Оптимизация автомобильного и контейнерного парка при сборе и вывозе твердых бытовых отходов Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 624.8:65(470.56)

Манаев К.И., Мельников А.Н.

Оренбургский государственный университет E-mail: mlnikov@rambler.ru

ОПТИМИЗАЦИЯ АВТОМОБИЛЬНОГО И КОНТЕЙНЕРНОГО ПАРКА ПРИ СБОРЕ И ВЫВОЗЕ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ

В статье рассматривается проблема развития инфраструктуры сбора и вывоза твердых бытовых отходов. Осуществлен анализ составных элементов инфраструктуры сбора и вывоза твердых бытовых отходов. Сформированы параметры оптимизации системы сбора и вывоза твердых бытовых муниципальных образований

Ключевые слова: твердые бытовые отходы, сбор и вывоз, оптимизация.

Функционирование и развитие населённого пункта неизбежно сопровождается образованием твердых бытовых отходов как результата жизнедеятельности населения, предприятий, организаций и прочих субъектов хозяйственной деятельности. Организация деятельности по сбору и вывозу твердых бытовых отходов регламентируется нормативно-правовыми актами федерального и муниципального уровней. Предприятия, осуществляющие сбор и вывоз отходов должны обеспечить соблюдение данных нормативно-правовых актов, а также выполнение договоров, заключенных с субъектами хозяйственной деятельности с минимальными трудовыми и материальными затратами.

Количество образующихся твердых бытовых отходов определяется совокупностью факторов - численности и плотности населения, сезонных факторов, определяющих интенсивность образования отходов, количества и режима работы предприятий и организаций. Постоянное изменение потребности в услугах по сбору и вывозу твердых бытовых отходов обуславливает необходимость соразмерной адаптации количества и типа подвижного состава,парамет-ров его работы к изменяющимся условиям внешней среды, к которым относятся: интенсивность образования отходов, температура окружающей среды, свойства отходов. При этом весомыми факторами являются также состояние производственно-технической базы, стоимость топлива и эксплуатационных материалов,ав-тотранспортных средств и технологического оборудования.

Различные объемы сбора и вывозатвердых бытовых отходов требуют применение соответствующих типов, количества подвижного состава и способов организации маршрутно-логис-тической схемы сбора и вывоза отходов, обеспе-

чивающих нормальное функционирование населенного пункта, а именно: санитарно-гигиеническую обстановку, экологическую обстановку, социально-экономическую обстановку, эстетику населенного в существующих условиях эксплуатации с учетом минимизации трудовых и материальных затрат.

Для целей оптимизации системы сбора и вывоза твердых бытовых отходов муниципальных образований в настоящее время необходимо применение передовых методов и средств, базирующихся на достижениях российских и иностранных ученых, обобщающих передовой мировой опыт совершенствования транспортных процессов. Применяемые в настоящее время методы формирования инфраструктуры сбора и вывоза твердых бытовых отходов не в полной мере совершенны и соответствуют современным требованиям.

В связи с этим, проблема совершенствования системы сбора и вывоза твердых бытовых отходов с территории населенного пункта является актуальной.

Эффективное решение задачи совершенствования инфраструктуры сбора и вывоза твердых бытовых отходов возможно с использованием положений системного анализа, при котором эта инфраструктура представляется в виде взаимосвязанных и взаимодействующих между собой элементов, обладающих различными свойствами, функциями и степенью влияния на систему в целом.

На рисунке 1 представлена схема системы сбора и вывоза твердых бытовых отходов муниципального образования.

В результате анализа составных частей представленной схемы установлено, что большей стабильностью обладает подсистема регулирования, регулирующая деятельность в области

Оптимизация автомобильного и контейнерного парка...

Манаев К.И., Мельников А.Н.

сбора и утилизации различного типа отходов соответствующими законодательными актами. Значительной изменчивостью обладают как места накопления твердых бытовых отходов, так и отходы, обладающие свойствами меняться в зависимости от изменчивых внешних факторов.

Источниками образования твердых бытовых отходов являются жилые комплексы, предприятия, организации и учреждения различного назначения и форм собственности. Объемы образования отходов зависят от таких факторов, как время года, день недели, социальных и экономических факторов.

Результаты проведенных исследований по-казали,что более 80% образующихся твердых бытовых отходов собираются и вывозятся специализированными автотранспортными предприятиями (АТП). Эти предприятия осуществляют свою деятельность в соответствии с действующими нормативно-правовыми документами, регламентирующими данный вид деятельности. С позиций организации транспортного процесса и технической эксплуатации подвижного состава специализированные АТП осуществляют планирование и выполнение транспортной работы по перевозке твердых бытовых отходов.

Эффективность функционирования специализированных АТП зависит от совокупности факторов, которые условно можно представить в виде нескольких групп.

