基于GIS空間分析方法的裝配式構(gòu)件廠選址研究

摘" 要：在裝配式建筑的大力推廣下，裝配式建筑的造價高于傳統(tǒng)現(xiàn)澆式建筑方式這一現(xiàn)實因素卻在一定程度上阻礙裝配式建筑發(fā)展，而主要原因在于構(gòu)件運輸階段的預(yù)制構(gòu)件的運輸費用較高，相比于一般物流運輸?shù)奈锲罚b配式建筑的預(yù)制構(gòu)件的運輸費用較高，且構(gòu)件的體積大、單位運輸費用高、運輸量多。合理的生產(chǎn)基地選址不僅能夠節(jié)省建設(shè)投資，而且能夠協(xié)調(diào)供應(yīng)鏈各個環(huán)節(jié)的發(fā)展，從而進一步減少構(gòu)件運輸費用，提高構(gòu)件運輸?shù)男省Ｔ撐奶接懤玫乩硇畔⑾到y(tǒng)（GIS）空間分析和模糊綜合評價的優(yōu)勢，并綜合考量地理位置、交通基礎(chǔ)設(shè)施、資源分布和環(huán)境容量等多種因素，旨在為工廠選址提供全面、科學(xué)的指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：裝配式建筑構(gòu)件；選址研究；GIS空間分析方法；模糊綜合評價；運輸效率

中圖分類號：TU756" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）33-0071-05

Abstract： With the vigorous promotion of prefabricated buildings， the practical factor that the cost of prefabricated buildings is higher than that of traditional cast-in-place buildings has hindered the development of prefabricated buildings to a certain extent. The main reason is the transportation cost of prefabricated components in the component transportation stage. Higher， compared with general goods transported by logistics， prefabricated components of prefabricated buildings have higher transportation costs， and the components are large in size， high unit transportation costs， and large transportation volume. Reasonable production base location can not only save construction investment， but also coordinate the development of all links of the supply chain， thereby further reducing component transportation costs and improving the efficiency of component transportation. This paper discusses the advantages of utilizing geographical information system（GIS） spatial analysis and fuzzy comprehensive evaluation， and comprehensively considers various factors such as geographical location， transportation infrastructure， resource distribution， and environmental capacity， aiming to provide comprehensive and scientific guidance for factory site selection.

Keywords： prefabricated building components; site selection research; GIS spatial analysis method; fuzzy comprehensive evaluation; transportation efficiency

目前，國外裝配式建筑技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)相當(dāng)成熟，實踐經(jīng)驗豐富，應(yīng)用范圍極為廣泛，同時培養(yǎng)了大量裝配式建筑技術(shù)人才。并且國外已經(jīng)有相對比較成熟的選址方面的研究。相比于國外裝配式建筑的發(fā)展，我國的裝配式建筑起步較晚，但在國家和地方的利好政策的大力支持下（圖1），推動了裝配式建筑的發(fā)展。

韋伯提出了將資源、距離、市場等作為選址的重要因素。Tam等將地貌、位置及成本作為確定預(yù)制構(gòu)件廠選址的比較關(guān)鍵的因素。國內(nèi)利用地理信息進行的選址問題主要局限于傳統(tǒng)項目的設(shè)施上，比如物流配送中心選址以及國家或者政府的一些公共服務(wù)設(shè)施等。但是將GIS空間分析的方法運用到裝配式建筑構(gòu)件廠址研究者不多，裝配式建筑構(gòu)件工廠和超市、倉庫、學(xué)校和體育場等建筑相比有自身的特點，且裝配式建筑構(gòu)件廠選址的是基于綠色建筑及“雙碳”背景下提出的新興產(chǎn)物，研究體系與指標體系等方面都有很大的上升空間。近幾年，有學(xué)者將GIS運用到住宅產(chǎn)業(yè)化基地選址當(dāng)中。政策、場地要求、地理位置和運輸環(huán)境對裝配式構(gòu)件廠的選址都有決定性的影響，可以從環(huán)境因素、相關(guān)產(chǎn)業(yè)、需求狀況等多個維度去構(gòu)建指標體系。

