張 明，王章瓊，白俊龍

武漢工程大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，湖北 武漢430074

建筑垃圾是城市新建、改建、擴(kuò)建、裝修等過(guò)程中產(chǎn)生的渣土、廢舊混凝土及其他廢棄物的統(tǒng)稱［1］。據(jù)《2018-2023年中國(guó)建筑垃圾處理行業(yè)發(fā)展前景與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告》測(cè)算，2017年我國(guó)建筑垃圾產(chǎn)量達(dá)到2.379×109t，較2001年的0.297×109t增長(zhǎng)了近7倍，預(yù)計(jì)2020年建筑垃圾產(chǎn)量將達(dá)到2.600×109t［2］，而且還在不斷增長(zhǎng)。大量的建筑垃圾不僅占用土地、破壞環(huán)境，還影響市容［3-4］。因此，建筑垃圾的處理問(wèn)題受到越來(lái)越多的關(guān)注［5］。

目前，建筑垃圾處理方式有直接堆積、簡(jiǎn)易處置后填埋、資源化處理，其中資源化處理是最佳方式。資料表明，歐美國(guó)家建筑垃圾資源化處理率達(dá)70%，日韓高達(dá)95%，而我國(guó)不足10%［6-7］。由此可見，我國(guó)建筑垃圾資源化處理還處于起步階段，尚未形成成熟的治理體系。建筑垃圾資源化處理仍是當(dāng)前重要的研究課題［8］。

為了不占用建筑場(chǎng)地、減少噪音污染和環(huán)境污染，提出建筑垃圾“運(yùn)出去，拉進(jìn)來(lái)”的資源化處理方案，即將建設(shè)過(guò)程中產(chǎn)生的建筑垃圾運(yùn)出施工現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)其集中進(jìn)行資源化處理，再將加工后的建筑垃圾作為建筑原料運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)［9］。因此，建筑垃圾處理廠選址是建筑垃圾資源化處理的第一步。

鑒于此，本文選取土地規(guī)劃、人口密度、距新老城區(qū)距離、風(fēng)向影響、地基承載能力作為建筑垃圾處理廠選址的影響因子，構(gòu)建建筑垃圾處理廠選址適宜性評(píng)價(jià)體系，以武漢市為例進(jìn)行選址適宜性評(píng)價(jià)。

1 選址影響因子

1.1 土地規(guī)劃

土地規(guī)劃是指一個(gè)國(guó)家或一定地區(qū)范圍內(nèi)，按照經(jīng)濟(jì)發(fā)展的前景和需求，對(duì)土地的合理使用所做出的長(zhǎng)期安排。土地規(guī)劃明確了土地的用途，把土地分為農(nóng)業(yè)用地、工業(yè)用地、生態(tài)用地及其他用地。因此，土地規(guī)劃是建筑垃圾處理廠選址的決定性因素。

1.2 人口密度

建筑垃圾處理過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生噪音和灰塵，給周圍居民的生活環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重影響，同時(shí)在居民意識(shí)中，建筑垃圾處理廠是會(huì)產(chǎn)生污染的環(huán)境保護(hù)設(shè)施，對(duì)該類設(shè)施較排斥，容易引起社會(huì)矛盾。人口密度越大，建廠受到的阻力也越大。在建筑垃圾處理廠選址過(guò)程中考慮人口密度，這既維護(hù)了居民的利益，也減少建廠及運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的麻煩。

1.3 距新老城區(qū)距離

建筑垃圾在“運(yùn)出去，拉進(jìn)來(lái)”的過(guò)程中要考慮運(yùn)輸費(fèi)用問(wèn)題。建筑垃圾從施工現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)到處理廠，集中處理，再運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)。運(yùn)輸距離長(zhǎng)，不僅費(fèi)用高，而且易延誤工期，造成經(jīng)濟(jì)損失。本文以老城改建、修建新城為建筑垃圾主要來(lái)源，考慮了建筑垃圾處理廠距新老城區(qū)的距離。

