CHƯƠNG 1.1 Sự cần thiết Ngành xây dựng đóng vai trò vô cùng quan trọng trong hệ thống các ngành công nghiệp, góp phần đáng kể vào sự phát triển của nền kinh tế quốc gia và có tác động sâu rộng đến nhiều lĩnh vực khác. Việc phát triển và đầu tư vào ngành xây dựng là một tiền đề không thể thiếu để đáp ứng các nhu cầu cơ bản về cơ sở hạ tầng và hệ thống an sinh xã hội. Cùng với sự tiến bộ của đất nước, cuộc sống vật chất và tinh thần của người dân cũng được nâng cao, dẫn đến sự tăng cường nhu cầu xây dựng nhà ở xã hội và các công trình công cộng như mạng lưới viễn thông, mạng lưới điện, mạng lưới nước và mạng lưới xử lý rác thải.“Điều này đòi hỏi ngành xây dựng phải tiên phong, các kế hoạch và phương án tổ chức quy hoạch xây dựng phải được chuẩn bị, tính toán trước cho sự phát triển này, các vấn đề trọng tâm trong quản lý xây dựng được thể hiện trong hình 1. Nói một cách khác, sự phát triển và đầu tư vào ngành xây dựng là điều kiện tiên quyết để các ngành kinh tế, ngành công nghiệp và cả văn hóa, nghệ thuật phát triển.
Trong bối cảnh này, nghiên cứu về kỹ thuật xây dựng và quản lý dự án xây dựng đóng một vai trò quan trọng đối với sự thành công của ngành công nghiệp này và nền kinh tế, phát triển của quốc gia nói chung.” “Một trong những vấn đề đang thu hút sự chú ý của xã hội ngày nay là quản lý, xây dựng, và quy hoạch hệ thống xử lý chất thải rắn. Vấn đề này đã và đang trở thành một thách thức "toàn cầu" đáng lo ngại, do ảnh hưởng trực tiếp của nó đối với môi trường, đặc biệt là trong bối cảnh sự gia tăng của lượng khí nhà kính (GHGs) đang đóng góp vào hiện tượng nóng lên toàn cầu. Theo Nghị định 38/2015/NĐ-CP về Quản lý Chất thải và Phế liệu, các chất thải rắn từ công trình xây dựng cần phải được thu gom và vận chuyển đến các điểm tập kết, trạm trung chuyển, hoặc cơ sở xử lý đã được quy hoạch và có phép cấp. Chúng cũng có thể được chuyển đến cơ sở tái chế hoặc các dự án khác để tái chế và tái sử dụng.
Tuy nhiên, thực tế cho thấy tình trạng xả chất thải trái phép vẫn diễn ra và không giảm bớt. Các hoạt động phân loại, thu gom, vận chuyển, và xử lý chất thải hiện chưa đạt đến mức độ triệt để và không tuân thủ quy định, đặc biệt là trong các dự án xây dựng ở các thành phố với mật độ phát “Luận Văn Thạc Sĩ” “HVTH: Trần Thiết Văn “2” triển ngày càng tăng. Nhiều dự án xây dựng không tuân thủ quy trình xử lý chất thải rắn theo hồ sơ môi trường đã được cơ quan chức năng phê duyệt. Điều này có thể tạo ra rủi ro gây ô nhiễm môi trường, ngập lụt, sạt lở đất, và ảnh hưởng đến cảnh quan và cuộc sống hàng ngày, cũng như sản xuất của cộng đồng địa phương.
