區(qū)域性垃圾移動壓縮中轉(zhuǎn)站空間布局優(yōu)化研究

摘 要：本文旨在通過優(yōu)化某市垃圾移動壓縮中轉(zhuǎn)站的空間布局，提高垃圾處理效率，減少環(huán)境污染，降低運營成本?；趯υ撌欣幚憩F(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、運輸成本等關(guān)鍵參數(shù)，并設(shè)計了詳細的改造方案。實施后，預(yù)計垃圾處理能力提升25%，處理成本降低15%，服務(wù)覆蓋率達到98%，顯著提高了運行效率和環(huán)保效益，實現(xiàn)了城鄉(xiāng)統(tǒng)籌發(fā)展的目標。

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

中圖分類號： TU 984 文獻標志碼：A

隨著城市化進程不斷加快，城市生活垃圾處理成為城市管理中的一項重要挑戰(zhàn)。垃圾移動壓縮中轉(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，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，降低運輸成本，減少環(huán)境污染，從而實現(xiàn)垃圾處理的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益。

1 項目背景

本文旨在處理一些城市地區(qū)的生活垃圾，重點是如何通過改進傳輸站的移動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)的垃圾運輸設(shè)施陳舊且安排不合理，很難應(yīng)對日益增長的垃圾處理需求。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。通過優(yōu)化運輸和空間分配終端，可以有效減少垃圾的空運，降低運輸成本，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，實現(xiàn)城市和農(nóng)村垃圾整合處理的目標[2]。

2 改造方案設(shè)計

為了提高垃圾分類和處理效率，改進系統(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。引入先進的壓力分類設(shè)備，能同時處理5種不同類型的垃圾，日產(chǎn)量高達200t。同時，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，實現(xiàn)24h實時監(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，升級垃圾中轉(zhuǎn)站的電源和信息系統(tǒng)，確保設(shè)備運行穩(wěn)定可靠、數(shù)字管理系統(tǒng)有效運行[3]。

3 空間布局優(yōu)化模型與實施

3.1 空間布局優(yōu)化模型

3.1.1 模型的建立

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

目標函數(shù)如公式（1）所示。

（1）

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

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

（2）

式中：Dj為第j個垃圾收集點的日垃圾產(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）

為了確保模型的實際應(yīng)用效果，模型參數(shù)需基于實際數(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，隨機確定x和y的初始值。2）健身功能。計算每個人的健身功能，健身功能為負數(shù)。3）選擇。根據(jù)健身工作選擇最佳人選。4）交叉。在原始人口里隨機選擇2個人的基因片段，并組合這些片段創(chuàng)造一個新的個體。5）突變。隨機選擇個體的一些基因，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 方案實施與評估

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 目標函數(shù)值

根據(jù)3.1.1中的模型對表1中給定的參數(shù)和約束條件，計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，以最小化總運輸成本和中轉(zhuǎn)站建設(shè)成本，并同時滿足所有垃圾收集點的服務(wù)需求。

3.2.4 空間布局和優(yōu)化內(nèi)容

3.2.4.1 站點選定與布局規(guī)劃

在站點選定與布局規(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，交通便捷性評價候選地點的交通狀況，而環(huán)境影響評估對周邊環(huán)境的影響。算法初始生成若干個方案，每個方案代表一種站點布局。對每個方案進行適應(yīng)度評估，選擇適應(yīng)度較高的方案進行繁殖，并通過交叉和變異操作生成新的方案，不斷迭代優(yōu)化，直至方案收斂或達到最大迭代次數(shù)。

在選定站點后，規(guī)劃合理的用地布局，包括垃圾接收區(qū)、壓縮區(qū)、存儲區(qū)和辦公管理區(qū)等。垃圾接收區(qū)應(yīng)靠近站點入口，設(shè)置多條接收通道，避免高峰時段擁堵；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；存儲區(qū)設(shè)計為垃圾壓縮后的暫存區(qū)域，需要根據(jù)垃圾產(chǎn)生量和運輸頻率合理規(guī)劃容量和布局；辦公管理區(qū)應(yīng)遠離垃圾處理區(qū)，以減少對辦公人員的影響，配備監(jiān)控室、調(diào)度室和休息室等設(shè)施。為保護環(huán)境，站點周圍應(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)，以確保污水達標排放，并設(shè)置通風和除臭系統(tǒng)，以減少臭氣。

