劉姍姍 周先平 蒲先明 魏 瑤 曹正勇

（1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，成都 611134；2.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與工程技術(shù)學(xué)院，雅安 625014）

引言

垃圾箱，現(xiàn)代生活不可或缺的公共基礎(chǔ)設(shè)施。城市依靠其保護(hù)環(huán)境，維持街道清潔。城市規(guī)劃者在擁有有限的硬件資源的條件下，通過(guò)合理地設(shè)置垃圾箱的位置[1]，可以提高硬件資源的利用率，從而達(dá)到節(jié)省資源的目的，這也積極響應(yīng)了“十二五”規(guī)劃建議中明確提出的“加快建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)”的重要建議。

改革開(kāi)放以來(lái)，中國(guó)政府把城市的規(guī)劃、建設(shè)、管理和加強(qiáng)環(huán)境綜合治理納入城市政府的主要職責(zé)，環(huán)境衛(wèi)生設(shè)施建設(shè)有了長(zhǎng)足的發(fā)展，垃圾處理率持續(xù)增長(zhǎng)。然而通過(guò)隨機(jī)問(wèn)卷調(diào)查、網(wǎng)上調(diào)查、實(shí)地考察等方式，《城市垃圾箱合理設(shè)置探討》吉林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院對(duì)北京、上海、沈陽(yáng)、長(zhǎng)春等城市的主要干道、繁華商業(yè)區(qū)及一般街道垃圾箱的擺放情況進(jìn)行了調(diào)查，反應(yīng)了我國(guó)垃圾箱設(shè)置的極不合理性。目前我國(guó)的眾多研究團(tuán)隊(duì)致力于垃圾運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)及處理系統(tǒng)的研究，為保護(hù)生態(tài)環(huán)境貢獻(xiàn)力量。

我國(guó)建設(shè)部2003年12月1日GB50337號(hào)文件《城市環(huán)境衛(wèi)生設(shè)施規(guī)劃規(guī)范》[2]中的第3.4.3條中規(guī)定：“廢物箱的設(shè)置間隔標(biāo)準(zhǔn)如下：商業(yè)、金融業(yè)街道：50m-100m，主干路、次干路、有鋪道的快速路：100m-200m，支路、有人行道的快速路：200m-400m。”垃圾箱所需數(shù)量計(jì)算公式如下：Nave=Vave A4/EB，其中，Nave表示平時(shí)所需設(shè)置的垃圾容器數(shù)量，Vave表示單只垃圾容器的容積，A4表示生活垃圾清除周期，B表示垃圾容器填充系數(shù)B=0.75-0.9，通過(guò)此方法可以定量計(jì)算一個(gè)固定地點(diǎn)所需垃圾箱的數(shù)量，但并不能適用于一條街道所需垃圾箱的數(shù)量。

在實(shí)際建設(shè)中，這樣的標(biāo)準(zhǔn)顯然是不夠精細(xì)的。在不同城市之間、甚至同一城市的不同街道之間的各種指標(biāo)是千差萬(wàn)別的，用一個(gè)籠統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)規(guī)劃垃圾箱的設(shè)置。垃圾箱過(guò)多會(huì)造成資源浪費(fèi)，過(guò)少則沒(méi)有達(dá)到垃圾箱的目標(biāo)作用。甚至，通過(guò)實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，一些城市街道垃圾箱的設(shè)置，并沒(méi)有參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的間隔，僅憑主觀臆斷進(jìn)行垃圾箱的設(shè)置。因此，探究一個(gè)可供不同城市、不同街道參考的垃圾箱間距設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)是很有價(jià)值的。

1.模型假設(shè)及模型建立

1.1 模型假設(shè)

