對城市垃圾處理研究進(jìn)行文獻梳理并總結展望。具體從城市垃圾運輸路線(xiàn)、運輸模式、運輸處理算法和模型建立以及回收運輸網(wǎng)絡(luò )系統等四方面展開(kāi)。

　　1城市垃圾處理運輸路線(xiàn)

　　目前，我國661個(gè)設市城市的垃圾日產(chǎn)量達15601萬(wàn)噸，其中51.97%的垃圾進(jìn)行集中處理。因此，每日的垃圾運輸量極其龐大。面對如此龐大垃圾量的運輸處理問(wèn)題，運輸路線(xiàn)的優(yōu)選顯得尤為重要。

　　1.1國外的垃圾運輸路線(xiàn)研究AndersonLE[2]最早將混合整數規劃的方法應用在垃圾收運系統的規劃中。AndersonD（1992）在研究垃圾轉運站、填埋場(chǎng)的選址優(yōu)化和垃圾物流路線(xiàn)的優(yōu)化時(shí)，成功運用地理信息系統（GIS）[3]得出最優(yōu)路線(xiàn)。MCandidaMourao（2000）針對葡萄牙里斯本的一個(gè)區的生活垃圾收運問(wèn)題，通過(guò)求解含邊界約束的CARP問(wèn)題[4]得到優(yōu)化路線(xiàn)。

　　通過(guò)比較不難發(fā)現，國外在此方面的研究正逐漸向技術(shù)化、精細化的方向發(fā)展。而這種發(fā)展趨勢也不斷影響著(zhù)國內學(xué)者們的研究。

　　1.2國內的垃圾運輸路線(xiàn)的研究而在國內，垃圾中轉站的設置標準、布點(diǎn)、垃圾運輸調運量等是對城市垃圾運輸路線(xiàn)優(yōu)化的主要研究焦點(diǎn)。

　　劉桐武、劉兆龍[5]應用線(xiàn)性規劃原理建立了相應模型，并改進(jìn)了沈陽(yáng)市城市垃圾運輸的收運方案，使全市的收運方案合理化，縮短了行車(chē)路線(xiàn)，節約了成本。

　　國內學(xué)者對于運輸路線(xiàn)的研究在考慮經(jīng)濟效益的同時(shí)，也逐漸將其他效益納入研究的范圍內。宋薇等[6]利用加權法建立了垃圾運輸路線(xiàn)模型，并提出了一種新的垃圾收運路線(xiàn)優(yōu)化問(wèn)題解決方案。該模型實(shí)現了以單目標優(yōu)化模型實(shí)現經(jīng)濟、環(huán)境與社會(huì )多目標優(yōu)化的作用。其研究表明在城市垃圾運輸過(guò)程中選擇合理路線(xiàn)不僅可加快垃圾在整個(gè)運輸系統中的流轉速度，減少垃圾堆積的可能，同時(shí)可以節約大量人力、物力資源。

　　而對于計算機技術(shù)與垃圾運輸的結合，國內學(xué)者也多有涉獵。樊玲嘗試運用GIS（地理信息系統）獲得應急運輸的最優(yōu)路徑。其研究對GIS的多領(lǐng)域運用進(jìn)行了嘗試探索[7]，為他人進(jìn)行其他研究做了鋪墊。而王桂琴、高博[8]等通過(guò)借鑒樊玲等的研究，發(fā)表了《基于GIS和多目標的生活垃圾運輸路線(xiàn)優(yōu)化研究》。他們利用最短路徑搜索法和層次分析法，借用GIS中網(wǎng)絡(luò )分析工具，建立了可視化多目標垃圾運輸體系，并搜索出不同目標下城市垃圾最佳運輸路徑。該研究結果為海淀區城市垃圾運輸系統提高收運效率、減少運輸過(guò)程中環(huán)境污染以及針對多種情況采用不同運輸路線(xiàn)等問(wèn)題提供了理論指導和技術(shù)支持。

