Model Builder在山地城鎮控規用地適宜性評價中的應用*——以重慶巫山縣江東組團控規為例

李和平　王 卓

Model Builder在山地城鎮控規用地適宜性評價中的應用*——以重慶巫山縣江東組團控規為例

李和平王 卓

針對山地城鎮特殊的地理環境，選取地形、交通、地質災害、水環境、建設現狀等多個指標因子，運用Model Builder可視化、流程化的建模功能，建構高效實用的山地城鎮控規用地適宜性評價模型，并將這一模型應用于重慶市巫山縣江東組團控制性詳細規劃中。這一過程將復雜的評價工作通過Model Builder流程圖的形式簡化并直觀地呈現出來，提高了評價工作的效率和精度，有助于科學、高效地引導山地城鎮建設。

山地城鎮；Model Builder；控規；用地適宜性

0　引 言

我國是一個多山的國家，山地占了全國陸地面積的 2/3以上[1]，山地城鎮的建設直接關系到我國經濟社會的整體發展和“生態文明”①建設的進程。山地城鎮地形復雜，其生態敏感性和用地資源稀缺性等問題決定了山地城鎮的規劃布局必須適應山地特征[2]。因此，在落實城鎮總體規劃意圖的控制性詳細規劃階段，進行合理高效的用地適宜性評價理應成為山地城鎮規劃建設的一項常態化工作。

以往的用地適宜性評價過程主要包含指標因子的確定、因子權重賦值、多因子柵格加權匯總等一系列繁雜工作，步驟多且工作量大，往往容易出現操作性失誤。為了提高工作的效率和精度，簡化流程，本研究引入ArcGIS的Model Builder模型編輯器功能[3]，制作評價工作流，通過有序的步驟將多個處理過程連接在一起，環境變量與數據源參數可結合不同的實際項目特征靈活調整，實現將復雜的評價過程轉化為平臺性操作的目的，同時方便指標數據的多次校核，以期提高用地適宜性評價工作的效率和精度。

* 國家“十二五”科技支撐計劃項目

（2012BAJ15B03）

李和平： 重慶大學建筑城規學院，山地城鎮建設與新技術教育部重點實驗室，教授，博士生導師

王 卓： 重慶大學建筑城規學院，碩士研究生，zhuonar1213@126.com

1　相關概念及研究現狀

1.1Model Builder

Model Builder是ArcGIS平臺為設計和實現空間處理模型所提供的一個圖形化、流程化的建模功能[3]，通過Model Builder將土地變更數據檢查過程全部或者部分模型化，可以極大地提高數據處理的效率，而且大大降低了人工處理的失誤概率，使得操作人員將時間和精力集中于加強數據的質量審核等方面。

1.2用地適宜性

用地適宜性是指由土地的水文、地理、地形、地質、人文等特征所決定的土地對特定地理環境的適應性程度[4]。用地適宜性分析引導人們按照土地的內在適宜方向進行開發[5]，對合理利用土地，提高土地的社會價值具有重要的意義。

1.3國內外研究歷程及現狀綜述

用地適宜性評價最初的科學分析方法是由美國賓夕法尼亞大學教授麥克哈格（Ian McHarg）在1969年提出，他在《設計結合自然》一書中指出，應當完善以生態因子調查、分析、評價和圖紙疊加技術為核心的生態規劃方法[6]，即千層餅模式[7]。在此之前，希爾（Angus Hills）在1961年出版的《土地使用規劃的生態學基礎》以及后來劉易斯（Philip Lewis）在1969年出版的《面對人類影響的區域設計》等經典著作中均介紹了從垂直層面進行各項環境因子綜合分析的方法，目前常用的生態敏感性評價法即屬于這類方法體系。1976年，FAO（聯合國糧食及農業組織）發表了《土地評價綱要》，成為土地適宜性分類及其評價體系確立的重要里程碑。1993年，FAO又頒布了《可持續土地管理評價綱要》，要求評價者要更多關注保護自然資源的潛力、防止土壤潛力退化、水資源安全等問題[9]。近些年，國外用地適宜性評價多是從可持續發展和生態保護的角度出發，從手工繪圖發展到應用ArcGIS技術建立城市用地數據庫、空間分析、計算機制圖等，評價理論和實踐日趨成熟。

