区域性垃圾移动压缩中转站空间布局优化研究

摘 要：本文旨在通过优化某市垃圾移动压缩中转站的空间布局，提高垃圾处理效率，减少环境污染，降低运营成本。基于对该市垃圾处理现状的调查发现，存在现有中转站布局不合理、设备陈旧且管理不善等问题。本文采用遗传算法建立空间布局优化模型，设定了处理能力、运输成本等关键参数，并设计了详细的改造方案。实施后，预计垃圾处理能力提升25%，处理成本降低15%，服务覆盖率达到98%，显著提高了运行效率和环保效益，实现了城乡统筹发展的目标。

关键词：区域性垃圾；移动压缩；中转站；空间布局优化

中图分类号： TU 984 文献标志码：A

随着城市化进程不断加快，城市生活垃圾处理成为城市管理中的一项重要挑战。垃圾移动压缩中转站作为一种新型的垃圾处理设施，具有灵活性、高效性和环保优势，可以有效解决传统垃圾处理方式中的许多问题。通过优化垃圾中转站的空间布局和管理系统，可以显著提高垃圾处理效率，降低运输成本，减少环境污染，从而实现垃圾处理的经济效益和环保效益。

1 项目背景

本文旨在处理一些城市地区的生活垃圾，重点是如何通过改进传输站的移动空间布局和压力来提高垃圾处理效率和减少环境污染。广东省东部一座城市，地理坐标介于北22°57′～23°47′和东经113°57′～114°45′，总面积为11158km2。随着城市化进程加快，该市产生的生活垃圾数量逐年增加。

目前，城市的生活垃圾处理主要依靠传统的垃圾收集、交通和道路填埋。工厂内的垃圾运输设施陈旧且安排不合理，很难应对日益增长的垃圾处理需求。每天产生的生活垃圾约为3000t，50%来自城市地区，50%来自省市[1]。

垃圾移动压缩中转站是一种新型的垃圾处理设施，具有灵活性、高压、环保和节能的优势。通过优化运输和空间分配终端，可以有效减少垃圾的空运，降低运输成本，提高垃圾处理效率，减少环境污染。此外，建造和使用垃圾移动压缩中转站可以灵活满足不同地区的垃圾处理要求，实现城市和农村垃圾整合处理的目标[2]。

2 改造方案设计

为了提高垃圾分类和处理效率，改进系统包括色谱、分类和系统收集设备。具体措施包括在全市范围内放置10000个不同颜色的垃圾箱，用于收集可回收垃圾、厨余垃圾、有害垃圾和其他垃圾。引入先进的压力分类设备，能同时处理5种不同类型的垃圾，日产量高达200t。同时，建立智能数字化的垃圾中转站管理系统，包括智能监控系统和统一的数据管理平台，实现24h实时监控和数据分析。改善中转站内外环境，通过绿化美化和卫生设施改善来提高环境质量。同时，升级垃圾中转站的电源和信息系统，确保设备运行稳定可靠、数字管理系统有效运行[3]。

3 空间布局优化模型与实施

3.1 空间布局优化模型

3.1.1 模型的建立

为了优化某市垃圾移动压缩中转站的空间布局，建立一个数学模型来模拟和优化中转站的选址和布局。模型目标是最小化垃圾运输成本、压缩处理成本以及满足服务覆盖需求。

目标函数如公式（1）所示。

（1）

式中：Fi为建立第i个中转站的固定成本；xi为是否建立第i个中转站，如果建立，那么xi=1，否则xi=0；vij为第j个垃圾收集点的垃圾运输到第i个中转站的运输量；cij为从第j个垃圾收集点到第i个中转站的单位运输成本[4]。

约束条件如下：每个垃圾收集点的垃圾运输到一个且仅有一个中转站，如公式（2）所示。

（2）

式中：Dj为第j个垃圾收集点的日垃圾产生量。

中转站的处理能力约束如公式（3）所示。

（3）

式中：Qi为第i个中转站的处理能力。

中转站的选址变量为0或1，如公式（4）所示。

xi∈{0，1}i （4）

为了确保模型的实际应用效果，模型参数需基于实际数据设定。具体参数见表1。

3.1.2 优化算法与求解

遗传算法（GA）致力于解决模型问题，以确保在限制下实现复杂的全球最佳解决方案。基因算法的具体步骤如下。1）初始化。生成原始人口，随机确定x和y的初始值。2）健身功能。计算每个人的健身功能，健身功能为负数。3）选择。根据健身工作选择最佳人选。4）交叉。在原始人口里随机选择2个人的基因片段，并组合这些片段创造一个新的个体。5）突变。随机选择个体的一些基因，以增加人口多样性。6）重复。重复步骤2～5，直到预定的重复次数或健身功能接近值[5]。

