автореферат диссертации по транспорту, 05.22.10, диссертация на тему:Разработка методики планирования перевозок твердых коммунальных отходов автомобильным транспортом

На правах рукописи

СЕВЕРОВА Евгения Сергеевна

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПЛАНИРОВАНИЯ ПЕРЕВОЗОК ТВЕРДЫХ КОММУНАЛЬНЫХ ОТХОДОВ АВТОМОБИЛЬНЫМ ТРАНСПОРТОМ

Специальность 05.22.10 - Эксплуатация автомобильного транспорта

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2006

Работа выполнена на кафедре «Организация перевозок, управления и безопасности на автомобильном транспорте» ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет»

Научный руководитель — доктор экономических наук, доцент

Горев Андрей Эдливич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Лукинский Валерий Сергеевич;

кандидат технических наук, доцент Егоров Александр Борисович

Ведущая организация - Институт проблем транспорта РАН,

Санкт-Петербург

Защита диссертации состоится 19 декабря 2006г. в 15°° часов на заседании диссертационного совета Д 212.223.02 при ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет» по адресу: 198103, С.-Петербург, Курляндская ул. 2/5, ауд. 340-К. Электронная почта: opubat@ari.spb.ru Телефакс: (812)316-58-72

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет»

Автореферат разослан 17 ноября 2006г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат технических наук, доцент

С.В. Репин

с?ос&А_

ОБЩАЯ ХАРАКШРИСПЖА РАБОТЫ

Аищалыюсглъ телгы. В России для удаления твердых коммунальных отходов (ТКО) широта применяется специализированный автомобильный транспорт различных типов, в зависимости от применяемой технологии вывоза. Существующие на сегодняшний день технолоппт вывоза ТКО можно разделить на баковую к контейнерную. Послсданл, в свою очередь, может быть прямой или двухэтал-ной. Баковая технология вывоза ТКО подразумевает применение автомобильного транспорта, осуществляющего перегрузку отходов в оснащенный системой прессования кузов из баков непосредственно в местах накопления отходов. Контейнерная технология основана на применении сменных кузовов-контейнеров, устанавливаемых дум сбора отходов на специализированных площадках. Применение контейнерной технологии сопряжено с использованием большего количества транспортных средств, большими пробегами в транспортной системе вывоза ТКО, большей загруженностью улиц городов и пригородных дорог, но отказ от нее невозможен ввиду ее высокой эффективности для заказчика - накопителя отходов.

В последние годы в мировой и отечественной практике наблюдается тенденция замены прямого вывоза ТКО двухэтапным с использованием мусороперегру-зочных станций (МПС). Эта технология особенно активно внедряется в городах, в которых полигоны ТКО расположены на значительном расстоянии от города.

Преимущества, которые дает применение МПС, зависят от решения ряда технических и организационных вопросов. В их-числе: определение места расположения МПС, ее производительности и определения количества таких станций для города или обслуживаемого района.

Таким образом, на сегодняшний день существует острая необходимость разработки методики, позволяющей усовершенствовать контейнерную систему вывоза ТКО с использованием МПС, которая позволит в значительной мере сократить связанные с процессом транспортировки издержки, уменьшить негативное воздействие на экологию, сократить нагрузку на улично-дорожную сеть и повысить качество предоставляемой услуги для конечного потребителя. Эта методика должна учитывать все основные характеристики и особенности рассматриваемой транспортной системы и позволять производить необходимые расчеты при помощи широко распространенных программных продуктов, нашедших широкое применения в области решения сходных задач.

Цепью настоящей диссертационной работы является разработка методики планирования перевозок ТКО автомобильным транспортом.

Для достижения указанной цели необходимо осуществить решение следующих задач:

'' 1. Провести анализ существующей системы планирования удаления ТКО

в крупных городах автомобильным транспортом;

2. Проанализировать возможность планирования перевозок ТКО при помощи существующих на сегодняшний день методов логистических сетей;

БИБЛИОТЕКА С.-Петербург

ОЭ 200$ап^бУ4

3. Определить структуру затрат, связанных с удалением ТКО и систему критериев для оптимизации потоков отходов;

4. Разработать методику проектирования транспортно-логистической сети вывоза ТКО, включающую:

в модель оптимального закрепления источников образования и накопления ТКО за пунктами размещения и утилизации,

® модель оптимального закрепления источников образования и нятэпцения ТКО за МПС и МПС за пунктами размещения и утилизации,

• модель определения оптимального расположение одной МПС на транспортной сети, модель добавления МПС на транспортной сети к уже имеющейся,

о алгоритм определения координат требующегося количества МПС на транспортной сети.

5. Провести оценку экономической эффективности предлагаемой методики;

6. Разработать программное обеспечение для проведения расчетов в рамках предлагаемой методики.

Объектом исследования являются перевозки ТКО автомобильным транспортом.

Предметом исследования являются методы оптимизации транспортных потоков при осуществлении транспортировки ТКО с использованием или без использования МПС, как терминального комплекса, применяемого в коммунальном хозяйстве.

Общая методология исследования базируется на принципах теории логистики, системного анализа, моделирования, и позволяет рассмотреть проблему эффективности функционирования транспортно-логистической сети с точки зрения вывоза ТКО.

Научная новизна диссертационного исследования заключается в разработке модели оптимального планирования перевозок ТКО, включающей:

• Модель оптимального закрепления источников образования и накопления ТКО за пунктами размещения и утилизации, позволяющая значительно сократить пробеги в транспортно-логистической системе вывоза ТКО;

в Модель оптимального закрепления источников образования и накопления ТКО за МПС и МПС за пунктами размещения и утилизации, позволяющая сократить пробеги транспорта малой и большой грузоподъемности, осуществляющего перевозку ТКО;

• Модель определения оптимального расположения одной МПС на транспортной сети, позволяющая сформировать такую транспортно-логистическую систему вывоза ТКО, которая сможет значительно разгрузить улично-дорожную сеть от большегрузного транспорта и сократить пробеги в системе вывоза ТКО в целом;

в Модель добавления МПС на транспортной сети к уже имеющейся, позволяющая развить транспортно-логистическую сеть вывоза ТКО, добавив еще одну МПС в том случае, когда имеющихся на сети МПС недостаточно;

® Алгоритм определение координаттребующегося количества МПС на транспортной сети, позволяющий сформировать транспортгно-логистическую сеть вывоза ТКО с необходимым количеством МПС, которая позволит значительно сократить пробеги транспорта и нагрузку на улично-дорожную сеть города.

Hpzïzrdi чса:аа значимость результатов исследования заключается в возможности поЕЫшеши эффективности функционирования транспортно-логистичесгай сети вывоза TICO за счет оптиг.гзльмого раг.кщеши МПС и оптимального планирования потоков ТКО мезду заказчиками, МПС и пунктами приема и размещения. Для получения практических результатов разработана наглядная схема решения в Microsoft Excel.

Апробация работы. Основные положения исследования излагались на 62-й научной конференции профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов университета, 58-й международной научно-технической конференции молодых ученых.

Публикации. Основное содержание работы отражено в 4 опубликованных f работах.

Структура и объем работы. Диссертационная работа содержит 130 страниц текста, состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы из 74 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе проведен анализ сложившейся на сегодняшний день в России ситуации в области обращения с ТКО, включая их образование, накопление, транспортировку и утилизацию.

В России широко применяется система удаления ТКО, основанная на накоплении отходов в контейнерах или баках различной емкости и дальнейшем их вывозе автомобильным транспортом на усовершенствованные свалки - полигоны или мусороперерабатывающие заводы.

Использование баков осуществляется в домах, оснащенных системой мусоропроводов. Они также устанавливаются на контейнерных площадках в тех случаях, когда объемы накопления являются незначительными. Сбор ТКО осуществляет мусоровозный автомобиль, оснащенный прессовальным механизмом. Загруженные баки перегружаются в кузов автомобиля и возвращаются на место.

При больших объемах образования и накопление ТКО применение баков на контейнерных площадках нецелесообразно ввиду того, что установка большого количества баков требует значительных площадей, а также ввиду большой стоимости самих баков. В этих случаях для накопления ТКО устанавливаются сменные контейнера различной емкости. Эта система нашла широкое применение в Санкт-Петербурге в районах старой застройки, где отсутствуют мусоропроводы, и один контейнер используется для сбора ТКО с нескольких жилых домов, контейнера часто устанавливаются на территориях предприятий, офисных центров, гостиничных комплексов и т.п. » Проведенный анализ показал, что наибольшей эффективностью обладает тех-

нология сбора ТКО, при которой накопление отходов производится в установленный у заказчика контейнер. Транспорт малой грузоподъемности осуществляет замену контейнера на месте накопления и перегружает отходы из вывезенного контейнера на мусороперегрузочной станции, где отходы подвергаются сортировке,

прессованию и погрузке в контейнер большой емкости, в котором они далее вывозятся на мусороперерабахывающий завод или полигон. Фактически она представляет собой применение терминальной технологии перевозки при обслуживании коммунального хозяйства большого города. Однако важным условием эффективности функционирования МПС является оптимальность ее расположения натранс-портно-логистической сети вывоза ТКО.

