社区生活垃圾智能分类基础设施体系

钤旭 ¹  陈鹏鹏 ²  谢鹏程 ¹   葛春玲 ³   罗伟 ^4*

( 1.北京化工大学，北京100029；2.北京京环智慧环保科技有限公司，北京 100020；3. 北京城市矿产资源开发有限公司，北京 100020；4.中信环境技术有限公司，广州 511466 ）

根据中华人民共和国生态环境部最新发布的2020年全国大、中城市固体废物污染环境防治年报数据显示，2019年，196个大、中城市生活垃圾产生量23560.2万吨，处理量23487.2万吨，处理率达99.7%。整体来看，全国各地重点城市已经初步形成了生活垃圾源头分类、中端清运、末端处理的框架，但仍存在 社区生活垃圾源头分类准确率低、垃圾分类设施运行效率低、生活垃圾混装混运、无法对投放垃圾进行全生命周期追踪、湿垃圾污染腐蚀难以资源无害化处理等问题 。德国、日本等国家具有完善的垃圾分类处理机制，对各类垃圾进行体系化管理，垃圾回收再利用率超过50%。相比国外垃圾分类处理的先进国家，我们的生活垃圾分类工作从“量”到“质”提升还有较长的一段路要走。虽然垃圾分类收集装备在城市居民社区覆盖率已有显著提升，但多数社区鲜有智能垃圾分类设施配置，整体垃圾分类工作尚处于起步阶段。因此要破解社区生活垃圾经济性与可持续性矛盾，提升社区环卫治理的现代化水平，必须建立系统性、整体性的思维方式，将生活垃圾智能分类装备纳入社区配套设施和公共服务设施体系，与居民住宅社区统一规划、统一建设、统一验收。这既是对社区完整环境体系、服务体系和治理体系概念的丰富和完善，又促进了居民社区服务现代化，提升了公众参与垃圾分类工作的积极性和便利性。

城市居民社区是城市居民生活和城市治理的基本单元，是影响无废城市与和谐社会建构质量的关键变量。 Isabel Ordo?ez等人在瑞典哥德堡的两座建筑中进行的关于垃圾分类设施性能的案例研究表明，用户需求与垃圾分类设施提供的功能之间的不匹配，严重影响社区生活垃圾源头分类准确率和分类质量。孟小燕通过对居民环境态度、环境知识宣传教育、环境设施和服务质量等影响居民垃圾分类行为关键因素研究，提出了在城市建设中建立垃圾分类回收设施规划建议。Jehng-Jung Kao等人提出了一种以服务距离之和最短为标准的服务位置（SSL）模型，建立城市固体废物（MSW）和再生材料路边收集巴士系统，选择合适的收集点位数量对分类收集任务的降本增效效果显著。目前，由于居民社区垃圾收集点位的数量和选址均为人工确定，缺乏系统分析，给垃圾分类投放和中转清运带来了一系列问题。此外《中共中央国务院关于加强基层治理体系和治理能力现代化建设的意见》及国家发展改革委和住房城乡建设部印发的《“十四五”城镇生活垃圾分类和处理设施发展规划》都对充分应用大数据、云计算、物联网、人工智能、平台化管控等信息技术手段推进社区生活垃圾智慧环卫体系建设提出明确要求。垃圾分类是生态文明建设的重中之重，为了适应新时期社区垃圾分类更高的要求，确定社区生活垃圾智能分类基础设施体系顶层设计布置原则具有重要意义。

