基于多層次灰色評價的城市地下空間資源開發(fā)潛力評價研究

基于多層次灰色評價的城市地下空間資源開發(fā)潛力評價研究

20世紀以來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和城市化進程的加快，城市土地資源的供應(yīng)不足。如何擴大城市空間規(guī)劃，提高城市一體化利用水平，引起了越來越多的科學(xué)家和規(guī)劃人員的注意。作為城市空間資源的重要組成部分，城市地下空間的合理開發(fā)可以有效緩解城市交通的擁堵、污染、生態(tài)惡化等問題，有利于城市可持續(xù)發(fā)展。如上所述，世界上許多國家將城市地下空間資源的利用達到了相當水平和規(guī)模。對地下土地和空間的需求已經(jīng)成為城市歷史發(fā)展的必然和世界趨勢。城市地下空間是指在城市規(guī)劃區(qū)以內(nèi)、地表以下,以土體或巖體為主要介質(zhì)的空間領(lǐng)域.從理論上說,其開發(fā)幾乎是無限的,有專家估計,在30m深度范圍內(nèi)開發(fā)城市總面積1/3左右的地下空間,就相當于城市地面建筑的容積.這說明,開發(fā)的潛力巨大.然而,從可行性的角度考慮,會受到地質(zhì)條件、水文條件、巖土類型、地面空間類型、已有地下設(shè)施、施工難度、經(jīng)濟實力、經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益等諸多因素的影響和制約,且具有一定的不可逆性,已建成的地下空間一般很難甚至無法改造重建.另一方面,從實際情況看,當前對于城市地下空間資源的利用還處于盲目階段,存在著地下空間資源浪費、不合理布局以及資源開發(fā)時序混亂等問題.鑒于此,有必要在城市地下空間資源開發(fā)前期對其進行開發(fā)潛力評價,合理確定需要開發(fā)的功能和規(guī)模,以此作為城市規(guī)劃的決策依據(jù),保證開發(fā)的科學(xué)性、合理性和可靠性.國內(nèi)外很多學(xué)者從不同視角對地下空間資源的開發(fā)質(zhì)量、容量、效益、價值、需求、適用性、可持續(xù)性等進行了研究,但關(guān)于開發(fā)潛力評價尚無專門的探討.總體而言,城市地下空間資源開發(fā)潛力受工程地質(zhì)條件和社會經(jīng)濟條件等多種因素的影響和制約,這些影響因素很難全部納入評價系統(tǒng),即存在著評價信息不完備的問題.此外,該評價是建立在評價者的文化背景和認識能力的基礎(chǔ)上的,難以排除許多人為因素帶來的偏差,致使評價信息不甚確切.解決這些問題的有效途徑是把灰色系統(tǒng)理論同層次分析法相結(jié)合,進行城市地下空間資源開發(fā)潛力的多層次灰色評價.多層次灰色方法曾多次用于旅游資源開發(fā)潛力、投資風(fēng)險等方面的評價,結(jié)果客觀可信.筆者嘗試運用該方法對南京市鼓樓區(qū)地下空間資源開發(fā)潛力評價進行探討,以期為提高城市地下空間資源開發(fā)潛力評價的科學(xué)性提供有益的參考.1評價過程設(shè)計多層次灰色評價方法在相關(guān)文獻中已有較多的介紹,本文不詳述.概括地說,城市地下空間資源開發(fā)潛力的多層次灰色評價主要按照以下兩個步驟來進行(圖1).(1)根據(jù)層次分析法,分析影響城市地下空間資源開發(fā)潛力的關(guān)鍵因素,在此基礎(chǔ)上構(gòu)建遞階多層次評價指標體系,然后制定評價指標的評分等級標準,再利用層次分析法計算出各評價指標的權(quán)重.(2)依據(jù)灰色評價過程確定評價樣本矩陣和評價灰類,求得灰色評價權(quán)向量,計算出各評價對象的開發(fā)潛力綜合評價值并排序.2地下空間.地下空間鼓樓區(qū)位于南京城西北部,是中心城區(qū)之一,區(qū)域面積25.44km2,主城區(qū)16.82km2,河西新區(qū)8.62km2.目前,鼓樓區(qū)地下空間開發(fā)尚處于初始階段,較成規(guī)模的有新街口地下購物廣場、湖南路溫莎地下商城、鼓樓隧道等,以及地鐵1號線沿線的地下賣場與地下人行通道相連形成的地下商業(yè)街等.另有零散的高層地下室、地下停車場,以及人防工程、地下市政管線隧道等(圖2).總體說來,地下空間的開發(fā)利用規(guī)模較小,開發(fā)潛力較大.近年來,鼓樓區(qū)老城內(nèi)各類建筑日益密集,土地資源的匱乏已經(jīng)成為制約其經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸,而地下空間資源的開發(fā)對于鼓樓區(qū)發(fā)展空間的拓展具有重要的作用.