摘 要：本文旨在通過優(yōu)化某市垃圾移動(dòng)壓縮中轉(zhuǎn)站的空間布局，提高垃圾處理效率，減少環(huán)境污染，降低運(yùn)營(yíng)成本?；趯?duì)該市垃圾處理現(xiàn)狀的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，存在現(xiàn)有中轉(zhuǎn)站布局不合理、設(shè)備陳舊且管理不善等問題。本文采用遺傳算法建立空間布局優(yōu)化模型，設(shè)定了處理能力、運(yùn)輸成本等關(guān)鍵參數(shù)，并設(shè)計(jì)了詳細(xì)的改造方案。實(shí)施后，預(yù)計(jì)垃圾處理能力提升25%，處理成本降低15%，服務(wù)覆蓋率達(dá)到98%，顯著提高了運(yùn)行效率和環(huán)保效益，實(shí)現(xiàn)了城鄉(xiāng)統(tǒng)籌發(fā)展的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：區(qū)域性垃圾；移動(dòng)壓縮；中轉(zhuǎn)站；空間布局優(yōu)化

中圖分類號(hào)： TU 984 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

隨著城市化進(jìn)程不斷加快，城市生活垃圾處理成為城市管理中的一項(xiàng)重要挑戰(zhàn)。垃圾移動(dòng)壓縮中轉(zhuǎn)站作為一種新型的垃圾處理設(shè)施，具有靈活性、高效性和環(huán)保優(yōu)勢(shì)，可以有效解決傳統(tǒng)垃圾處理方式中的許多問題。通過優(yōu)化垃圾中轉(zhuǎn)站的空間布局和管理系統(tǒng)，可以顯著提高垃圾處理效率，降低運(yùn)輸成本，減少環(huán)境污染，從而實(shí)現(xiàn)垃圾處理的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。

1 項(xiàng)目背景

本文旨在處理一些城市地區(qū)的生活垃圾，重點(diǎn)是如何通過改進(jìn)傳輸站的移動(dòng)空間布局和壓力來提高垃圾處理效率和減少環(huán)境污染。廣東省東部一座城市，地理坐標(biāo)介于北22°57′～23°47′和東經(jīng)113°57′～114°45′，總面積為11158km2。隨著城市化進(jìn)程加快，該市產(chǎn)生的生活垃圾數(shù)量逐年增加。

目前，城市的生活垃圾處理主要依靠傳統(tǒng)的垃圾收集、交通和道路填埋。工廠內(nèi)的垃圾運(yùn)輸設(shè)施陳舊且安排不合理，很難應(yīng)對(duì)日益增長(zhǎng)的垃圾處理需求。每天產(chǎn)生的生活垃圾約為3000t，50%來自城市地區(qū)，50%來自省市[1]。

垃圾移動(dòng)壓縮中轉(zhuǎn)站是一種新型的垃圾處理設(shè)施，具有靈活性、高壓、環(huán)保和節(jié)能的優(yōu)勢(shì)。通過優(yōu)化運(yùn)輸和空間分配終端，可以有效減少垃圾的空運(yùn)，降低運(yùn)輸成本，提高垃圾處理效率，減少環(huán)境污染。此外，建造和使用垃圾移動(dòng)壓縮中轉(zhuǎn)站可以靈活滿足不同地區(qū)的垃圾處理要求，實(shí)現(xiàn)城市和農(nóng)村垃圾整合處理的目標(biāo)[2]。

2 改造方案設(shè)計(jì)

為了提高垃圾分類和處理效率，改進(jìn)系統(tǒng)包括色譜、分類和系統(tǒng)收集設(shè)備。具體措施包括在全市范圍內(nèi)放置10000個(gè)不同顏色的垃圾箱，用于收集可回收垃圾、廚余垃圾、有害垃圾和其他垃圾。引入先進(jìn)的壓力分類設(shè)備，能同時(shí)處理5種不同類型的垃圾，日產(chǎn)量高達(dá)200t。同時(shí)，建立智能數(shù)字化的垃圾中轉(zhuǎn)站管理系統(tǒng)，包括智能監(jiān)控系統(tǒng)和統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)24h實(shí)時(shí)監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析。改善中轉(zhuǎn)站內(nèi)外環(huán)境，通過綠化美化和衛(wèi)生設(shè)施改善來提高環(huán)境質(zhì)量。同時(shí)，升級(jí)垃圾中轉(zhuǎn)站的電源和信息系統(tǒng)，確保設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠、數(shù)字管理系統(tǒng)有效運(yùn)行[3]。

