不确定环境下建筑废弃物设施选址的多目标鲁棒优化问题

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随着城镇化发展的快速推进,大规模的城市建设与更新也紧随城市发展的步伐,大量建筑物与基础设施崛起的同时也产生了数量庞大的建筑废弃物,在资源化率不足5%的我国,目前对废弃物的处理仍以填埋为主,但高昂的处理成本与运输成本滋生出大批非法倾倒行为,侵占珍贵的土地资源的同时也对水体、土壤和大气造成了污染,导致建筑废弃物围城现象在各大城市日益严重,对城市环境,市民健康及后续处理造成了巨大困扰。因此,合理的废弃物消纳设施选址以及较优的废弃物分配方案对政府、居民、废弃物产生方及运营方都至关重要,而如何在充分考虑外部环境不确定性下综合控制预期目标的最优也是实现建筑废弃物消纳设施合理选址及废弃物分配的关键。本文首先根据我国建筑废弃物处理现状,建立了废弃物系统运输结构网络,并进行相应模型假设,在确定性模型中,从经济、环境、社会三个视角构建了控制成本、GHG排放以及视觉污染最小化的三个目标函数,再通过min-max归一化无量纲化方法以及线性加权法,将多目标转换为单一目标以便计算;随后,结合实际应用对废弃物消纳设施选址所面临的一系列不确定性因素进行分析,锁定消纳设施建设固定成本、处理成本、废弃物产生量以及废弃物资源化率为不确定性参数,考虑各不确定性参数在一有界闭空间内变化,构建了鲁棒优化模型。然后,以北京市为算例,采用“单位建筑面积估算法”模拟计算历年建筑废弃物产生量,并以2018年数据以及北京市现有消纳设施位置作为候选点带入鲁棒模型中进行计算;结果表明,随着参数不确定性水平的增大,总目标函数值呈逐步上升趋势,同时,相较于确定性模型,所构建的鲁棒模型所获得的解更加稳定,证明了鲁棒模型的有效性。最后,为探究各参数的变化对目标函数值的影响程度,在算例数据的基础上,对各权重系数及不确定性参数进行灵敏度分析,结果表明,成本与GHG排放正相关,与视觉污染负相关;此外,各不确定性参数中,对成本目标函数影响最大的参数为建筑废弃物产生量与资源化工厂的年最大处理量,其与成本分别成正相关与负相关,对GHG排放的影响中,废弃物产生量与之成最大正相关,填埋场的年最大处理量与之成最大负相关,对视觉污染的影响中,废弃物产生量、常住人口与之均有较大正相关,且对视觉污染的影响强度相似。通过对以上问题的研究,进一步拓展了我国建筑废弃物设施选址的研究范畴,为废弃物设施选址与废弃物分配的相关决策提供了有效实现工具,决策者可根据项目实际和风险偏好选择合适的不确定性水平,以合理平衡项目目标与风险水平。
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