基于用地規劃的污染地塊修復多目標優化研究

金遠亮,侯德義*,田 莉,王劉煒,宋易南 (.清華大學環境學院,北京 00084；.清華大學建筑學院,北京 00084)

近些年來,隨著我國的快速城市化進程和“退二進三”等產業轉移政策實施,因污染工業企業關停轉移而遺留的污染地塊(也稱“棕地”)問題日益突出[1].據粗略統計,目前我國遺留的污染地塊超過50 多萬塊,而北美和歐洲的各類型污染地塊多達45 萬塊和34.2 萬塊[2-3].數量眾多的城市污染地塊不僅限制了土地的使用用途,而且引發地區經濟蕭條并危害公眾健康,造成嚴重的環境與社會經濟后果[4].通過對修復后的污染地塊進行再開發,能夠實現土地增值以補償前期的修復成本,是地方政府普遍接受的土地開發模式[5-6].如何有效的平衡修復與再開發關系,是污染地塊再開發成功與否的關鍵[7-9].

再開發的污染地塊要求未來使用不對人體和生態系統造成危害,必須先實施修復然后才能使用,而其修復要求又取決于土地的未來用途[10].因此,污染地塊的修復治理與再開發的未來用途緊密相連.在我國,地塊再開發依據的控制性詳細規劃與修復實施程序相對獨立,使規劃土地使用目標難以兼顧地塊污染的修復實際[6,11].污染嚴重且修復量大的地塊布局居住、醫療等敏感用地將造成過高的修復成本而使開發難以為繼[6,12].因此,應有效整合污染地塊修復與相關用地規劃,實現可持續修復和成功的棕地復興.

早期整合污染地塊修復的土地使用決策方法主要基于收益-成本分析,分別發展了基于風險評估的修復成本核算[13-14]和基于條件估值、享樂價值方法的土地收益估算[15-16].進一步對棕地復興成功因素的分析顯示,收入水平、政策激勵和相關利益方參與也顯著影響再開發過程[17],如土地開發商更關注污染責任的減免對土地預期收益的影響[18];而修復后土地重新使用產生的環境正效益可大量抵消修復的負面環境影響,但這些因素在地塊再開發修復決策中常常被忽視[19-20].近二十年來,綜合考慮修復全生命周期內的環境、社會、經濟方面因素,實現凈效益最大化的修復與再開發模式已成為國際修復界的主流趨勢[21-22].綠色可持續修復要求再開發的污染地塊應優化規劃配置,并在規劃階段引入污染調查和修復設計從業人員的意見[23].因此,多目標決策支持工具(DSS)被引入到再開發污染地塊修復決策中來[24-25].如Wedding 等[26]、Zavadskas 等[27]構建的再開發污染地塊修復決策模型,能夠依據地塊污染特征及土地開發用途提供修復實施策略建議;張麗娜等[28]、鄧一榮等[6]結合風險評估對用地規劃方案調整,發現調整土地使用類型可以顯著降低修復成本;Morio 等[8]、Sch?dler 等[29]融合可持續性評估和多準則遺傳算法構建了一個棕地再開發的土地優化配置工具,能夠為再開發提供最優化的土地配置.然而,以上決策支持方法主要基于評估指標的定性整合,或對土地用途的多目標優化建議,缺乏與修復治理和規劃編制的上層管理制度有效銜接.因此難以指導具體的修復與再開發實踐.

本研究結合我國污染地塊管理和用地規劃編制程序,構建了一個再開發污染地塊修復多目標優化方法, 能夠在地塊環境調查階段即可給出后期修復治理與土地未來使用的最優決策.該方法以華北某大型污染場地為案例,通過綜合從修復治理到再開發階段的成本收益關系、環境與社會可持續性評估來構建多目標優化模型,給出地塊修復治理與用地規劃的多目標優化決策.

