何開(kāi)倫，孫會(huì)龍，程創(chuàng)業(yè)

(重慶理工大學(xué) 管理學(xué)院，重慶 400054)

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重慶市主要電子廢棄物產(chǎn)生量預(yù)測(cè)研究

何開(kāi)倫，孫會(huì)龍，程創(chuàng)業(yè)

(重慶理工大學(xué) 管理學(xué)院，重慶 400054)

以電視機(jī)、電冰箱、洗衣機(jī)、空調(diào)器和家用電腦為主要測(cè)算對(duì)象，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測(cè)重慶市電子產(chǎn)品的保有量，在此基礎(chǔ)上利用市場(chǎng)供給A模型預(yù)測(cè)重慶市的電子廢棄物產(chǎn)生量。結(jié)果表明：未來(lái)10年，電視機(jī)、電冰箱、洗衣機(jī)、空調(diào)器、家用電腦等重慶市主要電子廢棄物產(chǎn)生總量呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)趨勢(shì)，但個(gè)體差異明顯，且廢棄物產(chǎn)生量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出現(xiàn)有企業(yè)的處理能力。建議重慶市針對(duì)各類(lèi)電子廢棄物未來(lái)增長(zhǎng)趨勢(shì)和特征對(duì)應(yīng)發(fā)展專(zhuān)業(yè)化電子廢棄物處置企業(yè)，重點(diǎn)關(guān)注電冰箱和空調(diào)器的回收處理，考慮不確定性因素的影響。

電子廢棄物；產(chǎn)生量預(yù)測(cè)；BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

一、引言

近年來(lái)，隨著人們生活水平的不斷提高，家用電器更新?lián)Q代的速度越來(lái)越快，由此帶來(lái)了電子廢棄物的迅速增長(zhǎng)。據(jù)重慶市環(huán)保局估計(jì)，2011年全市電子廢棄物產(chǎn)生量約為284萬(wàn)臺(tái)，而當(dāng)年資質(zhì)企業(yè)處理能力為160萬(wàn)臺(tái)*重慶市環(huán)境保護(hù)局《重慶市廢棄電器電子產(chǎn)品處理發(fā)展規(guī)劃(2011—2015)》，2011年1月14日。，僅占產(chǎn)生量的56.34%。電子廢棄物含有豐富的可回收利用資源，對(duì)其進(jìn)行規(guī)范有效的回收處理具有相當(dāng)大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,對(duì)包含電路板、重金屬在內(nèi)的電子廢棄物如果處置不當(dāng)則會(huì)對(duì)環(huán)境造成永久性的污染。目前，重慶市尚未建立科學(xué)規(guī)范的回收網(wǎng)絡(luò)體系，回收方式較為落后、處理技術(shù)較為粗劣，這已成為制約重慶市社會(huì)和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的重要因素。因此，科學(xué)合理地預(yù)測(cè)電子廢棄物產(chǎn)生量及其動(dòng)態(tài)變化可以為重慶市電子廢棄物的回收處理提供可靠依據(jù)[1]。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者利用不同的模型針對(duì)不同的區(qū)域進(jìn)行了電子廢棄物產(chǎn)生量的預(yù)測(cè)。Antoinette等利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型在預(yù)測(cè)電子廢棄物產(chǎn)生量的基礎(chǔ)上構(gòu)建了基于產(chǎn)品設(shè)計(jì)特征的回收動(dòng)態(tài)模型[2]；梁曉輝等采用市場(chǎng)供給A模型，針對(duì)上海市主要電子廢棄物進(jìn)行了估算，結(jié)果顯示2017年上海市電子廢棄物將達(dá)到635.75萬(wàn)臺(tái)[3]；郭曉倩等引入了生態(tài)學(xué)中的Logistic種群增長(zhǎng)模型并進(jìn)行改進(jìn)，預(yù)測(cè)了天津市5類(lèi)電子廢棄物產(chǎn)生量，并得出將在2040年達(dá)到1 877.66萬(wàn)臺(tái)的頂峰的結(jié)論[4]；何開(kāi)倫等利用“估計(jì)”模型預(yù)測(cè)了重慶市2013—2020年主要電子廢棄物產(chǎn)生量，結(jié)果表明到2020年重慶市主要電子廢棄物將達(dá)到324萬(wàn)臺(tái)[5]。

