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基于GIS空间分析方法的装配式构件厂选址研究

2024-11-25 24 上传者：管理员

摘要：在装配式建筑的大力推广下，装配式建筑的造价高于传统现浇式建筑方式这一现实因素却在一定程度上阻碍装配式建筑发展，而主要原因在于构件运输阶段的预制构件的运输费用较高，相比于一般物流运输的物品，装配式建筑的预制构件的运输费用较高，且构件的体积大、单位运输费用高、运输量多。合理的生产基地选址不仅能够节省建设投资，而且能够协调供应链各个环节的发展，从而进一步减少构件运输费用，提高构件运输的效率。该文探讨利用地理信息系统（GIS）空间分析和模糊综合评价的优势，并综合考量地理位置、交通基础设施、资源分布和环境容量等多种因素，旨在为工厂选址提供全面、科学的指导。

关键词：
GIS空间分析方法
模糊综合评价
装配式建筑构件
运输效率
选址研究
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目前，国外装配式建筑技术的发展已经相当成熟，实践经验丰富，应用范围极为广泛，同时培养了大量装配式建筑技术人才。并且国外已经有相对比较成熟的选址方面的研究。相比于国外装配式建筑的发展，我国的装配式建筑起步较晚，但在国家和地方的利好政策的大力支持下（图1），推动了装配式建筑的发展。

韦伯提出了将资源、距离、市场等作为选址的重要因素。Tam等将地貌、位置及成本作为确定预制构件厂选址的比较关键的因素。国内利用地理信息进行的选址问题主要局限于传统项目的设施上，比如物流配送中心选址以及国家或者政府的一些公共服务设施等。但是将GIS空间分析的方法运用到装配式建筑构件厂址研究者不多，装配式建筑构件工厂和超市、仓库、学校和体育场等建筑相比有自身的特点，且装配式建筑构件厂选址的是基于绿色建筑及“双碳”背景下提出的新兴产物，研究体系与指标体系等方面都有很大的上升空间。近几年，有学者将GIS运用到住宅产业化基地选址当中。政策、场地要求、地理位置和运输环境对装配式构件厂的选址都有决定性的影响，可以从环境因素、相关产业、需求状况等多个维度去构建指标体系。

1、装配式建筑构件选址要点

在当前智能测绘背景下，GIS作为测绘新技术中“3S”技术的一项，对地理信息数据的管理有着重要作用。地理信息系统由于具有强大的空间数据管理和分析功能，所以可以是选址研究的理想工具，可将与选址有关的空间数据、属性数据等进行综合分析并进行相关处理，还可以对图层进行分层和叠加，有利于作出科学化的决策。国外的选址模型相对成熟，选址比较注重与地理信息系统（GIS）的结合。

图1 我国装配建筑发展趋势

1.1 分析影响因素、构建模型

首先要去了解装配式建筑构件厂的发展现状，通过分析已有文献，结合现有的城市总体规划与布局，并且去实地调研，整理相关资料，最终确定装配式建筑构件厂址选择的影响因素。根据因素进行定性分析和定量分析去建立相应的指标体系，根据相应的指标体系去确定选址模型。获取相关影响因素的数据种类和具体数据，并进行数据处理，建立空间数据库。将相关数据导入ArcGIS软件中，运用软件强大的空间分析功能，对各影响因素进行加权分析，得出的结论为装配式建筑构件厂的选址提供参考。

1.2 基于GIS空间分析方法技术路线

GIS空间分析包含了一系列与空间数据评估相关的方法，以地理地形特征为基础，借鉴地球科学原理，以空间数据计算为操作方法，能够提取、创建新的空间信息。在构建装配式建筑构件工厂的选址模型时，采用地理信息技术对装配式构件厂进行选址分析。将获取的数据和模型导入软件中，运用获取的相关数据和赋予的权重信息，利用ArcGIS软件强大的空间处理功能，比如常见的缓冲区分析、叠加分析、适宜性分析等相关空间分析功能，从而确定PC构件生产基地选址的最佳区域。技术路线图如图2所示。