1 材料與方法

1.1 基于用地規劃的污染地塊修復多目標優化方法

圖1 污染地塊修復與再開發的利益相關方相互作用關系Fig.1 Inter-relationship among various stakeholders in contaminated land remediation and redevelopment

存在污染的城市地塊經調查發現污染,地方政府即要求土地使用權人(污染責任方)進行治理,土地使用權人通過委托修復實施方(含設計、施工)開展修復.地塊修復完成達到土壤環境質量要求后可進入再開發程序[30].地塊再開發收益由控制性詳細規劃確定的用地類型、控制指標和配套設施決定[6,31],而修復成本則取決于需要修復的方量和采用的修復技術[8].土地使用權人需要平衡修復投入與再開發收益來進行修復治理決策.當土地使用權轉移到土地開發商時,污染修復的責任同時發生轉移(圖1),土地開發商需同時支付土地出讓金和用于修復的額外成本.圍繞地塊修復治理與土地未來使用,平衡土地再開發收益和修復成本成為各方博弈的焦點.因此,為有效銜接地塊修復治理與規劃編制的上層管理制度,需要綜合地方政府、土地使用權人(污染責任方)、土地開發商、修復實施方等利益相關方訴求,實現再開發污染地塊修復的多目標優化.

基于利益相關方相互作用關系分析,本研究構建了基于用地規劃的污染地塊修復多目標優化方法.該方法以地塊污染調查數據、初步規劃方案和當地社會經濟信息作為系統輸入,能夠為地塊修復與規劃編制提供最優的解決方案(圖2).該方法首先基于地塊詳細調查結合建設用地土壤污染風險評估技術和風險管控標準等文件確定修復目標并計算修復成本[32-33],依據用地規劃方案及社會經濟信息核算再開發的土地收益.然后依據CAEPI-1 2015 等文件和利益相關方分析開展環境和社會可持續性評估[34].最后,根據多目標優化模型及人口、經濟和環境約束條件實現多目標優化,并進行盈虧平衡與參數敏感性評價.多目標優化分析結果可確定土地未來使用的最優開發強度和規劃布局,以及地塊修復治理策略.方法采用的地塊調查、用地規劃方案、地區社會經濟信息以及優化決策評估指標體系及權重可根據不同地塊實際而做相應調整.

圖2 城市再開發污染地塊修復的多目標優化方法Fig.2 The multi-objective optimization method for the remediation and redevelopment of contaminated urban land

1.2 修復成本-土地收益分析

1.2.1 單位修復成本核算 污染地塊的修復成本通過經驗模型獲得,其取決于地塊污染風險及采用的修復技術平均成本[35-36].采用單位修復成本作為衡量地塊修復的投入指標,即場地調查范圍內單位面積去除污染物所需的平均成本.單位修復成本為每種污染物的修復量與修復單價乘積除以污染調查面積.修復方量通過樣點污染物空間插值(Kriging 法)后根據修復目標確定修復范圍乘以污染深度來計算.修復單價參考生態環境部文件《2014 年污染場地修復技術目錄(第一批)》推薦值[37].其中地塊的修復目標值是在地塊詳細調查基礎上,經風險評估后依據GB36600-2018 確定[32,38].風險評估的暴露途徑包括經口攝入土壤、吸入土壤塵、吸入室外空氣中的污染物、吸入室內空氣中的污染物、吸入地下空間中的污染物等,計算參數來源于HJ 25.3-2019 文件[33]和場地實測信息.計算公式為:

式中:ULRC 為地塊單位修復成本,萬元/m2;RPx1、RPx2…、RPxk分別為修復目標污染物x1,x2…xk 的修復技術平均市場價格;RA 為需要修復的用地面積,m2;并按不同污染深度劃分為不同修復單元(i,j);Dep 為對應修復單元的修復深度,m;TLRA 為污染調查面積.

1.2.2 單位土地收益核算 核算單位土地收益的方法包括模擬市場法、條件價值法(CVM)、享樂價格法(HPM)[9,13]本研究采用模擬市場法計算單位土地收益.模擬市場法計算的土地開發收益來源于將用地開發為居住、商業和附屬地下空間等商品房出售后,扣除土地交易、建安工程成本以及依據規劃的附屬配套設施建設成本所剩余的利潤[29].土地收益的參數取決于控制性詳細規劃確定的土地性質和面積、容積率規定和附屬配套設施.其中,配套附屬設施應滿足《城市公共服務設施規劃標準GB50442 (修訂)》的規定,輸入經濟參數可參考周邊開發地塊的相關市場數據,結合銷售 比較分析和地價綜合確定[8].計算公式為:

式中:ULI 為規劃用地單位土地收益,萬元/m2;LAi為第i 塊產生土地收益的面積(R2:居住用地,B1:商業用地);LAj為第j 塊配套設施用地的用地面積(R2,B1以外的用地類型);PCH 為商品房銷售價格,萬元/m2;FAR 為用地容積率;PCUS 為地下空間商品房價格;LSP、PLSP 分別為商住用地和附屬設施用地的土地交易價格,萬元/m2;CP 為建安工程價格,萬元/m2;TLA 為規劃用地總面積,m2.

