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注的問題。據調查，全球每年新增垃圾超過10億噸，其中城市垃圾佔相當大的比例。近年來，由於我國經濟的高速發展和城鎮化加速推進，城市垃圾的產生量逐年增加。在1992年，城市垃圾日產量就己高達820多萬噸，且年增長率接近9％[1]。這些垃圾佔用土地，汙染水體，破壞植被，汙染大氣，對環境造成了很大的破壞。另一方面，可持續發展觀要求我們大力發展迴圈經濟，建設節約型社會。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者關注的熱點。
實質上，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並總結展望。具體從城市垃圾運輸路線、運輸模式、運輸處理演算法和模型建立以及回收運輸網路系統等四方面展開。
1城市垃圾處理運輸路線
目前，我國661個設市城市的垃圾日產量達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、填埋場的選址最佳化和垃圾物流路線的最佳化時，成功運用地理資訊系統（GIS）[3]得出最優路線。MCandidaMourao（2000）針對葡萄牙里斯本的一個區的生活垃圾收運問題，透過求解含邊界約束的CARP問題[4]得到最佳化路線。
透過比較不難發現，國外在此方面的研究正逐漸向技術化、精細化的方向發展。而這種發展趨勢也不斷影響著國內學者們的研究。
1.2國內的垃圾運輸路線的研究而在國內，垃圾中轉站的設定標準、布點、垃圾運輸調運量等是對城市垃圾運輸路線最佳化的主要研究焦點。
劉桐武、劉兆龍[5]應用線性規劃原理建立了相應模型，並改進了瀋陽市城市垃圾運輸的收運方案，使全市的收運方案合理化，縮短了行車路線，節約了成本。
國內學者對於運輸路線的研究在考慮經濟效益的同時，也逐漸將其他效益納入研究的範圍內。宋薇等[6]利用加權法建立了垃圾運輸路線模型，並提出了一種新的垃圾收運路線最佳化問題解決方案。該模型實現了以單目標最佳化模型實現經濟、環境與社會多目標最佳化的作用。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中的流轉速度，減少垃圾堆積的可能，同時可以節約大量人力、物力資源。
而對於計算機技術與垃圾運輸的結合，國內學者也多有涉獵。樊玲嘗試運用GIS（地理資訊系統）獲得應急運輸的最優路徑。其研究對GIS的多領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]等透過借鑑樊玲等的研究，發表了《基於GIS和多目標的生活垃圾運輸路線最佳化研究》。他們利用最短路徑搜尋法和層次分析法，借用GIS中網路分析工具，建立了視覺化多目標垃圾運輸體系，並搜尋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、減少運輸過程中環境汙染以及針對多種情況採用不同運輸路線等問題提供了理論指導和技術支援。
根據以上文獻，我們可知垃圾運輸路線最佳化問題不僅要求經濟成本最低化，更是要求實現經濟、環境與社會綜合效益的最最佳化。目前該領域的研究基本都以追求最低經濟成本為目標而展開，卻忽略了經濟效益與環境、社會的綜合效益的最優。同時，研究方法大多基於傳統的線性規劃方法，在結合現已蓬勃發展的計算機、網路技術來研究運輸路線問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程序的速度。研究結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提供物流服務的業務方式。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，從而簡化物流環節，進行合理運輸。這有利於對城市垃圾在更廣泛的範圍內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、收運環節繁瑣、企業負擔過重、城市汙染加劇等問題。
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於城市垃圾運輸的基礎。呂向東、施先亮指出物流根據其業務活動的性質，可以分為供應物流、生產物流、銷售物流、回收物流、廢棄物流[9]。從性質看，城市的活動過程可概括為一個吐故納新的過程。納新即指供應物流，吐故即是在生產生活的消費過程中所產生的廢舊物，其一部分是可透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於廢棄物物流。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合的可行性，為其他學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生的失去原有使用價值的物品，進行收集、分類、包裝、運輸，並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）。他們在借鑑物流系統理論的基礎上，對城市垃圾物流系統進行了研究。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，學者們對於例項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展的現狀與特點，並以上海市為例，探討了第三方物流在垃圾收運過程中的應用[11]。他們指出：兩者的結合應在實踐的基礎上對產生的影響和效果開展綜合評價。應採用多指標對複雜的物流過程進行評價，建立包括技術性指標、經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。他們的研究對於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合發展的研究領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展趨勢是系統化、整合化和社會化，其發展目標可以概括為作業工藝科學化、作業裝置機械化、規劃管理資訊化和物流過程清潔化。目前，學者對該領域的研究主要集中在系統的建立與完善方面，對於垃圾物流系統的具體應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的研究大多停留於機械化階段，對更高層次的資訊化、清潔化涉及較少。
