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、裝修等過程中產生的渣土、廢舊混凝土及其他廢棄物的統稱［1］。據《2018-2023年中國建筑垃圾處理行業發展前景與投資戰略規劃分析報告》測算，2017年我國建筑垃圾產量達到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，即將建設過程中產生的建筑垃圾運出施工現場，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到施工現場［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，本文選取土地規劃、人口密度、距新老城區距離、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 土地規劃

土地規劃是指一個國家或一定地區范圍內，按照經濟發展的前景和需求，對土地的合理使用所做出的長期安排。土地規劃明確了土地的用途，把土地分為農業用地、工業用地、生態用地及其他用地。因此，土地規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生噪音和灰塵，給周圍居民的生活環境帶來嚴重影響，同時在居民意識中，建筑垃圾處理廠是會產生污染的環境保護設施，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。建筑垃圾從施工現場運到處理廠，集中處理，再運輸到施工現場。運輸距離長，不僅費用高，而且易延誤工期，造成經濟損失。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的距離。

1.4 風向影響

建筑垃圾資源化處理過程中必然產生大量的灰塵，而風向決定了灰塵的運動方向，若居民區位于風向下方，會給居民的生活環境帶來嚴重的影響。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、距新老城區距離、土地規劃、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

根據數值大小將距新老城區距離分為5個等級，人口密度分為4個等級；根據對居民區的影響程度將風向影響劃分為3個等級；根據土地規劃圖將土地規劃劃分為3個等級，根據穩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

根據公式KV=ai×xi對各影響因子進行權重疊加，其中，KV為各區域的綜合值，ai為影響因子相對權重值，xi為影響因子等級賦值。根據綜合值KV，將研究區選址適宜性劃分為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“長江經濟帶”發展的中心區域之一，城市化進程與其他城市相比更快。因此，在武漢市老城改建、建設新城區的過程中建筑垃圾的年產生量也較其他城市大。根據武漢市2017-2019年統計年鑒可知武漢市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《2019年中國建筑垃圾處理行業發展現狀及趨勢分析》報告測算，每10 000 m2建筑施工面積平均產生550 t建筑垃圾，可計算出武漢市2016-2018年建筑垃圾產生量分別為

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，武漢市建筑垃圾產生量可達2.04×107t。此外，據統計，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（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實現統計數據的可視化，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據來源于文獻［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的區域主要是武漢主城區，具體為江漢區、武昌區、漢陽區、江岸區等沿長江分布的少數區域，人口密度為20 000～40 000人/km2的區域主要是江夏區中部和西部、蔡甸區北部、黃陂區南部、武漢市區北部，人口密度為10 000～20 000人/km2的區域主要為蔡甸東北部、武漢市區南部、江夏區西北部以及黃陂區中部和南部、新洲區中部［圖1（a）］。

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

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

3.1.3 風向影響根據天氣網（www.tianqi.com），對武漢市各區2015-2018年風向進行統計，得出各區主要風向，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或人口密集且離主城區較近區域則劃分為劣，將風向遠離人口密集或主城區劃分為優，將人口密集但空氣通透性較好區域和離主城區較遠且盛行風朝向主城區的區域劃分為良，以此將各區風影響劃分為優、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周圍地區；第三級階地主要分布于后湖、武昌、漢陽的部分區域［圖1（e）］。

圖1選址影響因子：（a）人口密度，（b）距新老城區距離，（c）土地規劃，（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域分布于主城區周圍，即黃陂區南部及中部、新洲區西南部及中部偏東、江夏區北部及中部、東西湖區東部及東南部、蔡甸區東北部、洪山區北部及東北部；最不適宜修建處理廠的區域主要是武昌、青山、硚口、漢陽、江漢等區域。

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

4 結論

1）考慮社會、經濟、環境等因素，選取土地規劃、人口密度、距新老城區距離、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劃、人口密度、距新老城區距離、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域主要分布于黃陂區南部及中部、新洲區西南部及中部偏東、江夏區北部及中部、東西湖區東部及東南部、蔡甸區東北部、洪山區北部及東北部。