基于健康安全的棕地再開發決策模型構建及模擬研究
——以廣東省F市為例

付詩淇，吳箐，鐘式玉

（1. 中山大學地理科學與規劃學院，廣州510275；2. 深圳市城市規劃設計研究院，廣東 深圳518031；3. 廣東省技術經濟研究發展中心，廣州510070）

我國建設用地增量空間有限，存量土地是未來城市化進程中主要建設用地儲備資源。隨著廣泛實施“退二進三”“三舊改造”等更新政策，在不斷提供建設用地資源供應的同時，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建或重建變得復雜的廢棄、閑置或未被充分利用的工業或商業用地[1]，即具有潛在污染的建設用地。我國長三角、珠三角、東北老工業基地等區域土壤污染問題較為突出，重污染企業及周邊土壤超標點占36.3%[2]，土地安全已成為我國可持續發展的巨大挑戰。2016 年5 月，國務院印發《土壤污染防治行動計劃》（簡稱“土十條”，國發[2016]31 號）指出“實施建設用地準入管理，防范人居環境風險”。由于對棕地再開發利用中具有污染性的特征認識不足，存在的潛在環境健康安全風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、學校、醫院等地的開發[3]，如廣州氮肥廠毒地[4]等，存在嚴重的安全隱患。即使這些棕地已完成修復，但在再開發利用及安全保障方面仍存在治理不足、監管不嚴及再開發規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，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風險管控，保護相關人群身體健康[5]。

當前，我國對棕地再開發的研究處于借鑒發達國家經驗的發展階段，主要側重修復技術[6]、評估方法[7]、治理模式[8]、GIS 數據庫建設[9]、健康風險評價[10]、改造設計[11]、場地監管[12]和資金成本[8]等方面。指標體系方面，主要從地塊自身潛力、政策、社會、經濟和環境健康等5 方面篩選[9]。決策方面，主要側重于尋求社會和環境效益最大化的決策結果[13]和以GIS 為基礎建立的決策支持平臺[14]。環境領域在基于土地使用功能和目標明確的前提下，對棕地的治理已逐步建立一套較完善的由管理-篩選-修復治理的管控體系和標準，但沒有結合土地的適宜性和空間協調性等指標進行權衡。而土地規劃、城鄉規劃領域由于缺少對土壤污染數據的認知和基礎資料的難獲取性，在土地尤其是棕地再開發利用過程中經常忽視環境健康安全風險。但對棕地“先治理、安全達標后才可開發”的理念及研究方法、指標體系中對土壤污染數據處于首要地位均達成共識。

基于此，本文綜合國內外棕地研究的相關成果，從棕地安全與人居健康的角度，依托廣東省F 市土壤環境質量調查數據（因數據涉及機密，皆以廣東省F市標注），以潛在污染的建設用地為研究對象，構建耦合環境、經濟、社會和地塊特征等因素的棕地再開發決策指標體系及決策模型，運用模糊綜合法探討棕地再開發土地利用方式的決策方向，為棕地再開發決策提供理論和技術支撐。

1 研究方法及數據來源

1.1 研究區概況

廣東省F 市為珠江三角洲城市群中的經濟重鎮，商業繁榮、人口稠密，是我國工業百強縣區，現有200多個村級工業園，占其工礦用地總面積的60% 左右，以家電制造等規模性支柱產業和低端加工業為主，如五金、紙類包裝、塑料等，以重金屬污染物及揮發性有機污染物為主。同時，該區域面臨著經濟發展與土地約束結構轉型等發展瓶頸。

1.2 數據來源

（1）土壤環境調查布點。以F 市土地利用數據為基礎并結合遙感影像，采用GIS 技術，按網格密度2.0 km×2.0 km 布點，在采樣點50 m 范圍內用“X”法均勻隨機采取5 個以上采樣點，共830 個，包含農用地、城鎮建設用地和未利用地。

（2）污染物種類及污染程度采樣。按土地利用類型、土壤環境質量現狀評價因子：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、滴滴涕總量為農用地中的耕地、園地點位評價因子；石油烴總量為建設用地中工業裸地的評價因子；多氯聯苯總量、酞酸酯總量作為污染源周邊用地的評價因子。

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

根據本研究需要，本著“區分差異性、歸納共同性”原則，參考《土壤環境質量建設用地土壤污染風險管控標準（試行）》（GB 36600—2018）等相關篩選值標準[15-17]和廣東省F 市的城市總體規劃、“三舊”改造規劃和土地利用規劃等資料確定地塊再開發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地塊內的土壤污染情況，采用單因子污染指數法計算[18]，取單因子污染指數中的最大值。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準×100%

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

根據5 個備選方案的實際需求，按照相關標準[15-17]的風險篩選值將污染物濃度評價風險劃分為5個等級。若污染物的篩選值低于當地土壤背景值，則采用背景值，即Class1（居住用地）。以Class3（公園綠地）對應的篩選值作為基準，由于現行標準并未針對每一用地類型細化篩選值，因此其余3 個等級按等差數列進行設定[19]，差值=（基準值-Class 1）/2。Si具體設置見表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險，如污染物濃度值在限定邊界的微小的變化將會對結果造成越級變化。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換為數學語言，以解決各種難以量化的和非確定性的問題。

