城市垃圾運輸處理中運輸規(guī)劃的研究現(xiàn)狀與方向論文
城市垃圾的處理一直是世界各國關(guān)注的問題。據(jù)調(diào)查，全球每年新增垃圾超過10億噸，其中城市垃圾占相當大的比例。近年來，由于我國經(jīng)濟的高速發(fā)展和城鎮(zhèn)化加速推進，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多萬噸，且年增長率接近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(xù)發(fā)展觀要求我們大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，建設(shè)節(jié)約型社會。因此，如何妥善規(guī)劃和管理這些與日俱增的城市垃圾已成為眾多學者關(guān)注的熱點。
實質(zhì)上，城市垃圾處理問題是一類具有特殊約束的運輸問題。由此，本文從運輸問題角度對城市垃圾處理研究進行文獻梳理并總結(jié)展望。具體從城市垃圾運輸路線、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(tǒng)等四方面展開。
1城市垃圾處理運輸路線
目前，我國661個設(shè)市城市的垃圾日產(chǎn)量達15601萬噸，其中51.97%的垃圾進行集中處理。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題，運輸路線的優(yōu)選顯得尤為重要。
1.1國外的垃圾運輸路線研究AndersonLE[2]最早將混合整數(shù)規(guī)劃的方法應(yīng)用在垃圾收運系統(tǒng)的規(guī)劃中。AndersonD（1992）在研究垃圾轉(zhuǎn)運站、填埋場的選址優(yōu)化和垃圾物流路線的優(yōu)化時，成功運用地理信息系統(tǒng)（GIS）[3]得出最優(yōu)路線。MCandidaMourao（2000）針對葡萄牙里斯本的一個區(qū)的生活垃圾收運問題，通過求解含邊界約束的CARP問題[4]得到優(yōu)化路線。
通過比較不難發(fā)現(xiàn)，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國內(nèi)學者們的研究。
1.2國內(nèi)的垃圾運輸路線的研究而在國內(nèi)，垃圾中轉(zhuǎn)站的設(shè)置標準、布點、垃圾運輸調(diào)運量等是對城市垃圾運輸路線優(yōu)化的主要研究焦點。
劉桐武、劉兆龍[5]應(yīng)用線性規(guī)劃原理建立了相應(yīng)模型，并改進了沈陽市城市垃圾運輸?shù)氖者\方案，使全市的收運方案合理化，縮短了行車路線，節(jié)約了成本。
國內(nèi)學者對于運輸路線的研究在考慮經(jīng)濟效益的同時，也逐漸將其他效益納入研究的范圍內(nèi)。宋薇等[6]利用加權(quán)法建立了垃圾運輸路線模型，并提出了一種新的垃圾收運路線優(yōu)化問題解決方案。該模型實現(xiàn)了以單目標優(yōu)化模型實現(xiàn)經(jīng)濟、環(huán)境與社會多目標優(yōu)化的作用。其研究表明在城市垃圾運輸過程中選擇合理路線不僅可加快垃圾在整個運輸系統(tǒng)中的流轉(zhuǎn)速度，減少垃圾堆積的可能，同時可以節(jié)約大量人力、物力資源。
而對于計算機技術(shù)與垃圾運輸?shù)慕Y(jié)合，國內(nèi)學者也多有涉獵。樊玲嘗試運用GIS（地理信息系統(tǒng)）獲得應(yīng)急運輸?shù)淖顑?yōu)路徑。其研究對GIS的多領(lǐng)域運用進行了嘗試探索[7]，為他人進行其他研究做了鋪墊。而王桂琴、高博[8]等通過借鑒樊玲等的研究，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(jié)果為海淀區(qū)城市垃圾運輸系統(tǒng)提高收運效率、減少運輸過程中環(huán)境污染以及針對多種情況采用不同運輸路線等問題提供了理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。
根據(jù)以上文獻，我們可知垃圾運輸路線優(yōu)化問題不僅要求經(jīng)濟成本最低化，更是要求實現(xiàn)經(jīng)濟、環(huán)境與社會綜合效益的最優(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，卻忽略了經(jīng)濟效益與環(huán)境、社會的綜合效益的最優(yōu)。同時，研究方法大多基于傳統(tǒng)的線性規(guī)劃方法，在結(jié)合現(xiàn)已蓬勃發(fā)展的計算機、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來研究運輸路線問題的方向上突破較少。另外，現(xiàn)有的諸多研究大多忽視了城市化進程的速度。研究結(jié)果往往只能供城市未來幾年的參考，而無法長期使用。
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。運用第三方物流進行垃圾運輸，可以從更宏觀的角度考慮垃圾物流合理化的問題，從而簡化物流環(huán)節(jié)，進行合理運輸。這有利于對城市垃圾在更廣泛的范圍內(nèi)進行合理收運和處理，可以避免自有物流帶來的運輸效率低、收運環(huán)節(jié)繁瑣、企業(yè)負擔過重、城市污染加劇等問題。