Первая группа факторов характеризует твердые бытовые отходы следующими параметрами: массой, плотностью, биологической и химической активностью, интенсивностью образо-

вания и нормативной периодичностью их сбора и вывоза. Данные факторы влияют на выбор типа специализированного транспортного средства, его грузоподъемности, вместимости, коэффициента уплотнения груза, периодичность сбора и вывоза твердых бытовых отходов.

Вторая группа факторов характеризует источники возникновения и первоначального накопления твердых бытовых отходов: численность и плотность населения, характеристики промышленной застройки, количество организаций, расстояние между источниками образования отходов, специализированными АТП по сбору и вывозу отходов и пунктами приема и хранения отходов. Данная группа факторов учитывается как при выборе параметров автотранспортных средств и контейнерного парка, так и при формировании маршрутной схемы сбора и вывоза отходов.

Третья группа включает специализированные АТП, основными параметрами которых являются: количество и тип автотранспортных средств, количество и параметры контейнеров, свойства производственно-технической базы.

К четвертой группе можно отнести органы, выполняющие регулирование деятельности по сбору и вывозу твердых бытовых отходов за счет разработки и внедрения нормативно-правовых актов, организации контроля в области обращения с отходами. Регулирование осуществляется на основе взаимодействия между администрацией муниципального образования, специализированных АТП и источников образования твердых бытовых отходов и принятии мер организационного и административного характера.

Рисунок 1. Схема системы сбора и вывоза твердых бытовых отходов муниципального образования

Успешная деятельность специализированного предприятия по сбору и вывозу твердых бытовых отходов определяется способностью вовремя адаптироваться к изменению объемов их образования и удовлетворять потребности в вывозе при соблюдении нормативов их сбора и вывоза [1]-[3].

При формировании целевой функции оптимизации инфраструктуры сбора и вывоза бытовых отходов разработана схема взаимосвязи показателей эффективности специализированного АТП с параметрами инфраструктуры, представленная на рисунке 2.

Основными элементами инфраструктуры сбора и вывоза твердых бытовых отходов являются специализированные автотранспортные средства, осуществляющие сбор и вывоз отходов; контейнерный парк, предназначенный для накопления отходов; маршрутная схема движения автотранспортных средств при сборе и вывозе отходов.

В качестве параметра оптимизации обоснован выбор себестоимости перевозки 1 т-км твердых бытовых отходов Р.

Целевые функции/7., образующие вектор полезного эффекта, можно представить в виде:

РЧР, р2, ... р} С1)

где Р- себестоимость перевозки 1 т-км отходов;

п - количество типов транспортных средств.

- объем образования ТБО, т; К- количество автотранспортных средств 1-го типа на предприятии, ед.; К— количество контейнеров ^го типа, ед.; М„ - характеристика маршрутов сбора и вывоза твердых бытовых отходов при использовании №-х типов подвижного состава и К^х типов контейнеров; Р - себестоимость перевозки 1 т-км отходов; А - затраты на содержание подвижного состава

Рисунок 2. Схема взаимосвязи показателей эффективности специализированного АТП со структурой подвижного состава

Переменные параметры целевой функции составляют модели транспортных средств:

ячы, м2,..., Мп1 (2)

и типы используемых контейнеров:

К={К, К, ..., К} (3)

где N. - количество транспортных средств .-й модели;

К - количество контейнеров^'-й модели.

Количество и характеристики подвижного состава, участвующего в сборе и вывозе твердых бытовых отходов, оказывают прямое влияние на количество рейсов и параметры маршрутов. Количество и характеристики контейнерного парка взаимосвязаны с продолжительностью простоев при выполнении погрузочно-разгрузочных работ.

Параметром внешней среды является объем твердых бытовых отходов ((. Данный объем можно представить в виде суммы объемов, собираемых на 1-х маршрутах ((.:

е,

(4)

где ( - объем перевозок на к-м маршруте т - количество маршрутов. Объем перевозок на маршруте определяет ся его протяженностью, количеством контейне ров, их емкостью, способом и особенностями по грузки, количеством и характеристиками под вижного состава.

Для к-го маршрута объем перевозок мож но представить в виде:

тидЛ

& =-

+ г . вУт •*>

(5)

где Тн - время в наряде, ч;

д.- вместимость 1-го типа транспортного средства, м3;

1ег- длина ездки с грузом, км; в - коэффициент использования пробега; Ут- техническая скорость транспортного средства, км/ч;

£ир- продолжительность погрузочно-раз-грузочных работ при использовании ]-го контейнерного парка, ч:

^ = , (6) где продолжительность разгрузки одного ^го контейнера, ч;

К-- количество _]-х контейнеров, шт. Годовой объем перевозок на маршруте Огк можно представить в виде:

к=1

Манаев К.И., Мельников А.Н.