我國對用地適宜性評價的研究主要始于20世紀80年代，當時FAO《土地評價綱要》的引入推動了我國相關研究的發展，并逐步形成了兩個全國性的土地資源評價體系，一個是參照美國的土地潛力分類而擬定的用于全國第一次土壤普查的土地資源評價系統，另一個是中科院擬定的五級土地資源分類系統[9]。后來，隨著ArcGIS技術的普及，用地適宜性評價出現了新的機遇，研究區域開始從全國性的大尺度土地資源普查逐步過渡到省、市、自治區的中、小尺度的區域及城市土地利用規劃等實際需求。相關研究主要集中于平原地區，對于山地這一特殊的地理單元，用地適宜性評價在實際項目中的應用相對較少，比較有代表性的是黃光宇教授在富川縣總體規劃研究中考慮了10個生態因子疊加分析，這在山地城市規劃中是不多見的。同時，由于基礎資料的匱乏及資料獲取來源的差異，國內尚未建立一套較為完善且得到普遍認可的規劃用地適宜性評價指標體系[10]。近年來，伴隨ArcGIS技術的深度開發，Model Builder流程化建模工具可以將多個數據處理過程連接在一起，同時保證環境變量和輸入數據參數的可變性，對于目前尚未統一定論的用地適宜性評價指標的重復檢驗提供了方便。

2　基于Model Builder的山地城鎮控規用地適宜性評價

2.1山地城鎮控規用地適宜性評價指標體系

2.1.1評價指標的選取

和平原地區相比，山地城鎮控規用地適宜性評價指標的選取應當尊重山地特殊的地理環境，綜合考慮多方面的因素[8]。

（1）評價指標的普適性

基礎資料的收集是評價工作開展的基礎[11]，在選取評價指標時，應當考慮能否從相關規劃部門直接獲取，這樣評價工作才有普遍適用的價值。一般可以獲取的資料包括現狀地形測繪CAD、地質災害評估報告、水文資料、控規已發件用地（準現狀用地）、現狀道路及控規擬建城市道路等。因此，在指標選取時，應優先考慮這些指標因子對控規用地適宜性評價的影響。

（2）定性與定量分析結合

用地適宜性評價工作的目的在于指導城市的合理布局，而不是束縛城市的發展。在進行指標的選取時，難免有人為定性判斷的因素存在，因此在進行指標評估時應當盡可能征求更多的專家及部門意見[12]，通過定性判斷與定量檢驗相結合的方法讓評價結果盡可能接近客觀實際。

評價指標的選取應當尊重地方的技術規范及城市發展規律，同時滿足控制性詳細規劃的編制特征及要求。對于現狀已有的居民點、在建道路以及控規已發件的用地，應當盡量保留，以保證后期規劃能夠順利實施。

綜合考慮以上因素，本研究在專家分析討論的基礎上采用層次分析法②（AHP）擬定了3個指標因子層級。其中，一級指標包含自然地理和社會經濟。在此基礎上，自然地理一級指標至少涵蓋地質災害、地形和水環境因子等二級指標；社會經濟一級指標至少涵蓋建設現狀、交通因子等二級指標。進一步細化三級指標，可得到指標因子層級化評價體系（圖1）。

2.1.2指標因子判斷矩陣

考慮某一層級有n個指標因子，記為集合i={1，2，…，n}，在同一層級間進行指標因子重要度比較，獲得判斷矩陣A。判斷矩陣中的度量值依據T.L.Saaty提出的比較度量法獲取[9]，具體公式如表1所示。

其中，必須滿足aij=1/aji（注：i、j=1，2，…，n；i≠j）表示表示第i個因子與第個j因子的重要度之比，重要度之比劃分為九個等級，絕對重要為9、十分重要為7、比較重要為5、稍微重要為3、同樣重要為1，在相鄰重要度之間插入8、6、4、2，從而得到1—9這九個度量級，反之則為其倒數。

2.1.3指標因子權重排序與量化

針對研究中各個層級中指標的相對權重，采用方根法求解后的歸一化特征向量和特征值[8]，直至符合一致性檢驗為止，各個評價因子的權重排序即為所求出的特征向量。

中國共產黨成立97年以來，始終將意識形態建設作為黨的核心工作內容之一。特別是改革開放以來，黨在穩步推進社會主義各方面建設的同時、始終牢牢把握黨對意識形態工作的堅強領導并相繼提出了一系列重大理論創新，為社會主義事業的繁榮發展提供了穩定文化環境。當前，中國特色社會主義事業發展步入新時代，更需要牢牢堅持好黨對意識形態工作的絕對領導，為實現中華民族偉大復興的中國夢奠定更加堅實的文化根基。