Существенный вклад в изучение вопросов управления транспортными потоками внесли: Беляев В.М., Горев А.Э., Троицкая H.A., Чубуков А.Б.; в изучение логистического обслуживания потребителей транспортных услуг: Абалонин С.М., Дыбская В.В., Лукинский B.C., Миротин Л.Б., Сергеев В.И., Смехов A.A.; в изучение вопросов оптимизации транспортных потоков; Авен О.И., Васильева Е.М., Галабурда В.Г., Левит Б.Ю., Леоненков A.B., Лившиц В.Н., Ловецкий С.Е., Моисе-енко Г.Е., Кожин Д.П.; в изучение вопросов удаление отходов автомобильным транспортом: Алексеев Г.М., Дударев А.Я., А.Н., Мягков М.И., Новиков Г.В., Ольшанский В.А., Разнощик В.В., Скорик Ю.И., Федоров Л.Г'., Флоринская Т.М. и другие. Тем не менее, проблеме формирования транспортно-логистической сети вывоза ТКО с применением МПС до сих пор уделялось мало внимания. Существующие на сегодняшний день методики позволяют определить оптимальное расположение одного или нескольких складов на транспортной сети, но они не могут быть применены для определения оптимального расположения МПС и распределения потоков ТКО ввиду ряда характерных особенностей рассматриваемой системы. Такими особенностями являются:

1. Платный прием ТКО на полигонах или мусороперерабатывающих заводах.

2. Уплотнение отходов на МПС и следовательно несоответствие количества отходов вывозимых с мест накопления и завозимых в места приема и размещения, а также возникновение дополнительных затрат на переработку отходов.

3. Отсутствие заданного количества отходов, которое должно быть завезено в каждое из мест приема и размещения. Количество принимаемых отходов ограничивается максимальным объемом переработки на каждом из полигонов или мусороперерабатывающих заводов.

4. При наличии талонов на утилизацию на какой-либо полигон или мусоро-перерабатывающий завод, предоставляемых городской или районной администрацией, возникает ограничение минимального количества отходов, которые должны быть завезены на этот полигон или завод. Это количество отходов принимается от перевозчика к размещению бесплатно.

В результате проведенного анализа выявлено, что на сегодняшний день существует необходимость разработки методики, позволяющей оптимизировать функционирование транспортной сети вывоза ТКО в части определения оптимального расположения МПС и распределения потоков ТКО, которая лежит в основе данной диссертационной работы. Эта методика должна учитывать существующие на сегодняшний день тенденции развития технологий удаления отходов, в том числе

направленные на применение технологии раздельного сбора отходов.

Во старой глвег произведена разработка методик и алгоритмов, направленных на решение поставленные в данной диссертационной работе задач.

На начальном этапе планирования перевозок ТКО необходимо осуществить выбор ПС, который будет использоваться для транспортировки TICO на этапе сбора от мест накопления и на этапе магистральной перевозки. Применяемый при данной технологии транспортировки му сировозный транспорт делится на три категории в зависимости от грузоподъемности: малой грузоподъемности (до 5 т), средней грузоподъемности (до 10 т) и большой грузоподъемности (свыше 10 т).

Транспорт малой и большой грузоподъемности может использоваться для сбора ТКО от мест накопления в контейнерах объемом б, 8 или 12 м3. Транспорт большой грузоподъемности целесообразно применять для магистральной перевозки спрессованных отходов в контейнерах 20, 27 или 33 м3 Выбор ТС может производиться методом ранжирования с учетом таких характеристик как грузоподъемность ТС, стоимость, соответствие экологическим требованиям и т.п.

На следующем этапе необходимо распределить потоки транспорта, осуществляющего перевозку ТКО, и в случае необходимости, провести планирование транспортной сети удаления ТКО при помощи размещения одной или нескольких МПС. Для этого в данной работе предложены рассматриваемые далее четыре модели и один алгоритм, выбор которых для применения определяется исходными условиями на транспортной сети вывоза ТКО.

Затраты, формирующие себестоимость услуги по вывозу ТКО, включают в себя затраты на транспортировку ТКО, стоимость переработки ТКО на МПС и стоимость утилизации ТКО на полигоне. Определяются эти затраты по формуле:

iS* = Smp + Smp -Ь Sy > (1)

где Smp - затраты на транспортировку ТКО, руб., S - затраты на переработку ТКО, руб., Sy — затраты на утилизацию ТКО, руб.

В свою очередь, затраты на транспортировку в общем виде предотавляют со' бой затраты на выполнение транспортной работы. Как правило, транспортная работа определяется в тонно-километрах. Однако в области обращения с ТКО принято употреблять в качестве единиц измерения не тонны, а кубические метры. Для этого во всех расчетах целесообразно осуществлять перевод тонн в кубические метры при помощи специального коэффициента. То есть, затраты на транспортировку определяются следующим образом:

S*p = C*p*Qm* N, (2)

где: Стр - стоимость транспортировки 1 м3 ТКО на 1 км, руб., Qm - количество транспортируемых ТКО, т, т] - коэффициент перевода количества ТКО, измеренного в тоннах в кубические метры, L - длина ездки при транспортировке ТКО, км, N— число оборотов.

Протяженность маршрута определяется исходя из координат пунктов отправления и назначения:

L = Xiy2+{Yi-Yi)n , (3)

где: X - координаты по оси абсцисс условно выбранной системы координат, Y - координаты по оси ординат условно выбранной системы координат.

7

По этой формуле определяется расстояние от каждого заказчика до МПС и от МПС до каждого полигона.

Ввиду того, что вывозы ТКО от каждого из заказчиков в зависимости от различных объемов накопления могут производиться с разной интенсивностью все расчеты целесообразно производить не для одного дня, а на достаточно длительный период, например месяц или даже квартал. Соответственно число ездок от

пп»Пп.«1»п ««/« Л ДПР т ттл «гпппаФЛт »*апт ш птулгтл»/ г ж плтглтпп лда •мтп.ям^.я ТТ/'Л

ОЙПОЛПЛ'» пи ну лшшуам/« цъмшдш шуушш <1 оииииш 1/1. ШЛПЧ^Юа ХХ\Л^

подлежащих завозу на МПС от заказчика и объема транспортируемого контейнера. Обе величины, как правило, определяются в кубических метрах.

= (4)

Ф

где: д1 - вместимость контейнера, перевозимого транспортом малой грузоподъемности, м3.

Число ездок с МПС на полигоны также может не является целым числом и зависит от количества ТКО, подлежащих вывозу с МПС на полигоны и объема контейнера, используемого для магистральной перевозки. Сумма ТКО, завезенных на все полигоны, будет меньше суммы всех ТКО, вывезенных от заказчиков, ввиду производимого на МПС уплотнения. При определении количества ездок уплотнение ТКО на МПС учитывается соответствующим коэффициентом, величина которого зависит от используемого на МПС оборудования для прессования отходов.

НшО^, (5)

где: ц2 - вместимость контейнера, перевозимого транспортом большой грузоподъемности, м3, у - коэффициент утрамбовки отходов на МПС.

Затраты на утилизацию зависят от установленной на полигоне стоимости утилизации на 1 м3 ТКО и от объема утилизируемых отходов и определяются следующим образом:

& = (б) где: С - стоимость утилизации 1 м3 ТКО, руб.

Объем утилизируемых отходов может определяться двумя способами:

1. как объем ТКО завозимых на полигон, в том случае, если ни один из заказчиков не имеет выданных администрацией талонов на утилизацию своих отходов на полигоне и все расходы на утилизацию полностью, несет перевозчик;

2. как разница между суммарным завозимым на полигон объемом ТКО и тем объемом, на который заказчики предоставляют выданные администрацией талоны на утилизацию.

Во всех рассматриваемых далее моделях в качестве критерия оптимизации используется себестоимость услуги по вывозу и утилизации ТКО, определяемая по формуле 1.

Первой из рассматриваемых в данной работе моделей является модель поиска оптимального закрепления источников образования и накопления ТКО за пунктами размещения и утилизации. Бе применение актуально для планирования пе-

psEozoi; TKO на существующей транспортной сети без МПС.

Известно имеющееся на транспортной сета галичестш заказчиков, образующих ТКО, и количество полигонов, осуществляющих прием ТКО, лимиты образования отходов для заказчиков и максимальные объемы размещения длл полигонов. Известны также стоимости размещения 1 м3 ТКО на каяздом из полигонов, стоимости транспортировки 1 м3 ТКО на 1 км. Необходимо осуществить закреп-ленке заказчиков за полигонами таким образом, чтобы затраты б транспоршо-логистической сети были минимальны.

Целевая функция или функция себестоимости в данном случае имеет следующий вид:

гг п п

S = Сою NiJAS * Q';AD + * öfl min, (7)

м /=i /=i

где: А - заказчики, В- полигоны, п- количество заказчиков, т - количество полигонов, С0 - стоимость транспортировки 1м3 ТКО от заказчика на полигон, руб., Ltj - расстояние между г-м заказчиком и j-ы полигоном, км, NtJ -количество ездок от i-ro заказчика на j-й полигон, Qtj -количество ТКО, перевозимых от i-ro заказчика наj- й полигон, м3, С — стоимость утилизации 1 м3 ТКО наj-u полигоне, руб,, Qj- количество ТКО, размещаемых на j-м полигоне, м3.