Оптимизация автомобильного и контейнерного парка..

Q* =

1ег +1 N

(7)

X N, ■ a, + £ Kj ■ bj

где Д . - количество дней в году работы под-

рг]

вижного состава на маршруте при использовании '-го контейнерного парка.

Разная вместимость различных контейнеров влияет на периодичность сбора и вывоза твердых бытовых отходов, и, как следствие, на потребность в автомобилях и на параметры самих маршрутов.

Количество дней в году работы подвижного состава на маршруте при использовании '-го контейнерного парка:

365

Д^> =

П,

(8)

где П- периодичность вывоза твердых бытовых отходов при использовании '-го контейнерного парка, дней.

Общий годовой объем перевозок можно выразить:

Q = XX

:=i i=i

i

ег +1 N

eVm ll'jN'j

(9)

где п - количество типов подвижного состава; и - количество типов контейнеров. Вектор фиксированных внутренних параметров составляют затраты на содержание подвижного состава в исправном состоянии:

А={а1, а2... ап}, (10)

где а1 - затраты на содержание г-й группы транспортных средств.

На основании рассмотренных зависимостей установлен общий вид целевой функции оптимизации стоимости транспортной операции по критерию минимума затрат:

F = ■

j=1

XX-

i=1 j=l

i

ег +1 N

PV, + j

N j > 0; Kj > 0;

mm,

(11)

at = const; bj = const; i = 1...n; j = 1...u

При формировании модели принято, что время в наряде, техническая скорость являются величинами неизменными.

Прямое решение задачи оптимизации затруднено в связи со сложностью объекта исследования ввиду большой размерности данных, поэтому произведён анализ существующих подходов к решению задач оптимизации[4]-[6].

Проведенный анализ существующих методов и подходов к решению задачи оптимизации показал целесообразность использования метод оптимизации по чувствительности.

Реализация данного метода оптимизации предполагает формирование функции чувствительности для процесса сбора и вывоза твердых бытовых отходов и разработку процедуры оптимизации [5], [6].

В ходе анализа существующего состояния системы сбора и вывоза твердых бытовых отходов установлен характер взаимосвязи между элементами системы, определено направление оптимизации инфраструктуры сбора и вывоза твердых бытовых отходов.

Разработанная целевая функция оптимизации инфраструктуры сбора и вывоза твердых бытовых отходов основана на минимизации себестоимости транспортной работы за счет обоснования количества и типа специализированного подвижного состава и параметров используемого контейнерного парка.

10.08.2014

Список литературы:

1. Любимов, И.И. К вопросу формирования рациональной структуры городского пассажирского транспорта в городе Оренбурге / И.И. Любимов, Н.З.Султанов, Е.В. Бондаренко // Вестник Московского автомобильно-дорожного института (государственного технического университета). - 2009. - № 3. - С. 21-25.

2. Любимов, И.И. Показатели спроса на услуги городского пассажирского транспорта (на примере г. Оренбурга) / И.И. Любимов // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2009. - № 9. - С. 139-143.

3. Любимов, И.И. Оптимизация структуры подвижного состава городского пассажирского транспорта / И.И. Любимов, И.Т. Ковриков, Н.З.Султанов, А.П. Фот // Вестник Иркутского государственного технического университета. -2010. - № 1. - С. 206-210.

4. Любимов, И.И. Управление функциональными процессами городских пассажирских перевозок / И.И. Любимов, Н.В.Ва-гапова, Б.А.Портников, Н.З. Султанов // Интеллект. Инновации. Инвестиции: Академический журнал. - 2009. - № 2. -С. 49-56

5. Любимов, И.И. Методические основы оптимизации процесса сбора и вывоза твёрдых бытовых отходов / И.И. Любимов, К.И. Манаев, А.Н. Мельников, Н.З. Султанов // Интеллект. Инновации. Инвестиции: Академический журнал. - 2011. -№ 2. - С. 35-40.

6. Любимов, И.И. Оптимизация инфраструктуры сбора и вывоза твердых бытовых отходов с территории населенного пункта/ Е.В.Бондаренко, А.О.Зуев, И.И.Любимов, К.И.Манаев, А.Н.Мельников // Вестник Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (государственного технического университета). - 2011. -№ 4. - С. 92-96.

Сведения об авторах:

Манаев Константин Ильич, коммерческий директор ООО «Управляющая компания «Спецавтохозяйство», e-mail: sah_1@mail.ru.

Мельников Алексей Николаевич, доцент кафедры технической эксплуатации и ремонта автомобилей транспортного факультета Оренбургского государственного университета, кандидат технических наук, доцент, e-mail: mlnikov@rambler.ru

460018, г. Оренбург, пр-т Победы, 149, ауд. 10302, тел. (3532) 912224