現(xiàn)以街道為基本評價單元,對寧海路、華僑路、湖南路、中央門、挹江門各街道的地下空間資源開發(fā)潛力進行多層次灰色評價.2.1評價指標體系的確定城市地下空間資源開發(fā)潛力受自然條件、社會經(jīng)濟條件等多種因素的綜合影響,其評價的難點之一是評價指標的遴選.評價指標不全面、不準確,會直接影響評價結(jié)果的科學(xué)性和可靠性.根據(jù)科學(xué)性、系統(tǒng)性、實用性、層次性、簡潔性的原則,綜合相關(guān)參考文獻,基于層次分析法,初步遴選出27項預(yù)選指標,通過專家征詢法對評價指標體系修正和完善,運用因子分析方法對預(yù)選指標定量篩選,最終確定了城市地下空間資源開發(fā)潛力評價指標體系(表1).其中包括2階3個層次17個指標,從自然條件、地面及地下空間條件、地理位置條件、經(jīng)濟條件、經(jīng)濟開發(fā)效益、社會開發(fā)效益、環(huán)境開發(fā)效益、政策相容性等8個方面,對城市地下空間資源開發(fā)潛力進行全面系統(tǒng)的測量.2.2自然條件評價值采用李克特五級量表(five-pointLikertscale),測量評價指標,評價值為5,4,3,2,1,分別表示自然條件(地面及地下空間、地理位置、經(jīng)濟、經(jīng)濟開發(fā)效益、社會開發(fā)效益、環(huán)境開發(fā)效益或者政策相容性)很好、好、一般、差、很差;當指標等級介于兩相鄰等級之間時,相應(yīng)評分為4.5,3.5,2.5,1.5.2.3層次評價指標權(quán)重的確定根據(jù)層次分析法基本原理,確定評價指標權(quán)重.首先,向南京市政工程設(shè)計院、市規(guī)劃設(shè)計研究院、規(guī)劃局、南京大學(xué)等單位長期從事城市地下空間規(guī)劃、設(shè)計、管理的工程技術(shù)人員和專家發(fā)放問卷30份,請他們進行城市地下空間資源開發(fā)潛力評價指標間相對重要性的兩兩比較,從而得到評價因素標定值的原始數(shù)據(jù).鑒于各專家的看法不一,經(jīng)兩次反饋后,最后獲取指標間重要性比較的最終標定值;根據(jù)這些標定值構(gòu)造出各層次的判斷矩陣,運用MATHCAD13.0軟件計算出各層次判斷矩陣的最大特征值λmax及其所對應(yīng)的權(quán)向量ω,并通過一致性檢驗,最終求得各級評價指標的權(quán)重.其中,二級評價指標Vi(i=1,2,3,4,5,6,7,8)的權(quán)重向量A=(a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7,a8)=(0.139,0.128,0.126,0.109,0.136,0.132,0.113,0.117);三級評價評價指標V1j(j=1,2,3)的權(quán)重向量A1=(a11,a12,a13)=(0.351,0.347,0.302),V2j(j=1,2)的權(quán)重向量A2=(a21,a22)=(0.484,0.516),V3j(j=1,2)的A3=(a31,a32)=(0.513,0.487),V4j(j=1,2)的A4=(a41,a42)=(0.482,0.518),V5j(j=1,2,3)的A5=(a51,a52,a53)=(0.354,0.392,0.254),V6j(j=1,2)的A6=(a61,a62)=(0.611,0.389),V7j(j=1,2)的A7=(a71,a72)=(0.564,0.436),V8j(j=1)的A8=(a81)=(1).2.4指標1,d3,d4與數(shù)理統(tǒng)計所要求的大樣本量且數(shù)據(jù)必須服從某種典型分布不同,灰色系統(tǒng)理論著重解決“小樣本”、“貧信息不確定性問題”,特點是少數(shù)據(jù)建模,對于觀測數(shù)據(jù)及其分布沒有特殊的要求和限制.只要原始數(shù)據(jù)列有4個以上,就可以通過變換,正確描述評價對象.在現(xiàn)有的相關(guān)文獻中,一般采用5個數(shù)據(jù)列分析評價對象,即可得到客觀可信的評價結(jié)果.現(xiàn)根據(jù)灰色評價方法對數(shù)據(jù)樣本量的要求,采用專家評價法確定評價樣本矩陣.