Система ограничений включает в себя следующие уравнения:

я

Qu = J^QijAn,j = \...т и

Qhab ä0,/= 1 ,.n,j = 1 ...т

' (8)

/-1 ¡л Q/в i Qjaw^i =■ 1 ..Jil где: Q - максимальный объем завоза ТКО на j-й полигон, м3.

Первое условие означает, что от каждого заказчика ТКО могут бьггь завезены на любой из полигонов.

Количество ТКО, перевозимых от каждого из заказчиков на каждый из полигонов, является величиной неотрицательной, второе условие.

Суммарное количество ТКО, вывезенных от всех заказчиков, равно суммарному количеству ТКО, завезенных на все полигоны, третье условие.

Суммарное количество ТКО, завозимых на каждый из полигонов, не превышает его максимальной вместимости, четвертое условие.

При наличии талонов на утилизацию ТКО, выдаваемых администрацией какому-либо из заказчиков в систему ограничений необходимо добавить еще одно условие, гарантирующее, что все выдаваемые администрацией талоны будут реализованы на соответствующем полигоне:

QiB>Q,oJ = \...m, (9)

вде: Q;o - обязательный объем завоза ТКО на/-й полигон по талонам администрации, м3.

Целевая функция принимает следующий вид:

S = Com »¿jr^yiB0 Ицю * QijAB + ¿CjB * (Qu - Qo) -» min. (Ш

Ш /Ol jei

Не обходимо отметить, что транспорт движется не по прямой от точки отправления до точки назначения, а в соответствии с улично-дорожной сетью, то есть при решении данной используются расстояния между пунктами, полученные при помощи контрольных замеров маршрутов, а не определяемые по формуле 4.

Второй из рассматриваемых в данной работе моделей является модель поиска оптимального закрепления источников образования и накопления ТКО за МПС и МПС за пунктами размещения и утилизации. Применение этой модели необходимо в том случае, если рассматриваемая транспортная сеть является более сложной и включает в себя МПС, на которой производится перегрузка и уплотнение отходов.

Исходными данными являются количество заказчиков, образующих ТКО, количество МПС и количество полигонов, осуществляющих прием ТКО, на транспортной сети, лимиты образования отходов для заказчиков, максимальные пропускные способности МПС и максимальные объемы размещения для полигонов. Известны стоимости размещения 1 м3 ТКО на каждом из полигонов, стоимость переработки 1 м3 TICO на МПС, стоимости транспортировки 1 м3 ТКО на 1 км транспортом малой 1рузоподъемности от заказчика до МПС и транспортом большой грузоподъемности от МПС до полигонов. Необходимо осуществить такое закрепление заказчиков за МПС и МПС за полигонами, при котором общие затраты в транспортно-логистической системе будут минимальны при условии, что все потоки ТКО от заказчиков на полигоны осуществляются через МПС.

Целевая функция в данном случае имеет следующий вид:

п m m к

s=со/не * X Z L'fA"' * м'рЛП' * ß''"1+Com' * Z Z L"'m *NiphW * Q»B+ (=i j* i /=i p=i

+ t^CPir*QPA+'£jCß*QiB->mn '

/Ol p=I !=1

где: W - МПС, Cm - стоимость переработки 1 м3 ТКО нар-й МПС, руб.

Система ограничений:

yd M

QjB ¿ Q¡Bwmtj = 1..JH

m

и

*

ßM = £öw,/ = l...H , (12)

p=i

к

QiB = 'YtQipBj-\..jn í>=i

QipB £ 0 J = \...m,p = 1 ...k

где /: - количество МПС, О..^ - максимальный объем переработки ТКО на ¡>й МПС, м\

ПерЕое уравнение системы ограничений обеспечивает соответствие между суммарным количеством завезенных на полигоны отходов и суммарным количеством отходов, вывезенных от заказчиков, через достигаемое на каздой из МПС уплотнение.

Суммарное количество ТКО, завозимых на каждый из полигонов, не превышает его максимальной вместимости, второе неравенство системы ограничений.

Суммарное количество ТКО, завозимых на каждую из МПС, не превышает ее максимальной пропускной способности, третье неравенство.

Четвертое условие означает, что от каждого заказчика ТКО могут быть завезены на любую из МПС.

Количество ТКО, перевозимых от каждого из заказчиков на каждую из МПС, является величиной неотрицательной, пятое условие.

Шестое условие означает, что с каждой МПС ТКО могут быть завезены на любой из полигонов.

Количество ТКО, перевозимых с каждой МПС на каждый из полигонов, является величиной неотрицательной, последнее неравенство.

При наличии предоставляемых заказчиком талонов на утилизацию, в систему ограничений добавляется то же условие, что и в предыдущей задаче, формула 9. Целевая функция принимает следующий вид:

п т т к

5 = Солю "^^^Ьрмг* Nip.ii'/ * й>рл + Сот * X X* * б""+ /=1 № № р=1

+£ 2 * о»л+Ё * (0>в - 0°) т!п ' (13)

Как и в предыдущей модели, для учета условий улично-дорожной сети, в дан» ном случае целесообразно использовать расстояния между пунктами, взятые из актов обкатки маршрутов, а не определяемые формулой 4.

Третья представленная в данной работе модель необходима для нахождения оптимального расположения одной МПС на транспортной сети. Ее применение наиболее целесообразно на этапе планирования перевозок отходов в проектируемых районах городов.

Исходными данными является количество заказчиков, образующих ТКО, и количество полигонов, осуществляющих прием ТКО, на транспортной сети. Также заданы лимиты образования отходов для заказчиков и максимальные объемы размещения для полигонов. Известны стоимости размещения I м3 ТКО на каждом из полигонов, стоимость переработки 1 м3 ТКО на МПС, стоимости транспортировки 1 м3 ТКО на 1 км транспортом малой грузоподъемности от заказчика до МПС и транспортом большой грузоподъемности от МПС до полигонов. Необходимо найти такое расположение МПС, при котором общие затраты в транспорг-но-логистической системе будут минимальны при условии, что все потоки ТКО от заказчиков на полигоны осуществляются через МПС.

Целевая функция при решении данной задачи имеет следующий вид:

S = Сот* ]Г Luw *Nm-*Qa + Conw * ¿ L¡bw * Njbw *Qb +

J* I

+ Cíe + min

/1=1

Система ограничений включает в себя следующие уравнения:

£0» = Г*20и

/-1 /=1

шш

/=1

QíS á QlBm3x,j = 1..JW

(15)

Первое условие обеспечивает соответствие между суммарным количеством завезенных на полигоны отходов и суммарным количеством отходов, вывезенных от заказчиков.

Количество отходов, завозимых с МПС на каждый из полигонов, должно быть неотрицательной величиной. Это обеспечивается выполнением второго условия.

Суммарное количество отходов вывезенных от заказчиков в соответствии с третьим неравенством системы ограничений не должно превышать максимальную вместимость МПС.

Количество отходов, завозимых с МПС на каждый из полигонов не должно превышать максимальную вместимость полигона, последнее неравенство.

Если при проектировании МПС заранее известно, что часть заказчиков будет предоставлять выданные администрацией талоны на утилизацию TKQ, то оптимизируемая функция принимает следующий вид:

w m

S = CW * ]ГLmv * Nuw "Q¡a + Come *YjL¡b,v * N">"' * S® +

/=1 Jní

+Cic*¿6m+XOi*(0s-Qo)-> min ' ^

/-i

В систему ограничений также добавляется условие формулы 9.

Далее рассматривается модель добавления на транспортной сети новой МПС к уже имеющимся.

Эта задача возникает тогда, когда суммарное количество ТКО, образующихся у заказчиков, начинает превышать максимальную вместимость функционирующих на транспортно-логистической сети МПС, или же в планируемом районе одной МПС недостаточно для переработки всего предполагаемого объема отходов. Решение этой задачи, таким образом, целесообразно как на этапе планирования застройки городского района, так и для районов сложившейся застройки.

В качестве исходных данных рассматривается транспортная сеть с заказчиками полигонами и функционирующими МПС. Также известны лимиты образования отходов для заказчиков, максимальные объемы размещения для полигонов, вместимость уже существующих на транспортной сети МПС. Известны стоимости размещения 1м3 ТКО на каждом из полигонов, стоимости переработки 1 м3 ТКО на существующих и проектируемой МПС, стоимости транспортировки 1 м3 ТКО на 1 ши цмнсиортом малой грузоподъемности от заказчика до МПС и транспортом большой грузоподъемности от МПС до полигонов. Суммарный объем лимитов образования ТКО превышает вместимость существующих МПС.

Необходимо найти такое расположение новой МПС, при котором общие затраты в системе будут минимальны. Все потоки ТКО от заказчиков на полигоны осуществляются через МПС.

Решение поставленной задачи по добавлению МПС в существующую сеть приведет к ее изменению, пример которого представлен на рис. 1. В данном случае производится добавление одной МПС к одной имевшейся на сети.'

На рис. I. кружками обозначены заказчики, квадратами - полигоны размещения ТКО, треугольник обозначает существующую на транспортной сети МПС, а пунктирный треугольник - проектируемую. Жирные стрелки это магистральные перевозки ТКО, бледные - сбор ТКО от заказчиков на МПС. В общем виде целевая функция решаемой задачи имеет следующий вид:

II к п

5 = Сож * Ь?м * №рЛ1Г * 0<?л + Сола-* "^Ьтмг * ЫггА1г * <2лл + '

+ Совк * 2 ^ Ьртг * Црш * 0?в + Сошу * ^ Ь}тюг * Ы/тчг * О/тв +

/а! р.1 /-1

п к п л

+ ££0 * <2<рл ЧСтя- * + * 0в Ш1П

где: Т- проектируемая МПС.

