基于模糊物元模型的蘭州市高新區土地集約利用評價

桑 梅，江 晶，吳振華，馬鵬偉，徐文鳳，朱飛飛

（1.甘肅農業大學 管理學院，甘肅 蘭州 730070；2.蘭州市自然資源局高新技術產業開發區分局，甘肅 蘭州 730070；3.蘭州市自然資源局安寧分局，甘肅 蘭州 730070）

在區域城市化和工業化發展進程中，開發區現已成為城市與工業化發展的空間載體，可以說開發區的存在和當地經濟的發展具有密切聯系。對各地區而言，開發區可極大地促進當地的經濟發展[1]，其在土地利用程度和強度上均高于其他區域，顯示出極強的集聚效應[2]。但近年來，在政府發展經濟和加大招商引資力度過程中，出現了開發區盲目批地現象，一味追求園區面積擴張，導致開發區內部土地利用結構嚴重失衡，土地利用面臨嚴峻的空間和環境壓力，土地供需矛盾日益突出[3-4]。而開展土地集約利用評價可對開發區土地利用狀況進行全面調查，為開發區更加合理利用、管理土地和保證土地可持續利用提供一定方向[5]，為開發區擴區升級以及制定提高開發區土地集約利用水平的政策提供科學依據[6]。

土地集約利用最早由大衛·李嘉圖（David Ricardo）等古典政治經濟學家在地租理論中提出；隨后約翰·馮·杜能（Johan Heinrich von Thunnen）在1826年提出了“農業區位論”的思想，奧古斯特·廖什（August Losch）在1940年提出了“市場區位論”，克里斯塔勒（Walter Christaller)在1933年提出了“中心區位論”等，這在一定程度上顯現出了土地集約利用的思想[7]。國內諸多專家學者在西方早期對于農業利用研究的基礎上，認為土地集約利用是在一定的土地面積上提高土地投入，以獲得產出最大化的一種土地開發利用方式[8]。進入21 世紀以來，我國對于開發區土地集約利用評價方法也逐漸多樣化，包括數據包絡模型[9]、BP 人工神經網絡模型[10]、主成分分析法[11]、DEA 模型[12]、云模型[13]、分層線性模型[14]等。而常見的評價方法多通過綜合分值分等定級確定評價對象的等級水平，因此容易忽視評價指標間的信息，以及評價等級的穩定性；而模糊物元模型更強調域的概念，更能說明研究對象是否處于向其他等級轉化的狀態[15]。

本文在深入研究土地集約利用內涵及評價工作基本理論觀點的基礎上結合其他相關研究成果，對比現有開發區土地集約利用評價方法和模型，最終選取模糊物元模型對蘭州高新技術產業開發區開展實證研究，并輔以多因素綜合評價法進行對比驗證，旨在更加合理準確地評價其土地集約節約利用水平。

1 數據來源與研究方法

1.1 研究區概況

蘭州高新技術產業開發區（簡稱“蘭州高新區”）地處甘肅省省會城市蘭州的中心地帶，具有獨特的地理位置和發展優勢，屬于黃河沖擊而成的河谷川地，與黃土高原、青藏高原、內蒙古高原交錯匯接，黃河自西向東穿過開發區北部。蘭州高新區是1991年12月國務院首批設立的27 家國家級高新技術產業開發區之一。1995年1月，國家科委對其區域范圍和控制面積進行了適當調整，并在2005年與建設部共同審核之后給予公告，蘭州高新區新建區分為西區和東區，控規面積為14.96 km2，其中政策區面積為4.7 km2[16]。目前，蘭州高新區主要包括政策區、西區（馬灘區）、東區（雁灘區）和發展方向區（榆中園區）四個區塊。

1.2 數據來源

本文選取蘭州高新區作為實證研究對象，利用模糊物元模型與多因素綜合評價法評價結果進行比較，更加準確地評價蘭州高新區土地集約利用水平。蘭州高新區屬于產城融合型開發區，本文主要從主區和發展方向區兩方面進行評價，所需指標數據時間節點為2021年12月31日，主要數據由蘭州市自然資源局高新技術產業開發區分局和高新區管委會提供。

