第 1 章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.1.1 选题背景
城市是国家或地区的政治、经济、文化的象征，是一个国家或地区发展所必不可少的阶段。它是社会不断进步过程中的产物，也代表了现代化的进程。然而，在它光鲜靓丽的背后，有着不为人知的辛酸，它需要承载成百上千万的人口，承载着这么多人的日常生活，更需要承载着人们日常生活所产生的大量生活垃圾。
所以，它是大量人口聚集之地的同时，也是垃圾产生的主要源头。城市汇聚了来自四面八方的人流、物流，因此产生了各种垃圾。随之出现一种现象——“垃圾围城”[1]
，即我们生存的环境已经被垃圾所包围。
二十一世纪是城市化进程迅速发展的世纪，我国的城市化率从建国初期的10.64%，到改革开放时的 17.92%，再到 2012 年的 52.5%[2]。联合国对其预测显示，在三十年后城市化率在全球发达国家中将会达到 86%，届时我国也将达到72.9%[3]。因此，我国在未来的几十年，城市化率还会迅速增加，城市垃圾产量会迅猛增长，“垃圾围城”的现象会更加严重。为了避免出现垃圾包围城市的问题，如何集中处理城市生活垃圾变得十分重要，因此，解决该问题的理想方法之一就是将城市生活垃圾进行发电、供热。垃圾发电技术不仅可以较好地解决环境问题，又可以缓解能源短缺的问题，对于社会效益和经济效益都有所提升。随着越来越多的人重视环境问题，世界发展的主题已变成节能、环保，科学处理城市生活垃圾，提供产业发展机会，已成为垃圾处理问题的发展方向。
1.1.2 意义
据统计，垃圾增长速度在全世界范围来讲，已达到每年 8.42%，而中国却早已超过这个增长速度，以年均 10%以上的速度增长。每年，全球垃圾产生量达4.9 亿吨，而我国就高达近 1.5 亿吨[5]，占全世界城市生活垃圾的 30.1%。目前，我国城市固体废弃物累积堆存量已超过 70 亿吨，在处理方式上，有 70％的垃圾进行填埋处理，进行焚烧和堆肥处理的仅占 10％，至于剩余的 20％往往无法回收。在这种处理方式下，利用垃圾发电不足 10％，换句话说，每年浪费的电力高达 2800 兆瓦，每年损失的价值高达 250 亿元[6]。随着城市生活垃圾的不断增长，以及土地资源的逐渐短缺，垃圾处理方式将得到完善，原本占比较高的填埋处理方式将逐渐减少，而焚烧处理方式将会逐步增加，从经济指标和长远利益来看，垃圾焚烧发电会比传统的热能发电更好。在这样巨大的待处理垃圾压力下，垃圾焚烧发电具有十分重要的意义，该产业也将会成为未来的明星产业。“垃圾的焚烧发电处理一定将会是城市生活垃圾处理的最佳选择”[7]。虽然，垃圾包围城市的问题给社会环境和国家发展都造成了很大压力，但我们从中也要看到经济效益和资源潜力。第十二个五年计划显示，我国计划投入 2636 亿来建设城市生活垃圾处理的相关基础设施[8]。伴随着生活垃圾围城的严峻形势，国家战略的搀扶，尤其是新的五年计划，必将为我国城市生活垃圾焚烧发电提供了一个非常好的发展时机[9]。
然而，专门的处理场地对垃圾的集中处理极为重要，基于此，垃圾焚烧厂的选址问题就更加关键。社会在快速发展的同时，人们的环保意识也在快速提高，邻避现象也越来越多，如果不能对其妥善处理，会加剧社会矛盾，即邻避冲突[10]随之产生。在这种情况下，城市生活垃圾焚烧厂选址问题的重要性就更为突出。
城市生活垃圾焚烧厂选址问题的所要达到的目标是，使垃圾焚烧厂到产生垃圾最近的居民服务区的距离最大，即实现一方面让垃圾焚烧厂可以为民所用，另一方面又使得垃圾焚烧厂对附近居民有最小的影响。这样，不仅能够减少邻避冲突，也能够减少项目在建设过程中的麻烦。本文通过分析我国城市生活垃圾以及垃圾焚烧厂的现状，深入研究了如何科学合理地进行垃圾焚烧厂的选址问题。通过分析我国相关领域的政治因素、经济因素、社会因素、文化因素、法律法规因素，以及作者本人认为比较重要的、新加的居民健康补偿因素，然后建立运筹学模型、设计算法、并且进行实例验证，使垃圾焚烧厂能为国家和大众带来实实在在的经济利益。