Ngoài ra, sự gia tăng đáng kể về lượng chất thải phát sinh từ việc xây dựng các khu dân cư, các tòa nhà thương mại và khu công nghiệp trên toàn thế giới, việc đô thị hóa nhanh chóng và các hoạt động hằng ngày của con người, dẫn đến mối đe dọa đáng kể đối với chất lượng môi trường toàn cầu (Hannan et al., 2018; Safo-Adu & Owusu- Adzorah, 2023; Xu et al.”Sự tích tụ phát triển của CO2 trong khí quyển Trái đất đang cho thấy một xu hướng tăng lên đáng lo ngại, như được chỉ ra bởi dữ liệu từ năm 2022, với sự gia tăng trung bình hằng năm khoảng 2,5 phần trên mỗi triệu (ppm) (Friedlingstein et al. Hiện tại, mức CO2 trong khí quyển đã tăng lên khoảng 410 ppm, đóng một vai trò quan trọng trong hiện tượng nóng lên toàn cầu (Pellegrini et al. Sự tăng tốc nhanh chóng của quá trình đô thị hóa và bùng phát dân số, cùng với sự đầu tư không đủ vào cơ sở hạ tầng quản lý chất thải, đã tạo nên một tình Hình 1.1 Các vấn đề liên quan trong quản lý xây dựng “Luận Văn Thạc Sĩ” “HVTH: Trần Thiết Văn “3” hình khẩn cấp trong việc quản lý chất thải hiện tại (Saxena et al. Để giải quyết các vấn đề liên quan đến chất thải rắn, việc triển khai các quy trình xây dựng quản lý mạng lưới xử lý chất thải một cách có hệ thống và hiệu quả là hết sức cần thiết.
“Trong quy trình quản lý chất thải, việc thu gom chất thải đóng một vai trò quan trọng, bắt đầu từ điểm phát sinh chất thải đến các cơ sở xử lý chất thải. Quá trình này bao gồm cả việc xử lý và tái chế chất thải, ví dụ như phân loại chúng để tạo ra điện năng và năng lượng tiêu thụ. Điều này giải quyết một khía cạnh quan trọng của vấn đề cung cấp năng lượng, một thách thức cấp bách trong các thành phố đang phát triển, như thể hiện trong hình 1. Tầm quan trọng, của quá trình thu gom chất thải được đặc biệt chú ý (Perkumienė et al.“Khi quá trình thu gom chất thải không được thực hiện một cách hiệu quả, nó có thể dẫn đến sự gián đoạn trong cuộc sống hàng ngày, ô nhiễm môi trường, và sự lan truyền của các bệnh truyền nhiễm tại các khu vực nơi chất thải được tạo ra (Doussoulin & Colther, 2022).
Việc thu gom và xử lý chất thải rắn đô thị (MSW) trong xây dựng, đặc biệt là ở các nước đang phát triển, đã trở thành một nhiệm vụ cấp bách để bảo đảm sự phát triển môi trường bền vững và sức khỏe vật chất của cộng đồng. Hơn nữa, việc tối ưu hóa quá trình thu gom MSW này mang lại những ảnh hưởng tích cực đối với môi trường sống, cảnh quan đô thị và giảm chi phí tài chính cho quốc gia.” Để giải quyết thách thức trong MSW chung và trong xây dựng nói riêng, các nhóm nghiên cứu đã đề xuất nhiều phương pháp, bao gồm các thuật toán đồ thị, lập trình số nguyên, hệ thống thông tin địa lý (GIS), và các thuật toán tiến hóa (EA).”Các phương pháp EA giải quyết bài toán được phân loại thành ba nhóm chính: phương pháp tìm Hình 1.2 Mạng lưới thu gom và tái chế rác thải cơ bản “Luận Văn Thạc Sĩ” “HVTH: Trần Thiết Văn “4” kiếm heuristic, phương pháp quy hoạch toán học và phương pháp tìm kiếm mở rộng metaheuristic. Phương pháp tìm kiếm Heuristic và phương pháp quy hoạch toán học thường được sử dụng để giải quyết các bài toán ít mục tiêu có quy mô nhỏ đến vừa. Tuy nhiên, khi giải quyết các bài toán đa mục tiêu, kích thước lớn, hoặc không gian quyết định không liên tục, hai phương pháp này thường gặp phải nhược điểm, khó khăn trong thời gian giải quyết vấn đề.
