城市区级层面生活垃圾收集的“空间 - 效率”匹配理论及优化路径

1. 绪论

随着城市化进程的不断加快，城市区级区域的生活垃圾产量持续攀升，给区环卫局的垃圾收集工作带来了巨大挑战。垃圾收集作为环境卫生管理的前端环节，其效率和质量直接影响着城市的整体环境面貌与居民生活品质。当前，许多区级区域在生活垃圾收集过程中，存在着空间布局不合理、收集效率低下等问题，如部分区域垃圾收集点覆盖不足导致垃圾堆积，而部分区域又因设施重复建设造成资源浪费。基于此，本文聚焦城市区级层面，研究生活垃圾收集的“空间- 效率”匹配理论，构建相应的理论模型，并提出切实可行的优化路径。

2. 文献综述与理论基础

2.1 生活垃圾收集系统研究现状

生活垃圾收集系统是城市环境卫生体系的重要组成部分，核心在于实现垃圾从产生源头到处理设施的高效转运。当前研究多集中于单一环节优化，在空间布局上，存在收集点设置与人口分布、垃圾产量不匹配的问题；在收集效率方面，车辆调度不合理、路线规划欠佳等导致成本过高、耗时过长。现有研究的瓶颈在于未能将空间布局与效率提升进行有效融合，难以实现系统整体优化。

2.2“空间- 效率”匹配理论框架构建基础

空间 - 效率匹配的理论基础包括空间分析理论、效率优化理论及二者关联的整合框架。空间分析理论方面，常用重心法、P - 中值模型等空间布局优化模型，重心法适用于单设施选址，P - 中值模型用于多候选点选最佳位置以降低总运输成本，这些模型在垃圾收集点等设施选址布局中应用广泛，GIS 技术为空间布局精准规划提供支持。效率优化理论中，运筹学方法对车辆路径优化作用显著，VRP 模型是核心，合理规划车辆路线可实现运输距离最短等目标，员工操作熟练度、车辆维护状况等影响收集效率。现有研究多单独关注空间布局或效率优化，忽略二者关联。实际上，空间布局是效率提升的基础，效率优化是空间合理布局的体现。“空间 - 效率” 匹配的核心是在垃圾收集空间布局科学合理的前提下，优化资源配置和操作流程，实现收集效率最大化和系统整体最优。

3.“空间 - 效率”匹配理论模型构建

3.1 理论模型构建思路

模型构建的整体目标是实现生活垃圾收集空间布局与效率提升的协同优化。构建过程遵循实用性、可操作性原则，充分考虑区级区域的道路状况、预算等现实约束，确保模型能切实应用于区环卫局的实际工作。

3.2 模型要素定义

输入变量包括人口密度、垃圾产量、道路网络状况、现有收集点位置等；输出变量涵盖最佳收集路线、垃圾桶数量和位置、总收集成本、收集时间等；约束条件主要有车辆容量限制、每日收集时间窗口、财政预算限制、道路通行限制等。

3.3 模型构建方法

本文采用“改进的覆盖模型 + VRP”的构建方法。首先，运用改进的覆盖模型，以最大化居民覆盖范围、最小化设施建设成本为目标，确定垃圾桶的最佳设置点。其核心公式为：Maximize ∑ ( 居民覆盖比例 )-λ×( 设施建设总成本 )，其中 λ 为成本权重系数。接着，基于确定的垃圾桶位置，利用 VRP 模型优化收集路线，以总行驶距离最短为目标，公式为：Minimize Σ ( 各车辆行驶距离)，同时满足车辆容量等约束条件。该方法先确保空间布局合理，再提升收集效率，步骤清晰，适用于区级区域的垃圾收集规划。

3.4 模型验证与评估

采用模拟数据对模型进行测试，模拟数据参考典型区级区域的人口、垃圾产量等特征生成。模型评估指标包括收集成本（如车辆燃油费、人工成本等）、服务覆盖率（被收集点覆盖的居民比例）、时间效率（完成一次收集所需平均时间）等，通过这些指标判断模型的有效性和适用性。