　　根據以上文獻，我們可知垃圾運輸路線(xiàn)優(yōu)化問(wèn)題不僅要求經(jīng)濟成本最低化，更是要求實(shí)現經(jīng)濟、環(huán)境與社會(huì )綜合效益的最優(yōu)化。目前該領(lǐng)域的研究基本都以追求最低經(jīng)濟成本為目標而展開(kāi)，卻忽略了經(jīng)濟效益與環(huán)境、社會(huì )的綜合效益的最優(yōu)。同時(shí)，研究方法大多基于傳統的線(xiàn)性規劃方法，在結合現已蓬勃發(fā)展的計算機、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)來(lái)研究運輸路線(xiàn)問(wèn)題的方向上突破較少。另外，現有的諸多研究大多忽視了城市化進(jìn)程的速度。研究結果往往只能供城市未來(lái)幾年的參考，而無(wú)法長(cháng)期使用。

　　2城市垃圾處理運輸模式——第三方物流

　　第三方物流是由供方與需方以外的物流企業(yè)提供物流服務(wù)的業(yè)務(wù)方式。運用第三方物流進(jìn)行垃圾運輸，可以從更宏觀(guān)的角度考慮垃圾物流合理化的問(wèn)題，從而簡(jiǎn)化物流環(huán)節，進(jìn)行合理運輸。這有利于對城市垃圾在更廣泛的范圍內進(jìn)行合理收運和處理，可以避免自有物流帶來(lái)的運輸效率低、收運環(huán)節繁瑣、企業(yè)負擔過(guò)重、城市污染加劇等問(wèn)題。

　　運用第三方物流來(lái)進(jìn)行城市的垃圾運輸還是一種新興的運輸模式。這種運輸模式不論在概念方面還是在實(shí)際應用方面都在不斷的成熟完善之中。

　　2.1垃圾物流廢棄物物流的概念是將第三方物流運用于城市垃圾運輸的基礎。呂向東、施先亮指出物流根據其業(yè)務(wù)活動(dòng)的性質(zhì)，可以分為供應物流、生產(chǎn)物流、銷(xiāo)售物流、回收物流、廢棄物流[9]。從性質(zhì)看，城市的活動(dòng)過(guò)程可概括為一個(gè)吐故納新的過(guò)程。納新即指供應物流，吐故即是在生產(chǎn)生活的消費過(guò)程中所產(chǎn)生的廢舊物，其一部分是可通過(guò)回收利用形成一種新的資源，而剩下的不可再生利用的廢舊物，稱(chēng)之為廢棄物。為處理這些廢棄物而進(jìn)行的物流活動(dòng)屬于廢棄物物流。對廢棄物中垃圾處理過(guò)程所進(jìn)行的物流活動(dòng)就是城市垃圾物流。他們的研究論證了城市垃圾運輸與第三方物流結合的可行性，為其他學(xué)者的研究提供了參考依據。

　　從物流系統理論看，城市垃圾收運系統實(shí)際上就是一種物流系統——城市垃圾物流系統[10]。城市垃圾物流就是根據具體情況將城市日常生活中產(chǎn)生的失去原有使用價(jià)值的物品，進(jìn)行收集、分類(lèi)、包裝、運輸，并分別運送到專(zhuān)門(mén)處理場(chǎng)所時(shí)所形成的物品實(shí)體流動(dòng)（陶淵，黃興華，2004）。他們在借鑒物流系統理論的基礎上，對城市垃圾物流系統進(jìn)行了研究。城市垃圾物流系統的概念從新的角度，對垃圾物流的主要特殊性進(jìn)行了研究。

　　2.2第三方物流具體運用研究廢棄物物流還在不斷成熟之中，學(xué)者們對于實(shí)例應用的研究還比較少。齊玉梅等（2008）分析了當前生活垃圾收運和第三方物流發(fā)展的現狀與特點(diǎn)，并以上海市為例，探討了第三方物流在垃圾收運過(guò)程中的應用[11]。他們指出：兩者的結合應在實(shí)踐的基礎上對產(chǎn)生的影響和效果開(kāi)展綜合評價(jià)。應采用多指標對復雜的物流過(guò)程進(jìn)行評價(jià)，建立包括技術(shù)性指標、經(jīng)濟性指標和社會(huì )性指標這三個(gè)層次的評價(jià)指標體系，從而不斷提高垃圾物流的效率與效益。他們的研究對于第三方物流在垃圾運輸中的具體運用進(jìn)行了詳細闡述，對第三方物流和垃圾運輸相互結合發(fā)展的研究領(lǐng)域具有重要指導意義。