2022年4月24日，生态环境部公布“十四五”时期“无废城市”建设名单，居民社区作为社会治理的重点场域，能否实现社区生活垃圾源头准确分类处理是影响生态环境友好“无废城市”建设与发展的关键环节。因此， 有必要推动社区环卫一体化，建立智慧、科学、精细、清洁的社区生活垃圾智能分类基础设施体系。 相关研究显示，随着垃圾分类政策法规文件逐步落实，各类生活垃圾占比也在逐渐发生变化，其中可回收物、厨余垃圾、有害垃圾的占比逐渐提高，其他垃圾的占比逐渐降低，同时厨余垃圾纯净度的提升也为其在焚烧发电之外的资源化利用奠定了基础。分析典型居民社区特点及其内部生活垃圾分类转运处理环节存在的突出问题，着眼于标准化、模块化、集成化的智能垃圾分类集成装备与AI分类智慧大脑智能管理、调度、维护平台，提出 典型社区生活垃圾智能分类基础设施体系配置原则 ，并且于北京市通州区马驹桥镇居民社区作布置案例分析。本研究结果可为推动京津冀及全国城市社区垃圾智能分类与清洁收集体系规划建设提供参考和依据。

社区生活垃圾智能分类基础设施体系是在新建和已建成居民社区生活垃圾产生源设置便于生活垃圾分类投放转运的容器、建（构）筑物和配套设备组成的社区环境卫生设施，具体包括收集点、收集房、收集站、转运站和大件垃圾、装修垃圾、园林垃圾存放点等生活垃圾分类与废旧物资回收站点。社区生活垃圾智能分类基础设施体系内分类装备、配套设施及收集转运环节等需纳入社区统一规划建设，并且协调匹配居民社区环境风格。分析城市社区特点， 本文定义的四类典型社区包括：平方胡同（含城中村）、无清洁服务开放式社区（公租房）、低容积率封闭式社区（别墅）和高容积率封闭式社区（商品房）的住宅建筑及附属设施。 以全封闭式垃圾生态厢房、智慧垃圾分类亭、地埋式智能垃圾箱组、“湿中无干”智能分类与资源化减量生态厢房四类典型智能垃圾分类装备为基础，形成了典型社区生活垃圾智能分类基础设施体系布置方案原则。四类典型社区图片如图1所示。

由于近年来新型冠状病毒肺炎疫情影响，采用线上调查问卷与线下居民入户走访相结合的调查方式采集近8000份调查问卷并记录大量实际居民反馈垃圾分类现存痛点问题。目标受访主体为四类典型社区内多年龄段、多职业类型的社区居民。分析整理数据从人口社会学因素、居民环境态度、社会规范约束、环境知识教育、分类设施与服务等角度论述四类典型城市居民社区特征。

平房胡同（含城中村） 组成的街道社区是较为传统的社区类型，是现代房地产经济政策开放前，主要的社区构成形式，至今仍在各种社区类型中占有较大比例。该种社区呈平铺状，其中住户居民多为城市起初原住居民或移居已久的外来居民，社区整体面积较大，人口密度较低，居民以中老年及青少年为主，居民对社区内垃圾分类工作参与支持度较高。该类社区由于多数为城市中心原有老旧社区或城中村，仅具有“撤桶并点”后传统垃圾分类收集点位，未来配置智能垃圾分类设施空间局限。

无清洁服务开放式社区 ，一般指公共租赁房。该类社区异质性较强，内部居民覆盖多年龄段和各种职业生活群体，整体社区内居民垃圾分类意识水平参差不齐，缺乏充足的管理和运行配套资金支持，有价值的可回收物回收主要由拾荒者进行收集，内部预留垃圾分类设施空间较充足。

低容积率封闭式社区 与 高容积率封闭式社区 均属于商品楼社区，是九十年代以后迅速兴起的居住环境舒适、配套设备完备、规模较大的新型主流城市社区形式，内部居民是由原住回迁居民及外来入住居民组成的居住生活共同体。居民呈异质性且具有新型邻里关系，环保意识强，自组织协调能力也在逐渐提高。