3 空間布局優(yōu)化模型與實(shí)施

3.1 空間布局優(yōu)化模型

3.1.1 模型的建立

為了優(yōu)化某市垃圾移動(dòng)壓縮中轉(zhuǎn)站的空間布局，建立一個(gè)數(shù)學(xué)模型來模擬和優(yōu)化中轉(zhuǎn)站的選址和布局。模型目標(biāo)是最小化垃圾運(yùn)輸成本、壓縮處理成本以及滿足服務(wù)覆蓋需求。

目標(biāo)函數(shù)如公式（1）所示。

（1）

式中：Fi為建立第i個(gè)中轉(zhuǎn)站的固定成本；xi為是否建立第i個(gè)中轉(zhuǎn)站，如果建立，那么xi=1，否則xi=0；vij為第j個(gè)垃圾收集點(diǎn)的垃圾運(yùn)輸?shù)降趇個(gè)中轉(zhuǎn)站的運(yùn)輸量；cij為從第j個(gè)垃圾收集點(diǎn)到第i個(gè)中轉(zhuǎn)站的單位運(yùn)輸成本[4]。

約束條件如下：每個(gè)垃圾收集點(diǎn)的垃圾運(yùn)輸?shù)揭粋€(gè)且僅有一個(gè)中轉(zhuǎn)站，如公式（2）所示。

（2）

式中：Dj為第j個(gè)垃圾收集點(diǎn)的日垃圾產(chǎn)生量。

中轉(zhuǎn)站的處理能力約束如公式（3）所示。

（3）

式中：Qi為第i個(gè)中轉(zhuǎn)站的處理能力。

中轉(zhuǎn)站的選址變量為0或1，如公式（4）所示。

xi∈{0，1}i （4）

為了確保模型的實(shí)際應(yīng)用效果，模型參數(shù)需基于實(shí)際數(shù)據(jù)設(shè)定。具體參數(shù)見表1。

3.1.2 優(yōu)化算法與求解

遺傳算法（GA）致力于解決模型問題，以確保在限制下實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的全球最佳解決方案?；蛩惴ǖ木唧w步驟如下。1）初始化。生成原始人口，隨機(jī)確定x和y的初始值。2）健身功能。計(jì)算每個(gè)人的健身功能，健身功能為負(fù)數(shù)。3）選擇。根據(jù)健身工作選擇最佳人選。4）交叉。在原始人口里隨機(jī)選擇2個(gè)人的基因片段，并組合這些片段創(chuàng)造一個(gè)新的個(gè)體。5）突變。隨機(jī)選擇個(gè)體的一些基因，以增加人口多樣性。6）重復(fù)。重復(fù)步驟2～5，直到預(yù)定的重復(fù)次數(shù)或健身功能接近值[5]。

3.2 方案實(shí)施與評(píng)估

應(yīng)用遺傳算法來選定和布局垃圾中轉(zhuǎn)站的過程可以分為以下具體步驟和數(shù)值設(shè)定。

3.2.1 目標(biāo)函數(shù)值

根據(jù)3.1.1中的模型對(duì)表1中給定的參數(shù)和約束條件，計(jì)算得到的最小化總成本TotalCost=3 400 000元。

3.2.2 中轉(zhuǎn)站建設(shè)情況

市區(qū)大型中轉(zhuǎn)站x1=1建設(shè)，鄉(xiāng)鎮(zhèn)小型中轉(zhuǎn)站x2=1建設(shè)。

3.2.3 垃圾量分配情況

垃圾收集點(diǎn)龍川j=1到市區(qū)大型中轉(zhuǎn)站j=1的垃圾量y11=500t/天，垃圾收集點(diǎn)河源j=2到市區(qū)大型中轉(zhuǎn)站i=1的垃圾量y21=500t/天，垃圾收集點(diǎn)陵下j=3到鄉(xiāng)鎮(zhèn)小型中轉(zhuǎn)站i=2的垃圾量y32=100t/天，垃圾收集點(diǎn)博羅j=4到鄉(xiāng)鎮(zhèn)小型中轉(zhuǎn)站i=2的垃圾量y42=100t/天。

