集中開發區土石方中轉站選址方法探討

湯召桃

(欽州市水利局，廣西 欽州 535000)

集中開發區土石方中轉站選址方法探討

湯召桃

(欽州市水利局，廣西 欽州 535000)

土石方中轉站；重心法；層次分析法；組合權向量；選址方法；集中開發區

集中開發區土石方中轉場地是開發區水土流失重點防護區域，其選址對開發區的建設非常重要，傳統的比選法存在預設點可能不包括最優點、比選因素多為定性分析、未區分影響因素的優先級別等缺陷。將重心法和層次分析法相結合，綜合考慮影響選址的經濟、社會和生態環境等多個因素，計算獲取各因素優先級別，最終對照備選場址條件通過計算組合權向量，排列出各備選場址的優選順序。這種組合方法具有良好的操作性，更加科學、嚴謹，更容易獲得社會認可。

隨著城鎮化的發展及產業重心的轉移，我國各個區域出現了大量的工業園區、城鎮新區等集中開發區。與傳統的單個項目相比，集中開發區具有面積大、開發時段長和土石方量巨大等典型特征。土石方利用需要滿足時間、空間、材料質量與材料數量4個條件，當4個條件都滿足時，就不存在棄渣或借方問題。然而在實際施工過程中，這4個條件難以同時得到滿足。前3個條件為土石方利用的必要條件，數量條件決定了工程產生的棄渣或借方量的大小[1]。設置土石方中轉場地就是為了解決不同地塊之間不同時滿足4個條件時產生的問題。集中開發區域具有的典型特征，決定了合理規劃土石方中轉場地的重要性。土石方中轉場地的合理設置，能夠緩解各區塊開發時間不統一的問題，利于調配利用各區塊之間的土石方，以減少取料場、棄渣場的數量和占地面積，減少因散亂堆放而產生的水土流失，可滿足不同區塊對不同土石類別的需求。

但很多集中開發區并未設置或未合理設置土石方中轉場地，導致土石方未能充分利用，增加了投資、環境和土地成本。目前，學者們對單個項目土石方量平衡、取棄土場設置的論述較多，但對土石方中轉場地的選址方法論述很少。在實際操作過程和現有規范中，對土石方中轉場地的選址多采用比選法，即預設多個點，然后采取因素對比確定最優場址。但該方法卻存在諸如預設點可能不包括最優點、比選因素多為定性分析、未區分因素的優先級別和政策導向性不足等缺陷。為解決上述問題，本文在綜合考慮制約性因素、經濟因素、社會因素和生態環境因素的基礎上，借鑒物流管理專業的做法，基于重心法和層次分析法，建立更加科學嚴謹的集中開發區土石方中轉場地選取方法，為集中開發區土石方中轉場地的合理選址提供理論指導和技術支撐。

1 土石方中轉場地選取方法

先用重心法確定中轉場地大致選址范圍，加入強制性制約因素進行場址篩選，得出幾個備選場址，然后運用層次分析法對備選場址進行優選，比較出各個備選場址的優先順序[2]，最后確定最合適的中轉場地。

1.1 重心法

重心法多用于物流網點選址中，是一種模擬方法，它將物流系統中的需求點和資源點看成是分布在某一平面范圍內的物流系統，將各點的需求量和資源量分別看成是物體的重量，物流系統的重心則是物流網點的最佳設置點。而在土石方平衡的過程中，可以將土石方量的調入和調出視為物流的需求和資源。基于此假設，利用重心法選出中轉站可設置范圍，具體而言，就是通過模擬方法將選址問題轉化為重心點坐標的求解問題。重心法的計算公式[3]為

(1)

(2)

式中：CX和CY分別為重心位置的橫、縱坐標，m；DiX和DiY分別為每個地塊的橫、縱坐標，m；Vi為每個地塊的土石方量，萬m3。

1.2 層次分析法

層次分析法(AHP，Analytic Hierarchy Process )是對一些較為復雜和模糊的問題作出決策的簡易方法，特別適用于解決那些難以完全定量分析的問題[3]。具體過程如下：①建立層次分析結構模型。這是層次分析法中最重要的一步，以便于對整個結構進行研究分析，弄清各影響因素之間的關系和最終需要解決的問題。層次分析結構模型分為目標層、準則層和方案層3層。②構建成對判斷矩陣。判斷矩陣是從準則層開始，用成對比較法和1～9判斷尺度來表示2個因素之間相對目標的重要程度，然后將比較結果轉化成相應判斷矩陣。③計算權重值并做一致性檢驗。判斷矩陣構建后依次計算各因素的權重值。一致性檢驗則是對每個成對比較矩陣計算最大特征根及相應的特征向量，然后利用一致性指標、隨機一致性指標和一致性比率做一致性檢驗。④方案層的層次總排序。各準則層相對于總目標的權重已經求出，最后逐層計算各層次中的諸因素關于總目標的相對重要性權值。

