劉姍姍 周先平 蒲先明 魏 瑤 曹正勇

（1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院，成都 611134；2.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與工程技術(shù)學(xué)院，雅安 625014）

引言

垃圾箱，現(xiàn)代生活不可或缺的公共基礎(chǔ)設(shè)施。城市依靠其保護環(huán)境，維持街道清潔。城市規(guī)劃者在擁有有限的硬件資源的條件下，通過合理地設(shè)置垃圾箱的位置[1]，可以提高硬件資源的利用率，從而達到節(jié)省資源的目的，這也積極響應(yīng)了“十二五”規(guī)劃建議中明確提出的“加快建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會”的重要建議。

改革開放以來，中國政府把城市的規(guī)劃、建設(shè)、管理和加強環(huán)境綜合治理納入城市政府的主要職責(zé)，環(huán)境衛(wèi)生設(shè)施建設(shè)有了長足的發(fā)展，垃圾處理率持續(xù)增長。然而通過隨機問卷調(diào)查、網(wǎng)上調(diào)查、實地考察等方式，《城市垃圾箱合理設(shè)置探討》吉林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院對北京、上海、沈陽、長春等城市的主要干道、繁華商業(yè)區(qū)及一般街道垃圾箱的擺放情況進行了調(diào)查，反應(yīng)了我國垃圾箱設(shè)置的極不合理性。目前我國的眾多研究團隊致力于垃圾運轉(zhuǎn)系統(tǒng)及處理系統(tǒng)的研究，為保護生態(tài)環(huán)境貢獻力量。

我國建設(shè)部2003年12月1日GB50337號文件《城市環(huán)境衛(wèi)生設(shè)施規(guī)劃規(guī)范》[2]中的第3.4.3條中規(guī)定：“廢物箱的設(shè)置間隔標準如下：商業(yè)、金融業(yè)街道：50m-100m，主干路、次干路、有鋪道的快速路：100m-200m，支路、有人行道的快速路：200m-400m。”垃圾箱所需數(shù)量計算公式如下：Nave=Vave A4/EB，其中，Nave表示平時所需設(shè)置的垃圾容器數(shù)量，Vave表示單只垃圾容器的容積，A4表示生活垃圾清除周期，B表示垃圾容器填充系數(shù)B=0.75-0.9，通過此方法可以定量計算一個固定地點所需垃圾箱的數(shù)量，但并不能適用于一條街道所需垃圾箱的數(shù)量。

在實際建設(shè)中，這樣的標準顯然是不夠精細的。在不同城市之間、甚至同一城市的不同街道之間的各種指標是千差萬別的，用一個籠統(tǒng)的標準來規(guī)劃垃圾箱的設(shè)置。垃圾箱過多會造成資源浪費，過少則沒有達到垃圾箱的目標作用。甚至，通過實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，一些城市街道垃圾箱的設(shè)置，并沒有參照國家標準規(guī)定的間隔，僅憑主觀臆斷進行垃圾箱的設(shè)置。因此，探究一個可供不同城市、不同街道參考的垃圾箱間距設(shè)置標準是很有價值的。

1.模型假設(shè)及模型建立

1.1 模型假設(shè)

選取一單位長度的街道上的垃圾箱位置設(shè)置為研究對象，其中，此街道上的人是垃圾的制造者，垃圾箱是垃圾的承受體。為了便于問題的分析，本文在第一部分的探究中先做出2個相關(guān)假設(shè)：

a.假設(shè)垃圾的制造者都有一個能夠承受的持有垃圾的最大距離，即在垃圾制造出后，在人所能承受的持有垃圾的最大距離內(nèi)都能將垃圾準確投入垃圾箱內(nèi)；

b.假設(shè)目標街道為一條線性、理想的街道，即不考慮街道的寬窄走向與店鋪分布對垃圾箱位置設(shè)置的影響。

圖1 層次分析圖

1.2 模型建立

為得到城市垃圾箱最佳間距，需要建立人平均扔垃圾間距與城市垃圾箱最佳間距之間的關(guān)系。人平均扔垃圾間距，作為一個城市區(qū)別于其他城市的屬性，受到眾多因素影響，本文以實地調(diào)查作為參考依據(jù)，忽略影響微小的部分因素，通過應(yīng)用層次分析法，將眾多因素綜合成人平均扔垃圾間距。通過建立排隊論模型，確定人平均扔垃圾間距與城市垃圾箱最佳間距之間的一一對應(yīng)關(guān)系，從而得到一個針對不同城市、街道，垃圾箱設(shè)置的不同間距標準。