選取一單位長(zhǎng)度的街道上的垃圾箱位置設(shè)置為研究對(duì)象，其中，此街道上的人是垃圾的制造者，垃圾箱是垃圾的承受體。為了便于問(wèn)題的分析，本文在第一部分的探究中先做出2個(gè)相關(guān)假設(shè)：

a.假設(shè)垃圾的制造者都有一個(gè)能夠承受的持有垃圾的最大距離，即在垃圾制造出后，在人所能承受的持有垃圾的最大距離內(nèi)都能將垃圾準(zhǔn)確投入垃圾箱內(nèi)；

b.假設(shè)目標(biāo)街道為一條線(xiàn)性、理想的街道，即不考慮街道的寬窄走向與店鋪分布對(duì)垃圾箱位置設(shè)置的影響。

圖1 層次分析圖

1.2 模型建立

為得到城市垃圾箱最佳間距，需要建立人平均扔垃圾間距與城市垃圾箱最佳間距之間的關(guān)系。人平均扔垃圾間距，作為一個(gè)城市區(qū)別于其他城市的屬性，受到眾多因素影響，本文以實(shí)地調(diào)查作為參考依據(jù)，忽略影響微小的部分因素，通過(guò)應(yīng)用層次分析法，將眾多因素綜合成人平均扔垃圾間距。通過(guò)建立排隊(duì)論模型，確定人平均扔垃圾間距與城市垃圾箱最佳間距之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而得到一個(gè)針對(duì)不同城市、街道，垃圾箱設(shè)置的不同間距標(biāo)準(zhǔn)。

1.2.1 層次分析法——影響垃圾箱位置分布的多因素分析

引入層次分析法來(lái)解決多因素影響下的垃圾箱的位置規(guī)劃問(wèn)題， 將多因素歸為以下5類(lèi)因素，即城市人口、垃圾箱成本、街道發(fā)展程度、清理力度和其他不確定因素。

下面依次分析方案層對(duì)于準(zhǔn)則層各因素的影響強(qiáng)度：a.對(duì)于“城市人口”這一類(lèi)因素而言，一個(gè)城市的垃圾總量必定是與這個(gè)城市的人口成相關(guān)的，城市人口越多，意味著垃圾箱的數(shù)量應(yīng)該相應(yīng)有所增加，定義 的值越小。因此城市人口越多則越占據(jù)優(yōu)勢(shì)；b.對(duì)于“垃圾箱的成本”這一因素而言，垃圾箱數(shù)量的增加必然導(dǎo)致成本的增加，從節(jié)約成本的觀點(diǎn)來(lái)看，定義“垃圾箱的成本”越小越占據(jù)優(yōu)勢(shì)；c.對(duì)于“街道發(fā)展程度”這一類(lèi)因素而言，街道越繁華，產(chǎn)生的垃圾量也將相應(yīng)的增加，定義“街道發(fā)展程度”是街道越繁華越占據(jù)優(yōu)勢(shì)；d.對(duì)于“清理力度”這一類(lèi)因素而言，對(duì)垃圾進(jìn)行合理的清理，冗余垃圾量也相應(yīng)減少，定義“清理力度”是清理力度越好越占據(jù)優(yōu)勢(shì)；e.對(duì)于“其他”這一類(lèi)因素而言，其他不確定因素的影響是隨機(jī)的，假設(shè)其他不確定性因素服從高斯分布。其強(qiáng)度關(guān)系如下表所示：

表1 方案層對(duì)準(zhǔn)則層各因素強(qiáng)度關(guān)系表

可得各方案對(duì)各準(zhǔn)則的權(quán)重系數(shù)矩陣 。各個(gè)城市應(yīng)根據(jù)自己城市的實(shí)際情況，根據(jù)以上因素對(duì)自己城市的強(qiáng)度關(guān)系，列出本城市準(zhǔn)則層因素對(duì)目標(biāo)層的成對(duì)比較矩陣。

這里n=5，并求出其對(duì)目標(biāo)層的權(quán)重矩陣w=[w1,w2…wn]T（n=5）， 那 么 最 終 得 分 矩 陣 為B×w=[w1,w2,Λ,wn]T，得分最高者即為本城市所對(duì)應(yīng)的平均扔垃圾距離。