1.3 環境與社會可持續評估

1.3.1 修復技術環境影響評估 地塊修復技術的環境影響評估包含定性、半定量以及定量的生命周期影響評價方法[23].受限于前瞻性評估的專家知識和項目資料,采用應用成熟的定性綜合評分法進行評估[23,37].

首先基于文獻調研,確定目標污染物可用的修復技術.結合技術可操作性,分別就修復效率EIi、修復環境影響REi開展評估.定性綜合評估通過對各項指標按1～5 分(1 極差、2 較差、3 一般、4 較好、5很好)區間進行評價.評分依據可參考場地調查參數和同類場地信息,結合污染場地修復技術篩選指南(CAEPI-1 2015)等[34]標準文件.

1.3.2 再開發的社會可持續性 可持續的地塊再開發要求確保土地開發者能從開發中獲益,當地政府能通過治理污染推動當地發展,公眾希望消除污染并享受發展成果[17].結合聯合國《21 世紀議程》的可持續城市土地管理目標,可持續的地塊再開發包括高質量居住環境、保護自然資源并減少排放、以及促進城市經濟發展等方面[39-40].其中,高質量的居住環境要求居住區臨近休閑空間、供應資源、商業網點和公共服務設施,遠離污染工業區并與交通樞紐形成隔離[29].對于污染土地,需要盡量減少修復方量并降低環境影響,同時保護當地棲息地、動植物及歷史建筑[41].通過地塊再開發,能夠為當地提供供應和公共設施、居住和創新創業場所,同時有效減少環境污染來推動城市發展[17].

因此,研究構建了一個包含15 個評估指標的社會可持續評估指標體系,結合五分鐘生活圈居住區標準評估土地開發的社會可持續性(表1).每一項評估指標用于評估與之關聯的要素特征在不同的用地單元中對可持續的促進或阻礙作用(-1～1),并用覆蓋全部用地類型的規則格網以表征不同規劃用地屬性的空間特征.采用半定量的多準則分析(MCA)綜合評估社會可持續性[42].權重設置突出地塊污染修復對整體可持續性的影響,參考Morio 和Schadler等方法確定[8,29].總體可持續指標計算式為:

表1 污染地塊再開發社會可持續性評估指標Table 1 The indicators for the social sustainability assessment of contaminated land redevelopment

續表1

1.4 多目標優化模型

1.4.1 修復與再開發多目標優化函數 在修復成本-土地收益分析和環境與社會可持續性評估的基礎上,進一步構建再開發污染地塊修復的多目標優化函數[43].多目標優化函數細分為經濟目標f1、環境目標f2和社會可持續目標f3函數:

同時,基于利益相關方分析,確定多目標優化函數的約束條件:

式中:Pop 為用地規劃人口;TLA 為規劃用地面積;x 為滿足規劃人口需求以外的居住用地面積;ULIR, ULIB為居住用地和商業用地的單位土地收益,LARB為商業用地面積;ULRCf,ULRCm分別為第一類用地和第二類用地的單位修復成本;EIi,REi為第i種修復技術的修復環境影響和修復效率.Einit為初始用地方案的可持續性平均得分;Es為第s 個用地方案的可持續性評估得分.

為獲得Maxf1,首先根據地塊規劃人口Pop、用地面積TLA 和容積率范圍FAR,采用式(2)確定居住和商業用地單位土地收益ULIR,ULIB.代入(7)中構建關于規劃人口Pop、用地面積TLA 和容積率FAR的單位土地收益關系ULIx.基于第一類用地和第二類用地修復治理標準確定的修復量帶入式(1)計算單位修復成本ULRCf,ULRCm,代入式(8)中構建關于規劃人口Pop、用地面積TLA 和容積率FAR 的單位修復成本關系ULRCx.以ULI、ULRC 為橫縱坐標,Pop、TLA 和FAR 為約束條件形成關于土地收益-修復成本關系的用地規劃策略圖.

