（武漢理工大學(xué)，湖北 武漢 430063）

1 引言

隨著中國(guó)城市化的速度逐漸加快，經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,人們的生活水平日益提高，導(dǎo)致城市生活固廢的量也逐年增長(zhǎng)，城市固廢的處理也就成為各國(guó)重點(diǎn)關(guān)注的問題。本文基于可持續(xù)發(fā)展理論，從生活固廢、節(jié)約成本以及環(huán)境友好等要素出發(fā)，建立了城市固廢中轉(zhuǎn)站的選址優(yōu)化模型。

本文建立的城市固廢選址模型的重要性主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

（1）十九大以來，生態(tài)經(jīng)濟(jì)理念越來越深入人們的觀念和生活，所以建立合適的生活固廢物流系統(tǒng)是有效解決城市資源和環(huán)境等問題的重要手段之一。

（2）城市生活固廢中轉(zhuǎn)站這類設(shè)施并不受人們的歡迎，因?yàn)橹修D(zhuǎn)站如果距離居民區(qū)太近，其產(chǎn)生的氣味、蚊蟲等對(duì)居民生活環(huán)境造成很多不利影響，所以考慮到這方面的因素，中轉(zhuǎn)站設(shè)置應(yīng)盡量遠(yuǎn)離居民居住區(qū)，但若距離居民區(qū)太遠(yuǎn)，又會(huì)增加不必要的物流成本，因此對(duì)中轉(zhuǎn)站的選址優(yōu)化十分重要[1]。

2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

城市固廢是指在生產(chǎn)、生活和其他活動(dòng)過程中產(chǎn)生的喪失原有利用價(jià)值或者雖未喪失利用價(jià)值但被拋棄或者放棄的固體，其中生活固廢包括了居民生活垃圾和街道清掃廢物以及居民生活產(chǎn)生的生活污水等。生活固廢日常的清理也是最令人費(fèi)心的環(huán)節(jié)[1]。Hu[2]以危險(xiǎn)貨物的逆向物流為專門研究對(duì)象，以運(yùn)營(yíng)成本最小為目標(biāo)建立了線性分析模型，結(jié)合案例分析，驗(yàn)證了該模型的有效性。ReVelle和Eiselt[3]以城市固廢為研究對(duì)象，以改善固體廢棄物處理作業(yè)為目標(biāo)，構(gòu)建了多目標(biāo)選址優(yōu)化模型。Araz Ceyhun,Selim Hasan,Ozkarahan Irem[4]以普通固體廢棄物為研究對(duì)象，建立了可以回收利用和包裝運(yùn)輸?shù)男碌幕厥瘴锪飨到y(tǒng)。梁川[5]針對(duì)固體廢棄物的回收物流系統(tǒng)，利用層次分析法進(jìn)行選址優(yōu)化，但是只考慮了初始成本，其實(shí)從實(shí)際意義上來說運(yùn)營(yíng)成本更為重要。任春玉[6]等針對(duì)物流系統(tǒng)選址問題進(jìn)行研究，得出選址問題存在物流節(jié)點(diǎn)較多等問題。而啟發(fā)式算法能夠很好地得到最優(yōu)值以及解決類似這些問題。

3 城市生活固廢中轉(zhuǎn)站選址模型構(gòu)建

3.1 城市生活固廢中轉(zhuǎn)站選址優(yōu)化的影響因素

很多因素會(huì)影響設(shè)施的選址決策，見表1。

表1 城市生活固廢中轉(zhuǎn)站選址優(yōu)化的影響因素

在假定外部因素后，對(duì)于生活固廢中轉(zhuǎn)站的選址，重點(diǎn)從內(nèi)部因素進(jìn)行分析，主要是物流設(shè)施成本，包括中轉(zhuǎn)站的建設(shè)成本以及產(chǎn)生點(diǎn)到中轉(zhuǎn)站的運(yùn)輸成本。

3.2 城市生活固廢中轉(zhuǎn)站選址的目標(biāo)

（1）總成本最小化。城市生活固廢中轉(zhuǎn)站選址問題，重點(diǎn)分析的是在某一個(gè)特定的城市區(qū)域內(nèi)，在完成了收集任務(wù)之后，使建設(shè)的總成本最小，而整體的物流網(wǎng)絡(luò)效益最大化。主要要求包括：需要符合本地的法律法規(guī)政策以及優(yōu)惠措施；重點(diǎn)分析規(guī)模要求、運(yùn)輸能力和運(yùn)輸距離等方面的影響。定性分析因素包括了選址應(yīng)當(dāng)安排在交通便利、易于安排清運(yùn)線路的地方。中轉(zhuǎn)站的總成本由中轉(zhuǎn)站的建設(shè)成本及廢棄物的產(chǎn)生點(diǎn)到中轉(zhuǎn)站的運(yùn)輸成本構(gòu)成。