1" 裝配式建筑構(gòu)件選址要點

在當(dāng)前智能測繪背景下，GIS作為測繪新技術(shù)中“3S”技術(shù)的一項，對地理信息數(shù)據(jù)的管理有著重要作用。地理信息系統(tǒng)由于具有強大的空間數(shù)據(jù)管理和分析功能，所以可以是選址研究的理想工具，可將與選址有關(guān)的空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)等進行綜合分析并進行相關(guān)處理，還可以對圖層進行分層和疊加，有利于作出科學(xué)化的決策。國外的選址模型相對成熟，選址比較注重與地理信息系統(tǒng)（GIS）的結(jié)合。

1.1" 分析影響因素、構(gòu)建模型

首先要去了解裝配式建筑構(gòu)件廠的發(fā)展現(xiàn)狀，通過分析已有文獻，結(jié)合現(xiàn)有的城市總體規(guī)劃與布局，并且去實地調(diào)研，整理相關(guān)資料，最終確定裝配式建筑構(gòu)件廠址選擇的影響因素。根據(jù)因素進行定性分析和定量分析去建立相應(yīng)的指標體系，根據(jù)相應(yīng)的指標體系去確定選址模型。獲取相關(guān)影響因素的數(shù)據(jù)種類和具體數(shù)據(jù)，并進行數(shù)據(jù)處理，建立空間數(shù)據(jù)庫。將相關(guān)數(shù)據(jù)導(dǎo)入ArcGIS軟件中，運用軟件強大的空間分析功能，對各影響因素進行加權(quán)分析，得出的結(jié)論為裝配式建筑構(gòu)件廠的選址提供參考。

1.2" 基于GIS空間分析方法技術(shù)路線

GIS空間分析包含了一系列與空間數(shù)據(jù)評估相關(guān)的方法，以地理地形特征為基礎(chǔ)，借鑒地球科學(xué)原理，以空間數(shù)據(jù)計算為操作方法，能夠提取、創(chuàng)建新的空間信息。在構(gòu)建裝配式建筑構(gòu)件工廠的選址模型時，采用地理信息技術(shù)對裝配式構(gòu)件廠進行選址分析。將獲取的數(shù)據(jù)和模型導(dǎo)入軟件中，運用獲取的相關(guān)數(shù)據(jù)和賦予的權(quán)重信息，利用ArcGIS軟件強大的空間處理功能，比如常見的緩沖區(qū)分析、疊加分析、適宜性分析等相關(guān)空間分析功能，從而確定PC構(gòu)件生產(chǎn)基地選址的最佳區(qū)域。技術(shù)路線圖如圖2所示。

利用GIS空間分析在浙江省某工廠選址時，需要綜合考慮路況、地貌、人口等眾多的因素，以確保最終的選址合理性。以下3項內(nèi)容是確定選址位置所涉及的詳細步驟，主要介紹了如何利用上文提到的相關(guān)GIS功能來分析和簡化整個選址的過程。

1.2.1" 路網(wǎng)緩沖區(qū)分析

使用GIS的緩沖分析功能對備選址地點區(qū)域內(nèi)的主要道路、次要道路、公路、鐵路、立交橋以及道路關(guān)鍵交叉點進行分析。其目的是規(guī)劃整理運輸路線的影響因素。隨后，將這些道路緩沖層覆蓋在行政區(qū)劃層上，通過拓撲分析將其分割成許多小的多邊形區(qū)域。這些較小的多邊形區(qū)域為決策者提供了更詳細的區(qū)域分析圖，便于后續(xù)的綜合評估。

