Model Builder在山地城镇控规用地适宜性评价中的应用*——以重庆巫山县江东组团控规为例

李和平　王 卓

Model Builder在山地城镇控规用地适宜性评价中的应用*——以重庆巫山县江东组团控规为例

李和平王 卓

针对山地城镇特殊的地理环境，选取地形、交通、地质灾害、水环境、建设现状等多个指标因子，运用Model Builder可视化、流程化的建模功能，建构高效实用的山地城镇控规用地适宜性评价模型，并将这一模型应用于重庆市巫山县江东组团控制性详细规划中。这一过程将复杂的评价工作通过Model Builder流程图的形式简化并直观地呈现出来，提高了评价工作的效率和精度，有助于科学、高效地引导山地城镇建设。

山地城镇；Model Builder；控规；用地适宜性

0　引 言

我国是一个多山的国家，山地占了全国陆地面积的 2/3以上[1]，山地城镇的建设直接关系到我国经济社会的整体发展和“生态文明”①建设的进程。山地城镇地形复杂，其生态敏感性和用地资源稀缺性等问题决定了山地城镇的规划布局必须适应山地特征[2]。因此，在落实城镇总体规划意图的控制性详细规划阶段，进行合理高效的用地适宜性评价理应成为山地城镇规划建设的一项常态化工作。

以往的用地适宜性评价过程主要包含指标因子的确定、因子权重赋值、多因子栅格加权汇总等一系列繁杂工作，步骤多且工作量大，往往容易出现操作性失误。为了提高工作的效率和精度，简化流程，本研究引入ArcGIS的Model Builder模型编辑器功能[3]，制作评价工作流，通过有序的步骤将多个处理过程连接在一起，环境变量与数据源参数可结合不同的实际项目特征灵活调整，实现将复杂的评价过程转化为平台性操作的目的，同时方便指标数据的多次校核，以期提高用地适宜性评价工作的效率和精度。

* 国家“十二五”科技支撑计划项目

（2012BAJ15B03）

李和平： 重庆大学建筑城规学院，山地城镇建设与新技术教育部重点实验室，教授，博士生导师

王 卓： 重庆大学建筑城规学院，硕士研究生，zhuonar1213@126.com

1　相关概念及研究现状

1.1Model Builder

Model Builder是ArcGIS平台为设计和实现空间处理模型所提供的一个图形化、流程化的建模功能[3]，通过Model Builder将土地变更数据检查过程全部或者部分模型化，可以极大地提高数据处理的效率，而且大大降低了人工处理的失误概率，使得操作人员将时间和精力集中于加强数据的质量审核等方面。

1.2用地适宜性

用地适宜性是指由土地的水文、地理、地形、地质、人文等特征所决定的土地对特定地理环境的适应性程度[4]。用地适宜性分析引导人们按照土地的内在适宜方向进行开发[5]，对合理利用土地，提高土地的社会价值具有重要的意义。

1.3国内外研究历程及现状综述

用地适宜性评价最初的科学分析方法是由美国宾夕法尼亚大学教授麦克哈格（Ian McHarg）在1969年提出，他在《设计结合自然》一书中指出，应当完善以生态因子调查、分析、评价和图纸叠加技术为核心的生态规划方法[6]，即千层饼模式[7]。在此之前，希尔（Angus Hills）在1961年出版的《土地使用规划的生态学基础》以及后来刘易斯（Philip Lewis）在1969年出版的《面对人类影响的区域设计》等经典著作中均介绍了从垂直层面进行各项环境因子综合分析的方法，目前常用的生态敏感性评价法即属于这类方法体系。1976年，FAO（联合国粮食及农业组织）发表了《土地评价纲要》，成为土地适宜性分类及其评价体系确立的重要里程碑。1993年，FAO又颁布了《可持续土地管理评价纲要》，要求评价者要更多关注保护自然资源的潜力、防止土壤潜力退化、水资源安全等问题[9]。近些年，国外用地适宜性评价多是从可持续发展和生态保护的角度出发，从手工绘图发展到应用ArcGIS技术建立城市用地数据库、空间分析、计算机制图等，评价理论和实践日趋成熟。