1.2 国内外研究现状述评
1.2.1 邻避型设施与邻避效应
城市生活垃圾焚烧厂选址问题属于邻避型设施[11]选址问题，垃圾焚烧厂便是邻避型设施的一种，即不受附近居民所欢迎。邻避型设施指其不仅要为公众提供便利的服务，同时对于其所产生的所有负面影响，附近居民也要一力承担，因此出现了邻避效应的设施。
在国外，这种不受居民欢迎的邻避型设施通常称为“露露”[12]（Locallyunwanted Land use，简称 LuLu），由邻避型设施产生的邻避效应，也叫邻避现象[13]（简称 NIMBY）。邻避效应的研究在国外已经比较成熟，并且国外对于邻避现象所包括的范围也十分广泛，不仅研究对象的类别十分丰富，而且研究角度也很多。总的来说，国外的此类研究是从研究有害污染工厂和设施开始的，主要研究这些工厂和设施的分布情况和分布特点，人们对环境的关注，在探求邻避现象产生原因的过程中，综合运用政治学、经济学、管理学以及心理学等学科知识。
国外对于邻避现象开始关注开始于 20 世纪 70 年代，大多数早期研究是由北美的非公共机构进行的，先驱工作者是 Dear 和其合作者们，他们对邻避现象的分析起源于对城市特殊用地产生的矛盾，并对其进行了深入研究。随后，学者们将邻避现象的研究范围逐渐扩展，同时这一研究也推向了其他西方国家，包括英国、澳大利亚和新西兰。
邻避效应，由是 O’Hare[14]于 20 世纪 70 年代首次正式提出的，对于某些设施，在其为广大居民提供利益的同时，也给其附近居民造成了污染，由此产生的不断抗争的现象即为邻避效应。由于垃圾焚烧厂一方面为附近居民提供便利，另一方面却严重影响居民的生活环境，因此附近居民必然也会抗拒其选址地点。
现在国外对邻避现象的研究已经相当丰富，不仅是在研究对象和内容上，研究的方法和角度也很多样。国外对于邻避现象的研究较为成熟，涉及政治学、经济学、社会学、心理学、管理学等多种学科，通过运用比较的方法、实证的方法等，对邻避这一现象进行阐述和分析。但是国外的研究大多偏重于实践，在理论的系统化上还有待完善，并且国外的研究大多是从多学科视角进行分析，并没有细化。
我国对邻避效应的研究并不完善，但近几年已取得一系列进展。何纪芳[15]将邻避型设施主要分为 4 种类型：区域性、市际性、全市性和邻里性。区域性设施包括疗养院、焚化炉、铁路、电力系统等；市际性设施包括殡仪馆、煤气供应系统、火葬场、屠宰场和垃圾处理设施等；全市性设施包括污水处理设施、变电所等；邻里性设施包括加油站等。按照居民对该类型设施的接受程度，又将其分了 10 种具体类型，垃圾处理厂被排在第二类。总的来说，第一类和第二类设施很难被设施附近的居民所接受。
按照邻避效果影响的大小，李永展[16]将设施分为四个等级：一级，不具邻避效果（小区公园、图书馆等）；二级，具有轻度邻避效果（学校、医疗、车站及购物中心、卫生设施等）；三级，具有中度邻避效果（高速公路、疗养院、市场等）；四级，具有高度邻避效果（垃圾站设施、核能发电站、污水处理厂、加油站等）。
乔艳洁[17]等在 2007 年从公共政策角度通过研究邻避型设施对周围居民的影响，提出“邻避政策”的概念，提出缓解并消除邻避效应的政策改进，以及邻避政策亟待改善之处，包括政策价值属性公共性的偏离，政策过程中公民参与的不足以及政策合法性不高等，在此基础上提出了“一体两翼”的改进措施。文中指出表面上，邻避效应反映的是公民对邻避型设施的厌恶，而深层面上反应的是构建和谐社会过程中出现的障碍，主要是为邻避型设施选址问题提供理论上的依据，没有对该类选址问题的提出具体可行的选址方法。
林巍[18]等通过研究有害废物处理设施选址问题，深入探讨了环境冲突在处理公共设施选址问题中的应用，提出了求解该问题的解，并讨论了解的唯一性和存在性，并对更复杂的两类邻避型设施选址问题进行了深入分析，给出该类问题的解决思路，也无切实可行的具体方法。