1.2.2" 土地利用與規(guī)劃分析

將分割的區(qū)域?qū)优c遙感圖像層重疊，以確定適合建造工廠的選址點。這一階段有助于決策者排除不適合開發(fā)的區(qū)域，如水體、山地等。然后，將這些選址點的土地可利用面積層與城鄉(xiāng)規(guī)劃土地利用層并置，定位共性。重疊區(qū)域即代表了能夠建立工廠且被包含在城鄉(xiāng)土地規(guī)劃中的潛在建筑工地。在重疊區(qū)域內(nèi)的選址點，將進一步根據(jù)坡度、土壤等地形特征，選擇最合適的場地。

1.2.3" 多因素整合解析及審慎評價

在確定理想的選址后，需要從綜合角度考慮所有可能影響工廠選址決策的因素，例如水源、氣流方向、環(huán)境敏感區(qū)域和人口等。通過詳盡且嚴謹?shù)牟襟E，可以有效地排除潛在安全隱患或者不利于工廠管理的特定區(qū)域。在篩選出可行區(qū)域后，運用模糊綜合評價方法，全面權(quán)衡各類相關(guān)因素，諸如成本考量、交通便利性及環(huán)境影響等，從而確定出最佳的選址位置。一般情況下，模糊綜合評估的結(jié)果通常會揭示出一個甚至多個最為適宜的選址方案。然而，為確保工廠能夠安全、穩(wěn)定地運營，仍需要對備選方案開展深度風(fēng)險評估，以確認其是否完全符合各項安全標準。經(jīng)過一系列分析和評估過程，有信心確保工廠的選址實現(xiàn)經(jīng)濟效益最大化的同時，承擔(dān)環(huán)境保護與社會責(zé)任方面的要職，進而為推動區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展作出應(yīng)有的貢獻。

2" 關(guān)鍵技術(shù)步驟

2.1" 根據(jù)數(shù)據(jù)需求獲取不同的數(shù)據(jù)

根據(jù)本項目研究所需，明確研究區(qū)域所需相關(guān)數(shù)據(jù)（圖3），需要從不同渠道獲取不同類型的數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)庫。空間數(shù)據(jù)采用相關(guān)的地理信息網(wǎng)站下載，影響選址的因素多種多樣，數(shù)據(jù)量大，比如影響選擇的DEM數(shù)據(jù)、交通和水系要素、土地利用的相關(guān)數(shù)據(jù)、經(jīng)濟發(fā)展的相關(guān)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)有矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)等，可利用地理信息管理技術(shù)對數(shù)據(jù)進行管理和分析，降低選址分析難度。

2.2" 統(tǒng)一坐標系，并對數(shù)據(jù)進行分層處理

由于在研究中，數(shù)據(jù)處理前要統(tǒng)一所有數(shù)據(jù)的坐標系統(tǒng)，最好將所有不在一個坐標系下的矢量數(shù)據(jù)都轉(zhuǎn)化為柵格數(shù)據(jù)后，再利用ArcGIS對進行插值、疊加等相關(guān)數(shù)據(jù)操作處理方法。ArcGIS的空間分析功能強大，操作者可對不同的數(shù)據(jù)分在不同的圖層進行處理，比如空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)、顏色數(shù)據(jù)和紋理數(shù)據(jù)等分在不同圖層，在數(shù)據(jù)可視化和操作處理中都會體現(xiàn)很大的優(yōu)勢。利用軟件對圖層的分類管理工程，針對不同情況，對數(shù)據(jù)分類處理和疊加處理。

3" 浙江省某工廠選址案例

3.1" 某工廠選址可行區(qū)域

本文針對浙江省某裝配式工廠選址規(guī)劃中的用地空間分析，最終篩選出了最具可行性的3個選址點來配置某工廠的項目，具體如圖4所示的結(jié)果。在得出現(xiàn)有的選址點基礎(chǔ)上，需要進一步開展選址決策的模糊綜合評估工作，以便確定出最優(yōu)解。