1.2.1 層次分析法——影響垃圾箱位置分布的多因素分析

引入層次分析法來解決多因素影響下的垃圾箱的位置規(guī)劃問題， 將多因素歸為以下5類因素，即城市人口、垃圾箱成本、街道發(fā)展程度、清理力度和其他不確定因素。

下面依次分析方案層對于準則層各因素的影響強度：a.對于“城市人口”這一類因素而言，一個城市的垃圾總量必定是與這個城市的人口成相關(guān)的，城市人口越多，意味著垃圾箱的數(shù)量應(yīng)該相應(yīng)有所增加，定義 的值越小。因此城市人口越多則越占據(jù)優(yōu)勢；b.對于“垃圾箱的成本”這一因素而言，垃圾箱數(shù)量的增加必然導(dǎo)致成本的增加，從節(jié)約成本的觀點來看，定義“垃圾箱的成本”越小越占據(jù)優(yōu)勢；c.對于“街道發(fā)展程度”這一類因素而言，街道越繁華，產(chǎn)生的垃圾量也將相應(yīng)的增加，定義“街道發(fā)展程度”是街道越繁華越占據(jù)優(yōu)勢；d.對于“清理力度”這一類因素而言，對垃圾進行合理的清理，冗余垃圾量也相應(yīng)減少，定義“清理力度”是清理力度越好越占據(jù)優(yōu)勢；e.對于“其他”這一類因素而言，其他不確定因素的影響是隨機的，假設(shè)其他不確定性因素服從高斯分布。其強度關(guān)系如下表所示：

表1 方案層對準則層各因素強度關(guān)系表

可得各方案對各準則的權(quán)重系數(shù)矩陣 。各個城市應(yīng)根據(jù)自己城市的實際情況，根據(jù)以上因素對自己城市的強度關(guān)系，列出本城市準則層因素對目標層的成對比較矩陣。

這里n=5，并求出其對目標層的權(quán)重矩陣w=[w1,w2…wn]T（n=5）， 那 么 最 終 得 分 矩 陣 為B×w=[w1,w2,Λ,wn]T，得分最高者即為本城市所對應(yīng)的平均扔垃圾距離。

1.2.2 排隊論模型——影響垃圾箱位置分布的單因素分析

通過1.2.1，將影響垃圾箱位置分布的多因素轉(zhuǎn)化為了一個單因素，然后運用排隊論來解決這個問題。排隊論主要分為四個模型，即單通道單階段模型、單通道多階段模型、多通道單階段以及多通道多階段模型。在實際中，對于單個人而言，垃圾箱是不動體，人是運動體，人通過移動去尋找垃圾箱扔垃圾。為了運用排隊論的方法思考問題，本文設(shè)想將人視為參考系，使垃圾箱移動來滿足人丟垃圾，即垃圾箱是運動體，人是不動體，垃圾箱通過移動去接收垃圾。更進一步說，把人看作服務(wù)臺，垃圾箱順次排隊，人為垃圾箱提供的“服務(wù)”便是將垃圾丟進前來排隊的垃圾箱。設(shè)垃圾箱的平均間隔距離為c，則垃圾箱平均到達率設(shè)人能承受的持有垃圾的最大距離（即人平均扔垃圾距離）為s，若人在超出 范圍后還沒有到達垃圾箱，則會將垃圾扔在垃圾箱外，則垃圾扔在垃圾箱外的概率（以下簡稱扔垃圾率）設(shè)μ的最大值為μ0，當μ≥μ0時存在一個最小距離Smin，此時，人雖不會將垃圾扔在垃圾箱外，但投入的成本將會成倍的增加，且不便于清潔工人的清理和垃圾箱的維護。與此同時，對于一個街道或者城市而言，垃圾箱數(shù)目過多，過于集中，對城市的美觀必會造成影響。此時，不妨設(shè)c=c0，設(shè)人將垃圾扔在垃圾箱外所帶來的直接或間接損失（如額外清理費用、影響人的身體健康及其造成一定的環(huán)境污染等）為q，同樣，人成功將垃圾扔進垃圾箱會帶來的一定的效用，設(shè)為p。從某種意義上講，p是q的函數(shù)，因為如果人將垃圾扔在垃圾箱外所帶來的負效應(yīng)越大，那么在成功將垃圾扔進垃圾箱后所獲得的效用也就越大，因此不妨記p=p(q)。假設(shè)人的等待距離X服從參數(shù)為μ－λ的指數(shù)分布，即獲得效用為U（X），則效用的期望值因平均間隔距離為c，故單位距離的效用期望值為記下面討論c與μ的關(guān)系：