從模型精確性和適應(yīng)性的角度，“估算”模型由于其假設(shè)過(guò)于簡(jiǎn)單只能適合粗略估計(jì)，重慶市尚未建立詳細(xì)的電子產(chǎn)品的銷(xiāo)售數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)銷(xiāo)售數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)電子廢棄物的產(chǎn)生量也不符合重慶市的具體情況?？紤]到電子廢棄物產(chǎn)生量具有非序列性特征，本文擬引入BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并結(jié)合市場(chǎng)供給A模型來(lái)預(yù)測(cè)2015—2025年重慶市電子廢棄物產(chǎn)生量。

二、預(yù)測(cè)模型與數(shù)據(jù)

(一)預(yù)測(cè)模型

1.市場(chǎng)供給A模型

市場(chǎng)供給A模型是根據(jù)產(chǎn)品的銷(xiāo)售量或新增量和產(chǎn)品的壽命分布來(lái)計(jì)算電子廢棄物的產(chǎn)生量[6]，其主要假設(shè)是電子產(chǎn)品使用壽命圍繞平均壽命前后呈正態(tài)分布特征。計(jì)算公式為：

(1)

其中，Qw為電子廢棄物產(chǎn)生量；Si為從該年算起第i年前電子產(chǎn)品的銷(xiāo)售量或新增量；Pi為i年前銷(xiāo)售的電子產(chǎn)品過(guò)了i年之后廢棄的百分比；i為電子產(chǎn)品的實(shí)際使用年數(shù)。

2.BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型

BP(Back-Propagation)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)算法，全稱(chēng)為基于誤差反向傳遞算法的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，一般稱(chēng)為3層前饋網(wǎng)或3層感知器，即輸入層、隱含層(也稱(chēng)中間層)、輸出層[7]。它的特點(diǎn)是各層神經(jīng)元僅與相鄰層神經(jīng)元之間相互全連接，同層內(nèi)神經(jīng)元之間無(wú)連接，各層神經(jīng)元之間無(wú)反饋連接，構(gòu)成具有層次結(jié)構(gòu)的前饋型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[8]。

圖1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖

(二)數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

1.重慶市電子產(chǎn)品社會(huì)保有量

(1)1996—2014年電子產(chǎn)品社會(huì)保有量

通過(guò)查找歷年《重慶市統(tǒng)計(jì)年鑒》[9]，可以得到1996—2014年農(nóng)村居民家庭平均每百戶(hù)年末耐用品擁有量以及城鎮(zhèn)居民家庭平均每百戶(hù)年末耐用品擁有量，再根據(jù)重慶市歷年農(nóng)村居民總戶(hù)數(shù)以及城鎮(zhèn)居民總戶(hù)數(shù)，即可得到1996—2014年重慶市主要電子產(chǎn)品社會(huì)保有量，具體數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 1996—2014年重慶市主要電子產(chǎn)品

(2)2015—2020年電子產(chǎn)品社會(huì)保有量預(yù)測(cè)

由于電子產(chǎn)品開(kāi)始廢棄的時(shí)間一般在售后的5～10年，因此預(yù)測(cè)2025年電子廢棄物的產(chǎn)生量需要對(duì)不同電子產(chǎn)品的社會(huì)保有量預(yù)測(cè)到不同的年限：電視機(jī)需要預(yù)測(cè)到2017年；空調(diào)器和家用電腦需要預(yù)測(cè)到2020年；電冰箱和洗衣機(jī)不需要進(jìn)行預(yù)測(cè)。

根據(jù)1996—2014年的數(shù)據(jù)構(gòu)建訓(xùn)練樣本對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，采用3層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立預(yù)測(cè)模型。輸入層節(jié)點(diǎn)數(shù)為4，輸出層節(jié)點(diǎn)數(shù)為3。采用試湊法確定最佳隱節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，并用2013年和2014年數(shù)據(jù)作為驗(yàn)證。