3.2" 3個選址點模糊綜合評價

3.2.1" 建立因素集，分析各影響因素權(quán)重

本文建立因素集，分析各影響因素權(quán)重。集合記作U={Ui}={U1，U2，…，Un}。此處的Ui表示不同影響要素的獨立性，即U的第i個影響因素。參考葉德勝、杜正春、張征宇的研究成果，結(jié)合對工廠選址的研究和實踐經(jīng)驗，本文從諸多因素中挑選出了4個關(guān)鍵性的要素，并將其納入影響因素集U中。這4個要素分別是城市基建、城市綜合服務(wù)水平、環(huán)境條件以及應(yīng)急能力。

為進一步量化各個因素的重要性，采用了專家打分和層次分析法等科學(xué)方法來確定不同因素的權(quán)重，將這些因素的權(quán)重記作W={W1，W2，…，Wn}。各評價因素及子因素權(quán)重（R）見表1。

3.2.2" 建立評價集

在工廠選址中，評價指標設(shè)定為（優(yōu)，良，中，差，最差）=（9，7，5，3，1）。對選址點①、選址點②、選址點③專家打分后，得出各自選址點的子因素得分矩陣，見表2。

3.2.3" 模糊評估矩陣建立

通過對i個影響因素進行評估，得到判斷矩陣，并對3個選址點進行模糊綜合評價，得到變換矩陣（X）

依據(jù)多層次模糊綜合評估理論框架，準確計算出更高級別的評價數(shù)值

。

由此，可以得出3個選址點的綜合評價數(shù)值（F）

F1=X1·VT=（0.230，0.321，0.277，0.140，0.006）·（9，7， 5，3，1）T=6.25；

F2=X2·VT=（0.265，0.350，0.265，0.130，0.012）·（9，7， 5，3，1）T=6.48；

F3=X3·VT=（0.226，0.333，0.286，0.139，0.015）·（9，7， 5，3，1）T=6.37。

從上述的最終結(jié)果來看，3個選址點的得分是選址點②gt;選址點③gt;選址點①。

4" 結(jié)論

運用GIS進行裝配式工廠的選址，主要是通過ArcGIS軟件操作與開發(fā)對計算機中存儲和管理的各種地理空間數(shù)據(jù)進行綜合的空間分析，比如緩沖區(qū)分析、疊加分析等，通過對結(jié)果進行分析比對，再結(jié)合其他方面因素比如市場地價與相關(guān)文件政策進行選址綜合評定。該方法能夠獲取操作分析的結(jié)果比傳統(tǒng)方法要迅速，并且可以用圖形和數(shù)字等方式直觀地展示結(jié)果。

影響裝配式工廠選址的因素不僅總類復(fù)雜，而且數(shù)據(jù)量龐大，GIS技術(shù)具備對復(fù)雜且海量數(shù)據(jù)處理的優(yōu)勢，在處理中可將空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)分圖層處理和操作，對選址問題進行分析就相對清晰了。

GIS的空間分析功能較為成熟，可根據(jù)操作結(jié)果去提取關(guān)鍵信息，對不同圖層分別實施單獨操作與控制。結(jié)合對各專題圖層的分析，確定具體位置，對選址區(qū)域進行分析，提高決策效率，實現(xiàn)決策的科學(xué)化。

將地理信息系統(tǒng)（GIS）的數(shù)據(jù)管理功能應(yīng)用在建筑工程領(lǐng)域，充分發(fā)揮其海量數(shù)據(jù)的管理與服務(wù)能力，未來GIS在建筑工程領(lǐng)域大有可為，以后可拓展到橋梁工程及其他土木工程領(lǐng)域，為工程項目的海量數(shù)據(jù)管理作出貢獻。