针对分类投放信息采集困难、可回收物回收率低、居民垃圾分类准确率低、投放体验差、原位减量能力弱、收集过程污染管控差等社区垃圾分类痛点问题，高效集成智能分类投放、湿组分清洁收集、臭气监测预警与净化等功能模块，形成全封闭式垃圾生态厢房、智慧垃圾分类亭、地埋式智能垃圾箱组、“湿中无干”智能分类与资源化减量生态厢房共四套社区生活垃圾智能分类基础设施体系集成装备。上述分类集成装备的具体形式如图2所示。

全封闭式垃圾生态厢房 ——社区生活垃圾智能分类基础设施体系中功能完善分类集成设备，规格尺寸范围为18m ² ~120m ² ，服务人数范围为800~2000人。该生态厢房具有智能化程度高、收集品类多、服务范围广等特点，适用于高容积率封闭式社区、平房胡同等空间较为紧凑且垃圾产生量大的应用场合，侧重解决高密度人口流动区域垃圾产生量大，可回收物回收资源化水平低、湿垃圾暴露投放臭气溢散等问题。

智慧垃圾分类亭 ——社区生活垃圾智能分类基础设施体系中功能灵活分类集成设备，尺寸规格范围为4m ² ~20m ² ，服务人数范围为500~1200人。该分类亭具有结构简单、功能集约、可移植性强等特点，适用于无清洁服务开放式社区、平房胡同等配套经济成本有限或垃圾产生点位分散的应用场合，侧重解决设施用地紧缺、转运空间小、维护复杂、成本昂贵等问题。

地埋式智能垃圾箱组 ——社区生活垃圾智能分类基础设施体系中清洁大容量分类集成设备，尺寸规格范围为20~30m ² ，服务人数范围500~1500人。地埋式智能垃圾箱组具有释放地表空间、承载容量大、清洁收集等特点，适用于高容积率封闭式社区、无清洁服务开放式社区等人口稠密但垃圾收集转运空间小的应用场合及对垃圾分类设施环境收集要求较高的低容积率封闭式社区场合。地埋式智能垃圾箱组采用集约设计理念，用最小的空间满足最大的容量，侧重解决空间限制导致的垃圾外溢及“邻避效应”问题。

“湿中无干”智能分类与资源化减量生态厢房 ——社区生活垃圾智能分类基础设施体系中一站式干湿垃圾资源处理分类集成设备，主要由地上干湿垃圾智能识别分类箱体与地下湿垃圾堆肥资源化箱体组成，尺寸规格范围为6~20m ² ，服务人数范围500~1000人。“湿中无干”智能分类与资源化减量生态厢房能够实现湿垃圾在社区垃圾产生源头进行识别分类与资源化就地处理，形成湿垃圾原位减量生态清洁收集系统，无需进行湿垃圾清理转运，资源化堆肥肥料可以供社区绿化使用，侧重解决湿垃圾纯净收集与高质量源头就地处理难题，同时为建立社区内经济可行的湿垃圾资源循环生态收集系统提供技术支持。

在上述四套智能垃圾分类集成装备基础上配合构建智能管理、调度、维护平台作为AI智慧分类大脑，监测分类前端用户垃圾投放信息，分析社区居民垃圾投放行为规律，因地制宜优化多功能智能垃圾分类基础设施体系科学布局和分类设施内垃圾收集容器种类数量，通过物联传感器实现设备运行状态的在线监测和故障预知。智能管理、调度、维护平台可作为连接社区生活垃圾收集端设备、中端暂存点与清理转运车辆及后端处理设施之间的桥梁，实现各环节人员设施要素的智能调度。

四类典型社区内生活垃圾分类基础设施的设置及管理应满足居民社区生活垃圾分类收集需求，符合住房和城乡建设部国家标准《生活垃圾分类标志》GB/T19095-2019与《北京市生活垃圾管理条例》的规定设置清晰的分类标识，完成分类投放和分类收集环节。居民社区内生活垃圾智能分类收集设施数量、规模和布局应通过对技术、经济、社会和环境影响的综合分析确定，具体的设施数量规模应根据生活垃圾产生量、垃圾分类种类以及收运频率确定，设施布局方案应根据社区类型、社区内建筑规划和配套收运体系确定。