這些結(jié)果表明，在給定的條件下，優(yōu)化模型建議建設(shè)一座市區(qū)大型中轉(zhuǎn)站和一座鄉(xiāng)鎮(zhèn)小型中轉(zhuǎn)站，以最小化總運(yùn)輸成本和中轉(zhuǎn)站建設(shè)成本，并同時(shí)滿足所有垃圾收集點(diǎn)的服務(wù)需求。

3.2.4 空間布局和優(yōu)化內(nèi)容

3.2.4.1 站點(diǎn)選定與布局規(guī)劃

在站點(diǎn)選定與布局規(guī)劃方面，本文利用遺傳算法來確定最佳位置。遺傳算法通過模擬自然進(jìn)化過程，在多重復(fù)雜條件下逐步逼近最優(yōu)解。首先，設(shè)置包括人口密度、垃圾產(chǎn)生量、交通便捷性和環(huán)境影響等參數(shù)。人口密度和垃圾產(chǎn)生量用于衡量各區(qū)域的垃圾產(chǎn)生潛力，交通便捷性評(píng)價(jià)候選地點(diǎn)的交通狀況，而環(huán)境影響評(píng)估對(duì)周邊環(huán)境的影響。算法初始生成若干個(gè)方案，每個(gè)方案代表一種站點(diǎn)布局。對(duì)每個(gè)方案進(jìn)行適應(yīng)度評(píng)估，選擇適應(yīng)度較高的方案進(jìn)行繁殖，并通過交叉和變異操作生成新的方案，不斷迭代優(yōu)化，直至方案收斂或達(dá)到最大迭代次數(shù)。

在選定站點(diǎn)后，規(guī)劃合理的用地布局，包括垃圾接收區(qū)、壓縮區(qū)、存儲(chǔ)區(qū)和辦公管理區(qū)等。垃圾接收區(qū)應(yīng)靠近站點(diǎn)入口，設(shè)置多條接收通道，避免高峰時(shí)段擁堵；壓縮區(qū)位于接收區(qū)后方，需要配備高效的垃圾壓縮設(shè)備，并采取隔音和減震措施；存儲(chǔ)區(qū)設(shè)計(jì)為垃圾壓縮后的暫存區(qū)域，需要根據(jù)垃圾產(chǎn)生量和運(yùn)輸頻率合理規(guī)劃容量和布局；辦公管理區(qū)應(yīng)遠(yuǎn)離垃圾處理區(qū)，以減少對(duì)辦公人員的影響，配備監(jiān)控室、調(diào)度室和休息室等設(shè)施。為保護(hù)環(huán)境，站點(diǎn)周圍應(yīng)設(shè)置綠化帶，以減少噪聲和氣味影響；配備污水處理系統(tǒng)，以確保污水達(dá)標(biāo)排放，并設(shè)置通風(fēng)和除臭系統(tǒng)，以減少臭氣。

交通組織方面，站點(diǎn)應(yīng)設(shè)置垃圾車和管理人員的獨(dú)立出入口，避免不同車輛的相互干擾，提高運(yùn)作效率。內(nèi)部道路規(guī)劃應(yīng)簡(jiǎn)潔順暢，減少車輛調(diào)頭和等待時(shí)間。通過上述布局和優(yōu)化措施，確保站點(diǎn)選定和布局規(guī)劃的科學(xué)性和合理性，從而提高垃圾中轉(zhuǎn)站的運(yùn)作效率和環(huán)境友好性。