Maxf2包括單位修復成本函數ULRCx和修復技術目標max(EIi,REi).修復技術目標的確定首先依據文獻調研確定目標污染物適用的修復技術,結合CAEPI-1 2015 等文件開展修復環境影響EIi和修復效率REi評估.根據評估結果,建立以EIi、REi為橫縱坐標的修復效率-修復環境影響的修復技術策略圖.修復技術目標最優化選項即為策略圖右上角的選項.

Maxf3采用MCA 評估法結合公式(3)計算初始用地規劃方案的規則格網可持續性平均得分Einit,然后根據Maxf1、Maxf2目標要求下得到優化用地方案Es.通過進一步優化用地方案下使Es和Einit的比值最大化,實現社會可持續性最優.

1.4.2 盈虧平衡與參數敏感性分析 對于受污染的土地而言,地塊修復與再開發能否實現盈虧平衡是實現可持續修復的關鍵,其受土地類型、地塊位置和感知經濟風險等因素影響[15-17,44].因此,需要對構建的多目標優化函數進行盈虧平衡和參數敏感性分析.根據式(1)、(2),以規劃用地容積率(FAR)和修復目標值作為分析指標,分別設置不同開發強度和修復治理標準進行盈虧平衡分析.選取10 個城市的平均經濟參數進行敏感性分析.此外,修復技術可能存在污染殘留而產生潛在的健康風險,并受成本、時間

等因素影響.因此,依據生態環境部《污染場地修復技術應用指南》[45]確定的修復技術篩選指標與評價標準進行污染無害化率和成本因素敏感性分析.污染無害化敏感性為《污染場地修復技術應用指南》確定的該技術污染物去除率水平,成本敏感性為選取修復技術與適用修復技術平均參考市場價格的比值.根據構建的社會可持續性評價指標體系,采用相同權重和十分鐘生活圈標準[46]進行社會可持續性評估的敏感性分析.

1.5 研究案例與數據來源

選取華北某城市郊區一大型冶煉場地開展實證研究,該場地占地面積約50hm2.原企業建于上世紀五六十年代,主要使用冶煉礦石、煤等原材料,生產氨化肥、煤氣、聚乙烯等產品,目前已停產空置.初步調查顯示,該地塊砷(As)和苯并芘(BaP)污染嚴重,濃度范圍分別在1～96mg/kg 和0.1～46.3mg/kg 之間,平均值為18.23mg/kg 和1.97mg/kg.根據規劃,該片區定位為城市居住社區,規劃居住人口3 萬人.規劃需配套商業、教育、醫療、社會福利與供應、環衛等設施,并附屬城市公交場站用地(圖3).

圖3 土壤調查點位分布及用地規劃Fig.3 Soil sampling points and the land use planning map

表2 地塊風險評估參數定義及取值Table 2 The parameter definition and values in contaminated site risk assessment

為詳細調查地塊污染,采用均勻布點法布設178 個土壤樣點,同時采集了相關污染區的土壤參數以開展修復目標值計算(表2).根據文獻分析,As污染的修復技術包括固化/穩定化、土壤淋洗、電動修復、微生物修復和植物修復等[47-48];苯并芘污染治理的修復技術包括熱脫附、化學氧化還原、土壤淋洗和微生物降解等[49].單位修復成本參考生態環境部推薦值采用式(1)計算[37].單位土地收益核算采用式(2),參數來自國家統計局官方統計數據[50]:PCHR= 3.74, PCHB=3.41, PCUS=0.84,LSP=3.27, CP=0.42 (其中CPG1=0.04, CPG2,G3=0.04,CPS1=0.0076).其中,按當地文件要求,規劃居住用地容積率應控制在1.6～2.8 之間,商業用地不超過4.0.

2 結果與分析

2.1 不同規劃土地類型修復成本與土地收益

采用HJ25.3-2019 方法按照同一地塊As 和BaP最大檢出值作為暴露點濃度進行風險評估,計算得出第一類用地 As 和 BaP 風險控制值分別是0.45mg/kg 和0.54mg/kg,第二類用地為1.41mg/kg 和1.49mg/kg.結合GB36600-2018 標準及地方環境背景值[32,51-52],選取20mg/kg 和60mg/kg 分別作為As第一類用地和第二類用地的修復目標值,0.55mg/kg和1.5mg/kg 作為BaP 的修復目標值.As 和BaP 取樣濃度Kriging 插值結果顯示(圖4a),約20.2hm2用地As 濃度超過20mg/kg,占總調查面積的40.7%;超過修復目標值的BaP 范圍達36.69hm2,占總面積的73.9%,其中17hm2超過風險管制值.根據As 和BaP濃度分布及修復目標值,確定As 需要修復12.91 萬m3,BaP 需要修復33.8 萬m3,合計修復量37.97 萬m3.污染嚴重的用地類型為R2、A5、A6 和S1(圖4b),若采用第二類用地的修復標準,R2、A5 等第一類用地的修復量相對減少62.5%.