1.3 物元分析模型

20 世紀80年代，中國學者蔡文教授提出了物元分析模型[17]，此模型應用范圍較廣，主要目的是用來研究多個不相容因子事物的規律與方法。土地集約利用是土地粗放利用的相對概念，是一種高效集約可持續的土地開發和利用方式；但土地使用形式自身存在模糊特點，加之在其集約化利用評價中，評價內容與其使用程度相關，還涉及土地開發程度以及投產、監管等。由于上述評價指標之間互不相容，因此，以物元分析模型對土地的集約化使用水平進行評估高度可行。

1.3.1 構建模糊物元模型

對土地集約利用程度進行物元分析，首先需要構建物元模型W=（O，D，Val）；該模型中，O代表不同的土地集約利用對象；D代表不同的土地集約利用對象所具備的特征向量；Val代表不同對象所具備的特征向量所對應的值。假設特征向量值Val所對應的是一個區間，而不是一個具體的值，則具有模糊性。如果土地集約利用對象具備n個不同維度的特征向量D1，D2，D3，…，Dn，以及不同特征向量對應的模糊向量值區間，那么W就是土地集約利用對象的n維模糊物元。由m個土地集約利用對象（O=1，2，…，m）包含的n維物元，組合得到土地集約利用對象的復合模糊物元Wmn表達式如下所示：

1.3.2 確定土地集約利用水平的經典域及節域矩陣

土地集約利用水平的經典域模糊物元表達式如下所示：

式中，Woij代表經典域模糊物元；Loj表示土地集約利用水平的第j個評價等級；Di表示特征向量i=1，2，…，n；Valoij指第i個特征向量對應等級j的區間范圍（uoij，voij），也就是經典域的范圍。

土地集約利用水平的經典域復合模糊物元矩陣的表達式如下所示：

土地集約利用水平的節域模糊物元矩陣表示為：

式中，Wp代表土地集約利用水平的節域模糊物元；Valpi代表土地集約利用水平的節域模糊物元關于第i個特征向量Di的范圍區間（upi，vpi）。

1.3.3 確定土地集約利用水平的關聯函數及關聯度

土地集約利用等級的關聯度表達式如下：

式中，F（ci）j為第i項指標相對于第j土地集約利用等級的關聯度。

式中，ζij（ai，Voij）為點ai與對應特征向量有限區間Voij=[uoij，voij]的距離；ζpi（ai，Vpi）為點ai與對應特征向量節域有限區間Vpi=[upi，vpi]的距離；|Voij|=|voij-uoij|；ai為待評價土地集約利用模糊物元的量值，Vpi是節域模糊物元的量值范圍，Voij為經典域模糊物元的量值范圍。

1.3.4 計算綜合關聯度，確定評價等級

綜合關聯度確定土地集約利用水平評價對象To（o=1，2，3，…，m）的集約等級：

式中，Fj（To）代表綜合關聯度；Wi為各評價指標的權重；f（Di）j代表關聯度。由max[f（Di）j]表示土地集約利用等級；由綜合關聯度Fj（To）表示評價對象屬于土地集約利用標準等級。如果土地集約利用等級值為正，其取值越大表示該評價對象越穩定；取值變小表示該評價對象容易向次等級進行轉化；當兩者之間的數值更加接近時，這兩者之間實現轉化的可能性就越大。如果等級值為負，則表示此評價對象不在設定的標準范圍等級內，只是向最大值所對應的等級轉化。

1.4 指標權重確定

是否實現土地的集約高效利用，應通過土地集約利用度分值來體現。得分越高，則表明土地集約利用程度越高；得分越低，則表明土地集約利用程度越低[18]。權重直接影響每一個因素對于土地集約利用度分值，因此確定指標權重是進行綜合評價的重要前置環節，也是合理評價土地集約利用的基礎。灰色關聯度分析法以發展趨勢分析樣本，而且對于樣本數量要求不大，在實際分析中無須借助典型樣本推向一般得出相應規律，以少量計算為前提展開客觀加權和賦值。使用此方法展開分析的核心要素是對關聯度展開計算，按照兩系統內關聯因素和時間差異，分析不同對象變化過程中存在的關聯程度以及度量其大小，確定步驟如下。

1.4.1 構建“參考序列”

根據實際數據進行矩陣的構建，在矩陣中Xnm是指對第n個評價對象實現通過m個指標對該對象進行評價，根據實地數據構建的初始矩陣如下:

1.4.2 指標標準化

正向指標：

負向指標：

式中：X'ij代表所對應的實際標準值，Xij表示所對應的原始值；Xjmax代表所對應的原始最大值，Xjmin代表所對應的原始最小值。

1.4.3 灰色關聯系數計算

關聯系數通常用來表示系統發展的整個過程中各因素影響程度，使用（S，Г）記作關聯空間，rij作為子因素xij（i=1，2，…，n；j=1，2，…，m）和母因素（參考序列）x'oj（j=1，2，…，m）的灰色關聯系數則有：

式中：ζ 代表分辨系數，取值范圍0＜ζ＜1，常取ζ=0.5；mixnmixm|x'oj-x'ij|代表雙層式絕對差值的最小值；maxnmaxm|x'oj-x'ij|表示雙層絕對值的最大值。本文中，x'ij代表標準指標，i=1，2，…，n；j=1，2，…，m。當產生負向效應時，x'oj取最小值為母因素指標；當產生正向效應時，則x'oj取最大值。

1.4.4 灰色關聯度計算

計算過程中，將r1j，r2j，…，rnj的指標關聯度考慮其中，采用下式來反映第j個指標在整個指標中所占的比重：

1.4.5 權重確定

1.5 多因素綜合評價法

綜合評價值按照下述公式計算：

公式中：Si代表第i個序列評價對象的綜合指數，x'ij代表相對應的標準值，Wj代表相對應的指標權重，i代表評價對象具體個數，j代表指標具體個數。

2 結果分析

2.1 土地集約利用評價指標體系構建以及經典域和節域的確定

2.1.1 土地集約利用評價指標體系構建

為了更準確地掌握蘭州高新區土地利用現狀，并與《開發區土地集約利用評價規程》（2014年度試行）（簡稱《規程》）中的多因素綜合評價法相互驗證，本文從《規程》中選取產城融合型開發區的評價指標體系，土地利用程度包括土地供應率、土地建成率；土地利用強度包括綜合容積率、建筑密度；綜合用地效益包括綜合地均稅收、人口密度；土地利用監管效益包括土地閑置率等。共選取7 個指標，構建蘭州高新區土地集約利用評價指標體系，并根據灰色關聯度分析法得出權重值（表1）。

表1 開發區土地集約利用評價指標體系

2.1.2 土地集約利用經典域和節域的確定

構建開發區土地集約利用經典域Woij和節域矩陣Wp，可以更加客觀地評價土地集約利用等級。根據全國各高新區土地集約利用平均水平、行業用地標準、開發區土地利用相關政策，秉承節約用地的原則，參照由國土資源部頒發的《規程》[19]標準值等來確定蘭州高新區土地集約利用的經典域，將其劃分為4 個等級：I 級（高度集約）、II 級（中度集約）、III 級（輕度集約）、IV 級（不集約）[20]。

蘭州高新區主區和發展方向區土地集約利用評價經典域及節域矩陣如下：

2.2 模糊物元評價分析

為進一步了解影響開發區土地集約利用的主要障礙因子，表2 和表3 分別顯示了蘭州高新區主區和發展方向區各個評價對象的指標關聯程度。關聯度等級較小，則表明各因子間集中度較高，對土地集約利用的影響較小；反之，等級較大則表明各因子間集中度較低，對土地集約利用的影響較大。

表2 蘭州高新區主區土地集約利用評價指標關聯度

表3 蘭州高新區發展方向區土地集約利用評價指標關聯度

蘭州高新區主區的土地集約利用各評價指標關聯度大都處在I 級，說明主區的經濟發展和土地集約水平較高，對土地集約利用的影響較小，但人口密度指標處在II 級，為中度集約，說明主區的主要障礙因子為人口因素（表2）。

蘭州高新區發展方向區的障礙因子幾乎包括全部的評價指標，其中綜合地均稅收和人口密度的關聯度為IV 級（不集約），它們對土地集約利用的影響較大，是最主要的障礙因子（表3）。發展方向區位于蘭州主城區的遠郊區，與蘭州主城區距離較遠，區位優勢有限，基礎設施尚不完善，人口密度較低，高新企業數量較少，經濟基礎薄弱。因此，未來一段時間政府應該加快基礎設施建設速度，加大對入駐發展方向區的企業提供更多的優惠政策，吸收更多的高新企業入駐，從而提高集約用地水平。