生活垃圾产生量可根据实际居民社区的统计资料，也可依据《生活垃圾收集运输技术规程》CJJ205-2013、《环境卫生设施设置标准》CJJ27-2012和《生活垃圾产生量计算及预测方法》CJ/T106-2016等行业标准规定计算方法得到。根据居民社区人口数、垃圾分类种类、垃圾日排出量及清运频次确定社区生活垃圾智能分类收集设施体系装备数量。居民社区垃圾日排放重量、日排放体积的计算应符合行业标准《生活垃圾收集运输技术规程》CJJ 205-2013中的规定。

依浙江省工程建设标准《新建住宅小区生活垃圾分类设施设置标准》DB33/T1222-2020对配置单个240L其他垃圾垃圾桶的收集点位能够满足居民户数的计算方法，在户均排放垃圾重量和厨余垃圾体积占比不变的情况下，生活垃圾平均密度越大，则对应的体积越小，对应每个收集点位满足的户数也越多。生活垃圾自然堆积和原位压缩减量投放情景下，生活垃圾收集典型密度区间范围确定为0.3~0.7t/m ³ 。不考虑极特殊垃圾高峰排放情景，则在生活垃圾内厨余垃圾体积占比15%时，对应于0.3~0.7t/m ³ 的密度范围，每个收集点可满足的居民家庭户数为33-77户。在生活垃圾内厨余垃圾体积占比30%时，对应于0.3~0.7t/m ³ 的密度范围，每个收集点可满足的居民家庭户数为41-96户。单个智能垃圾分类装备收集点满足家庭户数确定后，即可根据典型居民社区房屋总户数确定收集点位数量。当收集点规模扩大，收集点位收集容器数量增加时，在原有垃圾排放总量和清运频次条件下，收集点位数量应根据垃圾分类控制类别的容器数量作为依据进行计算。该最小收集点数量算例作为建议计算方案，在确定单个智能垃圾分类装备收集点位数量后，需要结合四类典型社区实际需求与四套智能垃圾分类装备功能特点形成典型社区内智能垃圾分类基础设施体系参考布置原则，如表1所示。

居民社区生活垃圾分类投放点的选址和垃圾收集房的建设都是事关群众个人切身利益的大事，是否做到科学合理便民利民是评价社区生活垃圾智能分类基础设施体系建设布置水平高低的关键因素。依上述社区生活垃圾智能分类基础设施体系布置原则于四类典型社区进行布置，保证收集容器设置达标、收集站点建设达标、智能垃圾分类设施全覆盖前提，引入厨余垃圾分出率、厨余垃圾就地资源化率、末端厨余垃圾集中处理分出率、生活垃圾减量率、再生资源回收利用率等指标对居民社区智能垃圾分类基础设施体系运转效果进行评价。

以北京市通州区马驹桥镇为例论述社区生活垃圾智能分类基础设施体系实施方案。该区域内包含平房胡同（含城中村）、无清洁服务开放式小区（公租房）、低容积率封闭式社区（别墅）和高容积率封闭式小区（商品房）四类典型社区。表2展示了马驹桥四类典型居民社区信息。