1.4 風(fēng)向影響

建筑垃圾資源化處理過(guò)程中必然產(chǎn)生大量的灰塵，而風(fēng)向決定了灰塵的運(yùn)動(dòng)方向，若居民區(qū)位于風(fēng)向下方，會(huì)給居民的生活環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重的影響。同時(shí)，城市及其周圍風(fēng)向一般會(huì)受到河流、湖泊的切割而發(fā)生變化。在建筑垃圾處理廠選址過(guò)程中，考慮風(fēng)向可降低處理廠對(duì)居民區(qū)的影響。

1.5 地基承載能力

建筑垃圾資源化處理廠需要堆積大量建筑垃圾，考慮到重載易引起地面沉降，建筑垃圾處理廠選址應(yīng)盡量避開松軟土及砂土，確保建筑垃圾處理廠更具有安全性、耐久性。

2 選址適宜性評(píng)價(jià)體系

層次分析法（analytic hierarchy process，AHP）是一種定性與定量相結(jié)合的方法，該方法將復(fù)雜問(wèn)題的影響因子劃分為多層次結(jié)構(gòu)，進(jìn)而確定各影響因子權(quán)重值［10-11］。

采用AHP法構(gòu)建建筑垃圾處理廠選址的結(jié)構(gòu)層次模型，然后構(gòu)建判斷矩陣，檢驗(yàn)判斷矩陣的一致性，并確定建筑垃圾處理廠選址影響因子的權(quán)重值，最后建立影響因子等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和選址適宜性等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

2.1 影響因子權(quán)重

2.1.1 AHP模型以建筑垃圾處理廠選址為目標(biāo)層，以人口密度、距新老城區(qū)距離、土地規(guī)劃、風(fēng)向影響、地基承載能力為指標(biāo)層，建立建筑垃圾處理廠選址AHP模型（表1）。

表1建筑垃圾處理廠選址AHP模型Tab.1 AHP model of site selection of construction waste treatment plant

2.1.2 判斷矩陣采用專家打分法對(duì)各影響因子進(jìn)行相對(duì)重要性打分，采用1-9標(biāo)度法，構(gòu)建指標(biāo)層元素判斷矩陣A（表2）。

2.1.3 權(quán)重計(jì)算及一致性檢驗(yàn)利用MATLAB計(jì)算判斷矩陣A，得出判斷矩陣A的最大特征根λmax=5.010 6，然后計(jì)算λmax對(duì)應(yīng)的歸一化特征向量W，其分量Wi即為對(duì)應(yīng)元素的權(quán)重值。同時(shí)還需要用CI值作為檢驗(yàn)判斷矩陣的一致性指標(biāo)，根據(jù)公式CI=（λmax-n）/（n-1），計(jì)算出矩陣A的CI=0.002 7。

為了檢驗(yàn)判斷矩陣具有較好的一致性，還需要將CI與平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI相比，即判斷矩陣的隨機(jī)一致性比率，記為CR（CR=CI/RI）。當(dāng)CR＜0.1時(shí)，表明判斷矩陣具有較好的一致性，否則需對(duì)判斷矩陣重新調(diào)整。利用公式CR=CI/RI，得出CR=0.002 4＜0.1，由此可知，判斷矩陣滿足一致性檢驗(yàn)。

表2指標(biāo)層重要性判斷矩陣ATab.2 Importance judgment matrix A of index layer

2.1.4 權(quán)重的確定得到判斷矩陣A的最大特征值λmax歸一化后的特征向量，即影響因子權(quán)重（表3）。

表3建筑垃圾處理廠選址影響因子權(quán)重Tab.3 Weights of influencing factors for site selection of construction waste treatment plant

2.2 影響因子分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)數(shù)值大小將距新老城區(qū)距離分為5個(gè)等級(jí)，人口密度分為4個(gè)等級(jí)；根據(jù)對(duì)居民區(qū)的影響程度將風(fēng)向影響劃分為3個(gè)等級(jí)；根據(jù)土地規(guī)劃圖將土地規(guī)劃劃分為3個(gè)等級(jí)，根據(jù)穩(wěn)定性將地基承載能力劃分為3個(gè)等級(jí)，對(duì)各影響因子等級(jí)賦值，賦值區(qū)間為［0-1］，如表4所示。

表4影響因子分級(jí)、賦值標(biāo)準(zhǔn)Tab.4 Classification and assignment criteria of influencing factors