1.3.3 變動權重值組合法

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

表1 污染物濃度評價風險等級（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 棕地再開發決策模擬模型

2.1 指標體系構建原則及測度

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

2.2 模糊綜合評價模型

以模糊數學理論為基礎，根據上述4 類影響因素建立棕地再開發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，規定5 種備選方案分別對應參數為0、1、2、3、4，并采用內積[20]計算備選方案的參數評判結果：

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

模型中#表示指標測度，Ai表示權重因子，*表示廣義模糊運算法則。

表2 棕地再開發決策指標體系Table 2 The Decision-making index system of brownfield redevelopment

圖1 棕地再開發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 評價結果分析

3.1 安全性評估

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

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

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

3.2 決策模擬與土地利用空間重構

3.2.1 模糊綜合評價模擬

與F 市“三舊改造規劃”進行對比，屬于用地性質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”規劃項目并已確定再開發方向的35 個地塊運用再開發決策模型進行計算，發現有13 個地塊再開發方向與規劃發生沖突，占總量的37%。

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

表3 棕地再開發安全性評估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 棕地再開發決策模型結果分析

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

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

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

（4）污染程度為重度超標且原規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，經模型測算最優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，苯并[a]芘中度超標，其余污染物輕度超標，周邊工業區環繞，公共設施不完善，但原規劃進行決策時并沒有考慮這些因素，經模型測算最優備選方案為公園綠地和商服用地。因此，若繼續按原規劃居住用地進行修復和開發，可預見巨額的修復費用和開發成本。即使已按照居住用地進行開發建設，但沒有土壤環境修復，會對人體健康造成巨大的安全隱患。本著土壤修復立足長遠發展的原則，在考慮成本的情況下，可先進行自然修復或工業遺址開發，經過一定修復周期后，再權衡居住用地標準下棕地再開發的可行性。地塊10～13，苯并[a]芘、銅、鎘重度超標，鎳和汞中度超標，其余污染物為輕度超標，修復難度大、成本高，經模型測算公園綠地或商服用地為最優方案。在此種情況下，可同時留下2～3個備選方案，未來可根據實際用途進行選擇。

3.3 變動權重組合的模擬分析

為避免權重主觀性對評價結果的影響，查閱資料及咨詢專家后，合并本指標體系中屬于數據類型相近的經濟和社會因素，以變動權重組合指標驗證評價結果。分別在環境因素、社會經濟因素和地塊特征中各隨機選1 個指標因子代表各準則層。以地塊8 為例，其指標組合中，根據模糊集內積（公式2）選取每組數據p差值最大的6種組合（表5）進行計算。

3.3.1 相同權重組合下不同指標組合分析

選取權重值（0.6，0.2，0.2）進行驗證。經模型計算可得，地塊8 指標組合1 與組合2 結果相同，備選方案均為公園綠地和商服用地；指標組合3 與組合4 結果相同，備選方案均為商服和公益性用地；指標組合5與組合6結果基本相同，備選方案均為公園綠地、公益性用地和商服用地。這說明，當其他指標一致時，污染程度（F11）和污染物種類（F12）兩個指標因子雖組合不同，但對結果的影響基本相同。即使在相同權重下，不同數據的組合得出的結果也不同。說明權重值并不是影響模糊綜合評判結果的唯一因素，指標選取和不同數據的組合對結果影響更顯著。

3.3.2 不同權重組合下相同指標組合分析

地塊8 變動權重因子分配對棕地再開發決策方向的影響見圖2。由圖可知，當地塊特征和社會經濟因素權重比例越大時，商服用地為最優備選方案；當環境因素和社會經濟因素權重比例越大時，公園綠地為最優備選方案；當各個因素的權重值較為平均時，居住用地為最優備選方案。在21 個權重組合中最優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 變動權重結果為商服用地和公園綠地。對比表4 可知，此地塊固定權重的模糊評價結果的最優備選方案為公園綠地，第二優備選方案為商服用地，最終修正為公園綠地。

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

表5 6種指標組合Table 5 Six combinations

4 結論與建議

本文綜合環境、經濟、社會和地塊特征等因素，構建棕地再開發決策模擬模型，并以F 市土壤實測污染值、土壤污染程度、土地再開發數據進行檢驗。模型構建合理，模擬結果可以矯正原開發方案帶來的潛在環境安全風險。研究結果表明：

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

圖2 變動權重值對備選方案結果的影響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重值大小依次為環境因素、地塊特征因素、社會和經濟因素；通過變動權重組合分析發現，權重值不是影響棕地再開發決策模型結果的主要因素。相同權重組合下，不同指標組合的計算結果不同；不同權重組合下，相同指標組合的結果基本相同，指標的選取和不同數據的組合對結果的影響更為重要。

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

棕地再開發決策需與土地利用、城市更新等相關規劃結合，設定近期和遠期修復目標。根據用地發展方向來確定不同階段的修復目標值和用地類型。同時，針對不同用地類型的風險篩選值標準應更加細化和全面，使棕地再開發決策與土地利用空間重劃科學合理。

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