基于評估模型的典型市政基礎設施承載力評價

劉亞靜，周曉君*

（1. 華北理工大學礦業工程學院，河北 唐山 063210）

市政基礎設施包括電力、道路、污水處理、垃圾處理、熱力、給水等相關設施，其對日常生活和經濟發展具有決定性作用。因此，評價城市典型市政基礎設施承載力有利于促進城市文明和現代化的發展和提升。傅鴻源[1]等在分析城市承載力研究現狀的基礎上，闡釋了城市綜合承載力的內涵，提出了提高城市綜合承載力的方法，并對城市綜合承載力研究進行了展望。目前針對城市綜合承載力的研究主要集中在城市綜合承載力內涵和測度評價兩個方面，姜豪[2]等認為承載力是一個動態概念，隨水、土地等自然因素，經濟水平、交通、就業等社會經濟因素以及大氣、綠化等生態環境因素變化而變化，且隨著城市面積和人口的不斷增長，城市公共安全風險不斷上升，成為影響城市綜合承載力的重要因素，但目前的綜合承載力評價指標很少考慮城市公共安全；程廣斌[3]等認為評價方法在一定程度上掩蓋了以犧牲資源環境為代價換取經濟發展和社會進步的現象，從而導致綜合承載力評價結果有失偏頗，應綜合考慮“協調、綠色、開放、創新、共享”五大發展理念構建指標體系；孫久文[4]等認為城市綜合承載力是一個復雜系統，包括資源、環境、生態系統、城市基礎設施、社會資源等分項承載力；李嘉欣[5]等認為綜合承載力是包含資源承載力、經濟承載力、社會承載力和環境承載力在內的綜合指標，4個子系統相互配合、相互影響?；A設施承載力作為綜合承載力出現得較晚，趙楠[6]等將基礎設施承載力定義為在時間和空間一定的前提下，基礎設施系統對社會經濟發展和人類各種需求在數量與質量方面的滿足程度，即基礎設施承載媒體對于被承載對象的支持程度，并借鑒前人有關相對資源的研究方法構建了基礎設施承載力指標體系，對北京市1986—2006年基礎設施承載狀態進行了測度；康紅梅[7]等認為基礎設施承載力應分為資源性基礎設施、環境型基礎設施、生態型基礎設施3類；張夢心[8]等基于博弈論分析認為知識溢出基礎設施存在極化效應，并建立基礎設施評價指標體系分析了京津冀三地的相對承載力與絕對承載力；熊洪福[9]借鑒以往研究經驗，結合天山北坡城市群基礎設施實際狀況，將基礎設施的研究范疇概括為水資源供給、交通運輸、能源供給、郵電通信和環境衛生5 個方面；尹凡[10]等利用灰色綜合評價法與熵值法相結合的方法對京津冀區域各城市基礎設施承載力和公共服務承載力進行量化，再通過分析比對和發展歷程回溯論證了該區域城鎮化水平兩級格局的主要成因是公共服務供給能力的差距，對如何實施以提升區域公共服務一體化、均等化水平為主要著力點的城鎮化推進政策提出了一系列基本策略。目前對于典型市政基礎設施承載力的評價研究較少，孫喆[11]等基于2016年統計數據，采取有錨比較、熵權TOPSIS、系統聚類等方法分析了湖南省縣城市政基礎設施供給的充分性與平衡性；周勃[12]等采用擬定的評價算法和等級，對武漢市市政基礎設施承載力進行了評估，評估內容包括現狀評估和規劃預警。

在城市的發展過程中，典型市政基礎設施的承載力起著決定性作用，且具有極大的針對性。因此，與綜合城市承載力評價和城市基礎設施承載力評價相比，典型市政基礎設施的承載力評價可以更直接地為城市規劃提供可操作性的參考指標。在前人研究成果的基礎上，本文選取垃圾轉運站、消防站、加壓站、污水泵站、熱力站5 類典型市政基礎設施進行承載力評價。當前，唐山市典型市政基礎設施存在發展滯后、總量不足、實施困難等問題，對城市居民生活和城市軟實力提升具有消極影響。為全面監測唐山市典型市政基礎設施供給情況、跟蹤解決城市建設發展中典型市政基礎設施建設配套脫節的問題、有效指導典型市政基礎設施落地，本文擬構建一套完整的典型市政基礎設施承載力評估體系，以達到科學規劃的目的。

