基于GIS的生態(tài)工業(yè)園入園企業(yè)選址研究

張　靜，錢　瑜

(1.江蘇省太湖水質監(jiān)測中心站，南京　210036；2.南京大學環(huán)境學院，南京　210093)

· 生態(tài)環(huán)境 ·

基于GIS的生態(tài)工業(yè)園入園企業(yè)選址研究

張靜1，錢瑜2

(1.江蘇省太湖水質監(jiān)測中心站，南京210036；2.南京大學環(huán)境學院，南京210093)

針對生態(tài)工業(yè)園新入園企業(yè)選址問題的重要性和復雜性，論文討論了影響企業(yè)選址的因素，并提出了一種GIS輔助下的企業(yè)選址三階段算法：第一階段，在GIS平臺上針對生態(tài)敏感區(qū)/點對生態(tài)工業(yè)園區(qū)企業(yè)的禁止或不適宜選址區(qū)域進行分析，得到允許企業(yè)選址的區(qū)域；第二階段，利用重心法對企業(yè)物質集成進行產業(yè)共生網絡分析，從而獲得企業(yè)可能的若干位置點，然后再由它們與上述允許企業(yè)選址區(qū)域的位置關系，得到若干可能的選址區(qū)域；第三階段，利用GIS的最短路徑分析功能，計算各位置點與園區(qū)基礎設施之間的距離，得到最佳點所在的區(qū)域即為企業(yè)的擬選地址。最后，以南通經濟技術開發(fā)區(qū)農藥工業(yè)園某新入園企業(yè)選址為例，對提出的選址算法進行了實證分析。

生態(tài)工業(yè)園；企業(yè)選址；產業(yè)共生網絡分析；GIS

近年來，隨著生態(tài)工業(yè)園的快速發(fā)展，一個普遍的問題日漸凸顯：盡管有規(guī)劃建設方案，但卻缺乏技術手段支撐規(guī)劃的順利實施，尤其在對新入園企業(yè)如何選址方面表現(xiàn)得更為明顯。

同一般企業(yè)選址一樣，工業(yè)園區(qū)企業(yè)的選址是投資性決策，其重要性遠遠高于一般的經營性決策。企業(yè)作為園區(qū)的組成個體，一方面要嚴格遵從園區(qū)整體規(guī)劃以及環(huán)境政策的指導進行合理布局，另一方面其選址布局對后期整個生態(tài)工業(yè)園能否順利運行將起著很大的作用。而傳統(tǒng)的選址決策方法卻有著其固有的不足，目前絕大多數的研究工作針對的是特定的應用模型和特定的分析問題[1，2]，而很少從待選址企業(yè)本身的特點出發(fā)去系統(tǒng)、全面地探索其選址空間決策支持系統(tǒng)的建立方法和過程[3]，利用圖像信息的較少[4，5]。因此，利用科學的模型和有效的分析工具對生態(tài)工業(yè)園入園企業(yè)進行選址分析就很有必要了。

論文在GIS平臺上，通過綜合分析生態(tài)工業(yè)園影響企業(yè)選址的因素，提出了一種用于解決企業(yè)選址的三階段算法，從而為生態(tài)工業(yè)園新入園企業(yè)的科學選址提供依據。

1　影響生態(tài)工業(yè)園企業(yè)選址的因素分析

一般企業(yè)選址的影響因素主要有經濟、政治、社會以及自然因素等，而對于處于一個特定園區(qū)的企業(yè)來說，還要遵從園區(qū)整體規(guī)劃以及環(huán)境政策指導來進行合理布局。在文獻分析[6～10]以及考慮企業(yè)選址實際的前提下，論文考慮了如下影響因素。

1.1生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)/點

主要從生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)/點的角度，對禁止或不適宜企業(yè)選址區(qū)域進行篩除分析。禁止或不適宜選址區(qū)域包括對生態(tài)環(huán)境、區(qū)域土地利用規(guī)劃以及對企業(yè)的環(huán)境條件、運營經濟條件等具有影響的區(qū)域。