У I В,

>

Рис. 1. Транспортно-логистическая сеть с двумя МПС 13

Система ограничений:

1=) '=1 <2(В2 0уВп=г,/!=1.Л1

2 ^ От"' ж,р = 1 «л

У^ (3® £ ппх

!с

Он = £ О,¿Л + / = 1 ..И

Р=1

й 0, / = 1 ..и, р = 1 ..&

(У/ТА ^ 0,/= 1..И

к

= 2 2'/-» + йга,= 1 ..ж

(2/> £0,7=1 „и,р = \..к Оив £ 0, У = 1..т ГргйЛ

где: грТ-расстояние между р-й и проектируемой МПС, км, Я - минимально допустимое расстояние между МПС, км.

Первое уравнение системы ограничений обеспечивает соответствие между суммарным количеством завезенных на полигоны отходов и суммарным количеством отходов, вывезенных от заказчиков, через достигаемое на существующей и проектируемой МПС уплотнение.

Количество отходов, завезенных на каждый из полигонов, не должно превышать его максимальную вместимость. Это обеспечивается выполнением условия второго неравенства системы ограничений.

Суммарное количество отходов, вывозимых от заказчиков на существующую МПС, не должно превышать максимальной вместимости данной МПС, третье неравенство. То же относится и к проектируемой МПС, четвертое неравенство.

Все отходы от каждого заказчика вывозятся на существующую и проектируемую МПС, пятое уравнение.

Количество отходов, вывозимых от каждого из заказчиков на существующую или проектируемую МПС является величиной неотрицательной, шестое и седьмое неравенство.

На каждый из полигонов ТКО завозятся с существующей и проектируемой МПС, восьмое уравнение.

Количество ТКО, завозимых на каждый из полигонов с существующей или проектируемой МПС, является величиной неотрицательной, девятое и десятое неравенство соответственно.

Условие одиннадцатого неравенства позволяет ввести минимально допустимое расстояние между уже существующей и проектируемой МПС.

При наличие талонов администрации в систему ограничений добавляется условие 9, а целевая функция в общем виде приобретает следующий вид:

п к п

S - Coaw "Nwir *Q/рл + Coaw * Lrnw *Nmw*Qim +

M pal /=1

t>í к n

+ Cobiy t^^LjpBw* NjpBw * QpB + COBW * L¡TBn> * A'jmr * Q¡m +

j-ijrf м (-¡g)

+ X Z CrW " 'iCm * ¿ Qm + * (Oto - 0o) min /«i p-i i=i

Последним рассматривается алгоритм определения координат требующегося количества МПС на транспортной сети.

Решение этой задачи может быть очень существенным на этапе проектирования застройки новых районов, или же при полном отсутствии МПС в районах сложившихся застроек.

Пусть задана транспортная сеть с заказчиками и полигонами. Также заданы лимиты образования отходов для заказчиков, максимальные объемы размещения для полигонов, вместимость проектируемых. Известны стоимости размещения 1 м3 ТКО на каждом из полигонов, стоимости переработки 1м3 ТКО на каждой из проектируемых МПС, стоимости транспортировки 1 м3 ТКО на 1 км транспортом малой грузоподъемности от заказчика до МПС и транспортом большой грузоподъемности от МПС до полигонов.

Необходимо найти такое расположение проектируемых МПС, при котором общие затраты в системе будут минимальны. Все потоки ТКО от заказчиков на полигоны осуществляются через МПС.

Ввиду ТОГО, ЧТО в этой задаче возникает очень большое количество неизвестных величин, ее решение целесообразно проводить путем сведения к двум предыдущим задачам. Решение производится в два этапа.

I. На первом этапе определяется расположение первой МПС на транспортной сети. Для этого пропускная способность проектируемой МПС условно приравнивается фактически требуемой величине или же величине заведомо превышающей требуемую. То есть при решении задачи не учитывается та максимальная пропускная способность, которой реально будет обладать проектируемая МПС. После того как решение будет найдено, устанавливается реальная максимальная пропускная способность проектируемой МПС, после чего необходимо перейти ко второму этапу.

И. На втором этапе производится добавление МПС к уже имеющейся. Для этого, как и на первом этапе, пропускная способность проектируемой МПС условно принимается равной величине заведомо превышающей требуемую. За уже существующей МПС закрепляется ее максимальная пропускная способность. После того, как координаты проектируемой МПС будут определены, а потоки ТКО

распределены ?.:г::;ду МПС и полигонами произЕоднгел сравнение ейпиены ТКО, приходящихся на вновь созданную МПС с ее максимальной пропускной способностью, не учтенной при решении задачи. Если фактическая величина не превышает максимальной пропускной способности, то задачу молено считать решенной, так как на рассматриваемой транспортно-логистической сети полученное количество МПС является достаточным. В противном случае необходимо вернуться к началу второго этана, тс есть произвести добавление МПС ка транспортной сстн к уже имеющимся. Повторение второго этапа производится до тех пор, пока количество ТКО, проходящих через последнюю проектируемую МПС не окажется меньше ее максимальной пропускной способности.

В третьей главе приведены решения каждой из рассмотренных ранее моделей и алгоритмов на примере Петроградского района Санкт-Петербурга.

Для решения взята выборка из двенадцати заказчиков, расположенных в Петроградском районе и обладающих значительным объемом накопления ТКО.

В качестве расчетного периода выбран один месяц.

Прием и размещение ТКО производится на трех объектах, далее условно называемых полигонами:

1. ООО «Полигон ТБО», расположенный в деревне Лепсари Всеволожского района, далее Полигон 1;

2. ЗАО «03 МПБО», расположенный в поселке Новоселки, далее Полигон 2;

3. ЗАО «Завод КПО», расположенный по адресу Волхонское шоссе д.109, далее Полигон 3.

В качестве исходной точки в выбранной системе координат взят ЗАО «Завод КПО».

Решение всех поставленных задач осуществляется в программном приложение Microsoft Excel при помощи встроенной функции «Поиск решения».

Поскольку все решения сходны между собой, достаточно рассмотреть решение любой из моделей для понимания общего принципа. В качестве примера в данном случае рассматривается модель добавления МПС к уже имеющейся.

Коэффициенты уплотнения для имеющейся (первой) и проектируемой (второй) МПС составляют 0,7.

Минимальное расстояние между МПС составляет 5 км.

Талоны на утилизацию ТКО, выдаваемые администрацией у заказчиков отсутствуют.

На рис. 2. представлен пример оформления решения задачи в Microsoft Excel.

В диапазонах ячеек НЗ:Н14 и L3:L14 будут определены объемы ТКО, вывозимых от каждого из заказчиков на существующую МПС (МПС 1) и проектируемую МПС (МПС 2), в ячейках В23, С23 - координаты проектируемой МПС.

В диапазонах ячеек 127:Н29 и М27:М29 рис. 2. будут определены объемы ПСО, завозимых на каждый из полигонов с существующей МПС и проектируемой МПС соответственно.

шяяг^гзкгге yr-r— ; т —.---: ; "T"«sm

(<J L1-" »." г- . - . _ ' , _ -

t.1 • ; ■ л '1 ц "j ^ ___ * '■ i ~ ^ - л -,

""о-з у Л'" _' _""_]_- - - _ * ~ ' *

» f Ç V. и 1/ ù v. M Lsi -r .. ____к -». '.0 l"tsi 1 i "s I 1 - - I. . i ; 4-!- . - . „Г

Ю у СбЪСМ аса» fecer rtsüua доМТС » «ОС» стзэиэ Стел/ «реет ЖОМ №С1 СЭьеы Kiaata МПС1 ИКС» ot»o »wie 2 ч«зо oC^>зтоо стзаиа toKTC 2 CI Coi «СйОСгт »маге ЫПС2 ССмк дохзм f/ЛСЗ ОСе* »9039 Cl W»JH3 KChSU

1 lü 120J b -6 0 ОЛ 18 ï С 03

r3 —с do ej 0 0 0 üüñü:

i i 1С wo 'Í * W.V 0

ï J¿ I/04 IM « л.,1 D о

6 10 ô 10 i*-: t/2 aw 1А с ___ 18.4 1С О 1-J . ' 1 _ 1 ! !

f 15 Г) S» se 0 Q " 16¿ 18Ï f> 0 - О 0

1V V « it У

Ига« 0000 0 0 Í 11 1 i - -" IIÈ темой МПС

M № ъ n » unci «вед/ WTC peca WSс/ WC осмы COR« кгс - , t ' ! 1

X СОМЫ ma моей Сбьм «««М Ксоф ут»«. ÇTWU.V» OipiÖ 1Ô.Ô 5

Ft 17 G0Û3 С 0 0,7 i i

иле 2 Cft^'i'í'» -»■•'Тс \ '