1 研究對象

全口徑的市政專項包括電力、環衛、消防、給水、污水、雨水、燃氣、熱力、通信與郵政以及其他設施。既要關注與市民生活直接相關的民生性、鄰避性設施，還應考慮配套性設施主要服務于街道范圍，對地塊開發影響的敏感度更高[12]，因此本文重點對環衛、消防、給水、污水、熱力專項的配套性設施（垃圾轉運站、消防站、加壓站、污水泵站、熱力站）建立基于用地地塊的評價模型。

2 數據來源

本文對唐山市路北區和路南區的建筑輪廓、各類建筑對應的POI、5類典型市政基礎設施的相關數據進行了全面梳理。

1）建筑輪廓。天地圖矢量電子地圖中的建筑輪廓數據比百度、高德等商用地圖豐富很多，但其為圖片格式，而本文需要的是矢量數據格式。分析研究發現，可利用ArcGIS對建筑輪廓進行分析提取，首先下載天地圖WGS84 坐標系電子地圖，再利用ArcGIS 對其依次進行單波段提取、影像重分類、再次重分類、新建線面圖層、創建矢量等處理，最后分析提取的研究區域建筑輪廓。

2）典型市政基礎設施。垃圾轉運站、消防站、加壓站、污水泵站、熱力站5 類典型市政基礎設施需獲取的具體信息和數據來源見表1。

表1 典型市政基礎設施的數據來源

3）各類建筑對應的POI。建筑輪廓數量非常大，無法對每個建筑歸類，因此創建了建筑輪廓和POI點的近鄰表，并通過Access數據庫創建SQL語句，使各類POI 點“就近”關聯建筑輪廓，同時賦予POI 點該建筑的面積屬性，最終達到確定建筑類型、獲取建筑面積的目的。

3 評價模型與評價等級的制定

本文對垃圾轉運站、消防站、加壓站、污水泵站、熱力站制定了負載率評估模型和評估等級。負載率評估模型是根據日常經驗和行業標準規范擬建的評價模型，是評價典型市政基礎設施承載力的指數，綜合考慮了不同建筑類型單位面積的產生量和消耗量、每個典型市政基礎設施的服務地塊、每個典型市政基礎設施建設規模3個因素。

3.1 垃圾轉運站負載率評估

根據相關行業標準和日常經驗，居住類、公服類、商業類、綠地類建筑的單位面積垃圾產生量分別為0.022 013 686 kg/(m2·d)、0.071 220 119 kg/(m2·d)、0.032 658 913 kg/(m2·d)和0.009 523 336 kg/(m2·d)。根據上述數據評估垃圾轉運站負載率的具體步驟為：①默認每個垃圾轉運站的服務范圍是離該垃圾轉運站最近的區域，即每個垃圾轉運站的服務地塊；②創建泰森多邊形，確定每個垃圾轉運站的服務地塊；③根據建筑類型，計算每個垃圾轉運站服務地塊內各類建筑的面積，再乘以對應的單位垃圾產生量，即可得到該地塊的垃圾產生總量；④將各地塊的垃圾產生總量除以該垃圾轉運站的規模，即可得到該垃圾轉運站的負載率。

根據行業標準，垃圾轉運站的負載狀況分為3級：①負載率低于80%，輕負載，則該垃圾轉運站服務的地塊為供給富余區；②負載率在80%~100%，正常負載，則該垃圾轉運站所服務的地塊為供給平衡區；③負載率高于100%，重負載，則該垃圾轉運站所服務的區塊為供給缺口區。

3.2 消防站達標率評估

由于每個消防站都已分配了責任片區，因此評估消防站的主要工作是判斷其是否達標。根據相關的行業標準和唐山市的地質地貌特征，消防站是否達標的判斷依據為：①轄區服務面積≤5 km2，為低風險區；②轄區服務面積≤7 km2，為一般風險區；③轄區服務面積≤10 km2，為中風險區；④轄區服務面積≤15 km2，為高風險區。

根據行業標準，消防站的達標狀況分為3級：①責任面積達標的，轄區服務面積≤7 km2，則該消防站的服務區域為低風險區；②一般、低風險區責任面積超標而未達標的，轄區服務面積為7~15 km2，則該消防站的服務區域為中風險區；③中、高風險區責任面積超標而未達標的，轄區服務面積≥15 km2，則該消防站的服務區域為高風險區。

