武漢市建筑垃圾處理廠的選址適宜性評價

張 明，王章瓊，白俊龍

武漢工程大學土木工程與建筑學院，湖北 武漢430074

建筑垃圾是城市新建、改建、擴建、裝修等過程中產(chǎn)生的渣土、廢舊混凝土及其他廢棄物的統(tǒng)稱［1］。據(jù)《2018-2023年中國建筑垃圾處理行業(yè)發(fā)展前景與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告》測算，2017年我國建筑垃圾產(chǎn)量達到2.379×109t，較2001年的0.297×109t增長了近7倍，預計2020年建筑垃圾產(chǎn)量將達到2.600×109t［2］，而且還在不斷增長。大量的建筑垃圾不僅占用土地、破壞環(huán)境，還影響市容［3-4］。因此，建筑垃圾的處理問題受到越來越多的關注［5］。

目前，建筑垃圾處理方式有直接堆積、簡易處置后填埋、資源化處理，其中資源化處理是最佳方式。資料表明，歐美國家建筑垃圾資源化處理率達70%，日韓高達95%，而我國不足10%［6-7］。由此可見，我國建筑垃圾資源化處理還處于起步階段，尚未形成成熟的治理體系。建筑垃圾資源化處理仍是當前重要的研究課題［8］。

為了不占用建筑場地、減少噪音污染和環(huán)境污染，提出建筑垃圾“運出去，拉進來”的資源化處理方案，即將建設過程中產(chǎn)生的建筑垃圾運出施工現(xiàn)場，對其集中進行資源化處理，再將加工后的建筑垃圾作為建筑原料運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場［9］。因此，建筑垃圾處理廠選址是建筑垃圾資源化處理的第一步。

鑒于此，本文選取土地規(guī)劃、人口密度、距新老城區(qū)距離、風向影響、地基承載能力作為建筑垃圾處理廠選址的影響因子，構建建筑垃圾處理廠選址適宜性評價體系，以武漢市為例進行選址適宜性評價。

1 選址影響因子

1.1 土地規(guī)劃

土地規(guī)劃是指一個國家或一定地區(qū)范圍內(nèi)，按照經(jīng)濟發(fā)展的前景和需求，對土地的合理使用所做出的長期安排。土地規(guī)劃明確了土地的用途，把土地分為農(nóng)業(yè)用地、工業(yè)用地、生態(tài)用地及其他用地。因此，土地規(guī)劃是建筑垃圾處理廠選址的決定性因素。

1.2 人口密度

建筑垃圾處理過程中會產(chǎn)生噪音和灰塵，給周圍居民的生活環(huán)境帶來嚴重影響，同時在居民意識中，建筑垃圾處理廠是會產(chǎn)生污染的環(huán)境保護設施，對該類設施較排斥，容易引起社會矛盾。人口密度越大，建廠受到的阻力也越大。在建筑垃圾處理廠選址過程中考慮人口密度，這既維護了居民的利益，也減少建廠及運營過程中的麻煩。

1.3 距新老城區(qū)距離

建筑垃圾在“運出去，拉進來”的過程中要考慮運輸費用問題。建筑垃圾從施工現(xiàn)場運到處理廠，集中處理，再運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場。運輸距離長，不僅費用高，而且易延誤工期，造成經(jīng)濟損失。本文以老城改建、修建新城為建筑垃圾主要來源，考慮了建筑垃圾處理廠距新老城區(qū)的距離。

1.4 風向影響

建筑垃圾資源化處理過程中必然產(chǎn)生大量的灰塵，而風向決定了灰塵的運動方向，若居民區(qū)位于風向下方，會給居民的生活環(huán)境帶來嚴重的影響。同時，城市及其周圍風向一般會受到河流、湖泊的切割而發(fā)生變化。在建筑垃圾處理廠選址過程中，考慮風向可降低處理廠對居民區(qū)的影響。

1.5 地基承載能力

建筑垃圾資源化處理廠需要堆積大量建筑垃圾，考慮到重載易引起地面沉降，建筑垃圾處理廠選址應盡量避開松軟土及砂土，確保建筑垃圾處理廠更具有安全性、耐久性。

2 選址適宜性評價體系

層次分析法（analytic hierarchy process，AHP）是一種定性與定量相結合的方法，該方法將復雜問題的影響因子劃分為多層次結構，進而確定各影響因子權重值［10-11］。

采用AHP法構建建筑垃圾處理廠選址的結構層次模型，然后構建判斷矩陣，檢驗判斷矩陣的一致性，并確定建筑垃圾處理廠選址影響因子的權重值，最后建立影響因子等級標準和選址適宜性等級標準。