運用第三方物流來進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際應(yīng)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?shù)幕A(chǔ)。呂向東、施先亮指出物流根據(jù)其業(yè)務(wù)活動的性質(zhì)，可以分為供應(yīng)物流、生產(chǎn)物流、銷售物流、回收物流、廢棄物流[9]。從性質(zhì)看，城市的活動過程可概括為一個吐故納新的過程。納新即指供應(yīng)物流，吐故即是在生產(chǎn)生活的消費過程中所產(chǎn)生的廢舊物，其一部分是可通過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，稱之為廢棄物。為處理這些廢棄物而進行的物流活動屬于廢棄物物流。對廢棄物中垃圾處理過程所進行的物流活動就是城市垃圾物流。他們的研究論證了城市垃圾運輸與第三方物流結(jié)合的可行性，為其他學者的研究提供了參考依據(jù)。
從物流系統(tǒng)理論看，城市垃圾收運系統(tǒng)實際上就是一種物流系統(tǒng)——城市垃圾物流系統(tǒng)[10]。城市垃圾物流就是根據(jù)具體情況將城市日常生活中產(chǎn)生的失去原有使用價值的物品，進行收集、分類、包裝、運輸，并分別運送到專門處理場所時所形成的物品實體流動（陶淵，黃興華，2004）。他們在借鑒物流系統(tǒng)理論的基礎(chǔ)上，對城市垃圾物流系統(tǒng)進行了研究。城市垃圾物流系統(tǒng)的概念從新的角度，對垃圾物流的主要特殊性進行了研究。
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，學者們對于實例應(yīng)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(xiàn)狀與特點，并以上海市為例，探討了第三方物流在垃圾收運過程中的應(yīng)用[11]。他們指出：兩者的結(jié)合應(yīng)在實踐的基礎(chǔ)上對產(chǎn)生的影響和效果開展綜合評價。應(yīng)采用多指標對復(fù)雜的物流過程進行評價，建立包括技術(shù)性指標、經(jīng)濟性指標和社會性指標這三個層次的評價指標體系，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行了詳細闡述，對第三方物流和垃圾運輸相互結(jié)合發(fā)展的研究領(lǐng)域具有重要指導(dǎo)意義。
總結(jié)可得，城市垃圾物流系統(tǒng)的總體發(fā)展趨勢是系統(tǒng)化、集成化和社會化，其發(fā)展目標可以概括為作業(yè)工藝科學化、作業(yè)設(shè)備機械化、規(guī)劃管理信息化和物流過程清潔化。目前，學者對該領(lǐng)域的研究主要集中在系統(tǒng)的建立與完善方面，對于垃圾物流系統(tǒng)的具體應(yīng)用及實地案例分析研究較少。同時，目前對城市垃圾物流系統(tǒng)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題的方法便是建立數(shù)學模型。收集某城市的垃圾產(chǎn)量，在此基礎(chǔ)上建立模型，利用模型初步預(yù)測該城市未來短期內(nèi)的垃圾產(chǎn)量，并分析模型的準確性及實用性。
劉育興，鐘劍（2006）[12]通過垃圾運輸問題的模型建立與求解，總結(jié)出這類問題的一般性解法，即根據(jù)實際問題構(gòu)造恰當?shù)臒o向或有向賦權(quán)圖，把問題轉(zhuǎn)化成圖論中的旅行商問題（TSP）問題。通過解決這類TSP問題，從而使原問題獲得滿意的解答。
李躍光，張遠平（2010）[13]結(jié)合垃圾運輸問題，將量子算法中的態(tài)矢量和量子旋轉(zhuǎn)門引入到蟻群算法中，提出一種改進的蟻群算法，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(jié)合上述文獻，我們可以發(fā)現(xiàn)目前學者們對于算法的研究主要集中于舊有算法的完善與總結(jié)，對算法的創(chuàng)新研究較為欠缺。另外，大多數(shù)研究需要構(gòu)建一個有效的網(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題的算法求解與圖與網(wǎng)絡(luò)問題更好地結(jié)合應(yīng)是今后該領(lǐng)域研究發(fā)展的重點。
4城市垃圾回收運輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