2.3 選址適宜性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)公式KV=ai×xi對(duì)各影響因子進(jìn)行權(quán)重疊加，其中，KV為各區(qū)域的綜合值，ai為影響因子相對(duì)權(quán)重值，xi為影響因子等級(jí)賦值。根據(jù)綜合值KV，將研究區(qū)選址適宜性劃分為5個(gè)等級(jí)（表5）。

表5建筑垃圾處理廠選址適宜性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Tab.5 Suitability classification criteria for site selection of construction waste treatment plant

3 武漢市建筑垃圾處理廠選址適宜性評(píng)價(jià)

武漢市作為我國(guó)“長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶”發(fā)展的中心區(qū)域之一，城市化進(jìn)程與其他城市相比更快。因此，在武漢市老城改建、建設(shè)新城區(qū)的過(guò)程中建筑垃圾的年產(chǎn)生量也較其他城市大。根據(jù)武漢市2017-2019年統(tǒng)計(jì)年鑒可知武漢市2016-2018年建筑竣工面積分別為2.861 346×108、3.080 686×108、3.269 193×108m2，再根據(jù)《2019年中國(guó)建筑垃圾處理行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)分析》報(bào)告測(cè)算，每10 000 m2建筑施工面積平均產(chǎn)生550 t建筑垃圾，可計(jì)算出武漢市2016-2018年建筑垃圾產(chǎn)生量分別為

1.573 740 30×107、1.699 437 73×107、1.798 056 15×107t，由此可看出武漢建筑垃圾年增量約為1.121 5×106t，可估算出2020年，武漢市建筑垃圾產(chǎn)生量可達(dá)2.04×107t。此外，據(jù)統(tǒng)計(jì)，武漢市每年的建筑垃圾資源化利用率僅為0.4%［12］。由此可見，武漢市每年建筑垃圾的產(chǎn)生量與資源化利用量完全不匹配。因此，武漢市建筑垃圾資源化處理迫在眉睫［13］。

基于Arc地理信息系統(tǒng)（Arc geographic information system，ArcGIS）的空間疊加功能，對(duì)武漢市建筑垃圾處理廠選址影響因子進(jìn)行空間疊加，得到選址適宜性區(qū)劃圖，然后進(jìn)行選址適宜性評(píng)價(jià)。

3.1 選址影響因子圖層

基于ArcGIS實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的可視化，可直觀地反應(yīng)各評(píng)價(jià)指標(biāo)空間分布狀況。

3.1.1 人口密度人口密度數(shù)據(jù)來(lái)源于文獻(xiàn)［14］，將武漢市人口密度劃分為0～10 000、10 000～20 000、20 000～40 000、＞40 000人/km2等4個(gè)等級(jí)。人口密度大于40 000人/km2的區(qū)域主要是武漢主城區(qū)，具體為江漢區(qū)、武昌區(qū)、漢陽(yáng)區(qū)、江岸區(qū)等沿長(zhǎng)江分布的少數(shù)區(qū)域，人口密度為20 000～40 000人/km2的區(qū)域主要是江夏區(qū)中部和西部、蔡甸區(qū)北部、黃陂區(qū)南部、武漢市區(qū)北部，人口密度為10 000～20 000人/km2的區(qū)域主要為蔡甸東北部、武漢市區(qū)南部、江夏區(qū)西北部以及黃陂區(qū)中部和南部、新洲區(qū)中部［圖1（a）］。

3.1.2 距新老城區(qū)距離和土地規(guī)劃新城區(qū)改建和土地規(guī)劃資料來(lái)自武漢市自然資源和規(guī)劃局《武漢市總體規(guī)劃2010-2020》，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)搜集整理確定老城區(qū)改建的區(qū)域。以新老城區(qū)為中心，利用ArcGIS緩沖工具，得到新老城區(qū)緩沖距離分別為0～1.5、1.5～3.0、3.0～4.5、4.5～6.0、＞6.0 km的緩沖區(qū)，距離越大，表明運(yùn)輸費(fèi)用越高［圖1（b）］。