1.3 選址步驟

計算步驟大體上可以分為3步，分別是基礎資料整理→重心法初選場址→層次分析法優選場址， 具體見圖1。

圖1 土石方中轉站選址步驟

2 實例應用

某工業園位于南方紅壤丘陵區，海拔25～85 m，占地面積13 km2，東西長5.1 km，南北寬3.5 km。總挖方量1.3億m3，填方量1.28億m3，各區塊需要內部調入調出的總方量為0.550億m3。規劃建設期為20年，園區分4個區域38個地塊，根據入園項目情況進行分期平整。

對同期開發的相近地塊進行合并簡化，最終分為27個地塊，內部調運的土石方量簡化到0.294億m3，各區塊的坐標、土石方量分別見表1、圖2。

表1 工業園區各區塊土石方量及坐標

注：以工業園區西南角為坐標原點；土石方量不區分調入和調出；坐標點按照中心坐標結合重心粗略調整。

圖2 工業園的分塊及坐標

2.1 基于比選法的場址選擇

根據表1的基礎數據處理，在27個地塊中選取靠近幾何中心點(2 513 m,1 528 m)的11、12、18、19號作為土石方中轉場地備選場址， 并進行比選，比選情況見表2。

表2 類比分析法備選場址各影響因素對比

從表2的各因素對比來看，各地塊在9個影響因素(準則)上有著或好或壞的表現，很難直觀判斷哪一個是最優選擇，因此比選法并不適合多因子、多場地的選址分析。

2.2 基于重心法和層次分析法的場址選擇

2.2.1 計算重心

按照上文的重心法計算公式(1)、(2)和表1中的數據進行計算，得出中心坐標為CX=2 438 m、CY=1 526 m,位于11號地塊東南角。

2.2.2 初選場址

以坐標(2 438 m，1 526 m)為圓心，0.5 km為半徑繪制同心圓，可以確定4、6、14、11、12、18、19號等6個地塊在同心圓范圍。通過實地調查了解，各地塊基本情況如下：①4號地塊。中心偏離重心1 200 m，場地地勢低洼，多為荒地，有少量養殖池塘，居住人口8人，征地補償費用較高，征地難度一般，水土流失防治難度小，水土流失對周邊影響范圍小，有一角在高速鐵路視野范圍內。②6號地塊。中心偏離重心1 070 m,地勢平緩，有河流自東北方向經過，地塊內多為耕地，居住人口85人，征地補償費用高，征地難度大，水土流失防治費用較高，水土流失對下游影響較大，無其他敏感點和公用設施。③11號地塊。中心偏離重心680 m，地勢平緩，場地內多林地、旱地，居住人口30人，征地難度較大，征地補償費用較高，水土流失危害大，無其他敏感點和公用設施。④12號地塊。中心偏離重心570 m，地勢平緩，多丘陵，場地中北部為小二型水庫庫尾，場地內多林地，居住人口2人，征地難度小，征地補償費用低，水土流失對水庫影響較大。⑤18號地塊。中心偏離重心790 m，地勢起伏較大，土地多為林地和荒地，內部有正在生產的小型礦山，補償費用高，征地難度大，水土流失危害較小，在高速公路視野內。⑥19號地塊。中心偏離重心340 m，場地內多小丘陵，土地多為荒地，沒有居民點，補償費用低，征地難度小，水土流失危害小，水土流失對周邊影響范圍小，在高速公路的視野內。

根據有關法律法規、規范、規范性文件、區域規劃等列出制約性因素，對6個地塊進行初選，12號地塊、6號地塊靠近河道和某在冊小(二)型水庫，有制約性因素；18號地塊為該市礦務局所在駐地，大部分區域為煤礦井采區域，地質條件構成了制約性因素。由此初步確定，4、11、19號地塊滿足設立中轉站的條件。