X C5WM ОС им VOTA О&мы ЕЬСОЗЭ Кюф у.ютк Стсч+тъ • 1

- ÍCtf ( ( от -, ; : . I

№ УГ V ОЗи*А тех Стоя* ть приомм Росст от И1С1М ГЛ-9ГСКЗ чстооз- unci*? ГКСИГОк! СТСАИЬ кем от МПС Ico ЮГМСКЭ çe>if vrenec KOCJ Ржст от иге a w пике*« MOT MIC Зло Пблмска М90» ÙI uns 2» пзиокэ ссим Cévru JÍC«e »K« кпе 1 Í

SJ 5 1 33 sux я и.ь ( '—Zu, —я* f"1 -^

JA il & Pj lire* •о них -£ t -L. { (

ÍC. 2. Г xiffa [рнмер 0 кормления зад аяи ( >прсд ' 1 сления ко L • ордашаг добав

на транспортной сета и распределения грузопотоков в Microsoft Excel

Целевая функция или себестоимость в данном случае имеет следующий вид:

=03*СУММПР0ИЗВ(РЗ:Р14;ЕЗ:Б14;НЗ :Н14)+ +КЗ*СУММПЮИЗВ(13Л4;13:114;ЬЗ:Ы4)+Е19*Н

. 19+Е23*Н23+ +Ш7*СУМ1ШРОЮВ(027;029;Ш:К59;127:129)+ (т

+Ь27*СУММПРОИЗВ(К27:К29;127:129;М27:М29)+ ^ ;

+СУММПРОИЗВ(Ы27:К29;Е27:Е29)

Накладьшаемые ограничения:

С $D$3=$M$3 $D$3 :$D$ 14=$M$3 :$M$ 14 $E$23<=$D$23 $M$3:$H$14>=0 $I$27:$I$29>=0 { $I$30=$F$19 $J$18>=$K$18 $L$3:$L$14>=0 $M$27:$M$29>=0 $M$30=$F$23 V$NS27:$NS29<=$D$27:$DS29

ТаСлша 1

Исходные данные задачи добавления на транспортной сети новой МПС к уже имеющейся___

Исходные данные источников накопления ТКО (заказчиков) Исходные данные пунктов приема ТКО (полигонов) Исходные данные МПС

№ Координаты заказчиков Объемы накопления ТКО за месяц , м3 № Координаты полигонов Максимальный объем приема ТКО месяц, м3 Стоимость размещения 1 м3 ТКО, усл.ед. № Координаты МПС Максимальный объем переработки ТКО месяц, м3 Стоимость переработки 1 м3 ТКО, усл.ед.

X Y X Y X Y

1 2 Г" 7 17,5 1200 1 34 35 3000 100 1 8 17 5000 А

7 8 600 2 1 33 3500 70 2 - - 7000 2

7 9 900 3 0 0 5000 60 - - - - -

4 б 16 900 - - - - - - - - - -

5 8 16 600 - - - - - - - - - -

б 8 19 600 - - - - - - - - - -

7 9 18 1200 - - - - - - - - - -

S 9 19 300 - - - - - - - - - -

9 9 16 1200 - - - - - - - - - -

10 б 15 600 - - - - - - - - - -

И 6 20 300 - - - - - - - - - -

12 6 17 600 - - - - - - - - - -

ИТОГО 9000 ИТОГО 11500 - ИТОГО 12000 -

Стоимость транспортировки 1 куб.м. ТКО на 1 км. от заказчика на МПС, усл.ед. 0,2

с МПС на полигон, усл.ед. 0,1

Решение осуществляется при помощи функции «Поиск решения», расположенной в разделе меню «Сервис».

Результатом выполнения функции является заполнение ячеек, в которых содержатся координаты проектируемой МПС, объемы ТКО, завозимых от каждого из заказчиков на каждую из МПС и объемы ТКО, завозимых с каждой МПС на каждый из полигонов.

В четвертой главе описан эффект от применения предлагаемой методики.

Конечным результатом применения предлагаемых моделей для перевозчика является снижение общих затрат на удаление ТКО, осуществляемое двумя путями:

1. Снижение затрат на утилизацию ТКО благодаря оптимальному планированию потоков ТКО;

2. Снижение затрат на перевозку, вызванное снижением пробегов в транс-портно-логистической системе вывоза TICO.

В общем виде затраты на транспортировку можно определить следующим образом:

S = Стр Qmp *1*пое , (22)

где Стр - стоимость транспортировки 1 м3 ТКО на 1 км, Qmp - количество транспортируемых за одну ездку отходов, м\ 7 - пробег с грузом, км, п^ - число оборотов.

Поскольку в данном случае речь идет о себестоимости заданного объема работ за определенный промежуток времени (месяц), то суммарное количество подлежащих транспортировке отходов и число оборотов являются величинами постоянными. Следовательно, себестоимость перевозки можно считать функцией, напрямую зависящей от пробега. Таким образом, снижение пробегов в результате эффективного проектирования транспортно-логистической сети вывоза ТКО и оптимального планирования потоков ТКО приводит к снижению прямых затрат на транспортировку таких как затраты на заработную плату водителя, затраты на топливо, затраты на горюче-смазочные материалы (ГСМ), затраты на ремонт ПС, затраты на шины и т.д.

Кроме того, снижение пробегов в системе приводит к сокращению времени одного оборота, которое также является функцией пробега, согласно следующей формуле:

V,,

где Vm - техническая скорость движения, км/ч, tnp- время на операции связанные с поднятием автомобилем загруженного и опусканием порожнего контейнера на контейнерной площадке заказчика, а также перегрузкой TICO на МПС, ч.

Сокращение времени одного оборота позволяет повысить количество оборотов, выполняемых транспортным средством за день:

пд _ Тн-tu " ---.

toO

где Тн - время в наряде, ч, tn - время на нулевой пробег, ч

Tce = 2*—+t«-p, (23)

Зто увеличение числа оборотов приводит к повышению производительности работы одного ТС за рабочий день:

(25)

В свою очередь увеличение производительности за день позволяет сократить количество автомобилей в эксплуатации:

(26)

где - количество ТКО, которое необходимо перевезти за 1 день, м3.

Сокращение количества автомобилей, необходимых для бесперебойного осуществления работ по вывозу ТКО позволяет сократить общую численность ПС, это позволяет снизить количество инженерно-технических работников и ремонтных рабочих. Таким образом достигается снижение постоянных затрат предприятия, таких как затраты на зарплату ремонтных рабочих, затраты на зарплату инженерно-технических работников, амортизацию ПС и т.д.

Снижение постоянных и переменных затрат позволяет перевозчику добиться снижения тарифа на вывоз и утилизацию ТКО, определяемого следующим образом:

7У = 5*(1 + Д), (27)

где И - закладываемая предприятием рентабельность.

Снижение тарифа повышает конкурентоспособность перевозчика на рынке услуг по вывозу ТКО, делая его услуги более привлекательными в тазах конечных потребителей.

В табл.2 представлены финансовые результаты, получаемые при применении модели распределения потоков ТКО между заказчиками и МПС и МПС и полигонами и модели добавления МПС на транспортной сети к уже имеющейся.

Для заказчика существенными критериями выбор перевозчика для вывоза и удаления ТКО являются стоимость предоставляемых услуг и их качество, выражающееся в способности своевременно вывозить накопившиеся отходы согласно графику или заявки и возможности в кратчайшие сроки вернуть контейнер на контейнерную площадку.

' Применение предлагаемых методик позволяет удовлетворить оба запроса потребителя за счет внутренних ресурсов перевозчика без ущерба для его интересов.

Для полигона или мусороперерабатывающего завода исключается чрезмерное накопление прибывающего транспорта, что позволяет улучшить процесс сортировки, технологический процесс складирования и переработки ТКО в соответствии с предъявляемыми на сегодняшний день экологическими требованиями.

Применение предлагаемых методик позволяет добиться значительного улучшения санитарно экологического состояния контейнерных площадок предприятий и организаций; домовладений и мест отдыха.

Результатом применения данных методик также является снижение интенсивности движения специализированных транспортных средств по магистралям, городским дорогам и улицам, что приводит к снижению количества заторов, к снижению количества большегрузных транспортных средств, на второстепенных улицах, к снижению количества ДТП, к снижению вредных выбросов выхлопных газов ТС в атмосферу и т.д.

Таблица 2

Сравнение затрат в системе вывоза ТКО._

Показатель Величина показателя

при простом распределении потоков ТКО через 2 МПС при добавлении МПС к уже имеющейся

Суммарный объем вывоза ТКО, куб.м. 9000 9000

Координаты МПС взяты произвольно определены в соответствии с предлагаемыми моделями

Объем завоза с МПС на: 6300 6300

Полигон 1, куб.м. 2000 1050

Полигон 2, куб.м. 3500 500

Полигон 3, куб.м. 800 4750

Затраты в системе, руб. 1 762 149,00 1 355 702,00

Выручка, руб. 3 132 900,00 3 132 900,00

Прибыль, руб. 1 370 751,00 1 777 198,00

Необходимо отметить, что применение всех рассмотренных методик невозможно исключительно силами перевозчика при отсутствии поддержки городской администрации в области предоставления необходимых для размещения МПС площадок. Поскольку создание МПС требует определенных капитальных вложений, целесообразно создание приоритета для достаточно крупных спецавтопарков, располагающих значительным парком мусоровозного транспорта различной грузоподъемности, и способных полностью обеспечить вывоз отходов из как минимум одного района города. Это очевидно, поскольку создание собственной МПС каждым из более мелких перевозчиков, которых для обслуживания одного района может потребоваться четыре-пять или более, потребует гораздо больших суммарных капитальных вложений и выделения больших площадей.