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

3.2.4.2 基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

根據(jù)優(yōu)化方案進行基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，需要購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)對高峰期垃圾量，能耗方面選擇節(jié)能型設(shè)備，以降低運行成本；操作便捷性則要確保設(shè)備易于維護和操作。除了壓縮設(shè)備，還需要建設(shè)相關(guān)配套設(shè)施，例如垃圾運輸通道、車輛停放區(qū)和污水處理設(shè)施等。垃圾運輸通道應(yīng)設(shè)計為寬敞的雙向通道，以便車輛暢通無阻地進出，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，達到環(huán)保標準，防止污染環(huán)境。綜合考慮這些因素，確保中轉(zhuǎn)站在運營過程中具備完善的配套基礎(chǔ)設(shè)施，支持各項操作的順利進行，從而實現(xiàn)高效、環(huán)保的垃圾處理目標。

3.2.4.3 能力設(shè)計與裝備

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)計中轉(zhuǎn)站的日處理量是確保中轉(zhuǎn)站高效運作的關(guān)鍵。首先，對區(qū)域垃圾產(chǎn)生量進行詳細統(tǒng)計和預(yù)測，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)對高峰期的垃圾處理需求。例如，在節(jié)假日期間或特定活動期間，垃圾量可能會顯著增加，中轉(zhuǎn)站必須能夠有效處理這些額外的垃圾量。

為了實現(xiàn)這一目標，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、容量充足的垃圾轉(zhuǎn)運車以及先進的污水處理設(shè)備。垃圾壓縮機應(yīng)選擇壓縮比高、運行穩(wěn)定、能耗低的型號，以提高垃圾的壓縮效率和減少運輸頻次。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)運車，并確保其載質(zhì)量和行駛性能能夠滿足實際運營需求。同時，污水處理設(shè)備必須具備處理所有運行過程中產(chǎn)生的污水的能力，確保污水處理達到環(huán)保標準，防止對周邊環(huán)境造成污染。

此外，為了進一步優(yōu)化中轉(zhuǎn)站的能力設(shè)計，還需考慮設(shè)備的維護和更換周期。定期維護和及時更換設(shè)備可以保證中轉(zhuǎn)站的持續(xù)、高效運行，避免因設(shè)備故障導致的停機和處理能力下降。通過科學合理的能力設(shè)計和裝備配置，確保中轉(zhuǎn)站在實際運營中能夠高效處理區(qū)域內(nèi)的垃圾，實現(xiàn)環(huán)保與經(jīng)濟效益雙贏的目標。

3.2.4.4 投入運營與監(jiān)控

中轉(zhuǎn)站建設(shè)完成并通過驗收后正式投入運營，開始垃圾的接收、壓縮和運輸工作。在投入運營的初期，需要確保所有設(shè)備和系統(tǒng)正常運行，并對操作人員進行全面培訓，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)站的高效運行，定期監(jiān)控中轉(zhuǎn)站的運行狀態(tài)是必不可少的。使用傳感器和監(jiān)控系統(tǒng)實時監(jiān)測設(shè)備的運行情況，例如垃圾壓縮機的壓縮效率、垃圾轉(zhuǎn)運車的運輸量、污水處理設(shè)備的處理效果等。

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

此外，定期進行設(shè)備維護和檢修，預(yù)防性維護可以減少設(shè)備故障的發(fā)生次數(shù)，延長設(shè)備的使用壽命，提高運行穩(wěn)定性。根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果及時調(diào)整和改進運營計劃。例如，針對高峰期的垃圾處理需求，可以適當增加設(shè)備的運轉(zhuǎn)頻次或調(diào)整垃圾轉(zhuǎn)運車的調(diào)度方案，以確保垃圾處理的及時性和高效性。

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

3.2.5 方案評估指標

從中轉(zhuǎn)站到處理能力設(shè)計的垃圾處理能力比率，目標是在每個工廠實現(xiàn)超過80%的處理效率。垃圾處理單位成本，目標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，目標是實現(xiàn)95%以上的覆蓋率。排放垃圾處理產(chǎn)生的污染物，目標是達到國家環(huán)境標準，并將排放量減少20%。

3.2.6 實施效果分析

對實施方案的效果進行分析，預(yù)計在優(yōu)化布局后，某市垃圾移動壓縮中轉(zhuǎn)站的總體處理能力和運營效率將顯著提高，見表2。

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

4 結(jié)語

通過優(yōu)化垃圾移動壓縮中轉(zhuǎn)站的空間布局和科學管理，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、運營成本和環(huán)保效果方面取得了顯著提升，服務(wù)覆蓋率達到了98%，實現(xiàn)了城鄉(xiāng)統(tǒng)籌發(fā)展的目標。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，推動城市垃圾處理系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

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