我国对用地适宜性评价的研究主要始于20世纪80年代，当时FAO《土地评价纲要》的引入推动了我国相关研究的发展，并逐步形成了两个全国性的土地资源评价体系，一个是参照美国的土地潜力分类而拟定的用于全国第一次土壤普查的土地资源评价系统，另一个是中科院拟定的五级土地资源分类系统[9]。后来，随着ArcGIS技术的普及，用地适宜性评价出现了新的机遇，研究区域开始从全国性的大尺度土地资源普查逐步过渡到省、市、自治区的中、小尺度的区域及城市土地利用规划等实际需求。相关研究主要集中于平原地区，对于山地这一特殊的地理单元，用地适宜性评价在实际项目中的应用相对较少，比较有代表性的是黄光宇教授在富川县总体规划研究中考虑了10个生态因子叠加分析，这在山地城市规划中是不多见的。同时，由于基础资料的匮乏及资料获取来源的差异，国内尚未建立一套较为完善且得到普遍认可的规划用地适宜性评价指标体系[10]。近年来，伴随ArcGIS技术的深度开发，Model Builder流程化建模工具可以将多个数据处理过程连接在一起，同时保证环境变量和输入数据参数的可变性，对于目前尚未统一定论的用地适宜性评价指标的重复检验提供了方便。

2　基于Model Builder的山地城镇控规用地适宜性评价

2.1山地城镇控规用地适宜性评价指标体系

2.1.1评价指标的选取

和平原地区相比，山地城镇控规用地适宜性评价指标的选取应当尊重山地特殊的地理环境，综合考虑多方面的因素[8]。

（1）评价指标的普适性

基础资料的收集是评价工作开展的基础[11]，在选取评价指标时，应当考虑能否从相关规划部门直接获取，这样评价工作才有普遍适用的价值。一般可以获取的资料包括现状地形测绘CAD、地质灾害评估报告、水文资料、控规已发件用地（准现状用地）、现状道路及控规拟建城市道路等。因此，在指标选取时，应优先考虑这些指标因子对控规用地适宜性评价的影响。

（2）定性与定量分析结合

用地适宜性评价工作的目的在于指导城市的合理布局，而不是束缚城市的发展。在进行指标的选取时，难免有人为定性判断的因素存在，因此在进行指标评估时应当尽可能征求更多的专家及部门意见[12]，通过定性判断与定量检验相结合的方法让评价结果尽可能接近客观实际。

评价指标的选取应当尊重地方的技术规范及城市发展规律，同时满足控制性详细规划的编制特征及要求。对于现状已有的居民点、在建道路以及控规已发件的用地，应当尽量保留，以保证后期规划能够顺利实施。

综合考虑以上因素，本研究在专家分析讨论的基础上采用层次分析法②（AHP）拟定了3个指标因子层级。其中，一级指标包含自然地理和社会经济。在此基础上，自然地理一级指标至少涵盖地质灾害、地形和水环境因子等二级指标；社会经济一级指标至少涵盖建设现状、交通因子等二级指标。进一步细化三级指标，可得到指标因子层级化评价体系（图1）。

2.1.2指标因子判断矩阵

考虑某一层级有n个指标因子，记为集合i={1，2，…，n}，在同一层级间进行指标因子重要度比较，获得判断矩阵A。判断矩阵中的度量值依据T.L.Saaty提出的比较度量法获取[9]，具体公式如表1所示。

其中，必须满足aij=1/aji（注：i、j=1，2，…，n；i≠j）表示表示第i个因子与第个j因子的重要度之比，重要度之比划分为九个等级，绝对重要为9、十分重要为7、比较重要为5、稍微重要为3、同样重要为1，在相邻重要度之间插入8、6、4、2，从而得到1—9这九个度量级，反之则为其倒数。

2.1.3指标因子权重排序与量化

针对研究中各个层级中指标的相对权重，采用方根法求解后的归一化特征向量和特征值[8]，直至符合一致性检验为止，各个评价因子的权重排序即为所求出的特征向量。

中国共产党成立97年以来，始终将意识形态建设作为党的核心工作内容之一。特别是改革开放以来，党在稳步推进社会主义各方面建设的同时、始终牢牢把握党对意识形态工作的坚强领导并相继提出了一系列重大理论创新，为社会主义事业的繁荣发展提供了稳定文化环境。当前，中国特色社会主义事业发展步入新时代，更需要牢牢坚持好党对意识形态工作的绝对领导，为实现中华民族伟大复兴的中国梦奠定更加坚实的文化根基。