蘭州高新區主區和發展方向區土地集約利用綜合關聯度和等級呈現出明顯的差異（表4）。蘭州高新區主區的集約等級為I 級（高度集約），表明土地集約利用程度較高；而蘭州高新區發展方向區的土地集約等級向II 級（中度集約）轉化，說明土地集約利用程度較低，但出現土地集約利用程度向高一級轉化的趨勢，后期應加大政府政策傾斜，完善基礎設施配套服務，從而提升發展方向區的土地集約利用程度，并進一步向高度集約等級轉化。

表4 蘭州高新區主區和發展方向區土地集約利用物元分析結果對比

2.3 多因素綜合評價分析

計算不同評價對象在不同指標上的標準化值，結合主區和發展方向區的權重因子，可以得到主區和發展方向區的綜合評價結果（表5，表6）。

表5 蘭州高新區主區土地集約利用多因素綜合評價結果

表6 蘭州高新區發展方向區土地集約利用多因素綜合評價結果

根據各開發區土地集約利用情況，土地利用集約度綜合評價分值高于0.8，為集約利用水平；分值介于0.6～0.8，為適度利用水平；低于0.6 為低度利用水平。蘭州市高新區主區土地集約利用綜合評價分值為0.89（表5），表明主區土地集約化水平較高，土地集約利用等級為集約利用。

蘭州高新區發展方向區的綜合得分為0.65（表6），其分值介于0.6～0.8，表明發展方向區土地集約利用等級為適度利用水平。蘭州高新區主區和發展方向區綜合評價結果存在很大的差距，其主要原因是開發區區域間發展的不平衡。綜上所述，由模糊物元評價分析和多因素綜合評價分析對比可知，蘭州高新區主區和發展方向區的分析評價結果基本一致。

3 結束語

3.1 結論

本文運用模糊物元分析法對蘭州高新區土地集約利用水平進行評價，與多因素綜合評價法相互驗證分析，得出以下結論。

蘭州高新區主區和發展方向區土地利用的集約等級差異明顯，主區土地利用的集約等級明顯高于發展方向區。蘭州高新區主區的土地集約利用級別為“高度集約”，發展方向區為“中度集約”。

蘭州高新區主區與發展方向區的集約用地主要限制因子有所不同。蘭州高新區主區的主要障礙因子為人口因素，發展方向區土地集約利用中人口密度和綜合地均稅收為最主要的障礙因子。

兩種方法的評價結果基本相同，但是仍存在一定的差異，模糊物元模型能更好地反映單項指標的集約等級，以及隸屬等級的穩定性和轉化趨勢，它反映的信息相比于多因素綜合評價法更為豐富，更適用于土地集約利用評價。

3.2 討論

由以上分析可見，開發區的土地集約利用程度是存在區域差異的，開發區用地存在的問題主要是由各區域間發展不平衡導致的。蘭州高新區主區土地集約利用程度較高，但在后續的發展中其用地效益和用地結構仍有待提高；而發展方向區則要根據其實地情況，綜合衡量區位優勢和經濟發展水平從而制定發展政策，最大程度地發揮土地價值。人口密度較低、經濟發展薄弱是蘭州高新區發展的主要障礙因子，在以后的發展中要根據實際情況吸引更多人才落戶，吸收更多的高新企業入駐。此外，還要加強開發區用地規劃及管控，加強開發區土地規劃保障協調制度，進一步提高集約用地水平，促進高新區的可持續發展。

本文在物元分析模型的基礎上對開發區的土地集約利用程度評價的過程中，模糊經典域和節域是需要根據其得分值并參考相關行業標準來確定的，而相關標準僅是標準等級值，并不是標準區間，這就使得經典域和節域值的確定存在一定的主觀性。因此未來在對開發區土地集約利用評價中，評價指標的選擇、經典域和節域的界定問題還需要進行進一步探討，從而來完善其評價體系。此外，本文以2021年12月31日為時間節點對蘭州市高新區主區和發展方向區土地集約利用狀況進行評價，并未選擇不同級別和不同產業類型的開發區，因而不能更好地反映區域差異對土地集約利用程度的影響，因此在以后的研究中應當拓寬開發區的評價范圍，從而更精準地了解不同開發區土地集約利用程度在區域間存在的差異，合理確定開發區未來發展的空間布局，提高其產業用地活力。