對(duì)1996—2014年的時(shí)間序列Ij,k=(Ij,1,Ij,2,Ij,3,…,Ij,k)(j表示第j種電子產(chǎn)品)。設(shè)序列中最大值、最小值分別為Ij,kmax，Ij,kmin，對(duì)時(shí)間序列的值做歸一化處理。

(2)

取a=0.3,b=(1-a)/2，避免神經(jīng)元的輸出進(jìn)入飽和狀態(tài)，得到新的序列記為Xj,k(j表示第j種電子產(chǎn)品)。

令輸入樣本為Xj,k=(xj,k,xj,k+1,…,xj,k+(n-1))，輸出樣本為Yj,k=(xj,k+(n-m+1),xj,k+(n-m+2),…,xj,k+n)。k表示第k個(gè)輸入、輸出樣本，n為輸入層神經(jīng)元的個(gè)數(shù)，m為輸出層神經(jīng)元的個(gè)數(shù)。則第j種電子產(chǎn)品第1個(gè)輸入樣本為Xj,1=(xj,1,xj,2,xj,3,xj,4)，第j種電子產(chǎn)品的第1個(gè)輸出樣本為Yj,1=(xj,3,xj,4,xj,5)。

首先，對(duì)電視機(jī)、空調(diào)器、家用電腦的樣本進(jìn)行歸一化處理，得到其神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練樣本，并進(jìn)行BP網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練。在BP網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練中，發(fā)現(xiàn)電視機(jī)、空調(diào)器的最佳隱節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為8，家用電腦的最佳隱節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為7，3個(gè)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練時(shí)學(xué)習(xí)效率均取0.1，期望誤差為0.000 1，最大運(yùn)算步數(shù)為1 000。用2013年和2014年相應(yīng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)樣本對(duì)訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行預(yù)測(cè)，電視機(jī)、空調(diào)器、家用電腦的預(yù)測(cè)結(jié)果分別為1 546.31、1 189.36、526.58萬(wàn)臺(tái)和1 506.23、1 285.78、503.59萬(wàn)臺(tái)，精確度分別高達(dá)99.51%、96.39%、97.43%和99.72%、98.33%、97.66%。據(jù)此，用訓(xùn)練好的BP網(wǎng)絡(luò)對(duì)重慶市2015—2020年電子產(chǎn)品保有量進(jìn)行仿真預(yù)測(cè)，結(jié)果如表2所示。

表2 2015—2020年重慶市主要電子產(chǎn)品社會(huì)

2.重慶市電子產(chǎn)品每年新增量

上述預(yù)測(cè)中已經(jīng)得到1996—2020年重慶市主要電子產(chǎn)品的年社會(huì)保有量，根據(jù)式(3)可以計(jì)算得出1997—2020年重慶市電子產(chǎn)品的每年新增量，具體數(shù)據(jù)如表3所示。

(3)

其中，Ii表示第i種電子產(chǎn)品每年新增量；Hi表示第i種電子產(chǎn)品當(dāng)年社會(huì)保有量；Si表示第i種電子產(chǎn)品當(dāng)年報(bào)廢量。

表3 1997—2020年重慶市主要電子

(三)相關(guān)參數(shù)

1.電子產(chǎn)品的平均壽命及重量

綜合中國(guó)家用電器研究院出臺(tái)的行業(yè)報(bào)告[10]、國(guó)內(nèi)相關(guān)研究[3,11-13]，同時(shí)參考市場(chǎng)上各類(lèi)知名品牌電子產(chǎn)品的使用手冊(cè)，得到主要電子產(chǎn)品的平均使用壽命以及平均重量，具體數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 主要電子產(chǎn)品的平均使用壽命及平均重量

2.電子產(chǎn)品的報(bào)廢年限分布

報(bào)廢年限分布的確定是一項(xiàng)復(fù)雜和不精確的過(guò)程，因?yàn)檫@不僅和電子產(chǎn)品本身的質(zhì)量及特性有關(guān)，消費(fèi)者的使用習(xí)慣也會(huì)造成不確定性[14]。根據(jù)市場(chǎng)供給A模型假設(shè)各類(lèi)電子產(chǎn)品的壽命按不同的比例圍繞平均壽命呈正態(tài)分布特征，綜合國(guó)家質(zhì)監(jiān)局頒布的通則以及國(guó)內(nèi)相關(guān)學(xué)者的研究成果[3,11,15-16]，本文確定了各種電子產(chǎn)品的使用年限及報(bào)廢比例，具體結(jié)果見(jiàn)表5。