1.2.2 排隊(duì)論模型——影響垃圾箱位置分布的單因素分析

通過(guò)1.2.1，將影響垃圾箱位置分布的多因素轉(zhuǎn)化為了一個(gè)單因素，然后運(yùn)用排隊(duì)論來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。排隊(duì)論主要分為四個(gè)模型，即單通道單階段模型、單通道多階段模型、多通道單階段以及多通道多階段模型。在實(shí)際中，對(duì)于單個(gè)人而言，垃圾箱是不動(dòng)體，人是運(yùn)動(dòng)體，人通過(guò)移動(dòng)去尋找垃圾箱扔垃圾。為了運(yùn)用排隊(duì)論的方法思考問(wèn)題，本文設(shè)想將人視為參考系，使垃圾箱移動(dòng)來(lái)滿(mǎn)足人丟垃圾，即垃圾箱是運(yùn)動(dòng)體，人是不動(dòng)體，垃圾箱通過(guò)移動(dòng)去接收垃圾。更進(jìn)一步說(shuō)，把人看作服務(wù)臺(tái)，垃圾箱順次排隊(duì)，人為垃圾箱提供的“服務(wù)”便是將垃圾丟進(jìn)前來(lái)排隊(duì)的垃圾箱。設(shè)垃圾箱的平均間隔距離為c，則垃圾箱平均到達(dá)率設(shè)人能承受的持有垃圾的最大距離（即人平均扔垃圾距離）為s，若人在超出 范圍后還沒(méi)有到達(dá)垃圾箱，則會(huì)將垃圾扔在垃圾箱外，則垃圾扔在垃圾箱外的概率（以下簡(jiǎn)稱(chēng)扔垃圾率）設(shè)μ的最大值為μ0，當(dāng)μ≥μ0時(shí)存在一個(gè)最小距離Smin，此時(shí)，人雖不會(huì)將垃圾扔在垃圾箱外，但投入的成本將會(huì)成倍的增加，且不便于清潔工人的清理和垃圾箱的維護(hù)。與此同時(shí)，對(duì)于一個(gè)街道或者城市而言，垃圾箱數(shù)目過(guò)多，過(guò)于集中，對(duì)城市的美觀必會(huì)造成影響。此時(shí)，不妨設(shè)c=c0，設(shè)人將垃圾扔在垃圾箱外所帶來(lái)的直接或間接損失（如額外清理費(fèi)用、影響人的身體健康及其造成一定的環(huán)境污染等）為q，同樣，人成功將垃圾扔進(jìn)垃圾箱會(huì)帶來(lái)的一定的效用，設(shè)為p。從某種意義上講，p是q的函數(shù)，因?yàn)槿绻藢⒗釉诶渫馑鶐?lái)的負(fù)效應(yīng)越大，那么在成功將垃圾扔進(jìn)垃圾箱后所獲得的效用也就越大，因此不妨記p=p(q)。假設(shè)人的等待距離X服從參數(shù)為μ－λ的指數(shù)分布，即獲得效用為U（X），則效用的期望值因平均間隔距離為c，故單位距離的效用期望值為記下面討論c與μ的關(guān)系：

（1）有c(0)=0，理解為：當(dāng)μ→0時(shí)，即，即人平均扔垃圾的距離為，表示理論上人不會(huì)扔垃圾在街道上，也就是說(shuō)垃圾箱是連續(xù)不間斷的放置的，故垃圾箱之間的間隔為0，即c(0)=0。

（2）當(dāng)μ≥μ0時(shí)，記c(μ)=c0。理解為存在一個(gè)最小距離Smin，此時(shí)，人雖然不會(huì)亂扔垃圾，但投入的成本將會(huì)成倍的增加，且不便于清潔工人的清理和垃圾箱的維護(hù)。同時(shí)，對(duì)于一個(gè)街道或者城市而言，垃圾箱數(shù)目過(guò)多，過(guò)于集中，對(duì)城市的美觀必會(huì)造成影響。

