湖南省现代物流学会副会长湖南省物流与采购联合会副会长湖

1、湖南省现代物流学会副会长湖南省物流与采购联合会副会长湖南省工业工程学会副理事长湖南省公路学会理事湖南大学交通运输与物流研究所所长湖南大学中德交通运输与物流研究中心主任湖南大学工商管理学院 邓爱民博教士授“两型社会”下的城市垃圾回收物流邓爱民 毛 超 刘利国 杨葱葱 湖南大学中德交通运输与物流研究中心研究领域国际运输与物流系统研究（交通区位分析/运输网络）国内运输与物流系统研究（交通区位分析、规划、运营、管理、评价)城市配送系统研究（规划、运营、管理、评价)农工商企业物流系统研究（战略、规划、运营、管理评价)物流企业战略、方案、经营与管理理论、方法研究运输与物流软件研究与开发人才培训提 纲1“两

2、型社会”下的城市垃圾回收物流 2.长株潭城市群生活垃圾回收物流优化模型构建3.模型求解及算例分析 4.长株潭城市群垃圾回收物流管理建议1.“两型社会”下的城市垃圾回收物流1.1城市垃圾回收物流及其特点1.2长株潭城市群生活垃圾产量与回收现状1.3城市垃圾回收物流对“两型社会”建设有重要意义1.1城市垃圾回收物流及其特点1.1.1城市垃圾特点城市生活垃圾是指城市区划内人们在日常生活和活动中产生的固体废弃物，包括居民生活垃圾、公共场所和街道清扫垃圾、医院生活垃圾、商业生活垃圾等。在当今城市中，随着人口不断增长、生活水平的日益提高，城市垃圾产量也在明显增多。资料表明，从1987年到1996年10年间

3、,我国城市生活垃圾产生量增加了将近1倍。1996年我国城市生活垃圾清运量已经达到1亿吨,1998年则为11302万吨,2001年达到13470万吨,2002年达到1.5亿吨,并且每年以8%10%的速度增长。到2010年,年产量将达到5.5亿吨,紧随美国之后排在第二位。一方面，由于垃圾增加，垃圾处理费用急剧增加。另一方面，垃圾的增加增大了环境的压力。调查表明, 垃圾站的距离和方位是影响周围公众感受的重要因素。一般情况下垃圾中转站100 m以外,气味才基本消失,也基本不影响卫生,50 m外噪声不干扰环境。1.1.2城市垃圾回收处理资源垃圾的循环再利用已经成为环境与资源共同呼唤亟待解决的问题,节约型

4、社会建设与循环经济可以为社会节约巨大的经济成本,为整个社会资源、经济、环境等多方面带来利益。以下数据充分说明资源垃圾回收再利用的效益:每回收1吨废纸可造好纸850公斤,节省木材300公斤,比等量生产减少污染74%;每回收1吨塑料饮料瓶可获得0.7吨二级原料;每回收1吨废钢铁可炼好钢0.9吨,比用矿石冶炼节约成本47%,减少空气污染75%,减少97%的水污染和固体废物。1.1城市垃圾回收物流及其特点1.1城市垃圾回收物流及其特点1.1.3城市垃圾回收物流特点 资源垃圾回收物流过程是实现其资源化的重要环节。只有强有力的物流系统的支持,才能使城市垃圾回收工作顺利的进行,才能使资源垃圾的再利用率不断提

5、高,节省资源、美化城市,因此城市垃圾收运属于一个完整的物流系统。 一般物流系统的特征主要表现在系统性、价值性、服务性三个方面,城市生活垃圾物流系统也具有相同的特征，外加特殊性。1.1城市垃圾回收物流及其特点1.1.3城市垃圾回收物流特点1.1.3.1系统性 城市垃圾物流系统的流体是城市垃圾,载体是用于垃圾收集、运送的装备,流向是从垃圾源头的分散的收集点通过中转运输,集中到为数不多的处理场所,流量是在一定流向上的垃圾的运量。流程一般包括收集、中转、分拣压缩、运输四个流程,流速要求能对垃圾及时清运。1.1.3.2价值型 城市垃圾物流的生产过程具有生产性,其具体工作需要消耗人力、物力、财力,同时,

6、城市垃圾物流的生产过程也是创造价值的过程,其中包括了社会价值、环境价值和资源再利用价值。1.1城市垃圾回收物流及其特点1.1.3城市垃圾回收物流特点1.1.3.3服务性 物流行业从属于服务行业,城市垃圾物流充分体现了为城市服务的功能,通过对城市垃圾的回收清理,改善了居民的生活环境,使居民的生产和生活得以继续。同时,资源垃圾的回收也可以帮助缓解城市资源紧张的状况,有利于城市的可持续发展。1.1.3.4特殊性 除了上述一般物流系统的特征外,城市垃圾物流系统具有其特殊性,主要表现在以下的两个方面: 城市垃圾物流系统的流体是垃圾。 管理目标的特殊性。一般物流系统的主要追求目标是经济效益的最大化,而城市