按照上述社区生活垃圾智能分类基础设施体系布置原则，形成图3马驹桥典型社区垃圾分类设施布置案例示意图。 首先根据社区类型确定社区生活垃圾智能分类基础设施体系的整体布置原则，之后根据社区总户数和人口数据确定最少需要分类装备数量，最后根据实际社区楼宇布置位置、社区人流路线和周边交通位置确定与社区内垃圾收集转运相匹配的清运方式。 一街村作为平方胡同社区，共有689户居民，约1403人，该社区内有一条主路两条辅路，按照共享原则与最短步行距离原则计算，形成以7台智慧垃圾分类亭、2台地埋式智能垃圾箱组、1台全封闭式垃圾生态厢房和1个大件垃圾存放点组成的智能垃圾分类基础设施体系布置方案。燕保家园作为无清洁服务开放式社区，共有3004户，约7000人，社区内有多条环形干道，按照共享原则与最短步行距离原则计算，形成以6台智慧垃圾分类亭，2台全封闭式垃圾生态厢房、1台地埋式智能垃圾箱组和2个大件垃圾存放点组成的智能垃圾分类基础设施体系布置方案。天鹅堡作为低容积率封闭式社区共有665户居民，约2000人，内部具有一条环形主路，按照共享原则与最短步行距离原则计算，形成以3台地埋式智能垃圾箱组、2台“湿中无干”智能分类与资源化减量生态厢房、2台全封闭式垃圾生态厢房、2台智慧垃圾分类亭和2个大件垃圾存放点组成的智能垃圾分类基础设施体系布置方案。富力尚悦居作为高容积率封闭式社区，共有3747户居民，约6500人，内部有多条主辅路，按照共享原则与最短步行距离原则计算，形成以5台全封闭式垃圾生态厢房、2台“湿中无干”智能分类与资源化减量生态厢房、1台地埋式智能垃圾箱组和3个大件垃圾存放点组成的智能垃圾分类基础设施体系布置方案。马驹桥镇四类典型社区垃圾分类基础设施体系布置案例如图3所示

垃圾分类收集点完成垃圾分类收集后，根据社区位置及其与垃圾末端处理设施间的距离选择中转处理方式。 平房胡同与低容积率封闭式社区垃圾产生分散，可采用在密闭垃圾收集站或暂存点进行集中存储后统一转运至末端处理设施的收集转运处理方式。无清洁服务开放式社区与高容积率封闭式社区垃圾产生量大且集中，可采用直收直运与桶车对接相结合的方式转运至末端处理设施。 垃圾智能分类设备前端采集数据上传至智能管理、调度、维护平台形成生活垃圾管理电子台账，记录生活垃圾来源、种类、质量、去向等信息 ，便于社区内垃圾责任运营单位对敷设收集点位设备伴随季节、居民等影响垃圾产生量等因素变动进行动态调整，助力马驹桥建设垃圾智能分类基础设施体系示范应用样板片区。

经过多年的积累与沉淀，中国目前垃圾分类已有长足的进步，生活垃圾规范收集率和无害化处理率逐年提高。本文论述了建设社区生活垃圾智能分类基础设施体系的必要性、理论原则以及实践布置方案设计案例，也提出现阶段以智能垃圾分类集成装备与物联网AI智慧分类大脑结合，从下好全国垃圾分类一盘棋的视角，促进社区环卫一体化分类设施建设与发展的基本原则。综上所述，对未来环卫一体化视角下的社区生活垃圾智能分类基础设施体系研究提出如下进一步思考的角度。

1）中国垃圾分类工作的开展呈现空间地域性、历史时间性和进程发展性的差异。 实现垃圾分类从量到质的提升，需从居民和社区两个核心角度进行深入探究，形成影响社区生活垃圾分类因素权重的影响作用机制，为社区智能垃圾分类设施因地制宜敷设提供理论指导，以期构建基于多权重社区规划的垃圾分类设施选址选型系统。

2）垃圾分类工作是一项高度复杂社会化的工程，居民的分类意识高度是工作任务治理水平的核心。 智能化设备作为支点助力形成人工督导的设备替代，以模块化的智能技术和网络通讯对用户全流程分类行为数据进行收集记录和监管督导。垃圾智能分类基础设施体系可作为社区端生活垃圾分类的宣教平台，建设生活垃圾分类“活课堂”。分类设施作为实践抓手，现阶段以智能设施宣教居民辅助监管，最终形成智能设施便民利民的垃圾分类风尚。