（1）有c(0)=0，理解為：當μ→0時，即，即人平均扔垃圾的距離為，表示理論上人不會扔垃圾在街道上，也就是說垃圾箱是連續(xù)不間斷的放置的，故垃圾箱之間的間隔為0，即c(0)=0。

（2）當μ≥μ0時，記c(μ)=c0。理解為存在一個最小距離Smin，此時，人雖然不會亂扔垃圾，但投入的成本將會成倍的增加，且不便于清潔工人的清理和垃圾箱的維護。同時，對于一個街道或者城市而言，垃圾箱數(shù)目過多，過于集中，對城市的美觀必會造成影響。

（3） 假 設(shè) 在0≤μ≤μ0內(nèi)，c與μ成 正比。因為基本要求s＜c，所以，于是，代入得

建模的目的是使得ω（μ）最大，因此針對μ進行分區(qū)間求解，詳見文獻[3]。

（2） 當μ≥μ0時 ， 恒 有，故此時令求得分界點μm+s=μ0，于是模型等價于

2.實證結(jié)果及分析

2.1 理想狀態(tài)下結(jié)果及分析

運用層次分析法及排隊論模型，在理論上可以很好地得到垃圾箱的最佳間距，但需要部分實際數(shù)據(jù)對比仿真結(jié)果。

在結(jié)果仿真中，對“人能承受的持有垃圾的最大距離”這一指標采用了實地調(diào)查的方式進行數(shù)據(jù)收集，其中包括在成都市溫江區(qū)、雅安市雨城區(qū)部分街道發(fā)放紙質(zhì)問卷，通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)放電子版問卷等方式，共發(fā)放調(diào)研問卷1000份，收回實際有效數(shù)據(jù)598份。統(tǒng)計分布圖如下圖所示：

圖2 人能承受的持有垃圾最大距離統(tǒng)計圖

圖3 市民能夠忍受垃圾箱的距離離散圖

由上圖可知，扔垃圾的距離普遍集中在60m-100m的范圍之內(nèi)。這里，本文以100m即C0=100為例進行求解，不妨取μ0=1000，因為此時即相鄰垃圾箱之間的距離為1毫米，完全可以將垃圾箱視為是連續(xù)放置的。通過matlab求解，得到對應(yīng)不同 值情況下的垃圾箱位置擺放數(shù)據(jù)如下表所示：

表2 實例求解數(shù)據(jù)表

為了進一步研究k對垃圾箱之間的間距c的影響，作出c與k的影響關(guān)系圖如下圖所示：

圖4 k - c影響關(guān)系圖

可以看出，隨著k值的增大，c的值也逐步減小。這就是說，垃圾處理得越好，對人們的好處就越大，就越有必要增加垃圾箱的數(shù)量來減少亂扔垃圾所帶來的危害。但是，與此同時隨著k值的增大，c的值會逐漸趨于穩(wěn)定，也就是說k對c的影響是有一定范圍的。因此，為了便于查找，列出了如下一般常用的幾種距離參數(shù)表。

k表示垃圾箱設(shè)置所帶來正負效應(yīng)的關(guān)系系數(shù)。在不同的k值下，通過查表可以得到，與不同城市人平均扔垃圾間距相對應(yīng)的最佳垃圾箱間距。