論文主要從生境(生物生存環(huán)境)、土地、水、氣、聲5個角度來劃分。其中，對于生境、土地環(huán)境敏感區(qū)[11]是從其本身特性來確定，而對于水、氣、聲環(huán)境敏感區(qū)則是針對受到其污染影響的對象而定。

1.2產業(yè)共生網絡

產業(yè)共生網絡是影響園區(qū)企業(yè)間能否在物質和能量的使用上形成類似于自然生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)鏈或食物鏈，從而實現(xiàn)物質與能量的封閉循環(huán)和廢物最少化[12，13]的關鍵因素。一般情況下，在規(guī)劃建設期經過入園篩選，企業(yè)的類別、規(guī)模都是擬定的，此時其位置的確定就成為整個產業(yè)共生網絡能否順利運行的關鍵，而其中物質集成的便捷程度是比較現(xiàn)實、可操作的因素。

1.3基礎設施

生態(tài)工業(yè)園中的企業(yè)通過共享基礎設施，可以更進一步實現(xiàn)園區(qū)在經濟效益和環(huán)境方面的協(xié)調發(fā)展。綜合考慮園區(qū)的規(guī)劃建設及企業(yè)的生產運營成本，論文考慮了供水管網、排水管網、供熱管網和固廢處理廠在選址方面的影響。

2　基于GIS的生態(tài)工業(yè)園企業(yè)選址方法研究

為解決生態(tài)工業(yè)園區(qū)新入園企業(yè)選址問題，論文針對上述影響因子，提出了一種GIS輔助下的用于解決企業(yè)選址的三階段算法，詳見圖1。

2.1第一階段——禁止或不適宜選址區(qū)域分析

前述5類生態(tài)敏感區(qū)的產生方式及其在GIS實現(xiàn)的困難程度不同，論文采用了兩種處理方式。對于生境、土地環(huán)境敏感區(qū)，由于其與GIS地類編碼不一致，因此可根據相應規(guī)定在系統(tǒng)中直接提供具體范圍；對于大氣、水、聲環(huán)境敏感區(qū)/點，則主要針對受其污染的影響對象來設置緩沖區(qū)。

其中，對于大氣環(huán)境敏感區(qū)/點，采用污染系數因子[14]來考慮當地污染物質在風向、風頻和風速的作用下對其的影響，由此確定緩沖距離。某一方向的污染系數較大，表明該方向的下風向越易受到污染，那么相應敏感區(qū)/點上風向的緩沖區(qū)范圍應較大。而污染系數最小的方位，則賦予衛(wèi)生防護距離值。

對于水環(huán)境敏感區(qū)/點，緩沖區(qū)域主要針對其相應的陸域范圍來設定，以達到保護水質的目的。根據水環(huán)境敏感區(qū)/點的類型、等級的不同，選擇不同的緩沖帶形狀與數值。

對于聲環(huán)境敏感區(qū)/點，主要針對受到機械、紡織、輕工企業(yè)噪聲污染的居民點而設置不同的緩沖距離。

通過分析禁止或不適宜選址區(qū)域，再結合土地利用現(xiàn)狀圖及企業(yè)用地需求，得到允許企業(yè)選址的區(qū)域。

2.2第二階段——產業(yè)共生網絡分析

在企業(yè)選址決策中，首先要使企業(yè)間能夠形成產業(yè)共生網絡從而使產品、工業(yè)剩余物(包括可直接或稍加處理即可使用的副產品或廢物)得到最大利用，其次則是如何調配物質使得經濟效益最大化。由于物質的運輸費用占成本的絕大部分，并且運輸費用與企業(yè)間的距離成正比，因此問題就轉化為在產業(yè)共生網絡中尋找與已知上下游企業(yè)距離最小的點時，求最優(yōu)解的問題。

2.2.1針對產業(yè)共生網絡分析的重心法

設待選址企業(yè)為w，其接受上游企業(yè)產生的工業(yè)剩余物pm(m=1，2，……，表示p的種類)，并向下游企業(yè)排放工業(yè)剩余物qn(n=1，2，……，表示q的種類)，關系如圖2所示。