圖1　山地城鎮控規用地適宜性評價框架Fig.1 the framework for ecological suitability assessment of land use in mountain cities

表1　指標因子判斷矩陣Tab.1 the judgment matrix of index factor

2.1.4判斷矩陣一致性檢驗

一致性檢驗本質上是對經過專家研究判斷所給出的權重值矩陣進行合理性程度的檢驗。首先，計算一致性指標CI=（Kmax-n）/（n-1），進而得到判斷矩陣相對一致性指標CR= CI/RI，以CR作為最終一致性檢驗的指標，當CR＜0.1時表示判斷矩陣具有滿意的一致性。式中，RI為平均隨機一致性指標[8]，對應不同矩陣階數n的某一常數可查表獲取（表2）。

若CR＜0.1，則認定判斷矩陣符合一致性要求，否則需要根據結果對判斷矩陣進行局部微調后，再次進行相對一致性檢驗，如此反復多次直至符合檢驗要求為止，由此得到的各層級指標因子的權重值更為客觀合理。

2.2基于Model Builder的用地適宜性評價模型構建

2.2.1指標因子柵格加權匯總——初步評價

通過對用地適宜性評價疊圖原理的分析，結合Model Builder的流程圖功能，將初步評價模型劃分為以下4個主要環節（圖2）。

（1）指標因子柵格評價單元的創建

首先，考慮到各指標因子在不同空間區域的差異性和復雜性，為使評價結果更為精確，需將整個研究區域劃分成若干個小單元，即評價單元[13]。研究采用柵格像元作為評價單元，即第一步將所有指標因子轉換為像元大小相同的柵格數據，得到統一的評價單元。

表2　RI平均隨機一致性指標常數表Tab.2 the average random consistency index RI constant table

圖2　基于Model Builder的用地適宜性評價初步模型Fig.2 the preliminary model of the ecological suitability evaluation based on the Model Builder

圖3　基于Model Builder的用地適宜性評價最終修正模型Fig.3 the final correction model of ecological suitability evaluation based on Builder Model

（2）指標因子歸一化處理

由于不同的指標因子包含的空間信息不同，在進行因子疊加之前，需要將所有的因子信息按照其對用地適宜性的作用程度進行分級[14]，本研究將其統一分為1—5級，1級表示最不適宜建設，5級表示最適宜建設，由此得到標準統一的因子評分柵格數據。

（3）因子柵格加權匯總

基于判斷矩陣得到各指標因子權重值，對同一層級的多種指標因子進行加權匯總[15]，本研究僅對三級指標因子（初步擬定10個）進行分析，反映到地理空間上即為對不同的因子評分柵格進行疊圖運算。

（4）用地適宜性分級

加權匯總得到的用地適宜性評分為連續的區間值，需要進行重新分級。本研究將評分等級劃分為1—6級，分值越高表示適宜建設的程度越高。

2.2.2特殊指標因子修正——最終評價

在控制性詳細規劃中，已發件用地等作為準備實施的項目，屬于特殊指標因子。在初步評價得到的用地適宜性分區的基礎上，應當結合各個地方的發展實情，通過與相關部門溝通協商，明確是否疊加已出讓的發件用地對初步評價的用地適宜性分區進行最終修正。如若考慮疊加發件用地，需進一步完善評價的最終流程，主要包括兩個環節（圖3）。

（1）發件用地疊加

在考慮疊加發件用地修正的前提下，已發件用地宜作為適宜建設用地覆蓋柵格疊圖得到用地適宜性評價初步結果。在此引入“為空”與“條件函數”相結合的布爾運算，提取得到優化后的用地適宜性柵格分區。

（2）用地適宜性評價用地統計

對以上用地適宜性柵格分區進行要素轉換得到矢量分區數據，再結合初步評價所確定的1—6等級劃分，分別對應得到禁止建設用地、不適宜建設用地、有條件限制建設用地、比較適宜建設用地、適宜建設用地和最適宜建設用地6種類型，進一步匯總統計得到不同適宜性等級用地所占比重，從而指導山地城鎮控規用地布局及下一步指標細化。

