建筑垃圾資源化層次分析法探討

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隨著我國經濟的高速發展，建筑垃圾年產量數量日趨龐大，隨之產生的危害也日益明顯。CJJ/T134—2019《建筑垃圾處理技術標準》將建筑垃圾分為工程渣土、工程泥漿、工程垃圾、拆除垃圾和裝修垃圾五大類別，建筑垃圾對大氣、水和土壤等產生的污染已嚴重影響公民身心健康，對其進行相應處理已迫在眉睫。科學合理地對建筑垃圾資源化設施進行選址決策具有重要研究意義，但由于各地資源化設施選址建設差異較大且考慮因素多，近年來對選址的研究較少。目前，我國建筑垃圾資源化設施選址方法研究尚處于起步階段。高楨贊對鄭東新區建筑垃圾處理與資源化利用進行研究，提出了推進鄭東新區建筑垃圾處置與資源化措施，黃雄偉利用ArcGIS空間分析功能討論在城市生活垃圾填埋場選址中的應用，但未與具體城市數據結合。以河南省鄭州市為研究區域，使用層次分析法（Analytichierarchyprocess，AHP）選擇6個影響因子并計算權重，在ArcGIS中對影響因子進行緩沖區分析和重分類并賦值，最后通過柵格計算器得到鄭州市建筑垃圾資源化設施選址適宜性等級，以期為政府部門建設建筑垃圾資源化設施選址提供建議。

1研究區域概況與數據來源

1.1研究區域

鄭州市位于東經112°42′~114°14′和北緯34°16′~34°58′。截至2019年，鄭州市行政區域包括惠濟區、管城回族區、二七區、中原區、上街區、金水區6個轄區、鞏義市、滎陽市、新鄭市、登封市、新密市5個縣級市和1個縣（中牟縣），總面積7567.18km2。鄭州市是河南省省會、特大城市、中原城市群核心城市、國務院批復確定的中國中部地區重要的中心城市、國家重要的綜合交通樞紐，目前常住人口1035.2萬人，城鎮人口772.1萬人。近年鄭州市經濟發展較快，據統計，2019年房屋建筑施工面積約為3.20億m2。隨著舊城區拆遷改造、新城區拓建和城市規劃修建產生了大量建筑垃圾。2018年3月住房和城鄉建設部在35個市（區）啟動建筑垃圾治理試點工作，鄭州市是其中之一。

1.2數據來源

鄭州市人口密度數據來自LandScan人口密度數據集；行政區域、中心城區范圍、主要道路分布、地表水分布和居民區分布數據從1∶100萬和1∶25萬全國基礎地理數據庫中獲取；高程數據從地理空間數據云獲取；土地使用類型數據從數據禾網站中獲取。

2研究方法

2.1方法設計

以鄭州市為研究區域，選取建筑垃圾資源化設施選址影響因子，采用層次分析法確定權重結合GIS分析得到鄭州市建筑垃圾資源化設施選址適宜性等級。研究方法流程如圖1所示。

2.2核心技術概述

2.2.1層次分析法層次分析法（AHP）是通過確定權重系數解決復雜的決策問題，在不確定性問題的決策分析中具有非常系統化的判斷。該法操作過程便捷，包括建立層次結構模型、構建判斷矩陣、一致性檢驗和計算權重。2.2.2空間分析ArcGIS中緩沖區分析根據需設置一定的距離，可構建點狀要素、線狀要素和面狀要素多環緩沖區，緩沖區得到的是一個區域。ArcGIS中的柵格計算器可將每個因子的權重和具體得分等級進行疊加運算，得到建筑垃圾資源化設施選址的適宜性等級。

2.3層次分析法中權重的確定

2.3.1確定影響因子，構建層次結構模型2019年3月住房和城鄉建設部的《建筑垃圾處理技術標準》包括建筑垃圾資源化利用和填埋處置工程選址需符合的規定，結合國內外關于選址方面的文章總結影響因素，得出建筑垃圾填埋場選址的6個影響因素，其中社會因素為人口密度，經濟因素包括與中心城區距離、與主要道路距離和高程，環境因素包括與地表水距離和土地使用類型。在社會因素方面，居民反對在自家附近設建筑垃圾資源化設施，人口密度越大反對聲越大。以人口密度為影響因子既可維護居民的權益又可減少社會負面影響。在經濟因素方面，若在建筑垃圾資源化設施選址時充分考慮與中心城區距離、與主要道路距離和高程可減少建廠經濟費用。在環境因素方面，建筑垃圾資源化設施在選址和建造運行使用過程中若考慮不充分會對周圍環境產生危害。為減少環境危害，在選址時應考慮建廠與地表水的距離和土地使用類型。根據所選因子建立層次結構模型，模型分為目標層、準則層、標準層和方案層，如圖2所示。2.3.2構造判斷矩陣依據專家評分法構造判斷矩陣，使用1~9標度對各指標打分，構造判斷矩陣。1~9標度表和判斷矩陣見表1、表2。2.3.3一致性檢驗和計算權重一致性比率CR=CI/RI，當CR＜0.1時，通過一致性檢驗。在MATLAB軟件中運行層次分析法代碼輸入判斷矩陣，獲得CI=0.0065，CR=0.0047＜0.10，通過一致性檢驗。每個影響因素的權重見表3.2.4選址適宜性分級標準參考已有文獻，本文以打分的方式進行選址適宜性分級，以1~5分為評分準則，分數越高越適宜建筑垃圾資源化設施建設。最后，在ArcGIS中對影響因子進行緩沖區分析和重分類并賦值，通過柵格計算器和重分類得到建筑垃圾資源化設施選址適宜性等級。

