基于健康安全的棕地再開發(fā)決策模型構(gòu)建及模擬研究
——以廣東省F市為例

付詩淇，吳箐，鐘式玉

（1. 中山大學(xué)地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院，廣州510275；2. 深圳市城市規(guī)劃設(shè)計研究院，廣東 深圳518031；3. 廣東省技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究發(fā)展中心，廣州510070）

我國建設(shè)用地增量空間有限，存量土地是未來城市化進(jìn)程中主要建設(shè)用地儲備資源。隨著廣泛實施“退二進(jìn)三”“三舊改造”等更新政策，在不斷提供建設(shè)用地資源供應(yīng)的同時，存在大量棕地入市的情況。棕地是指受到實際或潛在污染而使其擴(kuò)建或重建變得復(fù)雜的廢棄、閑置或未被充分利用的工業(yè)或商業(yè)用地[1]，即具有潛在污染的建設(shè)用地。我國長三角、珠三角、東北老工業(yè)基地等區(qū)域土壤污染問題較為突出，重污染企業(yè)及周邊土壤超標(biāo)點占36.3%[2]，土地安全已成為我國可持續(xù)發(fā)展的巨大挑戰(zhàn)。2016 年5 月，國務(wù)院印發(fā)《土壤污染防治行動計劃》（簡稱“土十條”，國發(fā)[2016]31 號）指出“實施建設(shè)用地準(zhǔn)入管理，防范人居環(huán)境風(fēng)險”。由于對棕地再開發(fā)利用中具有污染性的特征認(rèn)識不足，存在的潛在環(huán)境健康安全風(fēng)險尚未受到足夠重視，在我國27 個省會城市中，25% 的棕地已被用于住宅、學(xué)校、醫(yī)院等地的開發(fā)[3]，如廣州氮肥廠毒地[4]等，存在嚴(yán)重的安全隱患。即使這些棕地已完成修復(fù)，但在再開發(fā)利用及安全保障方面仍存在治理不足、監(jiān)管不嚴(yán)及再開發(fā)規(guī)劃決策不適宜等問題，依然存在危害社會和公眾健康的可能性。因此，棕地治理必須立足長遠(yuǎn)，對暫時無力治理的土壤通過控制污染土地使用目的的方式實現(xiàn)風(fēng)險管控，保護(hù)相關(guān)人群身體健康[5]。

當(dāng)前，我國對棕地再開發(fā)的研究處于借鑒發(fā)達(dá)國家經(jīng)驗的發(fā)展階段，主要側(cè)重修復(fù)技術(shù)[6]、評估方法[7]、治理模式[8]、GIS 數(shù)據(jù)庫建設(shè)[9]、健康風(fēng)險評價[10]、改造設(shè)計[11]、場地監(jiān)管[12]和資金成本[8]等方面。指標(biāo)體系方面，主要從地塊自身潛力、政策、社會、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境健康等5 方面篩選[9]。決策方面，主要側(cè)重于尋求社會和環(huán)境效益最大化的決策結(jié)果[13]和以GIS 為基礎(chǔ)建立的決策支持平臺[14]。環(huán)境領(lǐng)域在基于土地使用功能和目標(biāo)明確的前提下，對棕地的治理已逐步建立一套較完善的由管理-篩選-修復(fù)治理的管控體系和標(biāo)準(zhǔn)，但沒有結(jié)合土地的適宜性和空間協(xié)調(diào)性等指標(biāo)進(jìn)行權(quán)衡。而土地規(guī)劃、城鄉(xiāng)規(guī)劃領(lǐng)域由于缺少對土壤污染數(shù)據(jù)的認(rèn)知和基礎(chǔ)資料的難獲取性，在土地尤其是棕地再開發(fā)利用過程中經(jīng)常忽視環(huán)境健康安全風(fēng)險。但對棕地“先治理、安全達(dá)標(biāo)后才可開發(fā)”的理念及研究方法、指標(biāo)體系中對土壤污染數(shù)據(jù)處于首要地位均達(dá)成共識。

基于此，本文綜合國內(nèi)外棕地研究的相關(guān)成果，從棕地安全與人居健康的角度，依托廣東省F 市土壤環(huán)境質(zhì)量調(diào)查數(shù)據(jù)（因數(shù)據(jù)涉及機(jī)密，皆以廣東省F市標(biāo)注），以潛在污染的建設(shè)用地為研究對象，構(gòu)建耦合環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會和地塊特征等因素的棕地再開發(fā)決策指標(biāo)體系及決策模型，運用模糊綜合法探討棕地再開發(fā)土地利用方式的決策方向，為棕地再開發(fā)決策提供理論和技術(shù)支撐。