3　重慶巫山縣江東組團控規用地適宜性評價應用

3.1研究區域概況

巫山縣是重慶市東部門戶，地處長江三峽腹心（巫峽），位于重慶與湖北的交界處，西與奉節縣交界，西北與巫溪縣接壤，南部和東部與湖北建始、巴東兩縣為鄰，東北部毗鄰國家自然森林保護區——神農架（圖4）。

本次研究范圍江東組團位于巫山大寧湖東岸，與巫山新縣城隔水相望，北起龍門橋東側，南至巫山長江大橋北側，庫岸線全長3.8km，面積約2.8km2，為重慶“長江三峽國際旅游黃金帶”發展策略的重要啟動項目。

3.2評價指標的選取及權重量化

江東組團控規用地適宜性評價采用研究所確定的3個指標因子層級。考慮到山地城鎮自然地理環境對用地適宜性的影響較大，故一級指標在重要性程度上自然地理要明顯高于社會經濟。二、三級指標的選取及權重判斷如下。

3.2.1二級指標的選取及權重判斷

在規劃編制過程中，自然地理所涵蓋的二級指標主要是從巫山縣江東組團現有地質災害評估報告、現狀地形測繪圖、水文報告等資料中獲取。其中，地質災害直接關系到基本的民生安全問題，其重要性明顯高于其他因子；進一步比較地形與水文因子，分析發現江東組團用地起伏較大（坡度在0～40°以上不等），而水文主要考慮用地西側大寧湖水庫岸線的影響，規劃區內基本沒有河流水系，因此地形因子重要性高于水文因子。

社會經濟涵蓋的二級指標主要來源于相關部門所提供的發件用地和現狀居民點、道路測繪CAD等資料，研究將其分為建設現狀因子和交通因子2大類。考慮到建設現狀直接關系到土地利用規劃，因此其重要性高于交通因子。在以上指標權重排序的基礎上，通過專家打分論證計算得到各指標具體權重值，相對一致性檢驗分別為CR1=0.0012＜0.1和CR2=0＜0.1，均滿足校核要求。

3.2.2三級指標的選取及權重判斷

地質災害指標主要包含滑坡影響和地災危險性分區2個三級指標因子，其中山體滑坡區域為禁止建設用地，相對地災危險性分區，其重要性更為突出。地形指標主要考慮高程、坡度和坡向，分析發現地表坡度起伏程度較大，對控規用地布局及路網設計的影響明顯高于高程及坡向，故其權重占比相對較大。建設現狀指標主要涵蓋已發件用地和現狀居民點，作為控規已批復出讓的發件用地，其權重值理應高于現狀居民點因子。交通因子主要考察控規在建城市道路和現狀已有的村道，在建城市道路作為規劃已實施的工作，其重要性應高于現狀村道。綜合以上分析，同樣通過專家打分論證得到各指標具體權重值，相對一致性檢驗指標CR均小于0.1，滿足校核要求。

圖4　巫山縣區位及實景示意Fig.4 the location and photos of Wushan County

同時，三級指標因子應進一步細化空間信息，并根據其對適宜性的貢獻程度進行分級打分。其中地災危險性分區為地災勘測院實測所得的致災地質體穩定性，劃分危險性小、危險性中和危險性大3個亞區，分別對應5分、3分和1分；地形因子中的坡度、高程及坡向結合巫山縣道路交通及市政建設相關規范，劃分出5個亞區；其余三級指標多采用歐氏距離計算，同樣劃分5個亞區，分別對應1—5級分值（表3）。

3.3Model Builder用地適宜性評價模型應用

3.3.1三級指標因子柵格加權匯總——初步評價

基于Model Builder建構的初步模型，對現狀已掌握到的不同因子矢量要素類進行柵格數據轉換，統一設置7.5×7.5m的柵格評價單元，運行模型自動得到三級指標因子柵格圖譜，加權匯總生成用地適宜性評價柵格數據（圖5）。