三、預(yù)測(cè)結(jié)果與分析

(一)預(yù)測(cè)結(jié)果

根據(jù)電子產(chǎn)品每年新增量和報(bào)廢年限分布數(shù)據(jù)，利用市場(chǎng)供給A模型得到重慶市2015—2025年主要電子廢棄物產(chǎn)生量，具體結(jié)果如表6和圖2、圖3所示。

(二)結(jié)果分析

結(jié)果表明，重慶市主要電子廢棄物增長(zhǎng)迅速且呈現(xiàn)不同的特征。(1) 從產(chǎn)生總量來(lái)看，2015年電子廢棄物產(chǎn)生數(shù)量為297.82萬(wàn)臺(tái)，2025年增長(zhǎng)到737.00萬(wàn)臺(tái)，年均增速14.75%，高于全國(guó)平均增速(12.42%[17]、7.9%[11])，但低于北京和東部沿海城市的增速(北京30.63%[18]，上海19.42%[3]，天津14.93%[4])。另外，電子廢棄物產(chǎn)生重量從2015年的10.97萬(wàn)噸增長(zhǎng)到2025年的31.64萬(wàn)噸，年均增速達(dá)到18.86%，高出數(shù)量增速4個(gè)百分點(diǎn)，主要是因?yàn)楸３指咚僭鲩L(zhǎng)的電冰箱、空調(diào)器的單位重量(60 kg、55 kg)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他電子廢棄物(23 kg、23 kg、25 kg)。(2) 從產(chǎn)生結(jié)構(gòu)來(lái)看，電冰箱、空調(diào)器、洗衣機(jī)廢棄物產(chǎn)生量以年均55.04%、20.55%、17.40%的速度高速增長(zhǎng),而電視機(jī)和家用電腦廢棄物產(chǎn)生量則以年均1.77%、10.85%的增速緩慢增長(zhǎng)，這種兩極分化的增長(zhǎng)趨勢(shì)為重慶市電子廢棄物回收處理工作提供了方向，即重點(diǎn)關(guān)注電冰箱、空調(diào)器的回收處理。(3) 從增長(zhǎng)趨勢(shì)來(lái)看，未來(lái)10年，占比最高(2015年占比31.05%，2025年占比38.33%)的空調(diào)器呈現(xiàn)波動(dòng)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，經(jīng)歷快速增長(zhǎng)、緩慢下降、緩慢增長(zhǎng)3個(gè)階段；電冰箱則呈現(xiàn)出單調(diào)快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，增長(zhǎng)速度之快需要引起重點(diǎn)關(guān)注；電視機(jī)和洗衣機(jī)則呈現(xiàn)出先增長(zhǎng)后減少的趨勢(shì)，分別在2022年、2023年達(dá)到峰值；家用電腦則保持穩(wěn)定緩慢增長(zhǎng)的狀態(tài)，且增長(zhǎng)速度呈現(xiàn)放緩的趨勢(shì)。

表5 主要電子產(chǎn)品報(bào)廢年限分布

注：不同廢棄年限下的廢棄比例，括號(hào)內(nèi)的數(shù)字表示從新增當(dāng)年開(kāi)始計(jì)算所經(jīng)過(guò)的年數(shù)，括號(hào)前的數(shù)字表明當(dāng)年的廢棄比例，比如電視機(jī)一行中的10%(8)表示從新增當(dāng)年開(kāi)始計(jì)算，第8年的廢棄比例為10%。