7、垃圾物流系统的主要追求目标具有多重性首先公益性和环保性，其次兼顾经济效益。1.2长株潭城市群生活垃圾产量与回收现状1.2.1长株潭城市群生活垃圾产量 国内城市人均生活垃圾日产量介于0.81.4 kg之间，可以采用人均垃圾产生量法计算城市生活垃圾的产生量。参考湖南年鉴2008的人口统计，按人均日产生活垃圾0.8kg计算，则2007年长株潭三市城区日产垃圾量如表1所示：城市人口(万人)人均日产垃圾量（KG）日产垃圾量（吨）垃圾清运量（万吨/年）长沙218.750.8175063.88株洲97.290.8778.3228.41湘潭86.40.8691.225.23合计402.440.83219.52

8、117.512007年长株潭人口数量与垃圾产量 表11.2.1长株潭城市群生活垃圾回收现状截止2007年底，长沙市共有垃圾站567座、国家II级标准的填埋场一个长沙市城市固体废弃物处理场，该处理场位于长沙市西北角的黑麋峰大山里，距离市区40公里。占地面积173公顷、库容达4500万立方米，是中国内地建成的最大的城市垃圾卫生处理场。该处理场取代了原分布在长沙市区的个露天垃圾场，解决了长沙垃圾围城和城市废弃物进入湘江污染水源两大难题。处理场的设计服务年限本为34年，处理场采用了“填埋利用再填埋”的可持续处理方式后，实际服务年限有望达到50年。株洲市已建成的垃圾处理场为株洲市城区的南郊垃圾处理场，该

9、垃圾处理场位于荷塘区明照乡子母塘，采用卫生填埋工艺，日处理垃圾800吨，库容396万立方米，设计使用年限20年，已于2004年1月正式运营，基本满足株洲市生活垃圾的日产日处理。2008年9月份，该垃圾处理场经建设部专家组考评后认为达到垃圾无害化级标准。株洲各县市已建在建的垃圾处理项目：日处理能力380吨的醴陵市垃圾处理场，库容480万立方米；日处理能力200吨的攸县坊塘坡垃圾场，库容130万立方米；日处理能力300吨的茶陵县枣市洞头垃圾场，库容180万立方米。1.2长株潭城市群生活垃圾产量与回收现状1.2.1长株潭城市群生活垃圾回收现状湘潭市也拥有国家II级标准的双马垃圾综合处理场。该垃圾处理

10、场位于湘潭市双马镇豺狗子坡，占地150亩，分为垃圾卫生填埋和垃圾综合处理二部分，垃圾卫生填埋场占地70亩，垃圾综合处理场占地80亩。建设规模为日处理垃圾600吨，年处理垃圾20万吨，服务年限为30-50年。湘潭市常住人口50万人，流动人口15万人，总人口为65万人。市区生活垃圾生产量为600吨/日。湘潭市城市垃圾主要以生活垃圾为主，同时包括少量的工业垃圾。此外，长株潭城市群区域规划核心区的环保设施规划图示意拟在三市交界处的易家湾镇一带建设生活垃圾综合处理场，日处理垃圾能力1000吨，以应对由于人口增加带来的生活垃圾产生量不断攀升的局面，从而缓解环境压力。总体上，长株潭三市垃圾处理能力强大，基础

11、设施比较完善。在长株潭一体化进程中，对垃圾回收物流网络的优化要结合三市垃圾产量、特点和已有设施综合设计，使得垃圾回收物流网络能适应长株潭经济的发展。1.2长株潭城市群生活垃圾产量与回收现状长株潭城市群核心地区垃圾产量预测量 表2城市人口(万人)人均日产垃圾量（KG）日产垃圾量（吨）现状4101.041002010年5501.055002020年7001.07000 随着长株潭城市群的开发建设，其一体化进程加快，城市规模迅速扩大，垃圾产量也快速增加，如表2所示为长株潭城市群核心地区垃圾产量预测量。1.3 城市垃圾回收对两型社会建设的意义1.3.1改善城市环境，提高居民生活水平，建设环境友好型社会

12、； 1.3.2增强城市垃圾处理能力，是城市进一步发展的保障； 1.3.3提高资源再利用率，建设资源节约型社会。1.3 城市垃圾回收对两型社会建设的意义2.1问题描述如图1所示，为城市回收物流系统集运流程管理模式，也适应长株潭城市群垃圾回收。2.长株潭城市群生活垃圾回收物流优化模型构建 搜集点小型中转站大型压缩式中转站填埋场分选压缩图1. 城市垃圾集运模式 “两型社会”下长株潭城市群垃圾回收物流系统优化目标确定为环境效益及社会效益最大化等多目标，即考虑系统总回收时间最短，从候选地点中选出一定数量的最佳大型压缩式中转站建设点，根据小型中转站一般的垃圾回收量及其地点确定每辆垃圾回收车所服务的小型中转