Trong trường hợp đó, phương pháp tìm kiếm mở rộng metaheuristic đã chứng tỏ tính hiệu quả của mình. Đặc biệt, với sự phát triển nhanh chóng của ngành khoa học và kỹ thuật máy tính, phương pháp này đang được áp dụng rộng rãi trong các bài toán tối ưu hóa, đặc biệt là trong những tình huống mà lượng dữ liệu đầu vào là quá lớn. Cụ thể, phương pháp tìm kiếm metaheuristic sử dụng các thuật toán dựa trên trí tuệ bầy đàn, lý thuyết tiến hóa, cơ chế sinh học và mô phỏng hành vi của các loài động vật. Các thuật toán này đang thu hút sự quan tâm đặc biệt từ cộng đồng nhà toán học, nhờ vào khả năng tiềm năng và hiệu quả trong việc giải quyết các vấn đề trong thời gian ngắn.” “Theo xu hướng đó (Pavel Trojovský & Mohammad Dehghani, 2022) đã đề xuất thuật toán tối ưu hóa chim bồ nông (POA) dựa trên việc bắt chước hành động săn mồi của chim bồ nông với cấu trúc thuật toán không quá phức tạp cũng như dễ vận hành và cho ra hiệu xuất kết quả ổn định.
Lấy nguồn cảm hứng từ đó, trong luận văn này, tác giả muốn giới thiệu một phương pháp mới kết hợp giữa thuật toán tối ưu hóa chim bồ nông (POA) với các phần mềm thông tin địa lý (GIS), được gọi là POA-GIS. Phương pháp tích hợp này nhằm vượt qua nhược điểm của các phương pháp trước đó, tận dụng lợi ích của cả thuật toán EA và các phần mềm thông tin địa lý GIS để cung cấp một giải pháp linh hoạt và tối ưu hóa hơn.” Hơn nữa, phương pháp POA-GIS cho phép hiển thị kết quả tối ưu trên giao diện chính xác bản đồ của khu vực nơi cần xử lý chất thải thông qua phần mềm GIS, hỗ trợ người quyết định trong việc chọn lựa giải pháp xử lý phù hợp với điều kiện tài nguyên và các tiện ích công cộng hiện tại. Cấu trúc luận văn được trình bày như một mô hình thực tế ảo (VR) và phương pháp tích hợp được đề xuất, đóng vai trò như một bản đồ chỉ dẫn thực tế để giải quyết vấn đề MSW theo vị trí địa lý cụ thể đã được xác định trước. Mặc dù phương pháp này mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng đi kèm với “Luận Văn Thạc Sĩ” “HVTH: Trần Thiết Văn “5” nhược điểm, bao gồm sự phức tạp trong thời gian giải quyết vấn đề do phụ thuộc vào các phần mềm GIS độc quyền.
Phương pháp POA-GIS có thể yêu cầu thời gian xử lý lâu hơn so với các thuật toán EA độc lập và các chức năng GIS tích hợp độc lập. Sự phụ thuộc vào phần mềm GIS độc quyền có thể làm hạn chế tính linh hoạt và khả năng mở rộng của nghiên cứu này. Tuy nhiên, những hạn chế này có thể chấp nhận được khi xem xét đến mục tiêu cuối cùng của nghiên cứu này.2 Xác định vấn đề nghiên cứu “Trong phạm vi của luận văn này, nghiên cứu tập trung vào việc tối ưu hóa quá trình di chuyển của các phương tiện xử lý rác thải rắn, và khả năng thu gom lượng rác thải nhiều nhất có thể dựa trên tổng số điểm thu gom được cho trước, thông qua việc lên kế hoạch dựa trên hệ thống định vị GIS để xác định con đường thực tế ngắn nhất đáp ứng đặc thù của từng trường hợp, nhằm để định hướng quyết định vị trí quy hoạch xây dựng cụ thể cho các điểm trung chuyển, điểm xử lý, điểm tái chế, thu gom… Phân tích các mô hình kinh điển của bài toán định tuyến phương tiện (CVRP), luận văn này áp dụng các thuật toán lai ghép kết hợp tiên tiến để đạt được kết quả tối ưu, sau đó đối chiếu và so sánh giữa phương pháp lai kết hợp mà nghiên cứu đưa ra với cách làm truyền thống tại địa phương.