2.2.3 建立選址的層次結構

鑒于在初選場址時已經考慮過有關法律法規和規劃等限制性因素，因此層次結構分析中不再考慮該部分因素。同時，為了方便說明，對部分因素進行了合并和簡化，參照前文形成層次結構見圖3。

2.2.4 建立對比矩陣、檢驗并對影響因素排序

通過建立比較矩陣，調查備選場地的各個因素并對其進行評價，分析得出各個因素的得分值，進行一致性檢驗。比較矩陣、因素權重及一致性檢驗結果見表3—6，表中ω為歸一化特征向量，λ為最大特征根值。

圖3 土石方中轉場地選址層次結構

表3 比較矩陣F-S及檢驗結果

表4 比較矩陣S1-M及檢驗結果

表5 比較矩陣S2-M及檢驗結果

表6 比較矩陣S3-M及檢驗結果

根據表3—6的計算值，可以得出同一層次即M層對于總目標F層相對重要性的排序權值ωF-M=ωSi×ωMi，即各因素對于選址的重要性排序。由表7可知，最重要的因素為運輸費用，其次為水土流失危害和征地補償費用。

表7 各子因素對選址的排序權值及排序結果

2.2.5 指標評價因素對選址的影響分析

經過前文對4、11、19號地塊的實地調查，以及從有關部門取得的3個地塊的詳細地形、土地利用、居民拆遷意向等資料，同時參照表7中各因素對選址的影響排序權值，構成比較矩陣Mi-Pj(i=1，2，…，10；j=1，2，3),計算結果見表8。

表8 備選場址各影響因素對照及計算結果

2.2.6 場址組合權向量結果一致性檢驗

場址組合權向量ωF-Pj(j=1,2,3)由各個子影響因素M對場址選擇F的權向量ωF-M和各個場址對每一個子影響因素M的權向量ωMi-Pj(i=1,2…10,j=1,2,3)組合所得，其計算公式為

(3)

由此可得

ωF-Pj=(0.377 0，0.236 1，0.386 9)

場址組合一致性檢驗公式為

(4)

其中

(5)

(6)

計算可知CRF-P=CRF-M+(CIF-P/RIF-P)=0.044 5<0.1，滿足一致性檢驗要求。而ωF-P1=0.377 0，ωF-P2=0.236 1，ωF-P3=0.386 9。

通過前面的計算，可以得出選址方案優先順序分別為P3、P1、P2，即應優先選擇19號地塊，其次為4號地塊，再次為11號地塊。19號地塊在占地類型、運輸距離、征地難度、水土流失危害等方面有著較大的優勢，同時兼顧考慮了景觀和諧、影響范圍等方面的因素。因此，19號地塊為最優選擇。

3 結 語

利用重心法和層次分析法相結合的方法對集中開發區土石方中轉場地進行選址，比傳統的比選法更加科學和嚴謹，且具有較好的可操作性。用重心法進行計算能夠使運輸費用趨于最省，通過強制性條件篩選可以減少層次分析法的分析計算量；運用層次分析法可以根據開發區所在的社會經濟、環境和政策導向現狀調整各因素間的優先級別(即矩陣標度)，計算出該集中開發區的土石方中轉場地的優選順序。業內將這里所述方法應用于集中開發區土石方中轉場地選址的研究和實踐匱乏，在確定選址主要影響因素，以及各因素優先級別時沒有統一標準，因此在確定分析各要素時，建議規范統一分析因素并通過專家咨詢法確定各因素的優先級別。

[1] 劉強，王盛萍.點式工程水土保持方案編制中土石方數量與平衡計算初探[J].北京農業，2007(9)：76-81.

[2] 張燕，胡賢滿，李珍萍.重心法和模糊層次分析相結合的配送中心選址方法[J].物流技術，2009，28(10)：56-58.

[3] 曹勇鋒，榮宏偉，張可方，等.結合重心法和層次分析法研究垃圾轉運站選址[J].環境科學與技術，2012，35(6)：118-121.

(責任編輯 孫占鋒)

S157

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1000-0941(2017)02-0013-04

湯召桃(1985—)，男，重慶市人，工程師，學士，主要從事水土保持方案編制、水土保持監測及生態建設方面的工作。

2016-04-04