杨玉峰[19]等对有关环境资源与社会矛盾的案例分析了较深入的研究，主要对生活垃圾填埋厂的选址问题进行了总结，并且使用了冲突分析理论，从而设计了相应的处理方法来解决该问题。
金通[20]指出，垃圾处理产业应该规避的重点问题是邻避效应。只有抓住了问题的重点，才能更好地解决问题。因此他通过具体分析垃圾处理行业，得出邻避效应是该类问题的主要矛盾。并且具体分析了垃圾的产生和处理之间的矛盾，垃圾处理外部性与不同层次之间的矛盾，垃圾处理的成本和收益之间的矛盾，最后给出避免邻避现象的基本思路，即在边际成本和边际收益上降低或者减少该类设施附近居民的差异。
何艳玲[21]通过介绍垃圾压缩站事件，描述了邻避矛盾解决的原因及特点，提出了合理化建议，即第一步确立政府的中立地位，第二步开通对话沟通性渠道，第三步建立国家政治机制。何艳玲[22]在另一篇文章中指出，居民在邻避问题上的态度应该是合理的，反对与否关乎社会更大的公共利益，而似乎越来越多的人认同这种观点。
从国内的研究现状来看，关于邻避效应已经有越来越多的学者开始关注，而且从研究方法上看，大多数都还是在理论研究的层面，缺少在实践方面的研究，要使研究更具说服力，则要理论与实证相结合。但从总体上看，目前我国仍缺乏关于解决此种冲突与调控该类问题的专门研究。
1.2.2 邻避型设施选址问题的研究现状
1．国外研究现状
Ratick[23]提出了一种多目标布局模型，主要布局不受欢迎的邻避型设施种类与规模的多目标模型。在该模型中，第一个目标是运输成本的极小化；第二目标是公众对设施的反对规模的极小化；最后一个目标是极大化公平指数结果。模型将第一个和最后一个目标作为限定条件，进而得到满足如上三个目标的最优值。
新加坡的学者 Quah E 和 Tan KC[24]对邻避型设施的选址问题是这么研究的：对该类设施周围居民产生的影响利用了成本－效益分析的方法，并对邻避型设施的选址问题创造出了两种不同类型的听证选址机制。
Erkut[25]M 的研究与 Melachrinoudis 和 Smith[26]的研究基本相同。建立了一个双准则选址模型，模型是在原有设施基础上进行了拓展，这样不但要考虑选址地点要接近已有的设施来节约成本，还要考虑设施为邻避型设施，不能距离居民区太近。该模型拓展成多条边，多顶点的邻避型设施，模型中的距离用的是欧几里得距离。
Fernandez[27]等从环保角度考虑，提出了一个已经确定的区域上连续的邻避型设施选址问题。赵明艳[28]等建立了一个关于最大最小的多设施选址的数学模型，并且认为在解决该类问题时首先要注意该类设施间的距离，其次在考虑该类设施与供应地之间的距离。但此处并没有明确应该使用哪种距离来计算模型。
Cappanera[29]等提出了同时考虑了邻避型设施选址及邻避型材料在设施和已建区域的运输问题，将邻避型设施选址及运输问题划分成了两个子问题且用拉格朗日启发式算法进行求解：一个是邻避设施选址问题，一个是运输路径优化与选择问题。
ReVelle[30]把所有邻避型设施到影响中心点的加权距离极大化，作为邻避型设施选址问题的目标函数。但他只考虑了离中心点最近的邻避型设施会对周围上网居民产生一定影响，却忽略了离居民住宅区次近的邻避型设施也会产生一定影响。
Alumur 和 Kara[31]通过对邻避型设施的深入研究构造了一个邻避型设施的选址路径问题的数学模型，并且在算例中首次加入了 GIS 技术并进行了深入分析，最后验证了模型的正确性。
Haluk[32]针对平面上的邻避型设施选址问题，建立了一个双目标数学规划模型。其中两个目标分别是：运输费用最小化和设施离它最近的中心点之间的距离最大化，最后通过使用粒子群算法进行了求解，并且得到了一组与实例符合的可行解。
2．国内研究现状国内学者对邻避型设施选址问题的研究起步比较晚，大多数还是在理论研究方面。