1 研究方法及數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

廣東省F 市為珠江三角洲城市群中的經(jīng)濟(jì)重鎮(zhèn)，商業(yè)繁榮、人口稠密，是我國工業(yè)百強(qiáng)縣區(qū)，現(xiàn)有200多個村級工業(yè)園，占其工礦用地總面積的60% 左右，以家電制造等規(guī)模性支柱產(chǎn)業(yè)和低端加工業(yè)為主，如五金、紙類包裝、塑料等，以重金屬污染物及揮發(fā)性有機(jī)污染物為主。同時，該區(qū)域面臨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展與土地約束結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型等發(fā)展瓶頸。

1.2 數(shù)據(jù)來源

（1）土壤環(huán)境調(diào)查布點。以F 市土地利用數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)并結(jié)合遙感影像，采用GIS 技術(shù)，按網(wǎng)格密度2.0 km×2.0 km 布點，在采樣點50 m 范圍內(nèi)用“X”法均勻隨機(jī)采取5 個以上采樣點，共830 個，包含農(nóng)用地、城鎮(zhèn)建設(shè)用地和未利用地。

（2）污染物種類及污染程度采樣。按土地利用類型、土壤環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評價因子：總銅、總鉛、總鎳、總鉻、總鋅、總砷、總汞、總鎘、苯并[a]芘為全點位評價因子；六六六總量、滴滴涕總量為農(nóng)用地中的耕地、園地點位評價因子；石油烴總量為建設(shè)用地中工業(yè)裸地的評價因子；多氯聯(lián)苯總量、酞酸酯總量作為污染源周邊用地的評價因子。

（3）問卷調(diào)查。2018 年3—5 月在F 市和線上采用分層和隨機(jī)抽樣的方法對棕地再開發(fā)決策指標(biāo)體系中的社會因素進(jìn)行問卷調(diào)研。共收回問卷286 份，合格率為94.41%。

根據(jù)本研究需要，本著“區(qū)分差異性、歸納共同性”原則，參考《土壤環(huán)境質(zhì)量建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB 36600—2018）等相關(guān)篩選值標(biāo)準(zhǔn)[15-17]和廣東省F 市的城市總體規(guī)劃、“三舊”改造規(guī)劃和土地利用規(guī)劃等資料確定地塊再開發(fā)的備選方案為居住用地、商服用地、公園綠地、工礦用地和公益性用地。

1.3 研究方法

1.3.1 土壤污染程度

土壤污染程度是指目標(biāo)地塊內(nèi)的土壤污染情況，采用單因子污染指數(shù)法計算[18]，取單因子污染指數(shù)中的最大值。即：

土壤污染程度=地塊土壤實測污染值/備選方案所需的土壤篩選值或背景值標(biāo)準(zhǔn)×100%

式中：Pi為土壤中污染物i的單因子污染指數(shù)；Ci為土壤中污染物i的含量；Si為土壤污染物i的評價標(biāo)準(zhǔn)；P為土壤中多項污染物的污染指數(shù)，分為未超標(biāo)、輕微超標(biāo)、輕度超標(biāo)、中度超標(biāo)和重度超標(biāo)5 級[19]，并分別對應(yīng)評價風(fēng)險等級Class1～Class5。

根據(jù)5 個備選方案的實際需求，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[15-17]的風(fēng)險篩選值將污染物濃度評價風(fēng)險劃分為5個等級。若污染物的篩選值低于當(dāng)?shù)赝寥辣尘爸?，則采用背景值，即Class1（居住用地）。以Class3（公園綠地）對應(yīng)的篩選值作為基準(zhǔn)，由于現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)并未針對每一用地類型細(xì)化篩選值，因此其余3 個等級按等差數(shù)列進(jìn)行設(shè)定[19]，差值=（基準(zhǔn)值-Class 1）/2。Si具體設(shè)置見表1。

1.3.2 模糊綜合評價

由于各類潛在評價因子存在的特異性和矛盾性會造成評價結(jié)果模糊和不確定，使得在評價過程中很難合理地選用明確的邊界評判各類因子的風(fēng)險，如污染物濃度值在限定邊界的微小的變化將會對結(jié)果造成越級變化。本文采用基于模糊集理論的模糊綜合評判法[20]，將自然語言精確地轉(zhuǎn)換為數(shù)學(xué)語言，以解決各種難以量化的和非確定性的問題。

