線性規劃法在工業規劃規模合理性分析方法探討

劉小飛

（重慶財經學院 重慶 401320）

2020 年，全國多數城市的原城市總體規劃到期，新的城市國土空間總體規劃目前正處于初稿形成或研究討論階段。作為區域和城市產業發展主要載體的產業園區，其發展規模的環境合理性［1］應當重新評估。以江蘇省為例，2018 年發布的《關于切實加強產業園區規劃環境影響評價工作的通知》 中，明確要求各類產業園區的規劃環評工作，產業園區規模的環境合理性是重要內容。而現行的規劃環境影響評價方法中以單指標分析為主，產業規劃存在多個主導產業受多個環境和資源要素影響的時候很難得出最優結果。

線性規劃法，即在線性等式或不等式的約束條件下，求解線性目標函數的最大值或最小值的方法。線性規劃法在很多領域都有成功的運用，比如項目咨詢、城市軌道運行、化工排產計劃、土地利用優化、航空加油策略優化等；近年來國內環境領域的主要研究有：董一博等［2］、荀方飛等［3］基于線性規劃法結合一維水質模型，求出河段內不同排污口與支流入河口的響應系數，以線性規劃法求解該河段COD、氨氮的水環境容量；盧聰景等［4］、臘孟珂等［5］運用線性規劃法結合《環境影響評價技術導則大氣環境》（HJ/T 2.2—1993）的大氣擴散模式計算工業區SO2大氣環境容量；時進鋼等［6］以某煤電、煤化工基地規劃環評為例，線性規劃模型以化工產品規模作變量，資源、環境約束條件包括水資源消耗量、煤炭資源消耗量、蒸汽消耗量、電能消耗量、SO2排放量和CO2排放量，通過線性規劃模型對煤電、煤化工產品的規模進行優化，在增加煤電、煤化工基地的經濟效益的同時，減小了區域資源消耗和污染物排放水平。

1 基于環境資源承載力的線性規劃法

基于環境資源承載力的線性規劃法（environment-based linear programming，EBLP）就是解決工業規劃的產業規模受生態環境資源多要素制約的情況下，尋找最優規模解的1 種方法。在工業規劃環評中產業規模環境合理性分析，追求的理想目標是“實現規模目標，同時污染物排放量、能耗、水耗最低”或者“在環境生態資源承載能力范圍內的產業規模最大”的問題。也就是環境領域經典的PSR 模型的具體化，即壓力、狀態、響應。若生態環境壓力在環境資源承載力接受范圍內，則可以得出規劃合理的結論；若超出，則需要提出如何調整的優化調整建議。線性規劃法可在工業規劃涉及多個產業時，以約束條件為基礎逆向反饋，調整各個產業的規模以達到最佳方案。

2 步驟與實施

EBLP 的實施分為5 個步驟，如下：

（1）建立P-R 體系和選擇組合方案。根據區域“三線一單”的相關要求，通過“專家咨詢”或者“頭腦風暴法”篩選工業規模關注指標，同時對該產業規模影響較大的生態環境資源指標進行組合。

工業規劃環評對象以工業區控制性詳細規劃、產業發展規劃或兩者相結合、區域戰略規劃等為主；對于規劃規模多以工業用地指標（hm2或km2）、產值指標（萬元或億元）、產品指標（t/a 或件/a）為主，以上目標指標按PSR 模型可以理解為壓力，即P 指標。

對于區域環境資源稟賦是否能夠承載規劃實施的問題，通常是以規劃規模為基礎，正向分析建設用地總量、物耗、能耗、水耗、污染排放量、生態損失量等資源環境壓力，分析與區域土地資源、原料、能源、水資源、環境容量、生態等環境資源承載力之間的關系，從而得出環境影響合理性的綜合評價結論。以上指標可以理解為PSR 模型中的R 指標。P-R 體系模型見圖1。

圖1 建立P-R 體系模型

以某工業園區為例，初步篩選P 目標指標選擇：工業總產值為目標指標；R 響應指標選擇：COD 排放量（t/萬元產值）、NH3-N 排放量（t/萬元產值）、SO2排放量（t/萬元產值）、NO2排放量（t/萬元產值）、新鮮水消耗量（t/萬元產值）。

（2）建立工業規模目標函數。假設第j 種產業的產值指標（萬元）為xj（j=1，2，…，n），則上述環境資源約束條件滿足：

式中：i 為第i 種資源環境壓力指標；aij為第j 種產業萬元產值第i 種資源環境壓力指標傳遞系數，取值見表1；xj為第j 種產業產值，萬元；bi為第i 種資源環境壓力指標區域承載力；cj為調節系數，一般情況取值為1，如果重要性不同，可以根據專家判斷賦予不同權重。

表1 傳遞系數取值

（3）添加生態環境資源約束條件，見表2。其中，COD、NH3-N、SO2、NO2允許排放總量可通過一維穩態模式、A-P 值法計算或環保部門對區域主要污染物總量控制要求以及其他研究成果確定；水資源可利用總量可根據水利部門區域總量控制要求或者水資源量利用報告等確定。

表2 約束條件選取和取值 單位：t／a

（4）求解參數數值。線性規劃法可選用LINDO、LINGO、MATLAB、EXCEL 等軟件。

（5）優化調整建議，見表3。

表3 線性規劃法優化調整建議

以上分析，目標是尋求產業規模總值最大，即A+B+C 之和；也可以嘗試總規模按原規劃不變，尋求生態環境資源承載力最小，只是需要建立1 套生態環境資源承載力的綜合計權指標體系計算綜合參數。根據以上計算結果，本園區理論最優產業規模為259 539 萬元，比原規劃的250 000 萬元增加了3.82%。增加比例不顯著，說明在生態環境資源的承載力的耐受范圍內，已經接近極限。故原方案合理。

3 結論

文中為示例指標，具體指標選擇可依據具體規劃和項目確定，特征項目的代表性P-R 指標體系也是值得研究的話題；本文選用排污總量、水耗作為研究對象，環境容量、水資源量作為約束條件，采用線性規劃法對多目標進行方法研究，今后可結合各地實例進行驗證；研究根據區域資源環境承載力的限制指標進一步選取土地資源、原材料等作分析。