城市生活垃圾產(chǎn)生量的劇烈增長，對城市環(huán)境造成了嚴重污染，也對政府開支形成了沉重的負擔。而對城市垃圾管理系統(tǒng)進行合理的規(guī)劃，可以減小環(huán)境污染，降低管理成本，并在一定程度上實現(xiàn)垃圾資源化。早期，國內(nèi)學者曾以區(qū)域優(yōu)化、長期優(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(tǒng)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(tǒng)研究現(xiàn)代城市的道路及功能區(qū)劃越來越復(fù)雜，而需要收運垃圾的區(qū)域也隨著城市的不斷擴張而越來越大。在國外，HeishH.N.和HoK.H[15]分別將線性規(guī)劃應(yīng)用于垃圾處理回收系統(tǒng)的優(yōu)化當中。Panagiotakopoulos[16]建立了結(jié)合經(jīng)濟、環(huán)境的固體廢物處理系統(tǒng)的多目標規(guī)劃模型。Huang和Zeng[17]在城市固體廢物的處理量優(yōu)化中建立了一種混合整數(shù)線性規(guī)劃模型。Changeta1.[18]提出一個目標規(guī)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(nèi)的垃圾回收網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)研究在國內(nèi)的垃圾管理體系的研究中，許多學者對國內(nèi)城市垃圾處理系統(tǒng)進行了深入研究并指出了現(xiàn)有的不足�？傮w來看，研究重點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(tǒng)中垃圾轉(zhuǎn)運站的地位及作用，并結(jié)合實際說明在不同情況下建設(shè)垃圾轉(zhuǎn)運站的經(jīng)濟性。王志剛等（2000）[21]分析了城市垃圾轉(zhuǎn)運站等設(shè)施設(shè)置的相關(guān)標準與存在的問題，并對廣州市市區(qū)小型垃圾轉(zhuǎn)運站的設(shè)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(tǒng)的相關(guān)方面進行了研究，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(chǔ)上預(yù)測了今后城市垃圾收運規(guī)劃研究的發(fā)展趨勢，為我國城市垃圾回收運輸系統(tǒng)優(yōu)化研究的進一步深入開展提供了參考。
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，垃圾產(chǎn)生量等構(gòu)建系統(tǒng)關(guān)鍵的要素沒有具體研究。而且國內(nèi)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(tǒng)整體研究和過程分析還相對較少，這一點上還有待深入挖掘。
5總結(jié)與展望
本文在立足于運籌學運輸問題的基礎(chǔ)上，對國內(nèi)外關(guān)于城市生活垃圾運輸處理方面的研究文獻進行了梳理。通過相關(guān)文獻的總結(jié)提煉，較為全面地總結(jié)了城市垃圾處理的運輸路線、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(tǒng)等方面的研究現(xiàn)狀。
縱觀全文，目前垃圾運輸領(lǐng)域的研究存在以下特點：對于垃圾收運路線優(yōu)化問題的研究大多忽略了經(jīng)濟效益與環(huán)境、社會的綜合效益的最優(yōu)；對于將運輸路線選擇與現(xiàn)已蓬勃發(fā)展的計算機、網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合來研究突破的較少；對于垃圾運輸路線優(yōu)化問題的研究大多忽略了城市化進程的速度，研究結(jié)果無法長期使用；對于不確定環(huán)境、競爭性環(huán)境和多周期動態(tài)環(huán)境下的物流系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)問題的研究較為缺乏；對于城市生活垃圾運輸問題的算法求解與圖與網(wǎng)絡(luò)問題有效結(jié)合方面的研究較為欠缺；對于城市垃圾物流系統(tǒng)的整體研究和過程分析研究較少。
未來，對于城市生活垃圾運輸處理方面的研究應(yīng)主要集中于以下幾個方面：求解城市生活垃圾的運輸問題，更多地考慮環(huán)境效益和社會綜合效益的最優(yōu)，將可持續(xù)性納入求解考慮過程；將傳統(tǒng)運輸問題的求解與計算機、網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來，使問題更清晰，求解更具體；對于城市生活垃圾的物流網(wǎng)絡(luò)設(shè)計逐漸從靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)閯討B(tài)網(wǎng)絡(luò)，考慮城市發(fā)展。設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能夠隨城市的發(fā)展而相應(yīng)變更調(diào)節(jié)；城市生活垃圾運輸問題的算法求解進一步與圖與網(wǎng)絡(luò)問題有效結(jié)合；對城市垃圾物流網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的研究將考慮多因素、多制約，另外，應(yīng)對不同環(huán)境下的物流系統(tǒng)做進一步具體論述。
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來源：價值工程 2012年22期
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