（3） 假 設(shè) 在0≤μ≤μ0內(nèi)，c與μ成 正比。因?yàn)榛疽髎＜c，所以，于是，代入得

建模的目的是使得ω（μ）最大，因此針對(duì)μ進(jìn)行分區(qū)間求解，詳見(jiàn)文獻(xiàn)[3]。

（2） 當(dāng)μ≥μ0時(shí) ， 恒 有，故此時(shí)令求得分界點(diǎn)μm+s=μ0，于是模型等價(jià)于

2.實(shí)證結(jié)果及分析

2.1 理想狀態(tài)下結(jié)果及分析

運(yùn)用層次分析法及排隊(duì)論模型，在理論上可以很好地得到垃圾箱的最佳間距，但需要部分實(shí)際數(shù)據(jù)對(duì)比仿真結(jié)果。

在結(jié)果仿真中，對(duì)“人能承受的持有垃圾的最大距離”這一指標(biāo)采用了實(shí)地調(diào)查的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，其中包括在成都市溫江區(qū)、雅安市雨城區(qū)部分街道發(fā)放紙質(zhì)問(wèn)卷，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)放電子版問(wèn)卷等方式，共發(fā)放調(diào)研問(wèn)卷1000份，收回實(shí)際有效數(shù)據(jù)598份。統(tǒng)計(jì)分布圖如下圖所示：

圖2 人能承受的持有垃圾最大距離統(tǒng)計(jì)圖

圖3 市民能夠忍受垃圾箱的距離離散圖

由上圖可知，扔垃圾的距離普遍集中在60m-100m的范圍之內(nèi)。這里，本文以100m即C0=100為例進(jìn)行求解，不妨取μ0=1000，因?yàn)榇藭r(shí)即相鄰垃圾箱之間的距離為1毫米，完全可以將垃圾箱視為是連續(xù)放置的。通過(guò)matlab求解，得到對(duì)應(yīng)不同 值情況下的垃圾箱位置擺放數(shù)據(jù)如下表所示：

表2 實(shí)例求解數(shù)據(jù)表

為了進(jìn)一步研究k對(duì)垃圾箱之間的間距c的影響，作出c與k的影響關(guān)系圖如下圖所示：

圖4 k - c影響關(guān)系圖

可以看出，隨著k值的增大，c的值也逐步減小。這就是說(shuō)，垃圾處理得越好，對(duì)人們的好處就越大，就越有必要增加垃圾箱的數(shù)量來(lái)減少亂扔垃圾所帶來(lái)的危害。但是，與此同時(shí)隨著k值的增大，c的值會(huì)逐漸趨于穩(wěn)定，也就是說(shuō)k對(duì)c的影響是有一定范圍的。因此，為了便于查找，列出了如下一般常用的幾種距離參數(shù)表。

k表示垃圾箱設(shè)置所帶來(lái)正負(fù)效應(yīng)的關(guān)系系數(shù)。在不同的k值下，通過(guò)查表可以得到，與不同城市人平均扔垃圾間距相對(duì)應(yīng)的最佳垃圾箱間距。

2.2 非理想狀態(tài)下的結(jié)果及分析

在實(shí)際情況下，街道上垃圾箱位置設(shè)置的因素繁多復(fù)雜，而且街道也并非線(xiàn)性、理想狀態(tài)，街道的寬窄走向與店鋪分布也會(huì)影響垃圾箱的最優(yōu)位置設(shè)計(jì)。所以城市街道垃圾箱擺放的間距應(yīng)因地適宜[4][5][6]。對(duì)主要商業(yè)街和車(chē)站，垃圾源較多、人流量大，垃圾箱的間隔不應(yīng)過(guò)大；但也不宜過(guò)密，否則影響美觀程度，造成垃圾變多的印象，也增加成本及保潔人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。建議對(duì)于交通干道兩側(cè)，人流量較大的一般街道可間隔20m～40m 布置垃圾箱，總之最小距離不應(yīng)小于15m，最大間距不大于120m，這樣可以達(dá)到對(duì)垃圾有效收集的目的。