1.3.3 變動權(quán)重值組合法

層次分析法（AHP）和專家打分法確定權(quán)重均有一定的主觀性。為避免權(quán)重取舍不當(dāng)影響評價結(jié)果的合理性，本研究設(shè)計了權(quán)重因子分配組合，探討不同權(quán)重因子分配對評價的影響。

表1 污染物濃度評價風(fēng)險等級（mg·kg-1）Table 1 Ranking level classification for the risk factors of the fuzzy-based model and their corresponding criteria values（mg·kg-1）

2 棕地再開發(fā)決策模擬模型

2.1 指標(biāo)體系構(gòu)建原則及測度

參照前人研究，考慮到棕地的特性及研究目標(biāo)，指標(biāo)體系構(gòu)建方面，本文選取包含環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會和地塊特征等4大類因素14個指標(biāo)因子，構(gòu)建棕地再開發(fā)決策指標(biāo)體系（表2）。其中環(huán)境因素包括土壤污染程度、污染物種類等3 項指標(biāo)；經(jīng)濟(jì)因素包括污染修復(fù)費用、投資收益率等4 項指標(biāo)；社會因素包括公民關(guān)注度、鄰避程度等4 項指標(biāo)；地塊特征包括用地兼容性、周邊公共設(shè)施配套完善程度等3 項指標(biāo)。采用專家打分法和層次分析法來確定指標(biāo)的權(quán)重值，結(jié)果是環(huán)境因素權(quán)重值最大為0.529 5，地塊特征權(quán)重值為0.235 3，社會和經(jīng)濟(jì)因素權(quán)重值最小，均為0.117 6。

2.2 模糊綜合評價模型

以模糊數(shù)學(xué)理論為基礎(chǔ)，根據(jù)上述4 類影響因素建立棕地再開發(fā)決策的模糊綜合評價模型（圖1）。

為充分利用評語模糊集帶來的信息，規(guī)定5 種備選方案分別對應(yīng)參數(shù)為0、1、2、3、4，并采用內(nèi)積[20]計算備選方案的參數(shù)評判結(jié)果：

式中：C為參數(shù)列向量，即C=（0，1，2，3，4）T，對應(yīng)模糊綜合評價集B0中5個備選方案；p是一個實數(shù)，表示備選方案參數(shù)評判結(jié)果。

模型中#表示指標(biāo)測度，Ai表示權(quán)重因子，*表示廣義模糊運算法則。

表2 棕地再開發(fā)決策指標(biāo)體系Table 2 The Decision-making index system of brownfield redevelopment

圖1 棕地再開發(fā)決策的模糊綜合評價模型框架Figure 1 Framework of fuzzy evaluation for decision-making of brownfield redevelopment

3 評價結(jié)果分析

3.1 安全性評估

利用F 市土壤實測污染值，根據(jù)土壤污染程度（公式1）對土壤污染進(jìn)行分級分類計算（表3），并運用ArcGIS 10.5進(jìn)行可視化分析，得到如下結(jié)果：

（1）在居住用地標(biāo)準(zhǔn)下，P值為22.38，其中污染物重度超標(biāo)的點位占63.00%，中度超標(biāo)的點位占22.20%，兩者之和為85.20%。（2）在商服用地標(biāo)準(zhǔn)下，P值為4.91，污染物重度超標(biāo)的點位占18.50%，中度超標(biāo)的點位占25.90%，兩者之和為44.40%；（3）在公園綠地標(biāo)準(zhǔn)下，P值為2.75，污染物重度超標(biāo)的點位占11.10%，中度超標(biāo)點位占7.40%，未超標(biāo)的點位占66.70%；（4）在展館及其他公益用地標(biāo)準(zhǔn)下，P值為1.62，污染物重度和中度超標(biāo)的點位均占5.55%，未超標(biāo)的點位占74.10%；（5）在工礦用地標(biāo)準(zhǔn)下，P值為1.13，污染物重度超標(biāo)的點位占3.70%，中度超標(biāo)的點位占5.55%，輕度、輕微和未超標(biāo)的點位占90.75%。

由此可見F 市土壤按居住用地篩選值標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行安全性評估，為重度超標(biāo)；按商服用地篩選值標(biāo)準(zhǔn)為中度超標(biāo)；按公園綠地、公益性用地和工礦用地的標(biāo)準(zhǔn)為輕度或輕微超標(biāo)。

3.2 決策模擬與土地利用空間重構(gòu)