2.1 影響因子權重

2.1.1 AHP模型以建筑垃圾處理廠選址為目標層，以人口密度、距新老城區(qū)距離、土地規(guī)劃、風向影響、地基承載能力為指標層，建立建筑垃圾處理廠選址AHP模型（表1）。

表1建筑垃圾處理廠選址AHP模型Tab.1 AHP model of site selection of construction waste treatment plant

2.1.2 判斷矩陣采用專家打分法對各影響因子進行相對重要性打分，采用1-9標度法，構建指標層元素判斷矩陣A（表2）。

2.1.3 權重計算及一致性檢驗利用MATLAB計算判斷矩陣A，得出判斷矩陣A的最大特征根λmax=5.010 6，然后計算λmax對應的歸一化特征向量W，其分量Wi即為對應元素的權重值。同時還需要用CI值作為檢驗判斷矩陣的一致性指標，根據(jù)公式CI=（λmax-n）/（n-1），計算出矩陣A的CI=0.002 7。

為了檢驗判斷矩陣具有較好的一致性，還需要將CI與平均隨機一致性指標RI相比，即判斷矩陣的隨機一致性比率，記為CR（CR=CI/RI）。當CR＜0.1時，表明判斷矩陣具有較好的一致性，否則需對判斷矩陣重新調(diào)整。利用公式CR=CI/RI，得出CR=0.002 4＜0.1，由此可知，判斷矩陣滿足一致性檢驗。

表2指標層重要性判斷矩陣ATab.2 Importance judgment matrix A of index layer

2.1.4 權重的確定得到判斷矩陣A的最大特征值λmax歸一化后的特征向量，即影響因子權重（表3）。

表3建筑垃圾處理廠選址影響因子權重Tab.3 Weights of influencing factors for site selection of construction waste treatment plant

2.2 影響因子分級標準

根據(jù)數(shù)值大小將距新老城區(qū)距離分為5個等級，人口密度分為4個等級；根據(jù)對居民區(qū)的影響程度將風向影響劃分為3個等級；根據(jù)土地規(guī)劃圖將土地規(guī)劃劃分為3個等級，根據(jù)穩(wěn)定性將地基承載能力劃分為3個等級，對各影響因子等級賦值，賦值區(qū)間為［0-1］，如表4所示。

表4影響因子分級、賦值標準Tab.4 Classification and assignment criteria of influencing factors

2.3 選址適宜性分級標準

根據(jù)公式KV=ai×xi對各影響因子進行權重疊加，其中，KV為各區(qū)域的綜合值，ai為影響因子相對權重值，xi為影響因子等級賦值。根據(jù)綜合值KV，將研究區(qū)選址適宜性劃分為5個等級（表5）。

表5建筑垃圾處理廠選址適宜性分級標準Tab.5 Suitability classification criteria for site selection of construction waste treatment plant

3 武漢市建筑垃圾處理廠選址適宜性評價

武漢市作為我國“長江經(jīng)濟帶”發(fā)展的中心區(qū)域之一，城市化進程與其他城市相比更快。因此，在武漢市老城改建、建設新城區(qū)的過程中建筑垃圾的年產(chǎn)生量也較其他城市大。根據(jù)武漢市2017-2019年統(tǒng)計年鑒可知武漢市2016-2018年建筑竣工面積分別為2.861 346×108、3.080 686×108、3.269 193×108m2，再根據(jù)《2019年中國建筑垃圾處理行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢分析》報告測算，每10 000 m2建筑施工面積平均產(chǎn)生550 t建筑垃圾，可計算出武漢市2016-2018年建筑垃圾產(chǎn)生量分別為

1.573 740 30×107、1.699 437 73×107、1.798 056 15×107t，由此可看出武漢建筑垃圾年增量約為1.121 5×106t，可估算出2020年，武漢市建筑垃圾產(chǎn)生量可達2.04×107t。此外，據(jù)統(tǒng)計，武漢市每年的建筑垃圾資源化利用率僅為0.4%［12］。由此可見，武漢市每年建筑垃圾的產(chǎn)生量與資源化利用量完全不匹配。因此，武漢市建筑垃圾資源化處理迫在眉睫［13］。

基于Arc地理信息系統(tǒng)（Arc geographic information system，ArcGIS）的空間疊加功能，對武漢市建筑垃圾處理廠選址影響因子進行空間疊加，得到選址適宜性區(qū)劃圖，然后進行選址適宜性評價。

3.1 選址影響因子圖層

基于ArcGIS實現(xiàn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)的可視化，可直觀地反應各評價指標空間分布狀況。