土地規(guī)劃以《武漢市城市總體規(guī)劃2010-2020》為底圖，將居住用地、新城、郊野公園、風(fēng)景區(qū)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)、古文化遺址等劃分為其他用地，還有部分區(qū)域在圖例中未標(biāo)明，這里劃分為未規(guī)劃用地［圖1（c）］。

3.1.3 風(fēng)向影響根據(jù)天氣網(wǎng)（www.tianqi.com），對(duì)武漢市各區(qū)2015-2018年風(fēng)向進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出各區(qū)主要風(fēng)向，然后結(jié)合文獻(xiàn)［15］關(guān)于武漢各地空氣通透性的信息，將風(fēng)向完全朝向主城區(qū)或人口密集且離主城區(qū)較近區(qū)域則劃分為劣，將風(fēng)向遠(yuǎn)離人口密集或主城區(qū)劃分為優(yōu)，將人口密集但空氣通透性較好區(qū)域和離主城區(qū)較遠(yuǎn)且盛行風(fēng)朝向主城區(qū)的區(qū)域劃分為良，以此將各區(qū)風(fēng)影響劃分為優(yōu)、良、劣3個(gè)等級(jí)［圖1（d）］。

3.1.4 地基承載能力武漢位于長(zhǎng)江中游，地表廣泛被第四系松散堆積物覆蓋，長(zhǎng)江沿岸多為沖積層和湖泊沉積層，地基軟弱，同時(shí)武漢市周圍分布有較集中的丘陵。本文以長(zhǎng)江階地來(lái)表征地基承載力，不同階地其地基承載力不同：一級(jí)階地地基承載力＜二級(jí)階地地基承載力＜三級(jí)階地地基承載力。第一級(jí)階主要位于武昌、漢口，還有漢陽(yáng)局部區(qū)域；第二級(jí)階地主要分布于漢口東西湖、武昌東湖港-沙湖沿線以及青山鎮(zhèn)周圍地區(qū)；第三級(jí)階地主要分布于后湖、武昌、漢陽(yáng)的部分區(qū)域［圖1（e）］。

圖1選址影響因子：（a）人口密度，（b）距新老城區(qū)距離，（c）土地規(guī)劃，（d）風(fēng)向影響，（e）長(zhǎng)江階地Fig.1 Influencing factors of site selection：（a）population density，（b）distance between new and old urban areas，（c）land planning，（d）wind direction impact，（e）Yangtze terrace

3.2 建筑垃圾處理廠選址適宜性評(píng)價(jià)

利用ArcGIS的矢量疊加功能，對(duì)建立的選址影響因子圖層進(jìn)行權(quán)重疊加，得到武漢市建筑垃圾處理廠選址適宜性區(qū)劃圖，等級(jí)越高，越合適修建建筑垃圾處理廠（圖2）。目前，武漢市適宜修建建筑垃圾處理廠的區(qū)域分布于主城區(qū)周圍，即黃陂區(qū)南部及中部、新洲區(qū)西南部及中部偏東、江夏區(qū)北部及中部、東西湖區(qū)東部及東南部、蔡甸區(qū)東北部、洪山區(qū)北部及東北部；最不適宜修建處理廠的區(qū)域主要是武昌、青山、硚口、漢陽(yáng)、江漢等區(qū)域。

圖2武漢市建筑垃圾處理廠選址適宜性區(qū)劃圖Fig.2 Zoning map of site selection suitability of construction waste treatment plant in Wuhan

4 結(jié)論

1）考慮社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等因素，選取土地規(guī)劃、人口密度、距新老城區(qū)距離、風(fēng)向影響、地基承載能力作為建筑垃圾處理廠選址的影響因子；基于層次分析法得到土地規(guī)劃、人口密度、距新老城區(qū)距離、風(fēng)向影響、地基承載能力的相對(duì)權(quán)重分別為0.328 4、0.258 2、0.176 6、0.134 9、0.101 9。

2）武漢市適宜修建建筑垃圾處理廠的區(qū)域主要分布于黃陂區(qū)南部及中部、新洲區(qū)西南部及中部偏東、江夏區(qū)北部及中部、東西湖區(qū)東部及東南部、蔡甸區(qū)東北部、洪山區(qū)北部及東北部。