（2）環(huán)境負(fù)效應(yīng)最小化。中轉(zhuǎn)站這類設(shè)施在居民生活中有著不可或缺的作用，但由于中轉(zhuǎn)站可能會(huì)有異味、蚊蟲等衛(wèi)生問題，會(huì)對(duì)一些商業(yè)店鋪、商業(yè)中心、房產(chǎn)等產(chǎn)生一些消極影響，隨著中轉(zhuǎn)站容量的增大，它的消極影響也會(huì)增大，所以對(duì)于普通居民來說，都不太愿意讓中轉(zhuǎn)站設(shè)在自己的居住地附近。若是距離居民區(qū)太遠(yuǎn)又會(huì)增加不必要的物流成本，因此，政府決策部門必須對(duì)建站地址及建站容量等級(jí)等因素加以考慮，實(shí)現(xiàn)環(huán)境負(fù)效應(yīng)最小化。

3.3 模型的建立

3.3.1 基本假設(shè)。為了更加方便的建立簡(jiǎn)潔實(shí)用的數(shù)學(xué)模型，本文做出如下假設(shè)和說明：

（1）選取的各備選點(diǎn)已經(jīng)經(jīng)過了相關(guān)檢驗(yàn)，符合當(dāng)?shù)氐南嚓P(guān)政策和法規(guī)，而且對(duì)附近的居民居住環(huán)境已經(jīng)事先做過可行性調(diào)查。

（2）建立的物流系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)只包含產(chǎn)生點(diǎn)和中轉(zhuǎn)站雙層次系統(tǒng)。

（3）各生活固廢產(chǎn)生點(diǎn)產(chǎn)生的廢棄物的量在一定時(shí)期內(nèi)保持不變，且已知。

（4）生活固廢的運(yùn)輸費(fèi)用與運(yùn)輸距離成簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。

（5）單位生活固廢單位距離的運(yùn)輸費(fèi)用已知且固定。

（6）固廢運(yùn)輸車輛所行駛的道路狀況是確定的，即不考慮擁堵等問題，而且不考慮車輛本身故障的情況。

3.3.2 參數(shù)定義和模型建立。模型的參數(shù)定義如下：

i：生活固廢產(chǎn)生點(diǎn)的下標(biāo)，i=1,2,…，I;

m：生活固廢中轉(zhuǎn)站備選點(diǎn)的下標(biāo)，m=1,2,…，M;

Fmn：在備選中轉(zhuǎn)點(diǎn)m建立等級(jí)為n的中轉(zhuǎn)站的固定投資；

β：?jiǎn)挝簧罟虖U單位運(yùn)輸距離的運(yùn)費(fèi)；

qi：平均每天固廢產(chǎn)生點(diǎn)i的廢棄物的產(chǎn)生量；

Lim：第i個(gè)固廢產(chǎn)生點(diǎn)到第m個(gè)中轉(zhuǎn)站的運(yùn)輸距離；

Qn：等級(jí)為n的中轉(zhuǎn)站的容量。

決策變量定義如下：

根據(jù)以上假設(shè)，建立了以下目標(biāo)函數(shù)的模型：

約束條件：

該模型屬于多目標(biāo)整數(shù)規(guī)劃模型。目標(biāo)函數(shù)式（1）使得總成本最小，包含了生活固廢中轉(zhuǎn)站的建設(shè)成本以及運(yùn)輸費(fèi)用兩部分，其中第一部分是中轉(zhuǎn)站的建設(shè)成本，第二部分是固廢從產(chǎn)生點(diǎn)到中轉(zhuǎn)站的運(yùn)輸成本。目標(biāo)函數(shù)式（2）為環(huán)境負(fù)效應(yīng)最小。中轉(zhuǎn)站的環(huán)境負(fù)效應(yīng)與中轉(zhuǎn)站的大小即中轉(zhuǎn)站的容量成正比，與產(chǎn)生點(diǎn)到中轉(zhuǎn)站之間的距離成反比。其中的參數(shù)θ,ω,?反映了相應(yīng)系數(shù)對(duì)效用的影響程度。通常都令它們?yōu)?。式（3）表示每個(gè)產(chǎn)生點(diǎn)的生活固廢只會(huì)運(yùn)往一個(gè)固定的中轉(zhuǎn)站。式（4）表示一個(gè)備選中轉(zhuǎn)點(diǎn)只能建立一個(gè)級(jí)別的中轉(zhuǎn)站。式（5）為中轉(zhuǎn)站的容量約束，即從產(chǎn)生點(diǎn)運(yùn)輸?shù)纳罟虖U的量不能超過其中轉(zhuǎn)能力。式（6）表示只有建立了中轉(zhuǎn)站的備選點(diǎn)才能處理從產(chǎn)生點(diǎn)運(yùn)來的廢棄物。式（7）表示生活固廢的產(chǎn)生量非負(fù)。式（8）和式（9）屬于決策變量約束。