3.1.1 人口密度人口密度數(shù)據(jù)來源于文獻［14］，將武漢市人口密度劃分為0～10 000、10 000～20 000、20 000～40 000、＞40 000人/km2等4個等級。人口密度大于40 000人/km2的區(qū)域主要是武漢主城區(qū)，具體為江漢區(qū)、武昌區(qū)、漢陽區(qū)、江岸區(qū)等沿長江分布的少數(shù)區(qū)域，人口密度為20 000～40 000人/km2的區(qū)域主要是江夏區(qū)中部和西部、蔡甸區(qū)北部、黃陂區(qū)南部、武漢市區(qū)北部，人口密度為10 000～20 000人/km2的區(qū)域主要為蔡甸東北部、武漢市區(qū)南部、江夏區(qū)西北部以及黃陂區(qū)中部和南部、新洲區(qū)中部［圖1（a）］。

3.1.2 距新老城區(qū)距離和土地規(guī)劃新城區(qū)改建和土地規(guī)劃資料來自武漢市自然資源和規(guī)劃局《武漢市總體規(guī)劃2010-2020》，根據(jù)網(wǎng)絡搜集整理確定老城區(qū)改建的區(qū)域。以新老城區(qū)為中心，利用ArcGIS緩沖工具，得到新老城區(qū)緩沖距離分別為0～1.5、1.5～3.0、3.0～4.5、4.5～6.0、＞6.0 km的緩沖區(qū)，距離越大，表明運輸費用越高［圖1（b）］。

土地規(guī)劃以《武漢市城市總體規(guī)劃2010-2020》為底圖，將居住用地、新城、郊野公園、風景區(qū)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)、古文化遺址等劃分為其他用地，還有部分區(qū)域在圖例中未標明，這里劃分為未規(guī)劃用地［圖1（c）］。

3.1.3 風向影響根據(jù)天氣網(wǎng)（www.tianqi.com），對武漢市各區(qū)2015-2018年風向進行統(tǒng)計，得出各區(qū)主要風向，然后結合文獻［15］關于武漢各地空氣通透性的信息，將風向完全朝向主城區(qū)或人口密集且離主城區(qū)較近區(qū)域則劃分為劣，將風向遠離人口密集或主城區(qū)劃分為優(yōu)，將人口密集但空氣通透性較好區(qū)域和離主城區(qū)較遠且盛行風朝向主城區(qū)的區(qū)域劃分為良，以此將各區(qū)風影響劃分為優(yōu)、良、劣3個等級［圖1（d）］。

3.1.4 地基承載能力武漢位于長江中游，地表廣泛被第四系松散堆積物覆蓋，長江沿岸多為沖積層和湖泊沉積層，地基軟弱，同時武漢市周圍分布有較集中的丘陵。本文以長江階地來表征地基承載力，不同階地其地基承載力不同：一級階地地基承載力＜二級階地地基承載力＜三級階地地基承載力。第一級階主要位于武昌、漢口，還有漢陽局部區(qū)域；第二級階地主要分布于漢口東西湖、武昌東湖港-沙湖沿線以及青山鎮(zhèn)周圍地區(qū)；第三級階地主要分布于后湖、武昌、漢陽的部分區(qū)域［圖1（e）］。

圖1選址影響因子：（a）人口密度，（b）距新老城區(qū)距離，（c）土地規(guī)劃，（d）風向影響，（e）長江階地Fig.1 Influencing factors of site selection：（a）population density，（b）distance between new and old urban areas，（c）land planning，（d）wind direction impact，（e）Yangtze terrace

3.2 建筑垃圾處理廠選址適宜性評價

利用ArcGIS的矢量疊加功能，對建立的選址影響因子圖層進行權重疊加，得到武漢市建筑垃圾處理廠選址適宜性區(qū)劃圖，等級越高，越合適修建建筑垃圾處理廠（圖2）。目前，武漢市適宜修建建筑垃圾處理廠的區(qū)域分布于主城區(qū)周圍，即黃陂區(qū)南部及中部、新洲區(qū)西南部及中部偏東、江夏區(qū)北部及中部、東西湖區(qū)東部及東南部、蔡甸區(qū)東北部、洪山區(qū)北部及東北部；最不適宜修建處理廠的區(qū)域主要是武昌、青山、硚口、漢陽、江漢等區(qū)域。

圖2武漢市建筑垃圾處理廠選址適宜性區(qū)劃圖Fig.2 Zoning map of site selection suitability of construction waste treatment plant in Wuhan

4 結論

1）考慮社會、經(jīng)濟、環(huán)境等因素，選取土地規(guī)劃、人口密度、距新老城區(qū)距離、風向影響、地基承載能力作為建筑垃圾處理廠選址的影響因子；基于層次分析法得到土地規(guī)劃、人口密度、距新老城區(qū)距離、風向影響、地基承載能力的相對權重分別為0.328 4、0.258 2、0.176 6、0.134 9、0.101 9。

2）武漢市適宜修建建筑垃圾處理廠的區(qū)域主要分布于黃陂區(qū)南部及中部、新洲區(qū)西南部及中部偏東、江夏區(qū)北部及中部、東西湖區(qū)東部及東南部、蔡甸區(qū)東北部、洪山區(qū)北部及東北部。