张颖[33]在 2007 年应用了地理方法进行了分析，并且建立了一个关于邻避型设施的分析系统来深入分析，该系统可以很好地解决诸如在一定目标下寻找一个或多个邻避型设施的理想地点的问题。
2008 年学者李安宇[34]通过模糊数学的方法来研究关于垃圾填埋场这类设施的选址，并且构建了多个目标垃圾填埋厂选址问题的数学模型。并进一步研究了用模糊数学方法求解的一般多目标规划模型的模糊最优解方法与有效解及弱有效解之间的相互联系。最后应用了模糊目标规划法求解例子，并分析了所建数学模型的合理性。
2010 年张向[35]通过对重庆市城市生活垃圾处理厂进行深刻分析，尤其是对垃圾处理厂选址问题与日常的运营管理带来的邻避效应进行重点分析。查阅国内外相关文献并且通过调查问卷的方式，研究怎么样合理避免邻避效应。因此此文的研究重点是邻避矛盾的理论层面的研究，没有具体的研究邻避型设施选址的科学方法，更没有算法或者数学方法。
2011 年栗娜，李珍萍[36]对邻避型设施垃圾站问题建立了数学模型，以垃圾站对附近居民产生影响最低为单目标，并且建立了单目标选址问题的数学模型。
又分析了垃圾处理场的相关成本，然后综合考虑了相关因素，建立了对附近居民影响最小和垃圾处理场等相关成本最低的双目标数学模型，最后设计了一个计算机程序，以及编写了相关算法程序，通过实例验证了模型。
2012 年王丽娟[37]探讨了邻避型设施选址困境及其对策。她认为随着土地的紧缺以及人们对环境保护的关注，人们对邻避设施诸如核电站、垃圾厂这类越来越反感，由此也导致更多的冲突。她通过分析了邻避型设施选址的影响因素，进而提出了 3 点避免邻避冲突的对策和建议，包括信息公开、合理的公众参与，补偿机制以及建立信任[38]。
2013 年刘晶晶[39]以空间正义[40]为视角来探讨邻避设施选址问题，她认为邻避设施是因为社会经济的发展需求而产生的设施，其选址又会受到附近居民的反对，以致会有可能发生抗争事件。并且认为邻避型设施选址困境是因为没有平衡和考虑各方利益而造成空间分配正义失衡所导致，所以要对利益相关的居民进行多样性的补偿措施来实现正义分配平衡。具体来说，就是要增加居民的参与程度，在邻避型设施选址过程中。
2013 年刘佳佳，黄有亮[41]等，主要研究了公众到底以何种方式参与邻避型设施选址的过程。他以公众参与方式选择为目标，将邻避型设施选址的过程主要分了四个阶段，分别是选址启动阶段、多方案编制阶段、环境影响评价阶段和设施选址阶段。在论文最后给出了一个公众对邻避型设施的公众参与的选择表。
2013 年舒军龙、潘仲麟[42]主要研究的目标是垃圾中转站对周围环境的影响。
通过调查问卷的方式，发现居民对垃圾中转站意见较大，并且对反映激烈的因子进行了排序。其中噪声问题主要是由于车辆运输（一般自凌晨始）及垃圾压缩转运引起的。
通过对垃圾焚烧厂选址的问题的学术论文，在中国期刊全文数据库中进行详细检索，发现有关垃圾焚烧厂选址方面的学术论文非常少，总共只有 5 篇文献。
由此可见，国内学者对于垃圾焚烧厂选址问题进行研究的特别少，而且这已有的5 篇文献各自对垃圾焚烧厂选址问题的研究角度也大不相同，下面将对这已有的5 篇文献做详细的介绍。
王亭[43]是从选址附近公众接受度[44]的角度对诸如邻避型设施的选址决策问7题进行了比较深入研究。他把公众接受度划分了四个部分：感知风险的接受度、感知经济利益的接受度、感知竞争性的接受度以及感知信任度的接受度。并设计了一个问卷调查，对上述四个方面的感知度进行了调查，得出结果是感知风险方面的因素对选址周边公众有着比较明显的负面影响，然后依次是竞争性、经济利益以及信任度。
张丽霞[45]以辽宁省鞍山市的垃圾焚烧厂为具体实例，提出了 3 个垃圾焚烧厂选址应该重点关注的问题。她认为首先应该以城市环境卫生设施规划规范[46]为参考依据。其次，应该关注城市垃圾场选址原则要求，如不在重点保护的文化遗址、分景区及其夏季主导风的上风向。再次，要进行生活垃圾焚烧厂多厂选址比较，例如鞍山市垃圾焚烧厂拟选厂址共有 4 个，比较结果显示只有两个适合建立垃圾焚烧厂，然后还需进一步进行科学论证。