3.2.1 模糊綜合評價模擬

與F 市“三舊改造規(guī)劃”進(jìn)行對比，屬于用地性質(zhì)改變且安全性評估超過篩選值點位的地塊共計40個，對已列入“三舊改造”規(guī)劃項目并已確定再開發(fā)方向的35 個地塊運用再開發(fā)決策模型進(jìn)行計算，發(fā)現(xiàn)有13 個地塊再開發(fā)方向與規(guī)劃發(fā)生沖突，占總量的37%。

將此13 個地塊的數(shù)據(jù)分別輸入棕地再開發(fā)決策模糊綜合評價模型，計算各地塊的模糊評價集B，決策模擬結(jié)果見表4，且均保留最優(yōu)和第二備選方案。以地塊1為例：

表3 棕地再開發(fā)安全性評估Table 3 Analysis on the safety assessment of brownfield redevelopment

表4 地塊污染情況及模擬結(jié)果Table 4 Land pollution and simulation results

B=[1.280 1 1.091 4 1.135 5 0.745 5 1.220 6]

此模糊評價集表示5 個備選方案的最終得分結(jié)果。排序為：居住用地＞公益性用地＞公園綠地＞商服用地＞工礦用地，即此地塊的最優(yōu)備選方案為居住用地，公益性用地為第二備選方案；工礦用地則是此地塊最不推薦的備選方案。

3.2.2 棕地再開發(fā)決策模型結(jié)果分析

（1）污染程度為中度超標(biāo)的是地塊1、2、4。原規(guī)劃用地為商服用地，苯并[a]芘中度超標(biāo)，其余污染物輕度或輕微超標(biāo)，經(jīng)模型測算最優(yōu)備選方案均為居住用地。

（2）污染程度為輕度或輕微超標(biāo)的是地塊3、5、9。原規(guī)劃用地為商服用地，地塊3和5為苯并[a]芘輕度超標(biāo)、地塊9 為鎳輕度超標(biāo)，經(jīng)模型測算最優(yōu)備選方案均為公益用地。

（3）污染程度為重度超標(biāo)且原規(guī)劃為商服用地的是地塊6，苯并[a]芘和鎳重度超標(biāo)，經(jīng)模型測算公園綠地為最優(yōu)備選方案。

（4）污染程度為重度超標(biāo)且原規(guī)劃為居住用地的是地塊7、8、10、11、12、13。其中地塊7苯并[a]芘重度超標(biāo)，經(jīng)模型測算最優(yōu)備選方案為商服用地。地塊8污染物種類多，銅和鎳重度超標(biāo)，苯并[a]芘中度超標(biāo)，其余污染物輕度超標(biāo)，周邊工業(yè)區(qū)環(huán)繞，公共設(shè)施不完善，但原規(guī)劃進(jìn)行決策時并沒有考慮這些因素，經(jīng)模型測算最優(yōu)備選方案為公園綠地和商服用地。因此，若繼續(xù)按原規(guī)劃居住用地進(jìn)行修復(fù)和開發(fā)，可預(yù)見巨額的修復(fù)費用和開發(fā)成本。即使已按照居住用地進(jìn)行開發(fā)建設(shè)，但沒有土壤環(huán)境修復(fù)，會對人體健康造成巨大的安全隱患。本著土壤修復(fù)立足長遠(yuǎn)發(fā)展的原則，在考慮成本的情況下，可先進(jìn)行自然修復(fù)或工業(yè)遺址開發(fā)，經(jīng)過一定修復(fù)周期后，再權(quán)衡居住用地標(biāo)準(zhǔn)下棕地再開發(fā)的可行性。地塊10～13，苯并[a]芘、銅、鎘重度超標(biāo)，鎳和汞中度超標(biāo)，其余污染物為輕度超標(biāo)，修復(fù)難度大、成本高，經(jīng)模型測算公園綠地或商服用地為最優(yōu)方案。在此種情況下，可同時留下2～3個備選方案，未來可根據(jù)實際用途進(jìn)行選擇。

3.3 變動權(quán)重組合的模擬分析

為避免權(quán)重主觀性對評價結(jié)果的影響，查閱資料及咨詢專家后，合并本指標(biāo)體系中屬于數(shù)據(jù)類型相近的經(jīng)濟(jì)和社會因素，以變動權(quán)重組合指標(biāo)驗證評價結(jié)果。分別在環(huán)境因素、社會經(jīng)濟(jì)因素和地塊特征中各隨機(jī)選1 個指標(biāo)因子代表各準(zhǔn)則層。以地塊8 為例，其指標(biāo)組合中，根據(jù)模糊集內(nèi)積（公式2）選取每組數(shù)據(jù)p差值最大的6種組合（表5）進(jìn)行計算。