3城市垃圾運輸處理演算法及模型建立
有效解決垃圾運輸問題的方法便是建立數學模型。收集某城市的垃圾產量，在此基礎上建立模型，利用模型初步預測該城市未來短期內的垃圾產量，並分析模型的準確性及實用性。
劉育興，鍾劍（2006）[12]透過垃圾運輸問題的模型建立與求解，總結出這類問題的一般性解法，即根據實際問題構造恰當的無向或有向賦權圖，把問題轉化成圖論中的旅行商問題（TSP）問題。透過解決這類TSP問題，從而使原問題獲得滿意的解答。
李躍光，張遠平（2010）[13]結合垃圾運輸問題，將量子演算法中的態向量和量子旋轉門引入到蟻群演算法中，提出一種改進的蟻群演算法，即量子蟻群演算法（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域性尋優能力。
結合上述文獻，我們可以發現目前學者們對於演算法的研究主要集中於舊有演算法的完善與總結，對演算法的創新研究較為欠缺。另外，大多數研究需要構建一個有效的網路或模型，若缺少則難以順利求解。因此，城市生活垃圾運輸問題的演算法求解與圖與網路問題更好地結合應是今後該領域研究發展的重點。
4城市垃圾回收運輸網路系統
城市生活垃圾產生量的劇烈增長，對城市環境造成了嚴重汙染，也對政府開支形成了沉重的負擔。而對城市垃圾管理系統進行合理的規劃，可以減小環境汙染，降低管理成本，並在一定程度上實現垃圾資源化。早期，國內學者曾以區域最佳化、長期最佳化和綜合管理最佳化為基本準則（蘇婧，席北斗，李秀金，2007）[14]，如今關於城市垃圾運輸回收網路系統的研究正在向全面化、多階段化、多約束化的方向發展。
4.1國外的垃圾回收網路系統研究現代城市的道路及功能區劃越來越複雜，而需要收運垃圾的區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]分別將線性規劃應用於垃圾處理回收系統的最佳化當中。Panagiotakopoulos[16]建立了結合經濟、環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最佳化中建立了一種混合整數線性規劃模型。Changeta1.[18]提出一個目標規劃模型，用於以經濟效益和環境保護為目標的固體廢物回收和焚燒的可相容性的評估。
4.2國內的垃圾回收網路系統研究在國內的垃圾管理體系的研究中，許多學者對國內城市垃圾處理系統進行了深入研究並指出了現有的不足。總體來看，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中垃圾轉運站的地位及作用，並結合實際說明在不同情況下建設垃圾轉運站的經濟性。王志剛等（2000）[21]分析了城市垃圾轉運站等設施設定的相關標準與存在的問題，並對廣州市市區小型垃圾轉運站的設定提出了修改建議。
王羽（2002）[22]、劉東（2003）[23]等相繼對垃圾回收運輸系統的相關方面進行了研究，指出了與國外相比，目前我國在該領域的不足之處，並在此基礎上預測了今後城市垃圾收運規劃研究的發展趨勢，為我國城市垃圾回收運輸系統最佳化研究的進一步深入開展提供了參考。
目前該領域的研究侷限於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，垃圾產生量等構建系統關鍵的要素沒有具體研究。而且國內對於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程分析還相對較少，這一點上還有待深入挖掘。
5總結與展望
本文在立足於運籌學運輸問題的基礎上，對國內外關於城市生活垃圾運輸處理方面的研究文獻進行了梳理。透過相關文獻的總結提煉，較為全面地總結了城市垃圾處理的運輸路線、第三方物流運輸模式、運輸處理演算法和模型建立和回收運輸網路系統等方面的研究現狀。
縱觀全文，目前垃圾運輸領域的研究存在以下特點：對於垃圾收運路線最佳化問題的研究大多忽略了經濟效益與環境、社會的綜合效益的最優；對於將運輸路線選擇與現已蓬勃發展的計算機、網路相結合來研究突破的較少；對於垃圾運輸路線最佳化問題的研究大多忽略了城市化程序的速度，研究結果無法長期使用；對於不確定環境、競爭性環境和多週期動態環境下的物流系統網路問題的研究較為缺乏；對於城市生活垃圾運輸問題的演算法求解與圖與網路問題有效結合方面的研究較為欠缺；對於城市垃圾物流系統的整體研究和過程分析研究較少。
未來，對於城市生活垃圾運輸處理方面的研究應主要集中於以下幾個方面：求解城市生活垃圾的運輸問題，更多地考慮環境效益和社會綜合效益的最優，將可持續性納入求解考慮過程；將傳統運輸問題的求解與計算機、網路結合起來，使問題更清晰，求解更具體；對於城市生活垃圾的物流網路設計逐漸從靜態網路轉變為動態網路，考慮城市發展。設計的網路系統能夠隨城市的發展而相應變更調節；城市生活垃圾運輸問題的演算法求解進一步與圖與網路問題有效結合；對城市垃圾物流網路系統的研究將考慮多因素、多制約，另外，應對不同環境下的物流系統做進一步具體論述。
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來源：價值工程 2012年22期