13、站，最后确定垃圾回收车的行驶线路。填埋场1填埋场2大型中转站1大型中转站I大型中转站k中小型中转站图2 垃圾回收物流网络设计示意图 图2是具有I 个超大型中转站的垃圾回收物流网络设计示意图。该网络的垃圾集运模式是：小型垃圾回收车辆从超大型中转站出发回收各小型中转站的垃圾，大型垃圾回收车辆从超大型中转站将分选后的垃圾运输到填埋场。这是一个动态持续运作的过程。2.长株潭城市群生活垃圾回收物流优化模型构建 2.2基本假设根据城市垃圾回收物流体系的特点，不失一般性，在提出模型前做出如下假设：（1）能够确定大型垃圾候选区域及数目；（2）能预测某一区域范围内的垃圾回收量；（3）系统包含二级运输，从小型中转

14、站到超大型中转站运输 和从超大型中转站到填埋场运输；（4）超大型中转站具有分选压缩垃圾功能；（5）运输时间与运输距离成正比；（6）超大型中转站的处理能力能满足小型中转站总搜集量。2.长株潭城市群生活垃圾回收物流优化模型构建 2.长株潭城市群生活垃圾回收物流优化模型构建 2.长株潭城市群生活垃圾回收物流优化模型构建 2.长株潭城市群生活垃圾回收物流优化模型构建 3.模型求解及算例分析 3.1模型算法总流程该问题是一个组合优化问题，可以分为两个子问题，设施选址问题和车辆路径问题VRP（车辆路径问题）。由于问题具有NP-Hard性质，采用遗传算法和模拟退火算法相结合进行求解。算法流程图见图3。开始选

15、择算子交叉算子变异算子输出最终解随机产生初始种群计算适应度函数值确定超大型中转站服务的中小型中转站和填埋场用模拟退火算法求解VRP问题计算解的目标函数值是否满足终止条件计算适应度函数值是否图3 算法流程图3.模型求解及算例分析 3.2算例设长株潭拟在城市群核心区范围内规划建设城镇生活垃圾收运系统。现有较大的垃圾填埋场有3座，分别分布在长沙、株洲、湘潭城市周边，建成后垃圾总处理能力为4400t。2010年核心区垃圾日产量约为5500t，其中1100t由已有的城镇小型填埋场完成，余下由算例涉及到的填埋场完成，如图4所示。为打破区域限制，综合布局，需要对该核心区范围内的垃圾收运系统进行优化。各填埋场

16、相对坐标、处理量见表3，候选超大型中转站中心坐标见表4。采用随机产生的方式，在长株潭核心区内产生30座小型垃圾回收站，各垃圾回收站的回收量也在1-2t中随机产生。填埋场编号ABC横坐标（km）53.889.963.5纵坐标（km）132.437.140.1填埋处理能力(t)2000800600表3 填埋场坐标及回收处理能力（吨./天）3.模型求解及算例分析 候选大型中转站编号123456横坐标（km）57.642.972.547.780.962.5纵坐标（km）114.975.679.642.640.127.8客户编号12345678910横坐标（km）48.163.360.272.637.2

17、77.978.948.757.252.9纵坐标（km）100.980.770.043.6110.699.029.991.128.337.1垃圾回收量(t)0.40.91.12.10.81.40.31.21.11.6客户编号11121314151617181920横坐标（km）41.957.147.953.885.970.251.666.839.673.7纵坐标（km）85.5102.1111.645.241.634.524.794.937.488.6垃圾回收量(t)1.20.51.50.51.20.40.50.71.81.8客户编号21222324252627282930横坐标（km）72.1

18、65.285.852.658.046.861.876. 668.740.8纵坐标（km）29.9118.031.777.033.634.4108.936.124.744.7垃圾回收量(t)1.30.80.41.30.70.60.90.70.80.4表4 候选大型中转站坐标表5垃圾回收站坐标及回收量 3.模型求解及算例分析 图4长株潭垃圾回收物流网络规划问题示意图 3.2算例 本文采用下述参数进行计算：随机产生群体规模为8的初始种群，进化代数设为8，变异概率为0.85。模拟退火算法相关参数设置如下：初始退火温度100度，降温系数0.98，每次降温迭代步长为60（邓爱民，2008 ）。大型回收车辆

19、载重量为12t，小型回收车载重量为5t，大型回收车辆行驶速度为40km/h，小型回收车辆行驶速度为20km/h。运用Matlab编程计算，最后路线结果如表6所示3.模型求解及算例分析 压缩中转站编号垃圾站点回收线路10-5-13-22-27-1-12-020-11-8-24-3-030-2-18-6-20-040-30-14-19-26-10-050-4-15-28-7-23-060-25-16-21-29-9-17-0表6 算计结果表 3.模型求解及算例分析该算例对只是对本文所提出的城市垃圾回收物流网络设计方法进行了验证，从系统的角度出发，以清运时间最短为目标，分析候选的大规模中转站选定方案对应的处理效率，确定了最佳方案，并给出了各小型和大型垃圾运输车辆服务对象和服务顺序。2006年长株潭经济一体化规划建设