3.3.1 相同權(quán)重組合下不同指標(biāo)組合分析

選取權(quán)重值（0.6，0.2，0.2）進(jìn)行驗證。經(jīng)模型計算可得，地塊8 指標(biāo)組合1 與組合2 結(jié)果相同，備選方案均為公園綠地和商服用地；指標(biāo)組合3 與組合4 結(jié)果相同，備選方案均為商服和公益性用地；指標(biāo)組合5與組合6結(jié)果基本相同，備選方案均為公園綠地、公益性用地和商服用地。這說明，當(dāng)其他指標(biāo)一致時，污染程度（F11）和污染物種類（F12）兩個指標(biāo)因子雖組合不同，但對結(jié)果的影響基本相同。即使在相同權(quán)重下，不同數(shù)據(jù)的組合得出的結(jié)果也不同。說明權(quán)重值并不是影響模糊綜合評判結(jié)果的唯一因素，指標(biāo)選取和不同數(shù)據(jù)的組合對結(jié)果影響更顯著。

3.3.2 不同權(quán)重組合下相同指標(biāo)組合分析

地塊8 變動權(quán)重因子分配對棕地再開發(fā)決策方向的影響見圖2。由圖可知，當(dāng)?shù)貕K特征和社會經(jīng)濟(jì)因素權(quán)重比例越大時，商服用地為最優(yōu)備選方案；當(dāng)環(huán)境因素和社會經(jīng)濟(jì)因素權(quán)重比例越大時，公園綠地為最優(yōu)備選方案；當(dāng)各個因素的權(quán)重值較為平均時，居住用地為最優(yōu)備選方案。在21 個權(quán)重組合中最優(yōu)方案為公園綠地的有8組，商服用地有9組，居住用地有4 組，因此地塊8 變動權(quán)重結(jié)果為商服用地和公園綠地。對比表4 可知，此地塊固定權(quán)重的模糊評價結(jié)果的最優(yōu)備選方案為公園綠地，第二優(yōu)備選方案為商服用地，最終修正為公園綠地。

通過變動權(quán)重組合計算，其余12 個地塊變動權(quán)重結(jié)果與最終修正結(jié)果基本一致（表6），由此說明權(quán)重值大小對模型模擬結(jié)果影響不大。

表5 6種指標(biāo)組合Table 5 Six combinations

4 結(jié)論與建議

本文綜合環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會和地塊特征等因素，構(gòu)建棕地再開發(fā)決策模擬模型，并以F 市土壤實測污染值、土壤污染程度、土地再開發(fā)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗。模型構(gòu)建合理，模擬結(jié)果可以矯正原開發(fā)方案帶來的潛在環(huán)境安全風(fēng)險。研究結(jié)果表明：

（1）棕地再開發(fā)利用時，首先應(yīng)考慮土壤污染情況，將環(huán)境因素放在首位，重視其在開發(fā)過程中存在的潛在健康風(fēng)險。

圖2 變動權(quán)重值對備選方案結(jié)果的影響Figure 2 The influence of variable weight on the alternative results

（2）模擬決策過程中，主要影響因素的固定權(quán)重值大小依次為環(huán)境因素、地塊特征因素、社會和經(jīng)濟(jì)因素；通過變動權(quán)重組合分析發(fā)現(xiàn)，權(quán)重值不是影響棕地再開發(fā)決策模型結(jié)果的主要因素。相同權(quán)重組合下，不同指標(biāo)組合的計算結(jié)果不同；不同權(quán)重組合下，相同指標(biāo)組合的結(jié)果基本相同，指標(biāo)的選取和不同數(shù)據(jù)的組合對結(jié)果的影響更為重要。

（3）棕地再開發(fā)模擬決策如出現(xiàn)幾種備選方案并存的情況時，可以結(jié)合土壤污染情況、修復(fù)成本等因素考慮地塊的再開發(fā)方向，實施分步管控開發(fā)。

棕地再開發(fā)決策需與土地利用、城市更新等相關(guān)規(guī)劃結(jié)合，設(shè)定近期和遠(yuǎn)期修復(fù)目標(biāo)。根據(jù)用地發(fā)展方向來確定不同階段的修復(fù)目標(biāo)值和用地類型。同時，針對不同用地類型的風(fēng)險篩選值標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)更加細(xì)化和全面，使棕地再開發(fā)決策與土地利用空間重劃科學(xué)合理。

表6 地塊污染情況及變動權(quán)重組合表Table 6 Land pollution and verification results variable weights