张衔春、王旭、吴成鹏[47]等人，详细介绍了汉口北垃圾焚烧厂的选址依据，应用空间模拟演绎法把垃圾焚烧厂周边的用地状态展示了出来。根据国外经验，并结合我国国情提出了一种新的垃圾处理模式—垃圾焚烧进社区，让社区居民也能够参与到垃圾焚烧厂的选址过程中，这样就可以有效减少社会矛盾。
郭红、孙逊[48]等使用定权打分法对三个垃圾焚烧厂备选方案，进行了定权打分，总权重 100，给各个指标赋予不同的权重值，并且通过该定权打分法确定了一个最有垃圾焚烧厂选址方案。
李劲，王华[49]提在进行垃圾场选址问题研究时，运用目标层次分析方法来解决。第一步筛选厂址潜在的可能性和可行性；第二步采用多准则决策分析法进一步综合评价已经选择的方案；第三步结合多属性简单加权评估函数法，运用0-1 规划模型[50]进行优化并求解，最终得到最后的选址方案。以云南昆明市垃圾处理厂为例，应用了该决策方法，并且给出了成本最低目标最优的垃圾厂选址方案。
综上所述，目前学者们对于垃圾焚烧厂的选址主要有以下特点：（1）对于邻避型的设施选址问题要么是单纯的模型或者算法，要么就是单纯的理论研究，或者提出一些解决邻避问题的宏观办法，可操作性都不太强，不易实施。（2）用数学模型来降低对居民的影响的过程中，没有考虑到将到补偿机制，没有将健康因素作为经济补偿指标。（3）政府对垃圾焚烧厂周围居民进行的补偿都是被动的补偿，是为了避免邻避冲突的扩大化，而进行的补偿。所以，本文不但会建立合理科学的数学模型来解决垃圾焚烧厂选址问题，而且将会引入一种居民意愿补偿因子，并将该因子加入到选址的数学模型当中，让模型考虑的因素更加全面周到，更加具有可操作性，为邻避型设施的选址提供全面合理的解决方法。
1.3 本文的研究内容及方法
通过对邻避型设施——垃圾焚烧厂的选址问题现状分析，并结合一般选址问题的对比研究，本文主要分为三个研究部分，第一部分是对城市生活垃圾及生活垃圾处理的现状分析。第二部分是建立一种符合当地居民意愿的合理的补偿机制，并将该补偿因子加入模型。第三部分是建立城市生活垃圾焚烧厂选址问题的数学模型，从而确定其解决办法，并通过实例分析验证模型的正确性。
本文由五部分组成，每部分的主要内容及方法如下：
第一部分：主要阐述本文研究的背景与意义，概述国内外研究现状，建立本论文的研究的基本思路和框架。（理论研究法）第二部分：对我国城市生活垃圾及生活垃圾焚烧的现状进行分析。主要包括我国城市垃圾的产量及其发展趋势，垃圾的分类研究，以及我国城市垃圾处理行业的发展趋势。（定性与定量相结合）第三部分：分析了我国垃圾焚烧厂附近居民的补偿现状，总结出目前补偿情况存在的一些问题，并建立了一个较为公平合理的补偿机制。（回归分析法）第四部分：首先对我国城市垃圾焚烧厂选址问题的相关影响因素进行深入研究。应用层次分析法确定垃圾焚烧厂的粗选址方案，应用数学建模的方法建立垃圾焚烧厂选址问题的精确选址模型，包括单目标选址模型和多目标选址模型两大选址模型。然后使用 Lingo 编程的方法对选址模型进行求解。（层次分析法）（单目标规划法）（多目标规划法）（Lingo 编程求解）第五部分：将该选址模型应用到一个算例中，提出了合理的垃圾焚烧厂选址方案，并对选址结果进行了分析和验证。（实例验证法）第六部分：结论及展望。总结本文的主要研究成果，阐述本文的创新点及不足，展望本文的后续研究。（理论分析法）
1.4 本文的技术路线
本文技术路线如图 1.1 所示。
1.5 本章小结
本章主要介绍了论文选题的背景及意义，对国内外有关邻避型现象以及邻避设施的相关研究进展，以及具体到邻避型设施——垃圾焚烧厂的研究现状等进行了归纳总结。在此基础上，提出了本文的主要研究内容及方法，给出了技术路线图，为后续的深入研究做好了准备。