設待選址企業(yè)w接受第i個上游企業(yè)的第m種工業(yè)剩余物p(或者排放給第i個下游企業(yè)的第n種工業(yè)剩余物q)的量為ai，運費率為ki，si為上游企業(yè)到待選址企業(yè)w(或待選址企業(yè)w到下游企業(yè))間的距離。則以待選址企業(yè)w為中心的運輸成本為：

圖1　解決生態(tài)工業(yè)園區(qū)企業(yè)選址的三階段算法Fig.1　Three- stage algorithm to solve the site selection problem of a new enterprise in the EIP

圖2　企業(yè)間產業(yè)共生網絡示意Fig.2　Sketch map of the industrial symbiosis network between enterprises

Fi=ai×ki×si

(1)

(2)

為使以待選址企業(yè)w為中心的運輸成本最低，即要使：

(3)

式中：(x0，y0)——待選址企業(yè)w的初始坐標；

(xi，yi)——第i個上游企業(yè)(或下游企業(yè))的坐標；

對總運輸費用式(3)求偏導，得待選企業(yè)位置的坐標值(xs，ys)為：

(4)

2.2.2GIS平臺上選址模型的建立

(1)產業(yè)共生網絡的形成

產業(yè)共生網絡的匹配原則見圖3。

圖3　匹配示意Fig.3　Match map of the materials, products and technical remainders between enterprises

如：在待選址企業(yè)中輸入所需原材料的名稱及數量，隨后在現(xiàn)有企業(yè)的產品及工業(yè)剩余物中尋找。以原料分組，顯示提供該原料的企業(yè)名稱、原料的數量、運輸費率、價格等屬性，作為用戶選擇的依據。如果一家或多家企業(yè)能夠足額提供，那么用戶選擇其中一家；如果有多家組合能夠足額提供，那么用戶可以選擇多家，在額度累計超過所需額度時停止選擇。最終被選中的企業(yè)，就成為待選址企業(yè)的上游企業(yè)。下游企業(yè)同理。

(2)產業(yè)共生網絡參與重心法的計算

2.3第三階段——基礎設施分析

利用GIS最短路徑分析功能，計算若干企業(yè)地址候選點與園區(qū)基礎設施之間的距離。對企業(yè)i，根據(5)式進行綜合評價，從而找出最優(yōu)點。

(5)

其中：Zi—企業(yè)i與各基礎設施最短距離的總評值；

dj—企業(yè)i與基礎設施j之間的距離；

ωj—基礎設施j對企業(yè)i的重要程度權值；

n—基礎設施總數。

對于企業(yè)與供熱、供水、排水管網等基礎設施之間的距離，主要考慮企業(yè)距離其主干管網節(jié)點的最短距離。若管網無等級區(qū)分，則管網的任何節(jié)點都可作為待選址企業(yè)的接入點；若管網有等級區(qū)分，則要依據企業(yè)的不同需求選擇合適的節(jié)點，然后再計算該節(jié)點與待選址企業(yè)位置點之間的距離。對于企業(yè)與固廢處理廠之間的距離，則主要考慮在實際路網上企業(yè)與其之間的最短距離。

此時可得到最佳位置點，其所在區(qū)域即為企業(yè)的擬選地址。

3　方法應用及分析

以南通經濟技術開發(fā)區(qū)農藥工業(yè)園為研究對象，采用上述方法對某新入園企業(yè)進行選址分析。

3.1影響因素分析

通過參考相關資料、解譯遙感圖、實地調研以及專家咨詢，篩選出該園區(qū)企業(yè)選址所涉及的生態(tài)敏感區(qū)，如下表所示。

表　生態(tài)敏感區(qū)

3.2系統(tǒng)建立

以GIS為平臺，建立生態(tài)工業(yè)園企業(yè)選址空間數據庫。主要包括企業(yè)基本信息、園區(qū)基礎地理數據、基礎設施建設數據等。選址模型與GIS的集成方案見圖4。