3.2 方案实施与评估

应用遗传算法来选定和布局垃圾中转站的过程可以分为以下具体步骤和数值设定。

3.2.1 目标函数值

根据3.1.1中的模型对表1中给定的参数和约束条件，计算得到的最小化总成本TotalCost=3 400 000元。

3.2.2 中转站建设情况

市区大型中转站x1=1建设，乡镇小型中转站x2=1建设。

3.2.3 垃圾量分配情况

垃圾收集点龙川j=1到市区大型中转站j=1的垃圾量y11=500t/天，垃圾收集点河源j=2到市区大型中转站i=1的垃圾量y21=500t/天，垃圾收集点陵下j=3到乡镇小型中转站i=2的垃圾量y32=100t/天，垃圾收集点博罗j=4到乡镇小型中转站i=2的垃圾量y42=100t/天。

这些结果表明，在给定的条件下，优化模型建议建设一座市区大型中转站和一座乡镇小型中转站，以最小化总运输成本和中转站建设成本，并同时满足所有垃圾收集点的服务需求。

3.2.4 空间布局和优化内容

3.2.4.1 站点选定与布局规划

在站点选定与布局规划方面，本文利用遗传算法来确定最佳位置。遗传算法通过模拟自然进化过程，在多重复杂条件下逐步逼近最优解。首先，设置包括人口密度、垃圾产生量、交通便捷性和环境影响等参数。人口密度和垃圾产生量用于衡量各区域的垃圾产生潜力，交通便捷性评价候选地点的交通状况，而环境影响评估对周边环境的影响。算法初始生成若干个方案，每个方案代表一种站点布局。对每个方案进行适应度评估，选择适应度较高的方案进行繁殖，并通过交叉和变异操作生成新的方案，不断迭代优化，直至方案收敛或达到最大迭代次数。

在选定站点后，规划合理的用地布局，包括垃圾接收区、压缩区、存储区和办公管理区等。垃圾接收区应靠近站点入口，设置多条接收通道，避免高峰时段拥堵；压缩区位于接收区后方，需要配备高效的垃圾压缩设备，并采取隔音和减震措施；存储区设计为垃圾压缩后的暂存区域，需要根据垃圾产生量和运输频率合理规划容量和布局；办公管理区应远离垃圾处理区，以减少对办公人员的影响，配备监控室、调度室和休息室等设施。为保护环境，站点周围应设置绿化带，以减少噪声和气味影响；配备污水处理系统，以确保污水达标排放，并设置通风和除臭系统，以减少臭气。

交通组织方面，站点应设置垃圾车和管理人员的独立出入口，避免不同车辆的相互干扰，提高运作效率。内部道路规划应简洁顺畅，减少车辆调头和等待时间。通过上述布局和优化措施，确保站点选定和布局规划的科学性和合理性，从而提高垃圾中转站的运作效率和环境友好性。

3.2.4.2 基础设施建设

根据优化方案进行基础设施建设，需要购买并安装合适的垃圾压缩设备。设备选型应考虑处理能力、能耗和操作便捷性，以满足区域内垃圾处理需求。设备的处理能力应能应对高峰期垃圾量，能耗方面选择节能型设备，以降低运行成本；操作便捷性则要确保设备易于维护和操作。除了压缩设备，还需要建设相关配套设施，例如垃圾运输通道、车辆停放区和污水处理设施等。垃圾运输通道应设计为宽敞的双向通道，以便车辆畅通无阻地进出，车辆停放区需要规划充足的停车空间，以容纳垃圾车和管理车辆；污水处理设施必须确保能够处理中转站产生的所有废水，达到环保标准，防止污染环境。综合考虑这些因素，确保中转站在运营过程中具备完善的配套基础设施，支持各项操作的顺利进行，从而实现高效、环保的垃圾处理目标。

3.2.4.3 能力设计与装备

根据区域垃圾产生量和中转站处理能力，合理设计中转站的日处理量是确保中转站高效运作的关键。首先，对区域垃圾产生量进行详细统计和预测，确定日均垃圾处理量及高峰期的垃圾处理需求。在此基础上，合理设计中转站的日处理量，确保其具备足够的处理能力，以应对高峰期的垃圾处理需求。例如，在节假日期间或特定活动期间，垃圾量可能会显著增加，中转站必须能够有效处理这些额外的垃圾量。