表3 k=1時(shí)的參數(shù)（m）

表4 k=2時(shí)的參數(shù)（m）

3.結(jié)論

（1）城市垃圾箱擺放的科學(xué)合理性對(duì)城市街道環(huán)境衛(wèi)生情況具有一定的影響，街道上垃圾箱擺放的間隔、位置、垃圾箱的形狀是直接影響街道整潔程度的主要因素。

（2）垃圾箱的間距設(shè)置主要受到城市人口、垃圾箱成本、街道發(fā)展程度、清理力度和其他不確定因素的影響，通過(guò)層次分析法、排隊(duì)論模型，從理論上得到了可供參考的城市垃圾箱最佳間距。

（3）垃圾箱最佳間距的設(shè)置除客觀因素外，受到人的主觀因素的影響。通過(guò)對(duì)市民能夠忍受垃圾箱的距離進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合實(shí)際數(shù)據(jù)，得到了垃圾箱最佳間距設(shè)置的距離參數(shù)表。

（4）在非理想狀態(tài)下，建議對(duì)于交通干道兩側(cè)，人流量較大的一般街道可間隔20m～40m 布置垃圾箱，總之最小距離不應(yīng)小于15m，最大間距不大于120m，這樣可以達(dá)到對(duì)垃圾有效收集的目的。

（5）城市街道垃圾箱擺放的位置應(yīng)明顯，當(dāng)垃圾箱的間距較大時(shí)應(yīng)設(shè)有指示標(biāo)牌。在資源回收利用垃圾箱體上應(yīng)設(shè)有分類(lèi)標(biāo)示。垃圾箱的設(shè)計(jì)[7][8]應(yīng)充分體現(xiàn)人性化，具有一定的密閉性，鎖住氣味，同時(shí)應(yīng)方便投放和清潔。同時(shí)應(yīng)進(jìn)行廣泛的宣傳教育示范，引導(dǎo)人們自覺(jué)愛(ài)護(hù)自己身邊的環(huán)境，逐漸形成一種保護(hù)環(huán)境的高尚情操[9]。

[1] 吳子焱，王小雯，李彤.城市垃圾箱合理設(shè)置探討[J].中國(guó)環(huán)境管理，2009，6：6-7.

[2] GB50337，城市環(huán)境衛(wèi)生設(shè)施設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)[S].1989.

[3] 馬醒花，劉春鳳，楊?lèi)?ài)民.基于μ-λ指數(shù)分布的快餐店最佳服務(wù)時(shí)間模型[J].商場(chǎng)現(xiàn)代化，2008，5：58.

[4] 陳海濱，劉晶昊，王元?jiǎng)?城鎮(zhèn)垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站模塊化設(shè)計(jì)[J].環(huán)境衛(wèi)生工程，2003，3：97.

[5] 董永法.垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站設(shè)備移位平臺(tái)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程師，2010，8：124-125.

[6] 王元?jiǎng)?，陳海濱.中小城市（城鎮(zhèn)）垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J].四川環(huán)境，2005，24（3）：86-88.

[7] 曲振波，李艷.公共垃圾箱設(shè)計(jì)探析[J].機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新，2009，1：28-30.

[8] 金志敏，劉文濤，倪中杰，等.自動(dòng)壓縮打包裝袋垃圾箱的研制[J].上海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，6：110-113.

[9] 林娟娟.城市文明印記——從城市文化角度談垃圾箱的設(shè)計(jì)[J].藝苑，2009，4：54-55.