3.3 加壓站達標率評估

根據相關行業標準和日常經驗，不同建筑類型的單位面積用水量見表2。根據上述數據開展加壓站負載率評估的具體步驟為：①默認每個加壓站的服務范圍是離該加壓站最近的區域，即每個加壓站的服務地塊；②創建泰森多邊形，確定每個加壓站的服務地塊；③根據建筑類型，計算每個加壓站服務地塊內各類建筑的面積，再乘以對應的單位用水量，即可得到該地塊的用水總量；④將各地塊的用水總量除以該加壓站的規模，即可得到該加壓站的負載率。

表2 單位面積用水量/(m3/(hm2·d))

根據行業標準，加壓站的負載狀況分為3級：①負載率低于60%，輕負載，則該加壓站服務的地塊為供給富余區；②負載率在60%~100%，正常負載，則加壓站服務的地塊為供給平衡區；③負載率高于100%，重負載，則該加壓站服務的區塊為供給缺口區。

3.4 污水泵站達標率評估

根據相關行業標準和日常經驗，不同建筑類型的單位面積污水產生量見表3。

表3 單位面積污水產生量/(m3/(hm2·d))

根據上述數據開展污水泵站負載率評估的具體步驟為：①默認每個污水泵的服務范圍是離該污水泵最近的區域，即每個污水泵的服務地塊；②創建泰森多邊形，確定每個污水泵的服務地塊；③根據建筑類型，計算每個污水泵服務地塊內各類建筑的面積，再乘以對應的單位污水產生量，即可得到該地塊的污水產生總量；④將各地塊產生的污水總量除以該污水泵站的規模，即可得到該污水泵站的負載率。

根據行業標準，污水泵站的負載狀況分為3 級：①負載率為0，污水泵站缺失區，說明該地塊的污水泵站未按規劃要求實施建設；②負載率低于100%，輕負載，則該污水泵站服務的地塊為供給富余區；③負載率高于100%，重負載，則該污水泵站服務的地塊為供給缺口區。

3.5 熱力站達標率評估

根據相關行業標準和日常經驗，不同建筑類型供暖面積熱指標見表4。根據上述數據開展熱力站負載率評估的具體步驟為：①默認每個熱力站的服務范圍是離該熱力站最近的區域，即每個熱力站的服務地塊；②創建泰森多邊形，確定每個熱力站的服務地塊；③根據建筑類型，計算每個熱力站服務地塊內各類建筑的面積，再乘以對應的供暖面積熱指標，即可得到該地塊的供熱量；④將各地塊供熱量除以該熱力站的規模，即可得到該熱力站的負載率。

表4 供暖面積熱指標/(W/m2)

根據行業標準，熱力站的負載狀況分為3 級：①負載率為0，熱力站缺失區，說明該地塊的熱力站未按規劃要求實施建設；②負載率低于100%，輕負載，則該熱力站服務的地塊為供給富余區；③負載率高于100%，重負載，則該熱力站服務的地塊為供給缺口區。

4 評價結果

4.1 垃圾轉運站負載率評估結果

根據負載率評價模型，計算得到唐山市路南、路北區的垃圾轉運站基礎設施負載率，并利用ArcGIS中的手動分類將垃圾轉運站的負載率分為6類，即0.05~0.10、0.11~0.15、0.16~0.20、0.21~0.25、0.26~0.30、0.31~0.35。結果表明，唐山市路南、路北區的垃圾轉運站負載率順序為58號小區垃圾轉運站>健康樓小區垃圾轉運站>德源里垃圾轉運站>石油家園垃圾轉運站>部東里小區垃圾轉運站>王禾莊垃圾轉運站>益民園垃圾轉運站>52號小區垃圾轉運站>祥豐里小區垃圾轉運站>11 號小區垃圾轉運站>垃圾站，最大值為0.34，最小值為0.05，負載率均低于0.8。該研究區域的垃圾轉運站承載力為輕負載，即所有垃圾轉運站的服務地塊為供給富余區。

4.2 消防站負載率評估結果

唐山市路北、路南區的消防站包括特勤一中隊、特勤二中隊、市消防一中隊、市消防二中隊、市防七中隊、市防八中隊、規劃路北（高新）一中隊、規劃路北（高新）二中隊、規劃路北（鳳凰）一中隊、規劃路北（鳳凰）二中隊、規劃路北一中隊、規劃路北二中隊、規劃規劃路南一中隊、規劃路南二中隊、規劃路南三中隊。根據唐山消防規劃提供的消防站責任區范圍，研究區域的消防站責任區面積最大值為6.94 km2，最小值為5.50 km2，因此該區域所有消防站的服務轄區均為低風險區。