3.3系統(tǒng)應用

選址過程如下：圖5藍色區(qū)域為經過禁止或不適宜選址區(qū)域分析得到的允許企業(yè)選址區(qū)域；由針對產業(yè)共生網絡的重心法計算得到若干可能的選址區(qū)域，如圖6所示；最后由基礎設施最短路徑分析得到企業(yè)的擬選地址，如圖7藍色區(qū)域。

圖4　生態(tài)工業(yè)園企業(yè)選址模型與GIS的集成方案Fig.4　Enterprise site selection model in EIPs and GIS integration scheme

圖5　第一階段選址結果Fig.5 The site selection map at the first stage

圖6　第二階段選址結果Fig.6 The site selection map at the second stage

圖7　第三階段選址結果Fig.7 The site selection map at the third stage

4　結　論

影響生態(tài)工業(yè)園新入園企業(yè)選址的因素主要有園區(qū)生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)/點、上下游企業(yè)間產業(yè)共生網絡的鏈接、園區(qū)的基礎設施建設等。

論文所提出的基于GIS平臺的企業(yè)選址三階段算法，企業(yè)可選址的區(qū)域是逐步縮小的。其中，禁止或不適宜選址區(qū)域分析模型充分考慮了新建企業(yè)對園區(qū)周圍生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)/點的影響，從而篩選出允許企業(yè)選址的區(qū)域；在借鑒傳統(tǒng)重心法而構建的針對產業(yè)共生網絡的企業(yè)選址模型，則是從企業(yè)物質集成角度考慮了上下游企業(yè)間的產業(yè)共生網絡鏈接狀況，從而獲得企業(yè)可能的若干位置點，然后再由它們與上述允許企業(yè)選址區(qū)域的位置關系，得到若干可能的選址區(qū)域；而最短路徑模型則是考慮了園區(qū)基礎設施對企業(yè)的影響，在候選點中篩選出最優(yōu)點，該點所在區(qū)域即為企業(yè)的擬選選址。實例表明，該三階段算法能夠很好地解決生態(tài)工業(yè)園新入園企業(yè)的選址問題。

另外，由于目前利用GIS技術對生態(tài)工業(yè)園企業(yè)選址進行研究的案例還不多，因此，如何根據實際情況選擇合適的影響因素、如何構建具有針對性的模型、如何在現(xiàn)有技術條件下最大限度地發(fā)揮GIS在工業(yè)園企業(yè)選址中的實際作用，仍然是今后值得深入研究的問題。

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Research on Site Selection of Enterprises in EIPs Based on GIS Platform

ZHANG Jing1, QIAN Yu2

(1.TaihuMonitoringCenterinJiangsuProvince,Nanjing210036,China;2.SchooloftheEnvironment,NanjingUniversity,Nanjing210093,China)

The issue of site selection of newly entered enterprises in EIPs is important and complicated. This paper discussed the factors that influenced the enterprise site selection and put forward a three-stage algorithm based on GIS. At the first stage, the ecological sensitive areas or spots were identified as the inhibitory or inappropriate regions, obtaining permitted areas. Then gravity method was used to calculate the mass integration and analyze the industrial symbiosis network situation, so candidate proper points were selected. According to the relationship between the points and the permitted areas, some possible areas were selected. At the third stage, shortest-path algorithm was adopted to analyze the distance between infrastructures in the EIP and candidate points, the optimal points was determined to be the final site of the new enterprise. At last, a new enterprise in the Pesticide Ecological Industrial Park of Nantong economic and technological development zone was taken as an example to verify the proposed site selection algorithm.

Ecological industrial park; enterprise site selection; industrial symbiosis network analysis; GIS

2014-07-07

江蘇省環(huán)境監(jiān)測基金1022號。

張靜(1983-)，女，江蘇徐州人，2010年畢業(yè)于南京大學環(huán)境科學專業(yè)，碩士研究生，工程師，現(xiàn)從事環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境管理工作。

X171

A

1001-3644(2015)01-0059-06