Выбор перевозчиков может проводиться городской администрацией на тендерной основе. В качестве выносимого на тендер объема работ может рассматриваться вывоз ТКО из одного, двух или трех смежных районов города в зависимости от их географического расположения в части доступности полигонов ТКО.

Частичное бюджетное финансирование или льготные условия на приобретение и право застройки площадей, выбранных для размещения МПС, позволят уменьшить коммунальные расходы, связанные с вывозом ТКО как на этапе проектирования застройки новых районов, так и при реконструкции существующих городских застроек.

Безусловно, второй вариант является гораздо более эффективным, так как не всегда есть возможность внедрения МПС в городской район с уже сложившейся застройкой высокой плотности. В данном случае возможность сделать транспорт-но-логистическую сеть вывоза ТКО оптимальной отсутствует и можно говорить только об определенном ее улучшении.

ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. Анализ существующей проблемы удаления ТКО в крупных городах показал, что на сегодняшний день существует потребность в разработке методики, позволяющей планировать перевозки ТКО автомобильным транспортом.

2. Анализ существующих на сегодняшний день методов проектирования транс-портно-логистнчестсих сетей выявил необходимость разработки моделей и алгоритмов проектирования трансорно-логистических сетей вывоза ТКО автомобильным транспортом.

3. Выполненный анализ позволил определить структуру затрат связанных с удалением ТКО и выделить систему критериев для оптимизации потоков ТКО.

4. Разработана методика проектирования транспортно-логистической сети вывоза ТКО, включающая модель оптимального закрепления источников образования и накопления ТКО за пунктами размещения и утилизации, модель оптимального закрепления источников образования и накопления ТКО за МПС и МПС за пунктами размещения и утилизации, модель определения оптимального расположение одной МПС на транспортной сети, модель добавления МПС на транспортной сети к уже имеющейся, алгоритм определения координат требующегося количества МПС на транспортной сети.

5. Проведенная оценка эффективности предложенной методики показала, что ее применение позволяет добиться снижения затрат на транспортирование ТКО, что является одной из целей разрабатываемого закона Санкт-Петербурга о целевой программе Санкт-Петербурга: «Использование твердых бытовых отходов в Санкт-Петербурге на 2006-2014гг.».

6. Для практической реализации разработанной методики создано программное обеспечение на основе Microsoft Excel, которое при наличии необходимой базы данных (включая исходные данные), позволяет решить задачи планирования перевозок ТКО автомобильным транспортом.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1) Северова» Е.С. Разработка методики вывоза твердых бытовых отходов в крупных городах / Е,С. Северова // Докл. 62-й науч. конф. профессоров, преподавателей, науч. работников, инженеров и аспирантов ун-та: сб. докл. / С.-Петсрб. roc. архигекгур.-строит. ун-т. - СПб., 2005. - Ч. 1. - С.98-100.

2) Северова, Е.С. Разработка методики определения оптимального расположения станции перегруза твердых бытовых отходов на транепортной сети / Е.С. Северова // Актуальные проблемы архитектуры, строительства и транспорта: 58-я Между-нар. науч.-техн. конф. молодых ученых: сб. докл. / С.-Петерб. гос. архитектур.-строит. ун-т. -СПб., 2005. - 4.1. -С.173-178.

3) Северова, Е.С. Разработка системы транспортного обслуживания коммунального хозяйства Санкт-Петербурга I Е.С. Северова, А.Э. Горев // Сборник паучных трудов Автомобильно-дорожного инеппута СПбГАСУ. - СПб., 2006. - С.

4) Северова, Е.С. Разработка методики планирование перевозок твердых коммунальных отходов автомобильным транспортом / Е.С. Северова // Грузовое и пассажир, автохозяйство. -2006. -№11. -С.

Подписано к печати 02.11 Об. Формат 60x84 1/16. Бум. офсетная. Усл. псч. л. 1,5. Тираж 100 экз. Заказ 123.

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительньШ университет.

190005, Санкт-Петербург, ул. 2-я Красноармейская, 4.

Отпечатано на ризографе, 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская, 5.

<?003/t

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМ, СВЯЗАННЫХ С ВЫВОЗОМ ТКО

АВТОМОБИЛЬНЫМ ТРАНСПОРТОМ.

1.1. Проблема образования, накопления и удаления ТКО в больших городах.

1.2. Вывоз ТКО автомобильным транспортом.

1.3. Технические и технологические аспекты вывоза ТКО.

1.4. Применение терминальных комплексов для вывоза ТКО автомобильным транспортом.

1.5. Проблема распределения грузопотоков и определения оптимального расположения МПС на транспортной сети.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПЛАНИРОВАНИЯ ПЕРЕВОЗОК ТКО АВТОМОБИЛЬНЫМ ТРАНСПОРТОМ.

2.1. Логистический подход в организации вывоза ТКО.

2.2. Общие понятия, используемые при решении поставленных задач.

2.3. Модель поиска оптимального закрепления источников образования и накопления ТКО за пунктами размещения и утилизации.

2.4. Модель поиска оптимального закрепления источников образования и накопления ТКО за МПС и МПС за пунктами размещения и утилизации.

2.5. Модель определения оптимального расположения одной МПС на транспортной сети.

2.6. Модель добавления на транспортной сети новой МПС к уже имеющимся.

2.7. Алгоритм определения координат требующегося количества МПС на транспортной сети.

ГЛАВА 3. ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕИЯ МОДЕЛЕЙ ПЛАНИРОВАНИЯ ПЕРЕВОЗОК ТКО АВТОМОБИЛЬНЫМ ТРАНСПОРТОМ.

3.1. Пример применения модели оптимального закрепления источников образования и накопления ТКО за пунктами размещения и утилизации.

3.2. Пример применения модели оптимального закрепления источников образования и накопления ТКО за МПС и МПС за пунктами размещения и утилизации.

3.3. Пример применения модели нахождения оптимального расположения одной МПС на транспортной сети.

3.4. Пример применения модели добавления на транспортной сети новой МПС к уже имеющимся.

3.5. Пример применения алгоритма определения координат требующегося количества МПС на транспортной сети.

3.6. Пример применения алгоритма определения координат требующегося количества МПС на транспортной сети при условии наличия талонов на утилизацию, выдаваемых администрацией.

ГЛАВА 4. ЭФФЕКТИВНОСТЬ МЕТОДИКИ ПЛАНИРОВАНИЯ ПЕРЕВОЗОК ТКО АВТОМОБИЛЬНЫМ ТРАНСПОРТОМ.

4.1. Общая оценка эффекта применения методики планирования перевозок ТКО автомобильным транспортом.

4.2. Эффективность методики планирования перевозок ТКО для перевозчика.

4.3. Эффективность методики планирования перевозок ТКО для заказчика.

4.4. Эффективность методики планирования перевозок ТКО для полигона.

4.5. Социальный и экологический эффект применения методики планирования перевозок ТКО.

Актуальность темы. В России для удаления твердых коммунальных отходов (ГКО) широко применяется специализированный автомобильный транспорт различных типов, в зависимости от применяемой технологии вывоза. Существующие на сегодняшний день технологии вывоза ТКО можно разделить на баковую и контейнерную. Последняя, в свою очередь, может быть прямой или двухэтапной. Баковая технология вывоза ТКО подразумевает применение автомобильного транспорта, осуществляющего перегрузку отходов в оснащенный системой прессования кузов из баков непосредственно в местах накопления отходов. Контейнерная технология основана на применении сменных кузовов-контейнеров, устанавливаемых для сбора отходов на специализированных площадках. Применение контейнерной технологии сопряжено с использованием большего количества транспортных средств, большими пробегами в транспортной системе вывоза ТКО, большей загруженностью улиц городов и пригородных дорог, но отказ от нее невозможен ввиду ее высокой эффективности для заказчика - накопителя отходов.

В последние годы в мировой и отечественной практике наблюдается тенденция замены прямого вывоза ТКО двухэтапным с использованием мусороперегрузочных станций (МПС). Эта технология особенно активно внедряется в городах, в которых полигоны ТКО расположены на значительном расстоянии от города.

Преимущества, которые дает применение МПС, зависят от решения ряда технических и организационных вопросов. В их числе определение места расположения МПС, ее производительности и определения количества таких станций для города или обслуживаемого района.

Таким образом, на сегодняшний день существует острая необходимость разработки методики, позволяющей усовершенствовать контейнерную систему вывоза ТКО с использованием МПС, которая позволит в значительной мере сократить связанные с процессом транспортировки издержки, уменьшить негативное воздействие на экологию, сократить нагрузку на улично-дорожную сеть и повысить качество предоставляемой услуги для конечного потребителя. Эта методика должна учитывать все основные характеристики и особенности рассматриваемой транспортной системы и позволять производить необходимые расчеты при помощи широко распространенных программных продуктов, нашедших широкое применения в области решения сходных задач.

Целью настоящей диссертационной работы является разработка методики планирования перевозок ТКО автомобильным транспортом.