4.3 加壓站負載率評估結果

根據負載率評價模型，計算得到唐山市路北、路南區的加壓站基礎設施負載率，并利用ArcGIS中的手動分類將加壓站的承載率分為6 類，即0.00~0.20、0.21~0.40、0.41~0.60、0.61~0.80、0.81~1.00、1.01~3.00。結果表明，唐山市路南、路北區的加壓站負載率大部分不超過0.6（輕負載、供給富余區），許各寨加壓站、唐城·壹零壹加壓站等負載率在0.6~1.0 之間（供給平衡區），尚景園加壓站、勒泰家園加壓站等負載率超過1.0（供給缺口區）。

4.4 污水泵站負載率評估結果

對唐山市路南、路北區的污水泵站基礎設施進行了承載力評估，結果表明唐山市路北、路南區的西郊污水處理廠和北郊污水處理廠的污水泵負載率不超過0.6（輕負載、供給富余區），漢沽管理區污水處理廠的污水泵站負載率約為1.3（重負載、供給缺口區）。

4.5 熱力站負載率評估結果

對唐山市路北、路南區的熱力站基礎設施進行了承載力評價，并利用ArcGIS 中的手動分類將熱力站的承載力分為6 類，即0.0~0.20、0.21~0.40、0.41~0.60、0.61~0.80、0.81~1.00、＞1.00。結果表明，唐山市路南、路北區大部分熱力站的負載率小于1.00（供給平衡區和供給富余區），龍澤國際站、東城世嘉站、瑞安園2 號站等負載率大于1.00（供給缺口區）。

5 提升對策

本文采用負載率評價模型對唐山市路北、路南區典型市政基礎設施進行了承載力評估。結果表明，現狀典型市政基礎設施系統基本可維持城市可持續發展，但部分區域個別市政基礎設施仍存在承載力不足的問題。對于供給富余區，應繼續提升市政基礎設施運營標準和管理水平，以維持現狀；對于供給缺口區，應加快構建布局合理、設施配套、功能完備、安全高效的現代市政基礎設施體系。針對5 類典型市政基礎設施，本文提出的具體提升對策為：

1）積極加強生態環境基礎設施的建設力度，需從“硬件”上提升環衛水平，完善生活垃圾收集運輸與處置體系。對于城市垃圾轉運站而言，在選址過程中不僅要考慮其作用、功能是否能夠滿足區域內垃圾處理的需求，而且要考慮垃圾轉運站的建設是否會對周圍環境造成影響，采用最優的設計，降低垃圾轉運站的建設成本，提高整個項目的經濟效益[13]。

2）因地制宜加強消防站建設，提高轄區消防防控能力。地方發改委、住房建設、規劃、金融、公安消防等部門應按照各自職責，共同加強消防站的建設，根據建成區的實際需要、常住人口和消防救援任務，及時安排新的消防站項目，嚴格按照《城市消防站建設標準》進行人員、設備和相關設施的配置。對于老城區，如果很難再修建普通消防站，則應進行消防風險評估，并根據當地條件修建適當規模的消防站。各城市消防站的建設和發展應與當地經濟社會發展相適應，具體而言，路北一中隊消防站和路南一中隊消防站服務的地塊為高風險區，極大地制約了唐山市消防保障安全和滅火救援處置能力，因此需要高度重視；其余消防站服務的地塊為中風險區，仍需完善消防站建設，切實提升城市抗御火災的能力，從而提升消防基礎設施的承載力。

3）在加壓站基礎設施方面，應完善自來水輸送管道的建設，提高自來水供應能力。政府應提供足夠的資金來推廣供水系統，更加重視供水系統建設，大力完善供水系統，鼓勵企業多研究、多開發、多生產，解決老社區水壓不足的問題。

4）健全污水處理基礎設施建設，提升污水廠污水處理能力，實施雨水分流系統和污水管網系統設施一體化建設，建立污水收集排放系統，實現生活污水和工業污水二次利用。漢沽管理區污水處理廠的服務區為供應缺口區，因此服務地塊需完善城市污水處理設施，提高生活污水和工業廢水的處理能力。同時，要對重污染企業進行治理，對工廠企業提出節能減排要求，優化城市工業布局，減少工業污染物排放，通過上述對策提升城市供排水系統承載力。

5）為加強熱力站的標準化管理和建設標準化，火電站設備應定期升級，以提高熱力站的管理水平和設備運行效率，從而實現更好的供熱能力，提高城市熱力系統的承載能力。復興路中國銀行熱力站承載力嚴重不足，需要高度重視，在該地塊增加熱力站基礎設施或與附近的熱力站建立合理的供熱體系。