請5位專家按照評分等級標準對鼓樓區(qū)寧海路街道、華僑路街道等5個街道的地下空間資源開發(fā)潛力評價指標進行打分,結(jié)果如下:D(1)=[4.54.04.54.54.54.04.54.04.54.54.03.54.04.04.03.54.04.03.53.54.54.05.04.54.54.04.03.54.04.54.54.04.03.54.04.04.04.04.54.04.04.54.04.04.03.54.04.04.03.54.03.54.04.04.04.04.04.03.04.04.04.04.54.04.04.04.04.04.04.04.04.04.03.04.04.04.04.04.04.03.53.54.04.04.0]D(2)=[4.03.54.04.54.03.54.04.04.04.04.54.04.04.04.54.04.54.04.54.54.54.54.04.54.54.54.05.04.04.54.54.54.54.04.54.04.54.04.54.04.54.54.04.54.04.54.04.54.04.54.54.54.54.54.54.04.04.04.04.04.54.55.05.04.54.04.04.04.04.04.54.55.04.54.54.04.04.04.54.54.04.54.54.55.0]D(3)=[3.53.53.03.54.03.53.53.53.53.04.03.54.04.04.03.54.04.04.04.04.54.04.04.04.54.54.54.54.54.54.54.54.54.04.54.04.04.04.54.04.54.54.04.54.54.54.54.54.54.04.54.54.54.54.54.04.04.04.04.04.54.54.54.54.04.04.04.04.04.04.54.04.54.04.04.04.04.04.54.04.04.54.54.04.0]D(4)=[4.04.03.54.54.04.03.54.04.04.04.03.53.53.53.54.54.04.04.54.04.54.04.54.54.53.53.53.53.53.03.53.53.54.03.54.04.04.04.04.03.53.53.04.03.53.53.53.03.53.53.03.03.53.03.03.53.03.03.53.03.54.03.53.53.54.04.04.03.53.53.53.54.03.53.53.53.53.53.53.5]D(5)=[3.03.03.03.53.03.03.03.53.03.03.53.03.53.53.54.04.04.54.03.54.54.04.04.04.03.03.03.53.03.03.53.53.04.03.54.04.03.54.54.03.53.53.53.03.53.03.03.03.03.03.03.03.03.53.03.03.03.53.03.03.03.03.03.53.03.03.53.03.03.03.02.53.03.03.0]上式中,D(1),D(2),D(3),D(4),D(5)分別為寧海路街道、華僑路街道、湖南路街道、中央門街道和挹江門街道的評價樣本矩陣.2.5[5,白化權(quán)函數(shù)設(shè)評價灰類g=5,有5個,即e=1,2,3,4,5.其相應(yīng)的灰數(shù)及白化權(quán)函數(shù)fe如下:第一灰類“很好”(e=1),灰數(shù)G1∈[5,∞),白化權(quán)函數(shù)為f1(圖3a);第二灰類“好”(e=2),灰數(shù)G2∈[0,4,8],白化權(quán)函數(shù)為f2(圖3b);第三灰類“一般”(e=3),灰數(shù)G3∈[0,3,6],白化權(quán)函數(shù)為f3(圖3c);第四灰類“不好”(e=4),灰數(shù)G4∈[0,2,4],白化權(quán)函數(shù)為f4(圖3d);第五灰類“很不好”(e=5),灰數(shù)G5∈[0,1,2],白化權(quán)函數(shù)為f5(圖3e).2.6fps3.2111至4.5.5對于評價指標V11(地質(zhì)條件),第1個評價對象(寧海路街道)屬于第e個評價灰類的灰色評價系數(shù)x11ee=1,x111=5∑k=1f1(d11k)=f1(d111)+f1(d112)+f1(d113)+f1(d114)+f1(d115)=f1(4.5)+f1(4)+f1(4.5)+f1(4.5)+f1(4.5)=0.9+0.8+0.9+0.9+0.9=4.4同理,e=2,x112=4.5;e=3,x113=2.67;e=4,x114=0;e=5,x115=0.