Для достижения указанной цели необходимо осуществить решение следующих задач:

1. Провести анализ существующей системы планирования удаления ТКО в крупных городах автомобильным транспортом;

2. Проанализировать возможность планирования перевозок ТКО при помощи существующих на сегодняшний день методов проектирования транспортно-логистических сетей;

3. Определить структуру затрат, связанных с удалением ТКО и систему критериев для оптимизации потоков отходов;

4. Разработать методику проектирования транспортно-логистической сети вывоза ТКО, включающую:

- модель оптимального закрепления источников образования и накопления ТКО за пунктами размещения и утилизации,

- модель оптимального закрепления источников образования и накопления ТКО за МПС и МПС за пунктами размещения и утилизации,

- модель определения оптимального расположение одной МПС на транспортной сети,

- модель добавления МПС на транспортной сети к уже имеющейся,

- алгоритм определения координат требующегося количества МПС на транспортной сети.

5. Провести оценку эффекта, достигаемого применением предлагаемой методики для каждой из сторон - участников процесса сбора, транспортировки и размещения ТКО;

6. Разработать программное обеспечение для проведения расчетов в рамках предлагаемой методики.

Объектом исследования являются перевозки ТКО автомобильным транспортом.

Предметом исследования являются методы оптимизации транспортных потоков при осуществлении транспортировки ТКО с использованием или без использования МПС, как терминального комплекса, применяемого в коммунальном хозяйстве.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав основного текста, заключения и библиографии.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

1. Произведена оценка эффекта, достигаемого применением предлагаемых моделей и алгоритма планирования перевозок ТКО автомобильным транспортом для перевозчика, заказчиков, полигонов, выражаемая в снижении связанных с удалением ТКО затрат и повышением качества обслуживания;

2. Дана оценка социально-экологической эффективности практического применения предлагаемой методики, в части сокращения вредного влияния на экологию со стороны транспортных средств, уменьшения нагрузки на улично-дорожную сеть города, улучшение санитарно-гигиенического состояния мест накопления ТКО и т.п.

3. Обоснована необходимость осуществления поддержки крупных спецавтопарков со стороны городской администрации в области частичного бюджетного финансирование или предоставления льготных условий на приобретение и право застройки площадей, выбранных для размещения МПС.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Анализ существующей проблемы удаления ТКО в крупных городах показал, что на сегодняшний день существует потребность в разработке методики, позволяющей планировать перевозки ТКО автомобильным транспортом.

2. Анализ существующих на сегодняшний день методов проектирования транспортно-логистических сетей выявил необходимость разработки моделей и алгоритмов проектирования трансортно-логистических сетей вывоза ТКО автомобильным транспортом.

3. Выполненный анализ позволил определить структуру затрат связанных с удалением ТКО и выделить систему критериев для оптимизации потоков ТКО.

4. Разработана методика проектирования транспортно-логистической сети вывоза ТКО, включающая:

- Модель оптимального закрепления источников образования и накопления ТКО за пунктами размещения и утилизации, позволяющая значительно сократить пробеги в транспортно-логистической системе вывоза ТКО;

- Модель оптимального закрепления источников образования и накопления ТКО за МПС и МПС за пунктами размещения и утилизации, позволяющая сократить пробеги транспорта малой и большой грузоподъемности, осуществляющего перевозку ТКО;

- Модель определения оптимального расположения одной МПС на транспортной сети, позволяющая сформировать такую транспортно-логистическую систему вывоза ТКО, которая сможет значительно разгрузить улично-дорожную сеть от большегрузного транспорта и сократить пробеги в системе вывоза ТКО в целом;

- Модель добавления МПС на транспортной сети к уже имеющейся, позволяющая развить транспортно-логистическую сеть вывоза ТКО, добавив еще одну МПС в том случае, когда имеющихся на сети МПС недостаточно;

- Алгоритм определение координат требующегося количества МПС на транспортной сети, позволяющий сформировать транспортно-логистическую сеть вывоза ТКО с необходимым количеством МПС, которая позволит значительно сократить пробеги транспорта и нагрузку на улично-дорожную сеть города.

5. Проведенная оценка эффективности предложенной методики показала, что ее применение позволяет добиться снижения затрат на транспортирование ТКО, что является одной из целей разрабатываемого закона Санкт-Петербурга о целевой программе Санкт-Петербурга: «Использование твердых бытовых отходов в Санкт-Петербурге на 2006-2014гг.». Кроме того, важным социальным эффектом предлагаемой методики является возможность снижения тарифа на удаление ТКО как для коммерческих организаций, так и для населения. Применение методики также позволит улучшить санитарно-гигиеническое состояние контейнерных площадок заказчиков (за счет своевременности удаления ТКО), улучшить процесс складирования для полигонов (за счет уменьшения количества прибывающего транспорта) и снизить нагрузку на улично-дорожную сеть городов и пригородных районов.

6. Для практической реализации разработанной методики создано программное обеспечение на основе Microsoft Excel, которое при наличии необходимой базы данных (включая исходные данные), позволяет решить задачи планирования перевозок ТКО автомобильным транспортом.

Необходимо отметить, что для применения предлагаемой методики необходима поддержка городской администрации в виде частичного бюджетного финансирования или льготных условий на приобретение и право застройки площадей.

Поскольку создание МПС требует определенных капитальных вложений, то для снижения этих затрат в системе в целом целесообразно создание приоритета для достаточно крупных специализированных автопарков, располагающих значительным парком мусоровозного транспорта различной грузоподъемности, и способных полностью обеспечить вывоз отходов как минимум из одного района города.

Выбор перевозчиков может проводиться городской администрацией на тендерной основе. В качестве выносимого на тендер объема работ может рассматриваться вывоз ТКО из одного, двух или трех смежных районов города в зависимости от их географического расположения в части доступности полигонов ТКО.

1. Абалонин, С.М. Конкурентоспособность транспортных услуг: учеб. пособие / С.М. Абалонин. М.: Академкнига, 2004. - 172 с.

2. Авен, О.И. Ловецкий С.Е., Моисеенко Г.Е. Оптимизация транспортных потоков. М.: Наука, 1985. - 316 с.

3. Алексеев, Е.Р. Mathcad 12. / Е.Р. Алексеев, О.В. Чеснокова. М.: НТ Пресс, 2005. - 345 с.

4. Аксенов, И.Я. Единая транспортная система: учеб. для вузов / И.Я. Аксенов.-М.: Высш. шк., 1991.-383 с.

5. Афанасьев, ЛЛ. Единая транспортная система и автомобильные перевозки: учеб. для вузов // Л.Л. Афанасьев, Н.Б. Островский, С.М. Цукерберг. М.: Трансп., 1984.-333 с.

6. Безопасное обращение с отходами: сб. норматив.-метод. док.: в 2 т. / под. ред. И.А. Копайсова. СПб.: РЭЦ «Петрохим-Технология», Фирма «Интеграл», 2005.1. Т.1.-376 с. Т.2.-272 с.

7. Беляев, В.М. Терминальные системы перевозок грузов автомобильным транспортом / В.М. Беляев. М.: Трансп., 1987. - 287 с.

8. Глобальные логистические системы: учеб. пособие / под общ. ред. В. И. Сергеева. СПб.: Бизнес-пресса, 2001. - 240 с.

9. Васильева, Е.М. Нелинейные транспортные задачи на сетях / Е.М. Васильева, Б.Ю. Левит, В.Н. Лившиц. М.: Финансы и статистика, 1981. -104 с.

10. Вельможин, А.В. Технология, организация и управление грузовыми автомобильными перевозками: учеб. для вузов // А.В. Вельможин, А.В. Гудков, Л.Б. Миротин. Волгоград.: Волгогр. гос. техн. ун-т, 2000. - 304 с.

11. Воркут, А.И. Грузовые автомобильные перевозки / А.И. Воркут. Киев: Вища школа, 1986. - 447 с.

12. Галабурда, В.Г. Оптимальное планирование грузопотоков / В.Г. Галабурда. М.: Трансп., 1985 - 256 с.

13. Гарнаев, А.Ю. Использование MS Excel и VBA в экономике и финансах / А.Ю. Гарнаев. СПб.: БХВ - Санкт-Петербург, 1999. - 336 с.

14. Геронимус, Б.Л. Экономико математические методы в планировании на автомобильном транспорте / Б. Л. Геронимус. М.: Трансп., 1988. - 192 с.

15. Глухарева, Т.А. Организация движения грузовых автомобилей в городах / Т.А. Глухарева, Р.В. Горбанев. М.: Трансп., 1989. - 125с.

16. Горев, А.Э. Технология, организация и управление грузовыми автомобильными перевозками / А.Э. Горев, Л.О. Штерн. СПб.: СПбГАСУ, 1999.- 183 с.

17. Горев, А.Э. Информационные технологии в управлении логистическими системами / А.Э. Горев. СПб.: СПбГАСУ, 2004. - 193 с.

18. Горев, А.Э. Грузовые автомобильные перевозки: учеб. пособие для студентов вузов / А.Э. Горевю М.: Академия, 2004. - 288 с.

19. Гуджоян, О.П. Перевозка специфических грузов автомобильным транспортом: учеб. для вузов. -М.: Трансп., 2001. 160 с.

20. Гудков, В.А. Логистика: учеб пособие / В.А. Гудков, Л.Б. Миротин, С.А. Ширяев. Волгоград: ВолгТУ, 2002. - 306 с.