　　總結可得，城市垃圾物流系統的總體發(fā)展趨勢是系統化、集成化和社會(huì )化，其發(fā)展目標可以概括為作業(yè)工藝科學(xué)化、作業(yè)設備機械化、規劃管理信息化和物流過(guò)程清潔化。目前，學(xué)者對該領(lǐng)域的研究主要集中在系統的建立與完善方面，對于垃圾物流系統的具體應用及實(shí)地案例分析研究較少。同時(shí)，目前對城市垃圾物流系統的研究大多停留于機械化階段，對更高層次的信息化、清潔化涉及較少。

　　3城市垃圾運輸處理算法及模型建立

　　有效解決垃圾運輸問(wèn)題的方法便是建立數學(xué)模型。收集某城市的垃圾產(chǎn)量，在此基礎上建立模型，利用模型初步預測該城市未來(lái)短期內的垃圾產(chǎn)量，并分析模型的準確性及實(shí)用性。

　　劉育興，鐘劍（2006）[12]通過(guò)垃圾運輸問(wèn)題的模型建立與求解，總結出這類(lèi)問(wèn)題的一般性解法，即根據實(shí)際問(wèn)題構造恰當的無(wú)向或有向賦權圖，把問(wèn)題轉化成圖論中的旅行商問(wèn)題（TSP）問(wèn)題。通過(guò)解決這類(lèi)TSP問(wèn)題，從而使原問(wèn)題獲得滿(mǎn)意的解答。

　　李躍光，張遠平（2010）[13]結合垃圾運輸問(wèn)題，將量子算法中的態(tài)矢量和量子旋轉門(mén)引入到蟻群算法中，提出一種改進(jìn)的蟻群算法，即量子蟻群算法（QACA），使城市垃圾運輸處理的方案具有更強的種群多樣性和全局尋優(yōu)能力。

　　結合上述文獻，我們可以發(fā)現目前學(xué)者們對于算法的研究主要集中于舊有算法的完善與總結，對算法的創(chuàng )新研究較為欠缺。另外，大多數研究需要構建一個(gè)有效的網(wǎng)絡(luò )或模型，若缺少則難以順利求解。因此，城市生活垃圾運輸問(wèn)題的算法求解與圖與網(wǎng)絡(luò )問(wèn)題更好地結合應是今后該領(lǐng)域研究發(fā)展的重點(diǎn)。

　　4城市垃圾回收運輸網(wǎng)絡(luò )系統

　　城市生活垃圾產(chǎn)生量的劇烈增長(cháng)，對城市環(huán)境造成了嚴重污染，也對政府開(kāi)支形成了沉重的負擔。而對城市垃圾管理系統進(jìn)行合理的規劃，可以減小環(huán)境污染，降低管理成本，并在一定程度上實(shí)現垃圾資源化。早期，國內學(xué)者曾以區域優(yōu)化、長(cháng)期優(yōu)化和綜合管理優(yōu)化為基本準則（蘇婧，席北斗，李秀金，2007）[14]，如今關(guān)于城市垃圾運輸回收網(wǎng)絡(luò )系統的研究正在向全面化、多階段化、多約束化的方向發(fā)展。

　　4.1國外的垃圾回收網(wǎng)絡(luò )系統研究現代城市的道路及功能區劃越來(lái)越復雜，而需要收運垃圾的區域也隨著(zhù)城市的不斷擴張而越來(lái)越大。在國外，HeishH.N.和HoK.H[15]分別將線(xiàn)性規劃應用于垃圾處理回收系統的優(yōu)化當中。Panagiotakopoulos[16]建立了結合經(jīng)濟、環(huán)境的固體廢物處理系統的多目標規劃模型。Huang和Zeng[17]在城市固體廢物的處理量?jì)?yōu)化中建立了一種混合整數線(xiàn)性規劃模型。Changeta1.[18]提出一個(gè)目標規劃模型，用于以經(jīng)濟效益和環(huán)境保護為目標的固體廢物回收和焚燒的可兼容性的評估。

　　4.2國內的垃圾回收網(wǎng)絡(luò )系統研究在國內的垃圾管理體系的研究中，許多學(xué)者對國內城市垃圾處理系統進(jìn)行了深入研究并指出了現有的不足�？傮w來(lái)看，研究重點(diǎn)大多集中在末端治理和源頭控制上，而忽視了對垃圾的運輸過(guò)程的.研究。