對于V11,寧海路街道的總灰色評價系數(shù)x11為x11=5∑e=1x11e=x111+x112+x113+x114+x115=11.572.7重要性分子ss1,s13,s11,s12,高聚物,5,4,5,4,73,41,72,73,41,73,41,71,73,41,72,73,72,72,73,72,73,72,72,72,72,73,72,72,72,72,72,72,72,73,733,72,73,73,73,73,73,73,73,733,733,733,733,73,72,72,72,72,72,72,72,72,72,72,72,72,72,73,73,73,73,72,72,72,72,72,72,72,72,72,72,72,72,73,73,73,73,72,72,72,72,72,72,72,72,72,72,72,72,72,73,73,73,73,73,72,72,72,72,72,72,72,72,72,72,72,72,72,72,73,73,73,73,73,73,72,72,72,72,72,72,72,72,72,72,72,72,72,72,72,72,73,73,73,73,73,73,72,72,72,72,72,72,72,72,72,72,72,72,72,72,72,72,72,73,73,73,73,73,73,7就評價指標V11,所有評價者對寧海路街道的地下空間資源開發(fā)潛力主張第e個評價灰類的灰色評價權(quán)向量記為r11ee=1,r111=x111/x11=4.4/11.57=0.380同理,r112=0.389,r113=0.231,r114=0,r115=0.所以,寧海路街道的V11對于各灰類的灰色評價權(quán)向量r11為r11=(r111,r112,r113,r114,r115)=(0.380?0.389?0.231?0?0)同理,可計算出r12,r13,r21,r22,r31,r32,r41,r42,r51,r52,r53,r61,r62,rr71,r72,r81;寧海路街道的V1j(j=1,2,3),V2j(j=1,2),V3j(j=1,2),V4j(j=1,2),V5j(j=1,2,3),V6j(j=1,2),V7j(j=1,2),V8j(j=1),對于各評價灰類的灰色評價權(quán)矩陣R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R8分別為R1=[r11r12r13]=[0.3800.3890.231000.3660.3830.241000.3110.3890.2790.0200]R2=[r21r22]=[0.2870.3580.2970.05800.3960.3850.22000]R3=[r31r32]=[0.3240.3850.2710.02000.3240.3850.2710.0200]R4=[r41r42]=[0.3380.4010.261000.3380.4010.26100]R5=[r51r52r53]=[0.2990.3730.2890.03900.3110.3890.2790.02000.3110.3890.2790.0200]R6=[r61r62]=[0.3240.3850.2710.02000.3240.4060.27000]R7=[r71r72]=[0.3110.3890.2790.02000.3240.4060.27000]R8=[r81]=[0.2990.3720.2890.0390]2.8綜合評價各要素指標2.8.1總灰色評價權(quán)矩陣對寧海路街道的V1,V2,V3,V4,V5,V6,V7,V8計算出的綜合評價結(jié)果B1,B2,B3,B4,B5,B6,B7,B8為B1=A1×R1=(0.3543,0.3869,0.2489,0.006,0)B2=A2×R2=(0.3432,0.3719,0.2573,0.028,0)B3=A3×R3=(0.324,0.385,0.271,0.020,0)B4=A4×R4=(0.338,0.401,0.261,0,0)B5=A5×R5=(0.3068,0.3834,0.2825,0.0267,0)B6=A6×R6=(0.324,0.385,0.271,0.020,0B7=A7×R7=(0.3167,0.3873,0.2756,0.0200,0)B8=A8×R8=(0.299,0.373,0.289,0.039,0)由B1,B2,B3,B4,B5,B6,B7,B8得寧海路街道的總灰色評價權(quán)矩陣R1R1=[B1B2B3B4B5B6B7B8]=[0.35430.38690.24890.006000.34320.37190.25730.028000.32400.38500.27100.020000.33800.40100.2610000.30680.38340.28250.026700.32400.38500.27100.020000.31670.38730.27560.020000.29900.37300.28900.03900]2.8.2綜合評價第一指標的綜合評價綜合評價寧海路街道的一級指標