對(duì)于城市生活固廢中轉(zhuǎn)站影響因素，本文涉及到的兩個(gè)影響因素分別是中轉(zhuǎn)站建設(shè)和運(yùn)行的總成本以及環(huán)境負(fù)效應(yīng)成本，根據(jù)國(guó)家政策以及城市相關(guān)規(guī)劃，為了計(jì)算方便，對(duì)兩個(gè)因素分別進(jìn)行加權(quán)。所以得到的加權(quán)目標(biāo)函數(shù)為：

其中：

4 算例分析

根據(jù)建立的生活固廢中轉(zhuǎn)站選址模型，結(jié)合算例可對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證。假設(shè)城市生活固廢產(chǎn)生點(diǎn)有5個(gè)，每個(gè)產(chǎn)生點(diǎn)的序號(hào)以及每天的生活固廢產(chǎn)生量qi見表2。

表2 城市生活固廢產(chǎn)生點(diǎn)平均每日生活固廢產(chǎn)生量（q）i

確定了城市生活固廢產(chǎn)生點(diǎn)平均每天的生活固廢產(chǎn)生量，然后根據(jù)城市規(guī)劃確定備選中轉(zhuǎn)點(diǎn)有3個(gè)，中轉(zhuǎn)站規(guī)劃建設(shè)從3個(gè)備選點(diǎn)中取1個(gè)。根據(jù)相關(guān)規(guī)劃，單位生活固廢單位運(yùn)輸距離的運(yùn)費(fèi)β為35元，根據(jù)國(guó)家政策以及城市相關(guān)規(guī)劃，取λ1=0.7，λ2=0.3，各備選點(diǎn)的中轉(zhuǎn)容量等級(jí)Qn和固定投資Fmn見表3，各個(gè)備選中轉(zhuǎn)點(diǎn)到生活固廢產(chǎn)生點(diǎn)的距離即運(yùn)距見表4。

根據(jù)表2-表4和有關(guān)數(shù)據(jù)，基于上述模型的計(jì)算過程如下：

（1）假設(shè)選擇備選點(diǎn)1：

表3 城市生活固廢備選中轉(zhuǎn)點(diǎn)中轉(zhuǎn)容量等級(jí)（Qn）和固定投資（Fmn）

表4 城市生活固廢備選中轉(zhuǎn)點(diǎn)到產(chǎn)生點(diǎn)的距離（Lim）

（2）假設(shè)選擇備選點(diǎn)2：

（3）假設(shè)選擇備選點(diǎn)3：

分析上述計(jì)算結(jié)果得知，minZ總=227.4萬(wàn)元，即選擇備選點(diǎn)2，驗(yàn)證了模型的可行性。從計(jì)算過程中可以得知，若是需要格外重視對(duì)環(huán)境負(fù)效應(yīng)的影響，則根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知Zz1的費(fèi)用最小。因此根據(jù)不同的政策與城市規(guī)劃，相應(yīng)的加權(quán)系數(shù)不同，則選擇的方案也不同。所以在選擇可行方案時(shí)需充分考慮各地的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等條件，才能選出較為滿意的方案。

5 結(jié)語(yǔ)

本文重點(diǎn)對(duì)我國(guó)城市生活固廢現(xiàn)狀以及中轉(zhuǎn)站的選址模型進(jìn)行分析。在構(gòu)建模型的同時(shí)考慮到由于廢棄物中轉(zhuǎn)站并不受民眾歡迎，所以考慮了環(huán)境因素對(duì)民眾的影響。恰當(dāng)?shù)脑O(shè)置城市固廢中轉(zhuǎn)站的地點(diǎn)，既不對(duì)附近居民生活產(chǎn)生不利的影響，也不會(huì)增加不必要的物流成本，是本文重點(diǎn)研究解決的問題，所以本文建立了包括總成本最小和中轉(zhuǎn)站對(duì)居民產(chǎn)生的環(huán)境負(fù)效用最小的雙目標(biāo)模型，并且通過算例驗(yàn)證了模型的可行性。希望能為目前關(guān)于生活固廢方面的研究提供參考。

隨著我國(guó)城市化的加速，對(duì)于城市固廢物流系統(tǒng)的研究雖然還沒有形成整體的研究系統(tǒng)，但是相關(guān)的研究理論已經(jīng)很多了，且對(duì)于生活固廢各種目標(biāo)的研究也足夠完善，因此未來會(huì)形成更完善的理論體系。