　　孫家珊（1988）[19]、陳海濱（2003）[20]等綜述了城市垃圾綜合處理系統中垃圾轉運站的地位及作用，并結合實(shí)際說(shuō)明在不同情況下建設垃圾轉運站的經(jīng)濟性。王志剛等（2000）[21]分析了城市垃圾轉運站等設施設置的相關(guān)標準與存在的問(wèn)題，并對廣州市市區小型垃圾轉運站的設置提出了修改建議。

　　王羽（2002）[22]、劉東（2003）[23]等相繼對垃圾回收運輸系統的相關(guān)方面進(jìn)行了研究，指出了與國外相比，目前我國在該領(lǐng)域的不足之處，并在此基礎上預測了今后城市垃圾收運規劃研究的發(fā)展趨勢，為我國城市垃圾回收運輸系統優(yōu)化研究的進(jìn)一步深入開(kāi)展提供了參考。

　　目前該領(lǐng)域的研究局限于城市垃圾運輸處理的思維模式，對運輸容器，運輸方式，運輸路線(xiàn)，垃圾產(chǎn)生量等構建系統關(guān)鍵的要素沒(méi)有具體研究。而且國內對于城市垃圾回收的研究一直集中在末端治理和源頭控制上，對收運系統整體研究和過(guò)程分析還相對較少，這一點(diǎn)上還有待深入挖掘。

　　5總結與展望

　　本文在立足于運籌學(xué)運輸問(wèn)題的基礎上，對國內外關(guān)于城市生活垃圾運輸處理方面的研究文獻進(jìn)行了梳理。通過(guò)相關(guān)文獻的總結提煉，較為全面地總結了城市垃圾處理的運輸路線(xiàn)、第三方物流運輸模式、運輸處理算法和模型建立和回收運輸網(wǎng)絡(luò )系統等方面的研究現狀。

　　縱觀(guān)全文，目前垃圾運輸領(lǐng)域的研究存在以下特點(diǎn)：對于垃圾收運路線(xiàn)優(yōu)化問(wèn)題的研究大多忽略了經(jīng)濟效益與環(huán)境、社會(huì )的綜合效益的最優(yōu)；對于將運輸路線(xiàn)選擇與現已蓬勃發(fā)展的計算機、網(wǎng)絡(luò )相結合來(lái)研究突破的較少；對于垃圾運輸路線(xiàn)優(yōu)化問(wèn)題的研究大多忽略了城市化進(jìn)程的速度，研究結果無(wú)法長(cháng)期使用；對于不確定環(huán)境、競爭性環(huán)境和多周期動(dòng)態(tài)環(huán)境下的物流系統網(wǎng)絡(luò )問(wèn)題的研究較為缺乏；對于城市生活垃圾運輸問(wèn)題的算法求解與圖與網(wǎng)絡(luò )問(wèn)題有效結合方面的研究較為欠缺；對于城市垃圾物流系統的整體研究和過(guò)程分析研究較少。

　　未來(lái)，對于城市生活垃圾運輸處理方面的研究應主要集中于以下幾個(gè)方面：求解城市生活垃圾的運輸問(wèn)題，更多地考慮環(huán)境效益和社會(huì )綜合效益的最優(yōu)，將可持續性納入求解考慮過(guò)程；將傳統運輸問(wèn)題的求解與計算機、網(wǎng)絡(luò )結合起來(lái)，使問(wèn)題更清晰，求解更具體；對于城市生活垃圾的物流網(wǎng)絡(luò )設計逐漸從靜態(tài)網(wǎng)絡(luò )轉變?yōu)閯?dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò )，考慮城市發(fā)展。設計的網(wǎng)絡(luò )系統能夠隨城市的發(fā)展而相應變更調節；城市生活垃圾運輸問(wèn)題的算法求解進(jìn)一步與圖與網(wǎng)絡(luò )問(wèn)題有效結合；對城市垃圾物流網(wǎng)絡(luò )系統的研究將考慮多因素、多制約，另外，應對不同環(huán)境下的物流系統做進(jìn)一步具體論述。

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　　來(lái)源：價(jià)值工程 2012年22期

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