為確保決策過程嚴謹性和科學(xué)性，本文遵循了工廠選址的基本原則，并應(yīng)用GIS空間分析技術(shù)，以更客觀的方式分析可能影響工廠選址的各種內(nèi)外部因素。結(jié)果表明，該方法能夠為決策者提供詳實的信息支持，降低選址失敗的可能性。但在研究過程中，仍舊發(fā)現(xiàn)了一些需要改進的地方。一方面，本文考慮的工廠選址影響因素較少，只有3個。但實際上，影響工廠選址的因素多種多樣，還涉及地方土地規(guī)劃、周邊市縣的經(jīng)濟發(fā)展情況等。因此，計劃在未來的研究工作中加以完善分析的框架，以便從更加全面的角度審視這個問題。另一方面，本文在打分環(huán)節(jié)采取了專家法，雖然在一定程度上避免了個人經(jīng)驗選址的主觀性，但如何提高專家打分的可靠性是日后完善的關(guān)鍵之一。相信通過合理使用GIS空間分析及模糊綜合評判，能夠為工廠選擇出更加合適的選址，從而確保工廠平穩(wěn)發(fā)展。

5" 展望

通過對裝配式建筑構(gòu)件構(gòu)件工廠進行選址研究，選出適宜區(qū)域作為選址目標，降低了研發(fā)成本，而且可以縮短運輸距離，提高運營期的效率。推動整個區(qū)域裝配式建筑工廠在城市規(guī)劃中的合理布局，有利于協(xié)調(diào)安排和規(guī)模化生產(chǎn)，對整個PC構(gòu)件廠的發(fā)展和行業(yè)具有實際指導(dǎo)作用。

為區(qū)域的經(jīng)濟發(fā)展和產(chǎn)業(yè)發(fā)展有利好影響。基礎(chǔ)設(shè)施的合理的地址規(guī)劃，影響整個城市的風(fēng)貌和經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展，可形成帶動整個區(qū)域規(guī)模化發(fā)展的模式，從而推動裝配式建筑產(chǎn)業(yè)的良性循環(huán)和“生態(tài)”工業(yè)模式，從而實現(xiàn)為碳達峰碳中和貢獻力量。

參考文獻：

[1] 劉欣惠.基于GIS空間分析法的裝配式建筑PC構(gòu)件生產(chǎn)基地選址研究[D].西安：西安建筑科技大學(xué)，2019.

[2] 楊子沫.基于智能優(yōu)化算法的預(yù)制件廠選址與布局優(yōu)化研究[D].馬鞍山：安徽工業(yè)大學(xué)，2024.

[3] 程婷.基于GIS和人工免疫算法的裝配式建筑PC構(gòu)件廠選址研究[D].南昌：南昌航空大學(xué)，2022.

[4] 李明順，劉紫薇，黎嘉琪，等.裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)基地多目標選址研究[J].工程管理學(xué)報，2023，37（3）：25-30.

[5] 胡婉薇.基于GIS技術(shù)的PC構(gòu)件廠選址研究[D].武漢：湖北工業(yè)大學(xué)，2022.

[6] 劉曉君，劉欣惠.裝配式建筑產(chǎn)業(yè)基地選址影響因素分析[J].數(shù)學(xué)的實踐與認識，2019，49（2）：76-83.

[7] 劉宏令，劉俊娥.京津冀裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件配送中心選址研究[J].工程經(jīng)濟，2018，28（8）：58-62.

[8] 周光權(quán)，程婷，劉勇，等.基于需求量預(yù)測和GIS的裝配式PC構(gòu)件廠選址優(yōu)化方法[J].鐵道科學(xué)與工程學(xué)報，2023，20（11）：4389-4399.

[9] 李婷，周鶴.關(guān)于小型企業(yè)工廠選址的研究及現(xiàn)狀分析[J].商業(yè)觀察，2023，9（2）：86-89.

[10] 崔寧波.工廠設(shè)計中關(guān)于選址的安全考慮[J].有色金屬設(shè)計，2022，49（1）：125-128.

[11] 葉德勝，杜正春，張征宇.基于專家評審法的工廠選址模糊決策[J].工業(yè)工程，2008（4）：122-126.

[12] 黎雯，周廷剛，張偉.GIS空間分析與模糊綜合評判在銀行ATM網(wǎng)點選址中的應(yīng)用[J].測繪科學(xué)，2008（1）：229-231， 237，254.