圖4 As 和BaP 污染濃度分布與土地修復方量Fig.4 The distribution of Arsenic and Benzo[a]pyrene contamination and the land remediation volume

進一步依據規劃方案確定的各類用地,按照規劃容積率1.6～2.8、修復目標為自然背景、風險篩選值和風險管制值標準分析不同容積率和修復目標對應的規劃人口和修復量(表3).結果顯示,居住用地容積率為1.6 時,該片區僅能規劃1.89 萬人,同時若采用GB36600-2018 管制值進行修復,僅需修復BaP約0.31 萬m3.當居住容積率到2.8,片區可規劃3.31萬人,采用自然背景或最低檢出值時修復量達100.21 萬m3.相對增加容積率所提高的規劃人口,降低修復目標的修復量呈指數增長.合理的修復治理標準及規劃容積率指標極大影響再開發污染地塊的收益-成本關系.

表3 不同土地開發模式下的用地容積率指標及修復目標值Table 3 The land FAR and remediation target value for different land redevelopment patterns

2.2 污染地塊修復與再開發的多目標優化決策

在不同土地類型修復成本和收益核算結果基礎上,構建規劃約束條件下經濟目標f1和環境目標f2函數.按照規劃面積50hm2、容積率≤2.8、規劃人口≥3 萬人的約束條件,單位土地收益的變化區間為1.58～1.77 萬元/m2.單位土地收益在居住人口3萬人、居住容積率2.8 時取得最大(Maxf1=1.77).由于非敏感的商業用地能夠降低總體修復量,規劃人口 3 萬人時取得最小修復成本(Min(ULRC)=0.03)(圖5a).按照人均27m2的居住用地指標得到最大化土地收益時的居住用地面積為289285.71m2,規劃商業面積73179.93m2.修復技術評估顯示,固化穩定化(S/S)在As 修復技術中具有較高的修復效率和較低的環境影響,而植物修復(Pr)的修復環境影響較小但修復效率低,挖掘-填埋的效率較高但產生較大環境影響.BaP 修復中熱脫附技術(TD)具有較高修復效率但存在一定環境影響,化學氧化技術(CR)修復環境影響和TD 一致但修復效率低,常溫解析(RTA)修復環境影響小但修復效率低,適用于暫不開發利用的地塊修復(圖5b).綜合規劃約束和MCA 評估,Maxf2=Min(ULRC)+Max(S/S,TD/RTA),即最低單位修復成本0.03 萬元/m2,分別采用固化穩定化、熱脫附、化學氧化和常溫解析組合的修復技術.

圖5 污染地塊修復與再開發策略多目標優化結果Fig.5 The optimized results of the brownfield remediation and redevelopment strategies

根據Maxf1和Maxf2,結合MCA 評估方法構建Maxf3函數進一步優化用地方案及修復技術,形成3 種用地再開發模式(圖6S1～S3).S1 為初步規劃方案經風險評估確定As 和BaP 修復范圍,S2 為經濟約束目標Maxf1結合社會可持續目標Maxf3的優化情景,S3 為基于S2 結合環境約束目標Maxf2的優化情景.相對原規劃方案,S2 模式將修復量大的第一類用地置換為其他第二類用地,補充居住用地周邊供應設施、公共服務以及公園綠地等,目標污染物修復技術不變.根據S2 規劃方案并結合用地開發時序及敏感性,采取不同修復技術組合形成S3 模式.As 采用固化穩定化,BaP 則按照地塊開發時序分別采用熱脫附、化學氧化、和常溫解析修復方法.