3研究結果與分析

3.1影響因子計算結果

根據GB50869—2013《生活垃圾衛生填埋處理技術規范》和北京市《固定式建筑垃圾資源化處置設施建設導則》，建筑垃圾資源化設施選址不應位于居民區500m以內，故將與居民區距離設為建筑垃圾資源化設施選址約束條件。各影響因子計算如下。3.1.1人口密度依據自然間斷點進行分級評分共分為5級，人口密度越小得分越高，評分依據見表4。3.1.2與中心城區距離2018年鄭州市人民政府《鄭州市土地利用總體規劃（2006—2020年）調整方案》,確定鄭州市中心城區規劃控制范圍位于中原區、金水區、二七區、管城回族區和惠濟區以內。綜合文獻和規范要求，以這5個區為中心進行緩沖區分析，距中心城區越近建筑垃圾運輸成本越低，得分越高，評分依據見表5。3.1.3與主要道路距離建筑垃圾資源化設施選址距主要道路越近交通越便利，運輸所花費的成本越低。綜合文獻和規范要求，以主要道路為中心進行緩沖區分析，距離越近得分越高，評分依據見表6。3.1.4與地表水距離建筑垃圾資源化設施選址與地表水距離近，可減少其產生的環境污染。在地表水周圍建立多環緩沖區，距離地表水越近得分越低，評分依據見表7。3.1.5高程對鄭州市高程數據進行自然間斷點重分類，分為3.1.6土地使用類型根據LUCC分類體系，居民用地、耕地、水域、特殊用地不適宜建筑垃圾資源化設施選址，得分為1。未利用土地、林地和低覆蓋度草地適宜建筑垃圾資源化設施選址，得分為5，評分依據見表9。3.1.7與居民區距離按政策規范規定，建筑垃圾資源化設施選址位置不得位于居民區500m以內，將與居民區距離設為約束因子。獲取鄭州市居民區數據，建立500m緩沖區，居民住宅區500m以內，得分為0，其余部分得分為1，評分依據見表10。

3.2選址適宜性結果與分析

應用ArcGIS柵格計算器，輸入表達式“0.2184×人口密度得分×與居民區距離得分+0.1197×與中心城區距離得分×與居民區距離得分+0.1197×與主要道路距離得分×與居民區距離得分+0.1197×與地表水距離得分×與居民區距離得分+0.0678×高程得分×與居民區距離得分+0.3547×土地使用類型得分×與居民區距離得分”，得到鄭州市建筑垃圾資源化設施選址適宜性區劃圖。對建筑垃圾資源化設施選址適宜性區劃圖進行等級劃分，得分越高越適宜建筑垃圾資源化設施選址。共分為不適宜、一級適宜、二級適宜、三級適宜、四級適宜和五級適宜，其中一級適宜區最適合建筑垃圾資源化設施選址。等級劃分依據見表11。對建筑垃圾資源化設施選址適宜性等級面積進行分析，不適宜、五級適宜和四級適宜區占鄭州總面積的88%，一級適宜、二級適宜、三級適宜區分別占總面積的4%,3%,5%，故科學合理地進行建筑垃圾資源化設置選址很有必要。鄭州市建筑垃圾資源化設施選址適宜性統計分析圖如圖3所示。鄭州市建筑垃圾資源化設施選址最適宜區域分布在鞏義市的東南部、登封市的北部和南部邊界區域、新密市的西北部和南部邊界區域、新鄭市西南邊界區域、中牟縣東北部和中南部、滎陽市西部和南部邊界區域、二七區西南邊界區域和惠濟區西北部邊界區域。

4結論與展望

（1）采用層次分析法結合GIS對鄭州市建筑垃圾資源化設施選址適宜性進行區劃，可使獲得的結果更科學準確，為政府部門建立建筑垃圾資源化設施選址決策提供合理的建議。（2）采用層次分析法在社會因素、經濟因素和環境因素3方面選取6個影響建筑垃圾資源化設施選址的影響因子。人口密度、與中心城市距離、與主要道路距離、與地表水距離和土地使用類型的權重分別為0.2184,0.1197,0.1197,0.0678，0.1197,0.3547。在政策規定下，將與居民區距離設為約束條件，可使選址適宜性與選址結果更有針對性。（3）對建筑垃圾資源化設施選址適宜性等級面積進行分析，不適宜、五級適宜，四級適宜區占鄭州總面積的88%，一級適宜、二級適宜和三級適宜區分別占總面積的4%,3%,5%。（4）鄭州市建筑垃圾資源化設施選址最適宜區域分布在鞏義市東南部、登封市北部和南部邊界區域、新密市西北部和南部邊界區域、新鄭市西南邊界區域、中牟縣東北部和中南部、滎陽市西部和南部邊界區域、二七區西南邊界區域和惠濟區西北部邊界區域。（5）影響鄭州市建筑垃圾資源化設施選址決策的因素很多，本文尚未完全考慮到。例如環境因素中的夏季主導向風和年均降水量，經濟因素中的土地價格和與建筑垃圾填埋點的距離等。

作者：劉小玉 劉揚 周遠洋 高思巖 賈競玨 楊恒 單位：北京建筑大學測繪與城市空間信息學院 北京建筑大學 北京未來城市設計高精尖創新中心