3.2.4.2 基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

根據(jù)優(yōu)化方案進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，需要購(gòu)買并安裝合適的垃圾壓縮設(shè)備。設(shè)備選型應(yīng)考慮處理能力、能耗和操作便捷性，以滿足區(qū)域內(nèi)垃圾處理需求。設(shè)備的處理能力應(yīng)能應(yīng)對(duì)高峰期垃圾量，能耗方面選擇節(jié)能型設(shè)備，以降低運(yùn)行成本；操作便捷性則要確保設(shè)備易于維護(hù)和操作。除了壓縮設(shè)備，還需要建設(shè)相關(guān)配套設(shè)施，例如垃圾運(yùn)輸通道、車輛停放區(qū)和污水處理設(shè)施等。垃圾運(yùn)輸通道應(yīng)設(shè)計(jì)為寬敞的雙向通道，以便車輛暢通無阻地進(jìn)出，車輛停放區(qū)需要規(guī)劃充足的停車空間，以容納垃圾車和管理車輛；污水處理設(shè)施必須確保能夠處理中轉(zhuǎn)站產(chǎn)生的所有廢水，達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，防止污染環(huán)境。綜合考慮這些因素，確保中轉(zhuǎn)站在運(yùn)營(yíng)過程中具備完善的配套基礎(chǔ)設(shè)施，支持各項(xiàng)操作的順利進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)高效、環(huán)保的垃圾處理目標(biāo)。

3.2.4.3 能力設(shè)計(jì)與裝備

根據(jù)區(qū)域垃圾產(chǎn)生量和中轉(zhuǎn)站處理能力，合理設(shè)計(jì)中轉(zhuǎn)站的日處理量是確保中轉(zhuǎn)站高效運(yùn)作的關(guān)鍵。首先，對(duì)區(qū)域垃圾產(chǎn)生量進(jìn)行詳細(xì)統(tǒng)計(jì)和預(yù)測(cè)，確定日均垃圾處理量及高峰期的垃圾處理需求。在此基礎(chǔ)上，合理設(shè)計(jì)中轉(zhuǎn)站的日處理量，確保其具備足夠的處理能力，以應(yīng)對(duì)高峰期的垃圾處理需求。例如，在節(jié)假日期間或特定活動(dòng)期間，垃圾量可能會(huì)顯著增加，中轉(zhuǎn)站必須能夠有效處理這些額外的垃圾量。

為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要配置必要的垃圾處理設(shè)備，例如高效能的垃圾壓縮機(jī)、容量充足的垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)車以及先進(jìn)的污水處理設(shè)備。垃圾壓縮機(jī)應(yīng)選擇壓縮比高、運(yùn)行穩(wěn)定、能耗低的型號(hào)，以提高垃圾的壓縮效率和減少運(yùn)輸頻次。需要根據(jù)中轉(zhuǎn)站的處理量配備足夠數(shù)量的垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)車，并確保其載質(zhì)量和行駛性能能夠滿足實(shí)際運(yùn)營(yíng)需求。同時(shí)，污水處理設(shè)備必須具備處理所有運(yùn)行過程中產(chǎn)生的污水的能力，確保污水處理達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，防止對(duì)周邊環(huán)境造成污染。

此外，為了進(jìn)一步優(yōu)化中轉(zhuǎn)站的能力設(shè)計(jì)，還需考慮設(shè)備的維護(hù)和更換周期。定期維護(hù)和及時(shí)更換設(shè)備可以保證中轉(zhuǎn)站的持續(xù)、高效運(yùn)行，避免因設(shè)備故障導(dǎo)致的停機(jī)和處理能力下降。通過科學(xué)合理的能力設(shè)計(jì)和裝備配置，確保中轉(zhuǎn)站在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中能夠高效處理區(qū)域內(nèi)的垃圾，實(shí)現(xiàn)環(huán)保與經(jīng)濟(jì)效益雙贏的目標(biāo)。

3.2.4.4 投入運(yùn)營(yíng)與監(jiān)控

中轉(zhuǎn)站建設(shè)完成并通過驗(yàn)收后正式投入運(yùn)營(yíng)，開始垃圾的接收、壓縮和運(yùn)輸工作。在投入運(yùn)營(yíng)的初期，需要確保所有設(shè)備和系統(tǒng)正常運(yùn)行，并對(duì)操作人員進(jìn)行全面培訓(xùn)，確保他們熟練掌握設(shè)備操作和安全規(guī)范。為了確保中轉(zhuǎn)站的高效運(yùn)行，定期監(jiān)控中轉(zhuǎn)站的運(yùn)行狀態(tài)是必不可少的。使用傳感器和監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行情況，例如垃圾壓縮機(jī)的壓縮效率、垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)車的運(yùn)輸量、污水處理設(shè)備的處理效果等。