表6 2015—2025年重慶市主要電子廢棄物產(chǎn)生量預(yù)測(cè)結(jié)果

圖2 2015—2025年重慶市主要電子廢棄物 產(chǎn)生數(shù)量預(yù)測(cè)結(jié)果

四、結(jié)論與建議

未來(lái)10年，重慶市主要電子廢棄物產(chǎn)生量呈現(xiàn)出總量快速增長(zhǎng)、個(gè)體差異明顯的特征。2015年、2025年總產(chǎn)生數(shù)量(總產(chǎn)生重量)分別達(dá)到297.82萬(wàn)臺(tái)(10.97萬(wàn)噸)、737.00萬(wàn)臺(tái)(31.64萬(wàn)噸)，年均數(shù)量增速和重量增速分別達(dá)到14.75%、18.86%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出全國(guó)平均水平。從產(chǎn)生結(jié)構(gòu)和產(chǎn)生趨勢(shì)來(lái)看，電冰箱以年均55.04%的增速保持單調(diào)快速增長(zhǎng)；空調(diào)器則以年均20.55%的增速呈現(xiàn)先快速增長(zhǎng)，再緩慢下降，進(jìn)而緩慢增長(zhǎng)的趨勢(shì)；其他電子廢棄物則呈現(xiàn)緩慢增長(zhǎng)的趨勢(shì)。

針對(duì)各類(lèi)電子廢棄物未來(lái)產(chǎn)生量的增長(zhǎng)趨勢(shì)和特征，提出以下政策建議：一是發(fā)展專(zhuān)業(yè)化電子廢棄物處置企業(yè)，重慶市主要電子廢棄物快速增長(zhǎng)，而資質(zhì)處理企業(yè)不足，因此建議新建2～3個(gè)區(qū)域性電子廢棄物處理企業(yè)，提高電子廢棄物的處理能力。二是重點(diǎn)關(guān)注電冰箱、空調(diào)器的回收處理，這兩類(lèi)電子廢棄物重量合計(jì)占到電子廢棄物總量的60.33%，且保持高速增長(zhǎng)，重點(diǎn)處理電冰箱、空調(diào)器具有更大的成本效益。三是本文對(duì)電子廢棄物的預(yù)測(cè)是基于穩(wěn)定的經(jīng)濟(jì)環(huán)境、突變因素較少的前提下作出的，然而近年來(lái)隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度放緩和房地產(chǎn)市場(chǎng)降溫，這些與家電產(chǎn)品密切相關(guān)的不確定因素會(huì)對(duì)電子廢棄物的產(chǎn)生量帶來(lái)較大的影響，因此相關(guān)政策制定者在對(duì)電子廢棄物的回收處理進(jìn)行長(zhǎng)期規(guī)劃時(shí)，需要考慮到這些不確定性因素的影響。

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(責(zé)任編輯 魏艷君)

Research on the Prediction of Major Electronic Waste Generation in Chongqing

HE Kai-lun, SUN Hui-long, CHENG Chuang-ye

(School of Management, Chongqing University of Technology, Chongqing 400054, China)

This paper primarilystudy on the television sets, refrigerators, washing machines, air conditioners and home computers, and predicts the electronics holdings in Chongqing with BP neural network model. Based on the this, this study forecast the generation and weight of electronic waste of 2015—2025 in Chongqing with market-supply Model A. The results show thatthere will be a rapid growth of main electronic waste of television sets, refrigerators, washing machines, air conditioners and home computersin Chongqing in next 10 years，but the wastes are far beyond the processing capacity of the factories.Facing the challenge of increased electronic waste, it suggests that the Chongqing government should improve e-waste recycling in the development of specialized electronic waste disposal companies, focus on recycling refrigerators and air conditioners, and consider the impact of uncertainties, etc.

electronic waste; generation prediction; BP neural network

2016-03-22

重慶市社會(huì)科學(xué)規(guī)劃項(xiàng)目“重慶工業(yè)園區(qū)廢棄物利用合作機(jī)制研究”(2012HQZZ04)

何開(kāi)倫(1965—)，男，重慶人，教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向：物流與供應(yīng)鏈管理。

何開(kāi)倫，孫會(huì)龍，程創(chuàng)業(yè).重慶市主要電子廢棄物產(chǎn)生量預(yù)測(cè)研究[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué))，2016(10):47-52.

format：HE Kai-lun, SUN Hui-long, CHENG Chuang-ye.Research on the Prediction of Major Electronic Waste Generation in Chongqing[J].Journal of Chongqing University of Technology(Social Science)，2016(10):47-52.

10.3969/j.issn.1674-8425(s).2016.10.007

F205

A

1674-8425(2016)10-0047-06