層次分析法在工程建設適宜性評價中的應用
——以廣州市某鎮為例

古曉雯，鄧鐘尉，李志偉

(廣州市城市規劃勘測設計研究院，廣東 廣州 510060)

1 引 言

地質環境是城市規劃建設的載體，如何避免地質災害，高效合理地開發利用，是決定規劃設計方案是否科學合理的主要因素之一。城市規劃的幾項原則：經濟原則、安全原則、美學原則、整合原則、社會原則，其中前三項都與城市地質環境有著緊密的聯系，只有對城市的地質情況有著非常清楚的認識才能有效降低城市建設的經濟成本。

城市工程建設適宜性評價以定性和定量分析各項用地條件為基礎，綜合判別地質環境質量。城市工程建設用地適宜性評價要因地制宜，尤其要抓住對用地適宜性影響最突出的主導環境因素，重點分析與評價[1，2]。本文選取廣州市某鎮開展研究，在地質環境質量定量計算的基礎上劃分工程地質單元，判別工程建設適宜性。

2 研究區概況

研究區位于廣州市北部，地貌以低山丘陵和沖積平原為主，東南部與中部形成北東-南西走向的低山丘陵，西部屬廣花盆地沖積平原，地勢較低，地形較為平坦，地勢總體自東南向西北傾斜。區內地質構造復雜，局部斷裂發育，地層與巖石種類較多，從老到新依次有：中元古代片麻雜巖(Ptgn)、前震旦系云開巖群(PtY·)、石炭系下統大賽壩組(C1ds)和古近系寶月組(Eby)等。區內地質災害和不良地質作用較為頻繁，全區已查明的地質災害點共51處，其中，崩塌37處，滑坡8處，泥石流4處，地面塌陷1處，地面沉降1處。地形地貌和地質災害發育情況是研究區工程建設適應評價分區的主要影響因素[3]。

3 評價方法的比選

城市工程建設地質環境質量評價涉及多種因素、多層次作用，是空間綜合決策的模糊性問題，目前應用較多的方法主要有：專家聚類法、因素比較法、多元統計判別、質量系數法等[4～6]。然而，這些方法大多帶有較強的探索性，實用性有待加強。本文基于行業標準[7]方法及理念，綜合采用層次分析法及多因子分級加權指數法定量分析評價研究區的工程地質環境質量，判定工程建設適宜性。

該方法的具體步驟如下：一是要確定各評價因子的重要程度，通過比較，得出各因子重要程度的定性判斷；二是確定各評價因子的具體權重，以各因子的重要程度為基礎，采用特定的數學模型，計算出各因子的具體權重；三是根據各因子的具體權重，運用加權指數和法對評價單元的地質環境質量進行量化分析評價。該方法的特點在于既能充分發揮加權指數和法的優勢，又能減輕定權過程的人為性。

4 評價指標和體系

4.1 公式與判別標準

針對劃分的評價單元，應用多因子分級加權指數和法，根據式(1)計算評價單元的適宜性指數(IS)。

計算結果采用百分制評分，分值越大，對應評價單元的地質環境質量越好。

(1)

式中：IS—適宜性指數；

n—一級評價因子總數；

m—第i項一級評價因子的二級評價因子總數；

4.2 評價體系

經專家綜合研究，評選出研究區的一級因子層和二級因子層。其中，一級因子層主要包括地形地貌、水文情況、水文地質、工程地質、地質災害、活動斷裂和地震效應等；二級因子層是一級因子所包含的具體評價指標，如表1所示。

評價體系表 表1

4.3 權重的確定與一致性檢驗

(1)權重的確定

因子權重取值如表2所示。

因子權重取值 表2

一級指標權重采用層次分析法，根據權重判斷矩陣確定。對功能區各因素相對重要性作出判斷，這些判斷通過引入合適的標度進行定量化，就形成了判斷矩陣。判斷矩陣表示上一層次的某一因素與本層次有關因素之間相對重要性的比較。功能區地質環境質量評價一級指標判斷矩陣如表3所示。

地質環境質量判斷矩陣 表3

地質環境質量判斷矩陣中各要素{Kij}表示對上層因素Ak有聯系的因素中，第i個因素與第j個因素相比較，對Ak因素的相對重要性。為增強判別的定量化，本文采用Saaty的標度方法，如表4所示。

判別矩陣標度及含義 表4

根據形成的判斷矩陣，計算最大特征根值。最大特征根與特征向量的計算方法可用線性代數的方法算出所有特征根，找出最大的非零特征根及對應的特征向量。

={kij}n×n

經計算，該矩陣的特征向量為：ωk=[0.45，0.20，0.15，0.10，0.04，0.03，0.03]。

(2)矩陣的一致性檢驗

評價因子排序完成后，接著用隨機一致性比率(CR)來判別層次排序的一致性，即CR=CI/RI<0.10時，認為結果有較好的一致性，否則要調整判別矩陣的取值。

式中：CI=(λmax-n)/(n-1)，為一致性評價指標；RI為平均隨機一致性指標，用隨機的方法形成500個樣本矩陣，再分別以n=1～9為階數，得到一致性指標CI的值，然后求平均值，即得到平均隨機一致性指標，按下表取值。