4. 区级层面生活垃圾收集优化路径

4.1 收集模式优化

在区级层面，生活垃圾收集模式的优化是提高垃圾管理效率的关键。常见的收集模式包括固定线路收集、定点投放收集和预约收集。固定线路收集模式是指垃圾收集车辆按照预设的路线和时间表进行垃圾收集，这种模式适用于垃圾产量稳定、人口密集的区域。定点投放收集模式则要求居民将垃圾自行送至指定的收集点，这种模式适用于管理规范、居民素质较高的住宅小区。而预约收集模式则是居民根据自身需求提前预约垃圾收集服务，适用于垃圾产量较少且分布较为分散的偏远区域。

为了实现收集模式的优化，我们可以采取策略性的组合方式。在人口密集、商业活动频繁的区域，可以采用高频次的固定线路收集，确保垃圾能够及时清理。而在偏远郊区，则可以推广预约收集模式，根据居民的需求提供灵活的垃圾收集服务。通过这种模式组合的优化，可以大大提高垃圾收集的效率和覆盖面。

4.2 空间布局优化策略

空间布局的优化是提高垃圾收集效率的另一个重要方面。在布局垃圾桶时，应遵循“服务半径合理、覆盖全面”的原则。商业区由于人流量大、垃圾产生速度快，需要增加垃圾桶的密度，缩短服务半径，确保垃圾能够及时收集。而在居民区，则应注重垃圾分类，合理设置不同类别垃圾的投放设施，同时要考虑到设施的位置既要便于居民投放，又不能影响居民的生活环境。

4.3 路线优化与车辆调度策略

利用车辆路径问题（VRP）模型对垃圾收集路线进行优化，可以有效减少车辆的迂回和重复行驶，提高收集效率。同时，结合实时交通信息系统，可以动态调整垃圾收集路线，避开拥堵路段，确保垃圾收集的及时性。此外，建立智能调度系统，根据各区域的垃圾产量和车辆状态，合理分配车辆和任务，例如将大容量车辆分配至垃圾产量大的区域，可以进一步提高车辆的利用率。

4.4 信息化与智能化应用

在垃圾收集过程中，信息化和智能化技术的应用也起着至关重要的作用。通过在垃圾桶上安装传感器，可以实时监测垃圾桶的满溢状态，并将数据传输至管理中心，实现精准的垃圾收集。同时，建立垃圾收集管理平台，整合收集点信息、车辆状态、垃圾产量等数据，通过数据分析为决策提供支持。此外，利用大数据分析历史数据，可以预测不同时段的垃圾产量，提前做好资源的调配。

4.5 公民参与与可持续发展

公民的参与是推动垃圾管理可持续发展的重要因素。通过加强垃圾分类的宣传教育，提高居民的环保意识，可以促进垃圾分类的普及和实施。通过社区讲座、宣传册等形式普及垃圾分类知识，让居民了解垃圾分类的重要性和方法。同时，建立奖励机制，对正确分类投放垃圾的居民给予积分奖励，可以激励居民积极参与垃圾分类。此外，倡导居民减少垃圾产生，推动垃圾资源化利用，也是促进区级区域生活垃圾管理可持续发展的重要措施。通过这些措施，可以提高垃圾管理的效率和质量，为居民创造更加清洁、舒适的生活环境。

5. 结论

本文构建的城市区级层面生活垃圾收集“空间 - 效率”匹配理论及模型，为解决当前垃圾收集存在的空间布局与效率问题提供了新思路。通过优化收集模式、空间布局、路线调度及应用信息化技术等路径，可有效提升区环卫局垃圾收集工作的科学性与高效性。未来可结合具体区域实际数据进一步完善模型，使其更具实践价值，为城市环境卫生管理水平的提升贡献力量。

参考文献：

[1] 闫芳, 陈欢欢, 何永全, 等. 城市生活垃圾收运路径优化问题研究综述 [J]. 昆明理工大学学报 ( 自然科学版 ),2023,48(04):109-122.

[2] 王雨帆 . 基于蚁群算法的多频率垃圾收运路径优化研究 [J].物流工程与管理 ,2016,38(05):205-206.

[3] 王瑞, 单而芳. 基于油耗和低碳的垃圾收集路径优化研究[J].赤峰学院学报 ( 自然科学版 ),2014,30(16):26-28.

作者简介： 吴艳艳，女，1984-04，工作于.

吴艳艳 [ 作者简介： 吴艳艳，女，1984-04，工作于.]