为了实现这一目标，需要配置必要的垃圾处理设备，例如高效能的垃圾压缩机、容量充足的垃圾转运车以及先进的污水处理设备。垃圾压缩机应选择压缩比高、运行稳定、能耗低的型号，以提高垃圾的压缩效率和减少运输频次。需要根据中转站的处理量配备足够数量的垃圾转运车，并确保其载质量和行驶性能能够满足实际运营需求。同时，污水处理设备必须具备处理所有运行过程中产生的污水的能力，确保污水处理达到环保标准，防止对周边环境造成污染。

此外，为了进一步优化中转站的能力设计，还需考虑设备的维护和更换周期。定期维护和及时更换设备可以保证中转站的持续、高效运行，避免因设备故障导致的停机和处理能力下降。通过科学合理的能力设计和装备配置，确保中转站在实际运营中能够高效处理区域内的垃圾，实现环保与经济效益双赢的目标。

3.2.4.4 投入运营与监控

中转站建设完成并通过验收后正式投入运营，开始垃圾的接收、压缩和运输工作。在投入运营的初期，需要确保所有设备和系统正常运行，并对操作人员进行全面培训，确保他们熟练掌握设备操作和安全规范。为了确保中转站的高效运行，定期监控中转站的运行状态是必不可少的。使用传感器和监控系统实时监测设备的运行情况，例如垃圾压缩机的压缩效率、垃圾转运车的运输量、污水处理设备的处理效果等。

同时，建立详细的运营数据收集系统，记录每天的垃圾接收量、处理量、设备运行时间和能耗等数据。通过分析这些数据可以识别运营过程中存在的问题和瓶颈。例如，如果某段时间垃圾处理效率下降，可能需要检查设备的运行状态或重新评估操作流程。

此外，定期进行设备维护和检修，预防性维护可以减少设备故障的发生次数，延长设备的使用寿命，提高运行稳定性。根据数据分析结果及时调整和改进运营计划。例如，针对高峰期的垃圾处理需求，可以适当增加设备的运转频次或调整垃圾转运车的调度方案，以确保垃圾处理的及时性和高效性。

通过持续的监控和数据分析，不断优化中转站的运行管理，提高其处理能力和运营效率，确保中转站能够稳定、高效地运作，为区域内的垃圾处理提供可靠的技术支持和保障。这种动态调整和持续改进的运营模式可以有效应对实际运营中可能出现的各种问题，保持中转站的长期高效运行[6]。

3.2.5 方案评估指标

从中转站到处理能力设计的垃圾处理能力比率，目标是在每个工厂实现超过80%的处理效率。垃圾处理单位成本，目标是将垃圾处理成本降低10%。覆盖过境站服务的垃圾收集点，目标是实现95%以上的覆盖率。排放垃圾处理产生的污染物，目标是达到国家环境标准，并将排放量减少20%。

3.2.6 实施效果分析

对实施方案的效果进行分析，预计在优化布局后，某市垃圾移动压缩中转站的总体处理能力和运营效率将显著提高，见表2。

以上数据表明，通过优化布局和科学管理，某市垃圾移动压缩中转站的运行效率和服务质量得到了显著提升，实现了经济效益和环保效益双赢的目标。

4 结语

通过优化垃圾移动压缩中转站的空间布局和科学管理，显著提高了某市的垃圾处理效率和服务质量。改造后的中转站在处理能力、运营成本和环保效果方面取得了显著提升，服务覆盖率达到了98%，实现了城乡统筹发展的目标。这一优化方案不仅为城市垃圾处理提供了有效解决方案，也为其他城市垃圾处理设施的改造提供了参考和借鉴。未来将继续关注垃圾处理技术的创新和应用，推动城市垃圾处理系统的可持续发展。

参考文献

[1]陈熠民，江辉仙，骆泳婷，等.基于AHP的福州市垃圾中转站空间布局分析与评价[J].海南师范大学学报（自然科学版），2021，34（3）：315-322.

[2]钱红林.基于邻避效应的垃圾中转站建筑空间环境设计研究[D].长沙：湖南大学，2018.

[3]詹亮亮，吴云清，徐敬海.基于粒子群算法的城市垃圾中转站的空间布局研究[J].环境科学与管理，2016，41（10）：186-191.

[4]韦吉社.上海市中心城区生活垃圾中转站外部空间设计研究[D].上海：上海交通大学，2014.

[5]李旭辉.城市生活垃圾梯次处理模式及其规划布局方法研究[D].武汉：武汉理工大学，2013.

[6]叶诗瑛，孙世群，吴克，等.合肥市城区垃圾中转站分布及其建设的思考[J].环境科学与管理，2007（6）：14，17.