21. Дударев, А.Я. Санитарная очистка городов от твердых бытовых отходов / А.Я. Дударев, Г.В. Новиков, В.В. Разнощик, В.А. Ольшанский. М., 1974. -128 с.

22. Дыбская, В.В. Логистика складирования для практиков / В.В Дыбская. -М.: Альфа-Пресс, 2005.-208 с.

23. Дыбская, В.В. Управление складом в логистической системе / В.В. Дыбская. М.: КИА-центр, 2000. - 100 с.

24. Единая транспортная система: учеб. для вузов / под ред. В.Г. Галабурды. -М.: Трансп., 1999.-303 с.

25. Житков, В.А. Методы оперативного планирования грузовых автомобильных перевозок / В.А. Житков, К.В. Ким. М.: Трансп., - 1982. -227 с.

26. Интегрированная логистика накопительно-распределительных комплексов (склады, транспортные узлы, терминалы): учеб. для трансп. вузов. / под. общ. ред. Л.Б. Миротина. М.: Экзамен. - 2003. - 448 с.

27. Капитанов, В.Т. Управление транспортными потоками в городах / В.Т. Капитанов, Е.Б. Хилажев. М.: Трансп., 1985 - 94 с.

28. Кирпичников, А.А. Очистка домовладений / А.А. Кирпичников. М.: Стройиздат, - 1965. - 104 с.

29. Кожин, А.П. Математические методы в планировании и управлении грузовыми автомобильными перевозками: учеб. пособие для студентов экон. специальностей вузов / А.П. Кожин. М.: Высш. Шк., 1979. - 304 с.

30. Корпоративная логистика. 300 ответов на вопросы профессионалов / под общ. и научн. ред. В.И. Сергеева. М.: ИНФРА-М, 2004. - 976 с.

31. Кристофер М. Логистика и управление цепочками поставок / М Кристофер под общ. ред. B.C. Лукинского. СПб.: Питер, 2004. - 316 с.

32. Леоненков, А.В. Решение задач оптимизации в среде MS Excel / А.В. Леоненков. СПб.: БХВ - Петербург, 2005. - 704 с.

33. Лившиц, В.Н. Системный анализ экономических процессов на транспорте / В.Н. Лившиц. М.: Трансп., 1986. - 240 с.

34. Логистика: управление в грузовых транспортно-логистических системах: учеб.пособие / под ред. Л.Б. Миротина. М.: Юристъ, 2002. - 414 с.

35. Логистика: учебник / под ред. Б.А. Аникина. М.: ИНФРА-М, 2000. -352 с.

36. Мандриков, М.Е. Экономика, организация, планирование грузового хозяйства: учеб. для техникумов ж.-д. трансп. / М.Е. Мандриков, А.Ф. Иваненко, В.Г. Матвиенко. М.: Транспорт, 1985. - 278 с.

37. Методика исследований свойств твердых отбросов. М.: Стройиздат, 1970.-144 с.

38. Миротин, Л.Б. Логистика: обслуживание потребителей: учебник / Л.Б. Миротин, Ы.Э. Ташбаев, А.Г. Касенов. М.:ИНФРА-М, 2002.- 190 с.

39. Миротин, Л.Б Логистика интегрированных цепочек поставок: учебник / Л.Б. Миротин, А.Г. Некрасов. М.: Экзамен, 2003. - 256 с.

40. Мягков, М.И. Твердые бытовые отходы города / М.И. Мягков, Г.М. Алексеев, В.А. Ольшанецкий. Л.: Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1978. - 168 с.

41. Неруш, Ю.М. Логистика: учебник / Ю.М. Неруш. М.: ЮНИТИ, 2000. -389 с.

42. Неруш, Ю.М. Грузовые перевозки и тарифы / Ю.М. Неруш, Я.Д. Лозовой, Б.В. Шабанов. М.: Трансп., 1988. - 288 с.

43. Николин, В.И. Грузовые автомобильные перевозки / В.И. Николин, Е.Е. Витвицкий, С.М. Молчалин. Омск: Вариант-Сибирь, 2004. - 480 с.

44. Организация сбора бытовых отходов по системе несменяемых контейнеров / М-во жилищ.-коммун. хоз-ва РСФСР / ЦБНТИ. М.: 1978. - 55 с. - (Серия «Благоустройство и санитарное содержание населенных мест»; №1 (11))

45. Островский, Н.Б. Автомобильные перевозки с применением специализированного подвижного состава: учеб. пособие / Н.Б. Островский. -М.: Моск. автомобил.-дорож. ин-т, 1978. 88 с.

46. Панов, С.А. Модели маршрутизации на автомобильном транспорте / С.А. Панов. М.: Трансп., 1974. - 152 с.

47. Перлин, В.М Организация централизованных контейнерных перевозок автомобильным транспортом / В.М. Перлин, Г.Я. Рудницкий. М.: Трансп., 1981.-230 с.

48. Пеховский, О.Ю. Управление поставками в логистических системах с промежуточными складами / О.Ю. Пеховский //Логистика сегодня. 2004. -№2.-С.

49. Плоткин, Б.К. Введение в коммерческую логистику: учеб пособие / С-Петерб.: СПбУЭиФ, 1996.- 171 с.

50. Проблемы охраны водных объектов и утилизации отходов в городах / сост. О.М. Соколовская, Т.Г. Туркадзе. МЛ 987. - 41 с. - (Архитектура.

51. Районная планировка. Градостроительство: обзор, информ. / ЦНТИ по гражд. стр-ву и архитектуре; вып. 13).

52. Резер, С.М. Оптимизация процессов грузовых перевозок / С.М. Резер. -М.: Трансп., 1980.-296 с.

53. Санитарная очистка и уборка населенных мест: справочник / А.Н. Мирный, Н.Ф. Абрамов, Д.Н. Беньямовский и др.; Под ред. А.Н. Мирного. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1990. - 413 с.

54. Санитарная очистка и уборка населенных мест: справочник / под ред. А.Н. Мирного. М.: Акад. коммун, хоз-ва, 2005. - 383 с.

55. Савин, В.И. Перевозки грузов автомобильным транспортом: справочное пособие / В.И. Савин. М.: Дело и Сервис, 2002. - 544 с.

56. Сафронов, Э.А. Транспортные системы городов и регионов: учеб. пособие для вузов / Э.А. Сафронов. Омск: СибАДИ, 2000. - 220 с.

57. Северова, Е.С. Разработка системы транспортного обслуживания коммунального хозяйства Санкт-Петербурга / Е.С. Северова, А.Э. Горев // Сборник научных трудов Автомобильно-дорожного института СПбГАСУ. -СПб., 2006.-С.

58. Северова, Е.С. Разработка методики планирование перевозок твердых коммунальных отходов автомобильным транспортом / Е.С. Северова // Грузовое и пассажир, автохозяйство. 2006. - №11. - С.

59. Семененко, А.И. Логистика Основы теории: учебн. для вузов / А.И. Семененко, В.И. Сергеев. СПб.: Союз, 2001. - 544 с.

60. Сергеев, В.И. Логистика в бизнесе: учебник / В.И. Сергеев. М.: ИНФРА-М, 2001.-608 с.

61. Скорик, Ю.И. Отходы большого города: как их собирают, удаляют и перерабатывают / Ю.И. Скорик, Т.М. Флоринская, А.С. Баев. СПб, 1998. -37 с.

62. Смехов, А.А. Введение в логистику / А.А. Смехов. М.: Трансп., 1993.112 с.

63. Смехов, А.А. Основы транспортной логистики: учеб. для вузов. М.: Транспорт, 1995. - 197 с.

64. Современные направления в решении проблем сбора, удаления, обезвреживания и переработки твердых бытовых отходов в больших городах: обзоры по проблемам больших городов / сост. А.Н. Прохоров / ГОСИНТИ. -М„ 1977.-26 с.

65. Старинкевич, А.К. Транспорт в планировке и застройке городов (методика изыскательских и проектных работ) / А.К. Старинкевич, Е.С. Олейников. Киев: Буд1вельник, 1965. - 115 с.

66. Транспортная логистика: учеб. для трансп. вузов / под общ. ред. Л.Б. Миротина. М.: Экзамен, 2003. - 512 с.

67. Троицкая, Н.А. Единая транспортная система: учеб. для студентов учреждений сред. проф. образования / Н.А. Троицкая, А.Б. Чубуков. М.: Академия, 2003.-240 с.

68. Уваров, С.А. Логистика: Общая концепция, теория и практика / С.А. Уваров. СПб.: ИНВЕСТ-НП, 1996. - 232 с.

69. Утилизация твердых городских отходов: обзоры по проблемам больших городов / сост.: А.Н. Прохоров, Х.Н. Никогосов / ГОСИНТИ. М., 1975. - 32 с.

70. Федоров, Л.Г. Управление отходами в крупных городах и агломерационных системах поселений / Л.Г. Федоров. М.: Пресс-М, 1999.113 с.

71. Хаза нова, Л.Э. Логистика: Методы и модели управления материальными потоками / Л.Э. Хазанова. М.: БЕК, 2003. - 120 с.

72. Чудаков, А.Д. Логистика: учебник / А.Д. Чудаков. М.: РДЛ, 2001. -480 с.

73. Экономика и организация внешнеторговых перевозок: учебник / под ред. К.В. Холопова. М.: Юристь, 2000. - 684с.