同時(shí)，建立詳細(xì)的運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，記錄每天的垃圾接收量、處理量、設(shè)備運(yùn)行時(shí)間和能耗等數(shù)據(jù)。通過分析這些數(shù)據(jù)可以識(shí)別運(yùn)營(yíng)過程中存在的問題和瓶頸。例如，如果某段時(shí)間垃圾處理效率下降，可能需要檢查設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)或重新評(píng)估操作流程。

此外，定期進(jìn)行設(shè)備維護(hù)和檢修，預(yù)防性維護(hù)可以減少設(shè)備故障的發(fā)生次數(shù)，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，提高運(yùn)行穩(wěn)定性。根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果及時(shí)調(diào)整和改進(jìn)運(yùn)營(yíng)計(jì)劃。例如，針對(duì)高峰期的垃圾處理需求，可以適當(dāng)增加設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)頻次或調(diào)整垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)車的調(diào)度方案，以確保垃圾處理的及時(shí)性和高效性。

通過持續(xù)的監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析，不斷優(yōu)化中轉(zhuǎn)站的運(yùn)行管理，提高其處理能力和運(yùn)營(yíng)效率，確保中轉(zhuǎn)站能夠穩(wěn)定、高效地運(yùn)作，為區(qū)域內(nèi)的垃圾處理提供可靠的技術(shù)支持和保障。這種動(dòng)態(tài)調(diào)整和持續(xù)改進(jìn)的運(yùn)營(yíng)模式可以有效應(yīng)對(duì)實(shí)際運(yùn)營(yíng)中可能出現(xiàn)的各種問題，保持中轉(zhuǎn)站的長(zhǎng)期高效運(yùn)行[6]。

3.2.5 方案評(píng)估指標(biāo)

從中轉(zhuǎn)站到處理能力設(shè)計(jì)的垃圾處理能力比率，目標(biāo)是在每個(gè)工廠實(shí)現(xiàn)超過80%的處理效率。垃圾處理單位成本，目標(biāo)是將垃圾處理成本降低10%。覆蓋過境站服務(wù)的垃圾收集點(diǎn)，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)95%以上的覆蓋率。排放垃圾處理產(chǎn)生的污染物，目標(biāo)是達(dá)到國(guó)家環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，并將排放量減少20%。

3.2.6 實(shí)施效果分析

對(duì)實(shí)施方案的效果進(jìn)行分析，預(yù)計(jì)在優(yōu)化布局后，某市垃圾移動(dòng)壓縮中轉(zhuǎn)站的總體處理能力和運(yùn)營(yíng)效率將顯著提高，見表2。

以上數(shù)據(jù)表明，通過優(yōu)化布局和科學(xué)管理，某市垃圾移動(dòng)壓縮中轉(zhuǎn)站的運(yùn)行效率和服務(wù)質(zhì)量得到了顯著提升，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益雙贏的目標(biāo)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過優(yōu)化垃圾移動(dòng)壓縮中轉(zhuǎn)站的空間布局和科學(xué)管理，顯著提高了某市的垃圾處理效率和服務(wù)質(zhì)量。改造后的中轉(zhuǎn)站在處理能力、運(yùn)營(yíng)成本和環(huán)保效果方面取得了顯著提升，服務(wù)覆蓋率達(dá)到了98%，實(shí)現(xiàn)了城鄉(xiāng)統(tǒng)籌發(fā)展的目標(biāo)。這一優(yōu)化方案不僅為城市垃圾處理提供了有效解決方案，也為其他城市垃圾處理設(shè)施的改造提供了參考和借鑒。未來將繼續(xù)關(guān)注垃圾處理技術(shù)的創(chuàng)新和應(yīng)用，推動(dòng)城市垃圾處理系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

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