圖6 三種用地規劃情景及修復范圍Fig.6 Three land use planning scenarios and remediation range

2.3 再開發污染地塊多目標優化方案評估

根據構建的多目標優化決策結果,用地調整及修復技術組合顯著提高了土地的經濟收益,降低了修復環境影響(表4).3 種地塊再開發情景,規劃人口分別為3.31 和3.0 萬人、容積率為2.8,商業用地面積分別為5.71 和7.32hm2.S2、S3 情景相比S1 規劃人口減少了0.31 萬人,商業用地增加了1.61hm2,單位土地收益相比S1 情景從1.34 萬元/m2增加到1.77萬元/m2.S2、S3 總體修復量比S1 降低了31.8%,修復面積減少了38.9%.通過用地規劃方案調整使S1的單位修復成本由S1 的0.11 萬元/m2降低至0.07萬元/m2,修復總成本降低了28.3%,S3 情景通過修復技術優化進一步將單位修復成本降低至0.03 萬元/m2,總成本進一步降低27.4%.

表4 三種規劃用地調整情景及修復量Table 4 Three scenarios of land use adjustment and their remediation volumes

社會可持續評估結果同樣顯示,用地規劃方 案優化顯著提高了再開發的可持續性.S1 模式格網可持續均值為 0.142,低可持續(負值)區域占30.6%,其中用地東北部和存在污染的西部可持續性差.S1 較低的可持續性在于相關供應設施、公共服務、商業設施覆蓋率差,部分居住、教育醫療等公共服務設施用地布局在存在污染的區域(圖7a).S2 和 S3 模式格網可持續均值增長至 0.148,Maxf3=1.04,其中低可持續區域(用地可持續性＜0)由30.6%降低至16.7%(圖8b).通過用地規劃方案和修復技術優化提升了再開發的社會可持續性,實現多目標優化.

圖7 用地規劃方案可持續性評估Fig.7 Sustainability assessment of land use plans

2.4 盈虧平衡與參數敏感性分析

不同開發強度的單位土地收益-修復成本盈虧平衡分析顯示(圖8a),低強度土地開發的單位修復成本接近產生的土地收益,收益-成本差為0.2 萬元/m2(規劃人口1.89 萬人),而高強度土地開發模式的土地收益-成本差達1.55 萬元/m2(規劃人口3.31 萬人).土地收益-修復成本變化曲線顯示,單位土地收益-成本差呈線性增長(R2=0.99),提高居住用地容積率產生的土地收益遞增速率高于降低土地修復目標所增加的修復成本(圖8b).選取10 個典型城市進行參數敏感性分析顯示,不同城市的土地收益-修復成本受商品房價格、建安工程和土地成本的影響巨大.除一線經濟發達城市以外,同樣開發情景下的平均土地收益-修復成本差均＜0.2 萬元/m2,部分經濟欠發達城市的收益-成本差甚至為負值(圖8b).因此,再開發污染地塊的修復,需要達到一定的土地開發強度才能實現盈虧平衡.

以傳統挖掘-填埋技術作為基準,對修復環境影響的污染無害化率和成本因素進行敏感性分析顯示(圖8c):相對完全去除污染物的挖掘-填埋技術,固化/穩定化技術的無害化率在90%以上,成本變化敏感性小于84%,固化/穩定化對As 修復具有低敏感性.熱脫附技術(TD)和化學氧化技術(CR)無害化率均在70%左右,而成本敏感性超過基準水平147%和105%,成本因素對BaP 修復的選擇有較大影響.常溫解析(RTA)的污染無害化率低于50%,但修復成本只有平均水平的21%,殘留污染物的環境健康風險是該技術選擇的主要制約因子.社會可持續評估的敏感性分析顯示(圖8d),采用相同權重評估的初始用地方案低可持續區域由30.6%降低至20.36%,而優化用地方案比重由16.7%降低至7.91%.按照十分鐘生活圈標準初始方案和優化方案敏感性水平為25.89%和16.52%.但是,兩種敏感性分析的低可持續比重從初始方案到優化方案分別降低了12.45%和9.37%,接近基準方案的13.9%.因此,可持續性評估的敏感性分析對評估結論并沒有顯著影響.