利用GIS空间分析在浙江省某工厂选址时，需要综合考虑路况、地貌、人口等众多的因素，以确保最终的选址合理性。以下3项内容是确定选址位置所涉及的详细步骤，主要介绍了如何利用上文提到的相关GIS功能来分析和简化整个选址的过程。

图2 PC构件厂选址研究技术路线图

1.2.1 路网缓冲区分析

使用GIS的缓冲分析功能对备选址地点区域内的主要道路、次要道路、公路、铁路、立交桥以及道路关键交叉点进行分析。其目的是规划整理运输路线的影响因素。随后，将这些道路缓冲层覆盖在行政区划层上，通过拓扑分析将其分割成许多小的多边形区域。这些较小的多边形区域为决策者提供了更详细的区域分析图，便于后续的综合评估。

1.2.2 土地利用与规划分析

将分割的区域层与遥感图像层重叠，以确定适合建造工厂的选址点。这一阶段有助于决策者排除不适合开发的区域，如水体、山地等。然后，将这些选址点的土地可利用面积层与城乡规划土地利用层并置，定位共性。重叠区域即代表了能够建立工厂且被包含在城乡土地规划中的潜在建筑工地。在重叠区域内的选址点，将进一步根据坡度、土壤等地形特征，选择最合适的场地。

1.2.3 多因素整合解析及审慎评价

在确定理想的选址后，需要从综合角度考虑所有可能影响工厂选址决策的因素，例如水源、气流方向、环境敏感区域和人口等。通过详尽且严谨的步骤，可以有效地排除潜在安全隐患或者不利于工厂管理的特定区域。在筛选出可行区域后，运用模糊综合评价方法，全面权衡各类相关因素，诸如成本考量、交通便利性及环境影响等，从而确定出最佳的选址位置。一般情况下，模糊综合评估的结果通常会揭示出一个甚至多个最为适宜的选址方案。然而，为确保工厂能够安全、稳定地运营，仍需要对备选方案开展深度风险评估，以确认其是否完全符合各项安全标准。经过一系列分析和评估过程，有信心确保工厂的选址实现经济效益最大化的同时，承担环境保护与社会责任方面的要职，进而为推动区域经济发展作出应有的贡献。

2、关键技术步骤

2.1 根据数据需求获取不同的数据

根据本项目研究所需，明确研究区域所需相关数据（图3），需要从不同渠道获取不同类型的数据，建立数据库。空间数据采用相关的地理信息网站下载，影响选址的因素多种多样，数据量大，比如影响选择的DEM数据、交通和水系要素、土地利用的相关数据、经济发展的相关数据，这些数据有矢量数据和栅格数据等，可利用地理信息管理技术对数据进行管理和分析，降低选址分析难度。

图3 PC构件厂址选择空间数据库

2.2 统一坐标系，并对数据进行分层处理

由于在研究中，数据处理前要统一所有数据的坐标系统，最好将所有不在一个坐标系下的矢量数据都转化为栅格数据后，再利用ArcGIS对进行插值、叠加等相关数据操作处理方法。ArcGIS的空间分析功能强大，操作者可对不同的数据分在不同的图层进行处理，比如空间数据和属性数据、颜色数据和纹理数据等分在不同图层，在数据可视化和操作处理中都会体现很大的优势。利用软件对图层的分类管理工程，针对不同情况，对数据分类处理和叠加处理。

3、浙江省某工厂选址案例

3.1 某工厂选址可行区域

本文针对浙江省某装配式工厂选址规划中的用地空间分析，最终筛选出了最具可行性的3个选址点来配置某工厂的项目，具体如图4所示的结果。在得出现有的选址点基础上，需要进一步开展选址决策的模糊综合评估工作，以便确定出最优解。

3.2 3个选址点模糊综合评价

3.2.1 建立因素集，分析各影响因素权重

本文建立因素集，分析各影响因素权重。集合记作U={Ui}={U1,U2，…，Un}。此处的Ui表示不同影响要素的独立性，即U的第i个影响因素。参考叶德胜、杜正春、张征宇的研究成果，结合对工厂选址的研究和实践经验，本文从诸多因素中挑选出了4个关键性的要素，并将其纳入影响因素集U中。这4个要素分别是城市基建、城市综合服务水平、环境条件以及应急能力。