3）末端处理设施倒逼前端垃圾分类和社区前端强制实行垃圾分类两种方式均不符合当前国情基础 ，发挥社区生活垃圾智能垃圾分类装备设施及AI智慧分类大脑智能管理、调度、维护平台在整个垃圾分类流程中“穿针引线”的作用，将前端分类收集、中端清理转运、后端资源处理串联起来，进行全局优化和配套兼容，以期使现有前端收集设施不断完善增加适应性，对中端清运处理和末端资源化处理产业格局进行智能调度运维和产业格局重构，形成垃圾分类长效管理机制。

4）北京作为首善地区按照首善标准发扬首善精神，为京津冀及全国其他重点城市开展垃圾分类工作提供参考镜鉴。 经过示范应用实践对配套湿垃圾投放准确率识别、物联网边缘计算终端、垃圾全流程数据分析挖掘等方面的研究提出了更高的要求。科学的垃圾分类设施体系是未来建立政府统筹环卫企业参与居民社区自治实践的垃圾计量计费、积分激励及“互联网+”回收商业推广模式的前提。科学长效的垃圾分类设施体系不应只有社会效益和生态效益，更应具有经济效益，以形成可推广复制的商业模式。

社区生活垃圾智能分类基础设施体系是改善人居环境、促进城市精细化管理、保障城市高质量持续发展的重要举措。通过分析影响居民垃圾分类行为的相关因素，发现环境设施和服务的体系化和便利性是影响居民生活垃圾分类行为质量的关键权重。因此，十分有必要建立社区生活垃圾智能分类基础设施体系及AI分类智慧大脑智能管理、调度、维护平台，形成覆盖“分类投放、分类收集、分类运输、分类处理”全流程环节的系统方案。研究分析平房胡同、无清洁服务开放式社区、低容积率封闭式社区、高容积率封闭式社区四类具有广泛代表性的居民社区类型，并从人口社会学因素、居民环境态度、社会规范约束、分类设施与服务等角度对比不同社区的区别。从社区智能化、体系化、清洁化等需求角度出发，论述四套在规格尺寸功能互为补充的智能垃圾分类集成装备。在该基础上提出了典型社区生活垃圾智能分类基础设施体系的总体布置原则和具体设备类型的选择和数量计算方法，供政府内政策制定单位、一线环卫企业、住宅建设施工单位理论支撑，具体包括三部分，首先确定社区类型并根据人口规模和垃圾产生量确定社区内智能分类装备的数量，其次根据典型社区建筑格局形成对应社区类型的智能分类装备布局，最后根据社区周围交通及垃圾集散处理中转设施的配置情况选择直收直运或暂存转运的处理方式。以北京市通州区马驹桥镇居民社区作为生活垃圾智能分类基础设施体系布置原则应用实例，使社区垃圾分类水平提升。可回收物、厨余垃圾、有害垃圾在垃圾收运总量中的占比逐渐提高，同时其他垃圾在垃圾收运中的占比逐渐减少，实现了智能分类-清洁收集-原位减量-污染控制的垃圾分类收集效果，提升了居民获得感、幸福感和安全感。AI分类智慧大脑智能管理、调度、维护平台能够适应不同需要，打造居民垃圾投放数据信息监管分析，智能分类装备规模布局优化、中转清运车辆智能调度、分类装备故障预知、垃圾分类宣教站点等集多功能于一体的社区生活垃圾智能分类基础设施体系运维云平台，能减少社区环卫基础设施的重复建设，同时助力构建城市智慧环卫大数据管理平台与智慧城市运营管理平台融合对接，为实现智慧化城市治理，加快智慧城市建设做出贡献。本研究已在环卫一体化社区生活垃圾智能分类基础设施体系领域内进行了探索和实践，未来相关领域人员仍可深入研究社区生活垃圾智能垃圾分类基础设施体系与经济性间的矛盾关系，引入市场化资源配置因素，以形成更高水平可推广复制的社区生活垃圾环卫商业化推广模式。