圖8 不同土地開發模式下單位土地收益-修復成本關系及環境與社會可持續敏感性Fig.8 The relationship between unit land income and the remediation cost, as well as the sensitivity of environmental and social sustainability for different land redevelopment patterns

3 討論

3.1 多目標優化可顯著提升修復與再開發的綜合效益

本研究案例中,多目標優化的用地規劃與修復技術方案使華北某地塊的修復成本降低了28.3%,土地收益提高了24.3%.優化后的地塊修復總量減少了31.8%,降低了27.4%的修復成本,極大降低了修復的環境影響.經評估的社會可持續性平均得分由0.142 增長至0.148,低可持續區域由30.6%降低至16.7%.因此,多目標優化的地塊修復與用地規劃方案顯著提升了環境與社會經濟綜合效益.Katsumata等[53]對The Industri-Plex 場地的研究顯示,對土地使用規劃調整可使修復成本降低30%以上,而Chen等[9]采用靈活的土地管理政策使臺灣5 個修復場地的成本降低了5.741013USD[9]. Morio 和Desousa 等對污染地塊再開發的可持續評估顯示,綜合利益相關方關系優化的方案,通過有效協調公共設施需求、美化地區環境、增加就業機會等,使修復與再開發的公眾滿意度和社會可持續性顯著提升[8,29,54].

3.2 污染地塊修復與再開發的平衡關系

現階段,驅動污染地塊修復開展的關鍵因素仍然是土地開發潛力和可能的地價上漲[55].低成本的修復-再開發模式,往往產生的直接經濟回報不足以支撐修復成本[56];而高強度的土地開發模式將使修復成本急劇升高并增加基礎設施建設壓力,也可能增加公眾健康風險[57].前期研究顯示,隨著場地修復治理標準的提高,修復本身的有害環境影響呈指數增加而收益逐漸減少[58].過于嚴格的修復治理標準,產生的成本最終將轉嫁到消費者上而限制了土地收益[59].例如美國早期修復的“一刀切措施”產生的高額修復成本難以為責任方所接受而導致眾多地塊長期擱置[53].相反地,過于關注土地開發效益而降低修復治理標準,則會使修復不完全而造成環境安全隱患[60].Morio 等[8]和Sch?dler 等[54]關于德國某場地研究顯示,居住和商業用地的市場價值遠高于修復成本,提高居住用地5%的開發強度將使整個場地的市場價值提升11.5%;而規劃為閑置或游憩用地,其土地市場價值將入不敷出.因此,再開發污染地塊修復需要有效平衡修復標準與開發強度才能推動可持續的修復治理.

3.3 多目標優化實踐的局限與展望

然而,我國污染地塊修復與用地規劃的上層管理制度銜接還存在諸多的不確定性.比如,再開發土地用途依據的控制性詳細規劃編制“自上而下”實施[11],其編制時間往往超前于地塊修復,前期規劃編制對地塊污染特征及后期的環境經濟成本了解有限.而到修復階段,修改前期規劃需要同時協調周邊規劃用地需求,將影響規劃總體目標的實現.另一方面,規劃編制與修復分屬自然資源(原規劃部門)和生態環境(原環境保護部門)部門,管理權力的分割和參與人員專業知識的局限性均難以將后期的修復需求納入前期的規劃編制體系[6,61].污染地塊修復與用地規劃編制在時序和管理上的相對獨立,以及參與修復的有關利益各方以及相互之間的權力關系均會導致多目標優化決策產生較大的不確定性.從全生命周期視角,早期修復偏向于修復成本降低和環境影響最小化,而后期的土地開發則更強調土地收益和社會可持續.隨著時間尺度的擴展,影響修復與再開發的相關政策、經濟、管理以及環境因子均會發生改變.如何有效的應對這些外部因素的不確定性,并在修復與規劃編制實踐中動態優化,還需進一步的研究和討論.

4 結論

4.1 結合場地環境調查數據,調整地塊不同土地使用類型可降低用地的健康風險和總體修復量.將具有嚴格修復治理標準的居住用地和醫療設施用地轉變為綠化、商業等其他第二類用地,經風險評估確定As 和BaP 修復目標值后總體修復量可同比降低62.5%.

4.2 基于多目標優化構建的地塊修復和再開發方案可顯著提升環境和社會經濟效益.相對原方案,通過調整用地規劃和優化修復技術可使修復成本分別降低28.3%、27.4%,而土地收益相應增長了24.3%,再開發的社會可持續性平均得分也由0.142 增長至0.148.

4.3 再開發污染地塊的修復需要達到一定的土地開發強度才能實現盈虧平衡.容積率為1.6 的低強度土地開發,單位土地產生的平均修復成本接近對應土地收益;而高強度土地開發(FAR=2.8)的單位土地收益＞1.55 萬元/m2.提高土地開發強度在增加土地收益的同時也增加了修復成本,但土地收益遞增速率高于降低土地修復目標所增加的修復成本.