为进一步量化各个因素的重要性，采用了专家打分和层次分析法等科学方法来确定不同因素的权重，将这些因素的权重记作W={W1,W2，…，Wn}。各评价因素及子因素权重（R）见表1。

图4 某工厂3个选址点

表1 各评价因素及子因素权重

3.2.2 建立评价集

在工厂选址中，评价指标设定为（优，良，中，差，最差）=（9,7,5,3,1）。对选址点①、选址点②、选址点③专家打分后，得出各自选址点的子因素得分矩阵，见表2。

3.2.3 模糊评估矩阵建立

通过对i个影响因素进行评估，得到判断矩阵，并对3个选址点进行模糊综合评价，得到变换矩阵（X)

依据多层次模糊综合评估理论框架，准确计算出更高级别的评价数值

由此，可以得出3个选址点的综合评价数值（F)

从上述的最终结果来看，3个选址点的得分是选址点②>选址点③>选址点①。

表2 3个选址点的自因素得分

4、结论

运用GIS进行装配式工厂的选址，主要是通过ArcGIS软件操作与开发对计算机中存储和管理的各种地理空间数据进行综合的空间分析，比如缓冲区分析、叠加分析等，通过对结果进行分析比对，再结合其他方面因素比如市场地价与相关文件政策进行选址综合评定。该方法能够获取操作分析的结果比传统方法要迅速，并且可以用图形和数字等方式直观地展示结果。

影响装配式工厂选址的因素不仅总类复杂，而且数据量庞大，GIS技术具备对复杂且海量数据处理的优势，在处理中可将空间数据、属性数据分图层处理和操作，对选址问题进行分析就相对清晰了。

GIS的空间分析功能较为成熟，可根据操作结果去提取关键信息，对不同图层分别实施单独操作与控制。结合对各专题图层的分析，确定具体位置，对选址区域进行分析，提高决策效率，实现决策的科学化。

将地理信息系统（GIS）的数据管理功能应用在建筑工程领域，充分发挥其海量数据的管理与服务能力，未来GIS在建筑工程领域大有可为，以后可拓展到桥梁工程及其他土木工程领域，为工程项目的海量数据管理作出贡献。

为确保决策过程严谨性和科学性，本文遵循了工厂选址的基本原则，并应用GIS空间分析技术，以更客观的方式分析可能影响工厂选址的各种内外部因素。结果表明，该方法能够为决策者提供详实的信息支持，降低选址失败的可能性。但在研究过程中，仍旧发现了一些需要改进的地方。一方面，本文考虑的工厂选址影响因素较少，只有3个。但实际上，影响工厂选址的因素多种多样，还涉及地方土地规划、周边市县的经济发展情况等。因此，计划在未来的研究工作中加以完善分析的框架，以便从更加全面的角度审视这个问题。另一方面，本文在打分环节采取了专家法，虽然在一定程度上避免了个人经验选址的主观性，但如何提高专家打分的可靠性是日后完善的关键之一。相信通过合理使用GIS空间分析及模糊综合评判，能够为工厂选择出更加合适的选址，从而确保工厂平稳发展。

5、展望

通过对装配式建筑构件构件工厂进行选址研究，选出适宜区域作为选址目标，降低了研发成本，而且可以缩短运输距离，提高运营期的效率。推动整个区域装配式建筑工厂在城市规划中的合理布局，有利于协调安排和规模化生产，对整个PC构件厂的发展和行业具有实际指导作用。

为区域的经济发展和产业发展有利好影响。基础设施的合理的地址规划，影响整个城市的风貌和经济协调发展，可形成带动整个区域规模化发展的模式，从而推动装配式建筑产业的良性循环和“生态”工业模式，从而实现为碳达峰碳中和贡献力量。

参考文献:

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