2.2 非理想狀態(tài)下的結(jié)果及分析

在實際情況下，街道上垃圾箱位置設(shè)置的因素繁多復(fù)雜，而且街道也并非線性、理想狀態(tài)，街道的寬窄走向與店鋪分布也會影響垃圾箱的最優(yōu)位置設(shè)計。所以城市街道垃圾箱擺放的間距應(yīng)因地適宜[4][5][6]。對主要商業(yè)街和車站，垃圾源較多、人流量大，垃圾箱的間隔不應(yīng)過大；但也不宜過密，否則影響美觀程度，造成垃圾變多的印象，也增加成本及保潔人員的勞動強度。建議對于交通干道兩側(cè)，人流量較大的一般街道可間隔20m～40m 布置垃圾箱，總之最小距離不應(yīng)小于15m，最大間距不大于120m，這樣可以達到對垃圾有效收集的目的。

表3 k=1時的參數(shù)（m）

表4 k=2時的參數(shù)（m）

3.結(jié)論

（1）城市垃圾箱擺放的科學(xué)合理性對城市街道環(huán)境衛(wèi)生情況具有一定的影響，街道上垃圾箱擺放的間隔、位置、垃圾箱的形狀是直接影響街道整潔程度的主要因素。

（2）垃圾箱的間距設(shè)置主要受到城市人口、垃圾箱成本、街道發(fā)展程度、清理力度和其他不確定因素的影響，通過層次分析法、排隊論模型，從理論上得到了可供參考的城市垃圾箱最佳間距。

（3）垃圾箱最佳間距的設(shè)置除客觀因素外，受到人的主觀因素的影響。通過對市民能夠忍受垃圾箱的距離進行統(tǒng)計分析，結(jié)合實際數(shù)據(jù)，得到了垃圾箱最佳間距設(shè)置的距離參數(shù)表。

（4）在非理想狀態(tài)下，建議對于交通干道兩側(cè)，人流量較大的一般街道可間隔20m～40m 布置垃圾箱，總之最小距離不應(yīng)小于15m，最大間距不大于120m，這樣可以達到對垃圾有效收集的目的。

（5）城市街道垃圾箱擺放的位置應(yīng)明顯，當垃圾箱的間距較大時應(yīng)設(shè)有指示標牌。在資源回收利用垃圾箱體上應(yīng)設(shè)有分類標示。垃圾箱的設(shè)計[7][8]應(yīng)充分體現(xiàn)人性化，具有一定的密閉性，鎖住氣味，同時應(yīng)方便投放和清潔。同時應(yīng)進行廣泛的宣傳教育示范，引導(dǎo)人們自覺愛護自己身邊的環(huán)境，逐漸形成一種保護環(huán)境的高尚情操[9]。

[1] 吳子焱，王小雯，李彤.城市垃圾箱合理設(shè)置探討[J].中國環(huán)境管理，2009，6：6-7.

[2] GB50337，城市環(huán)境衛(wèi)生設(shè)施設(shè)置標準[S].1989.

[3] 馬醒花，劉春鳳，楊愛民.基于μ-λ指數(shù)分布的快餐店最佳服務(wù)時間模型[J].商場現(xiàn)代化，2008，5：58.

[4] 陳海濱，劉晶昊，王元剛.城鎮(zhèn)垃圾轉(zhuǎn)運站模塊化設(shè)計[J].環(huán)境衛(wèi)生工程，2003，3：97.

[5] 董永法.垃圾轉(zhuǎn)運站設(shè)備移位平臺的優(yōu)化設(shè)計[J].機械工程師，2010，8：124-125.

[6] 王元剛，陳海濱.中小城市（城鎮(zhèn)）垃圾轉(zhuǎn)運站系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計研究[J].四川環(huán)境，2005，24（3）：86-88.

[7] 曲振波，李艷.公共垃圾箱設(shè)計探析[J].機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2009，1：28-30.

[8] 金志敏，劉文濤，倪中杰，等.自動壓縮打包裝袋垃圾箱的研制[J].上海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報，2010，6：110-113.

[9] 林娟娟.城市文明印記——從城市文化角度談垃圾箱的設(shè)計[J].藝苑，2009，4：54-55.