城市生活垃圾收集与运输路线的优化

摘要：城市生活垃圾收运系统是生活垃圾管理的重要组成部分，收运费用占垃圾处理处里费用的40%-50%，为降低收运系统成本，减少环境污染与社会影响，需对垃圾车的收运路线进行合理优化。本文在参考国内外大量文献的基础上，评述了国内外城市生活垃圾收集与运输路线的优化模型与方法及其研究进展，通过各种模型与方法的对比，指出它们的优点与存在的问题。借鉴已有的研究思路与方法，引出作者对优化城市生活垃圾收运路线的思路并给出深入研究的建议。
关键词：MSW；收运系统；优化模型
近年来，随着经济的快速发展，城市人口的迅猛增加以及人们生活水平的不断提高，城市生活垃圾问题成为日渐突出的问题，垃圾的产生量大于清运量，无害化处理量更小，垃圾污染事故频出，严重破坏了城市生态环境系统的平衡。城市生活垃圾已成为制约城市社会经济发展的主要因素之一。城市生活垃圾的运输环节是垃圾处理系统中的重要组成部分，在垃圾处理成本中，收集与运输成本占相当大的比例，如Wilson指出美国每年的垃圾处理费用总额约在200亿美元左右，其中收集运输费用已超过100亿美元[1]。因而有必要对垃圾车的收运路线进行合理优化，以降低收运系统成本，减少环境污染与社会影响。因此，如何使城市生活垃圾的收运系统快速化、高效化、合理化、经济化是近年来被广泛关注和研究的一个课题。
1城市生活垃圾的特点与产生现状
1.1城市生活垃圾的特点
根据《固体废物污染环境防治法》定义，“生活垃圾，是指在日常生活中或者为日常生活提供服务的活动中产生的固体废弃物以及法律、行政法规规定视为生活垃圾的固体废弃物。”城市生活垃圾一般包括厨房垃圾、玻璃、塑料、废纸等。
我国城市生活垃圾具有以下几个特点：
（1）产生源分散，产生量大。生活垃圾主要产生于家庭，所以产生源遍布于所有居住区域。近20年来，我国的城市化进程逐年加快，城市生活垃圾的产生量逐步增加。
（2）成分复杂，性质不稳定。由于居民生活的多样性，其产生的生活垃圾种类繁多，造成生活垃圾成分的复杂。特别是科学技术的不断发展，新材料、新产品层出不穷，使得生活垃圾的成分越来越复杂。
（3）生活垃圾的产生量、成分与性质与多种因素有关。例如：居民生活水平、生活习惯以及气候、地理位置等。
（4）城市生活垃圾具有潜在的经济价值。城市生活垃圾中很多成分是可以回收循环再利用的有用资源，如废纸、废电池、废塑料等，因而表现出很大的经济价值。
1.2城市生活垃圾的产生现状
随着城市人口的不断增多，居民消费水平的不断提高，城市生活垃圾的产生量大幅度增加，我国城市生活垃圾平均每年以近9%的速度增长，人均年产量达到440公斤，北京等城市的增幅更高达15% -20%。2007年，我国城市生活垃圾的产量约1.5214亿吨。根据近10多年垃圾产生量增长情况进行的预测，到2010年我国城市生活垃圾产生量将达到2.64亿吨，2030年为4.09亿吨，2050年为5.28亿吨。目前，我国累计堆存的城市生活垃圾近70亿吨，占地5亿多平方米，全国大中城市，约有2/3陷入垃圾包围之中，1/4左右已发展到无适合场所堆放垃圾。直辖市和省会城市在垃圾产生量方面占有重要比例。生活垃圾产量的60%集中在全国50万以上人口的52座重点城市。如此现状，使得生活垃圾的收运系统在生活垃圾的管理中显得越来越重要。
然而现代城市生活垃圾收运系统变得越来越复杂，城市的发展以及城市规模的不断扩大使垃圾收运系统覆盖的城区范围越来越大；同时，垃圾处理处置设施与城市生活垃圾产生源的距离越来越远。因此对现代城市生活垃圾收运系统进行总体优化十分必要。
2国内外的研究方法
2.1国外的研究现状
国外对垃圾路线问题的研究主要是针对邮政员问题（Chinese Postman Problem，CPP），销售员问题（Traveling Salesman Problem，TSP），车辆路线问题（Vehicle Routing Problem，VRP）。
邮政员问题的原型来自邮递员送邮件，它要求邮递员从邮局出发经过所有他管辖的街道，完成信件和报纸的投递任务最后返回邮局，特点在于要求邮递员经过各街道至少一次，并使总路程最短，即弧模型要求车辆经过每一条需求路径；销售员问题起源于旅行商从驻地出发，经过所有要去的城市，完成销售任务最后返回驻地，特点在于要求旅行商经过每个城市至少而且只有一次，并使总路程最短，即点模型要求车辆经过每一个需求点；车辆路线问题是对一系列顾客需求点设计适当的路线，使车辆有序地通过它们，在满足一定的约束条件（如货物需求量、发送量、交货时间、车辆容量限制、行驶里程限制、时间限制等）下，达到一定的优化目标（如里程最短、费用最少、时间尽量少、车队规模尽量小、车辆利用率高等）。