RI值表 表5

經計算，CR=0.08<0.10，表明構建的地質環境質量判別矩陣的一致性滿足要求。

各級指標權重表 表6

5 量化評價與分區

研究區工程建設適宜性的主要影響因素為地形地貌和地質災害易發性，所以以地形地貌界線和地質災害分區界線作為單元劃分的基礎邊界，根據工程地質資料的類比性，采用 1.0 km×1.0 km的方格網對研究區進行單元劃分，共分為152個細分單元，進一步對每個細分單元進行分析和評價。

根據上述過程對本區152個評價單元進行工程建設適宜性量化評分，得分主要在40分～80分，工程建設適宜性分區打分圖如圖1所示。

圖1工程建設適宜性評價分區圖

評價單元的地質環境質量類別按表7規定的判定標準進行分析和評價。

評判標準 表7

根據評分結果，依據表7的定量計算評判的判定標準，可將功能區劃分為工程建設適宜區(Ⅰ區)、工程建設較適宜區(Ⅱ區)和工程建設適宜性差區(Ⅲ區)。

Ⅰ區：本區面積約39.22 km2，地質環境質量優良，主要分布研究區西部，地貌類型屬沖積平原，地形較平坦，第四系覆蓋層多由沖積成因的黏性土、砂土和淤泥組成，下伏基巖主要為碎屑巖，屬地質災害非易發區。

本區地質環境條件優良，是良好的建設用地，可進行合理開發，可規劃布置各類建(構)筑物。若采用合理的基礎型式與施工工藝，適宜建設各類工業與民用建筑、地下工程、市政管溝、道路等市政工程，但在基礎開挖時需做好支護措施。

Ⅱ區：本區面積約56.36 km2，地質環境質量較好，主要分布在研究區西部沖積平原局部、中部和東部地區丘間沖積平原和較平緩的低丘地帶，分為以下3個亞區：

Ⅱ1區：本區面積約5.23km2，地貌類型屬沖積平原，地形較平坦，第四系覆蓋層多由沖積成因的黏性土、砂土和淤泥組成，下伏基巖主要為碎屑巖，局部為灰巖。

本區地質環境條件較好，是較好的建設用地，可合理開發，規劃布置各類建(構)筑物，但本區內局部巖溶發育，松軟土層相對較厚，存在一定程度的巖溶地面塌陷和地面沉降危險性，應采取必要的工程防護措施。

Ⅱ2區：本區面積約28.96 km2，地貌類型以丘間溝谷為主，局部為低丘，地形起伏相對較大，溝谷第四系覆蓋層多由沖積成因的黏性土、砂土和淤泥，坡殘積成因的黏性土組成，低丘第四系覆蓋層多由坡殘積成因的黏性土組成，下伏基巖種類較多，包括碎屑巖、花崗巖和變質巖等，屬非巖溶分布區。

本區地質環境條件較好，是較好的建設用地，可合理開發，規劃布置各類建(構)筑物，但本區地形起伏較大，地形地貌較復雜，存在一定程度的崩塌和滑坡危險性，應采取必要的工程防護措施。

Ⅱ3區：本區面積約22.17 km2，地貌類型以丘間溝谷和低丘為主，地形起伏較大，溝谷第四系覆蓋層多由沖積成因的黏性土、砂土和淤泥，坡殘積成因的黏性土組成，低丘第四系覆蓋層多由坡殘積成因的黏性土組成，下伏基巖以變質巖為主，局部為花崗巖等，屬非巖溶分布區。

本區地質環境條件較好，是較好的建設用地，可合理開發，規劃布置各類建(構)筑物，但本區地形起伏較大，地形地貌較復雜，存在一定程度的崩塌和滑坡危險性，應采取必要的工程防護措施。

Ⅲ區：本區面積約59.79 km2，地質環境質量較差，地貌類型以低山丘陵為主，局部為丘間溝谷，地形地貌條件復雜，相對高差大，坡度大于30°。溝谷第四系覆蓋層多由沖積成因的黏性土、砂土和淤泥，坡殘積成因的黏性土組成，低丘第四系覆蓋層多由坡殘積成因的黏性土組成，下伏基巖以變質巖為主，局部為碎屑巖和花崗巖。

本區地質環境條件較差，是較差的建設用地，應嚴格控制開發強度。工程建設易誘發崩塌、滑坡和泥石流等地質災害，為工程建設適宜性差區，不宜進行大規模工程建設。

6 結 語

地質環境是城市規劃與建設的載體，也是地質災害和不良地質作用發育和發生的載體，開展地質環境質量評價，判定工程建設適宜性，降低城市建設成本與風險，是實現科學化、精細化、品質化城市設計的有效手段，也是順應自然規律的必然選擇。本文以廣州某鎮為案例，采用層次分析法對地質環境質量進行定量計算，以計算結果為判別指標，分析研究區各地的工程建設適宜性，對同類項目具有一定的借鑒意義。