3.3.2現狀發件指標因子修正——最終評價

（1）發件用地疊加

江東組團現狀已發件用地包括兩處移民安置區、一處小高層濱水商住區和縣中醫院用地。通過與相關部門溝通協商，得知這些用地都已明確出讓用途，相關部門建議將其劃為適宜建設用地。因此，規劃將該發件用地和以上生成的用地適宜性評價柵格數據導入Model Builder修正模型，運行得到最終評價的矢量數據。分析結果可知，條件較為惡劣的用地主要分布于控規范圍內的西北部與西南部，即山體滑坡及庫岸地帶；已發件用地及其周邊地區用地條件較好，中部地區多為比較適宜建設用地。

（2）用地適宜性評價用地統計及相關建議

計算生成用地適宜性評價矢量數據的幾何面積，得到各類用地面積及相應的占比。總體來看，比較適宜建設用地及其以上等級用地面積約占總量的47.88%，說明控規范圍內有將近一半的用地需要進行場地優化后，才能作為合理的建設用地進行出讓。

圖5　三級指標因子柵格圖譜Fig.5 the grid map of third level index factor

表3　指標因子分層權重一覽表Tab.3 a list of weighting of index factors

圖6　巫山縣控規用地適宜性評價最終結果Fig.6 the final results of ecological suitability assessment of land regulation in Wushan County

進一步分析可知，有條件限制建設用地與比較適宜建設用地中間等級用地明顯居多，可見絕大部分用地具有整治優化的可能。對于條件較好的適宜建設用地，主張優地優用，在控規編制過程中可結合實際情況提高此類地塊的開發強度及建筑限高；同時，對于條件較差的不適宜建設用地，可作為生態景觀廊道或廣場、公園等開敞空間打造，在保障民生安全的同時，也營造良好的生態環境（圖6）。

4　結 語

生態文明建設背景下，山地城鎮控規用地適宜性評價的目的在于指導城鎮建設適應自然生態規律，合理高效地利用有限的山地空間資源，盡可能避免城鎮化進程中可能發生的風險和負面影響。

借助ArcGIS—Model Builder自動化、流程化處理復雜數據的優勢，用地適宜性評價工作可以更加快速精準地實現指標因子屬性與地理空間環境的對接，讓復雜的分析過程變得平臺化、高效化，大大縮減了評價工作所需的時間，有助于科學地引導山地城鎮的建設與管理，實現自然生態與人居環境的和諧發展。

注釋：

① 2015年5月5日，《中共中央國務院關于加快推進生態文明建設的意見》發布。2015年10月，“十三五”規劃的十個任務目標出臺：保持經濟增長、轉變經濟發展方式、調整優化產業結構、推動創新驅動發展、加快農業現代化步伐、改革體制機制、推動協調發展、加強生態文明建設、保障和改善民生、推進扶貧開發。其中，加強生態文明建設（美麗中國）首度寫入五年規劃。

② 層次分析法（AHP）是美國運籌學家T.L.Saaty教授于20世紀70年代提出的一種應用于網絡系統理論和多目標綜合評估的分析方法。

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圖表來源：

圖1-6：作者繪制

表1、表3：作者繪制

表2：徐家濤. 基于Model Builder的低丘緩坡地建設適宜性評價方法研究與應用[D]. 昆明：昆明理工大學, 2015.

（編輯：袁李姝）

Application of the Land Suitable Evaluation Based on Model Builder in Mountainous Cities’Regulatory Detailed Planning—A Case Study of Regulatory Detailed Planning in Jiangdong District, Wushan County, Chongqing Municipality

LI Heping, WANG Zhuo

In view of the special geographical environment in the mountain cities, it chooses the index factors such as terrain, traffic, geological disasters, water environment and construction situation, adopts the visualized and streamlined modeling function of Model Builder to construct efficient and practical mountain town regulatory land suitability evaluation model, and applies the model into the regulatory detailed planning in Jiangdong District, Wushan County, Chongqing City. This process presents the complicated evaluation simply and visually by Model Builder, promotes the efficiency and accuracy of the evaluation, and guides the mountain city construction scientifically and effectively.

Mountain City; Model Builder; Regulatory Detailed Planning; Land Use Suitability

10.13791/j.cnki.hsfwest.20160303

李和平, 王卓. Model Builder在山地城鎮控規用地適宜性評價中的應用——以重慶巫山縣江東組團控規為例[J]. 西部人居環境學刊, 2016, 31(03)： 17-23.

TU984

B

2095-6304(2016)03-0017-07

2016-04-20