图1　山地城镇控规用地适宜性评价框架Fig.1 the framework for ecological suitability assessment of land use in mountain cities

表1　指标因子判断矩阵Tab.1 the judgment matrix of index factor

2.1.4判断矩阵一致性检验

一致性检验本质上是对经过专家研究判断所给出的权重值矩阵进行合理性程度的检验。首先，计算一致性指标CI=（Kmax-n）/（n-1），进而得到判断矩阵相对一致性指标CR= CI/RI，以CR作为最终一致性检验的指标，当CR＜0.1时表示判断矩阵具有满意的一致性。式中，RI为平均随机一致性指标[8]，对应不同矩阵阶数n的某一常数可查表获取（表2）。

若CR＜0.1，则认定判断矩阵符合一致性要求，否则需要根据结果对判断矩阵进行局部微调后，再次进行相对一致性检验，如此反复多次直至符合检验要求为止，由此得到的各层级指标因子的权重值更为客观合理。

2.2基于Model Builder的用地适宜性评价模型构建

2.2.1指标因子栅格加权汇总——初步评价

通过对用地适宜性评价叠图原理的分析，结合Model Builder的流程图功能，将初步评价模型划分为以下4个主要环节（图2）。

（1）指标因子栅格评价单元的创建

首先，考虑到各指标因子在不同空间区域的差异性和复杂性，为使评价结果更为精确，需将整个研究区域划分成若干个小单元，即评价单元[13]。研究采用栅格像元作为评价单元，即第一步将所有指标因子转换为像元大小相同的栅格数据，得到统一的评价单元。

表2　RI平均随机一致性指标常数表Tab.2 the average random consistency index RI constant table

图2　基于Model Builder的用地适宜性评价初步模型Fig.2 the preliminary model of the ecological suitability evaluation based on the Model Builder

图3　基于Model Builder的用地适宜性评价最终修正模型Fig.3 the final correction model of ecological suitability evaluation based on Builder Model

（2）指标因子归一化处理

由于不同的指标因子包含的空间信息不同，在进行因子叠加之前，需要将所有的因子信息按照其对用地适宜性的作用程度进行分级[14]，本研究将其统一分为1—5级，1级表示最不适宜建设，5级表示最适宜建设，由此得到标准统一的因子评分栅格数据。

（3）因子栅格加权汇总

基于判断矩阵得到各指标因子权重值，对同一层级的多种指标因子进行加权汇总[15]，本研究仅对三级指标因子（初步拟定10个）进行分析，反映到地理空间上即为对不同的因子评分栅格进行叠图运算。

（4）用地适宜性分级

加权汇总得到的用地适宜性评分为连续的区间值，需要进行重新分级。本研究将评分等级划分为1—6级，分值越高表示适宜建设的程度越高。

2.2.2特殊指标因子修正——最终评价

在控制性详细规划中，已发件用地等作为准备实施的项目，属于特殊指标因子。在初步评价得到的用地适宜性分区的基础上，应当结合各个地方的发展实情，通过与相关部门沟通协商，明确是否叠加已出让的发件用地对初步评价的用地适宜性分区进行最终修正。如若考虑叠加发件用地，需进一步完善评价的最终流程，主要包括两个环节（图3）。

（1）发件用地叠加

在考虑叠加发件用地修正的前提下，已发件用地宜作为适宜建设用地覆盖栅格叠图得到用地适宜性评价初步结果。在此引入“为空”与“条件函数”相结合的布尔运算，提取得到优化后的用地适宜性栅格分区。

（2）用地适宜性评价用地统计

对以上用地适宜性栅格分区进行要素转换得到矢量分区数据，再结合初步评价所确定的1—6等级划分，分别对应得到禁止建设用地、不适宜建设用地、有条件限制建设用地、比较适宜建设用地、适宜建设用地和最适宜建设用地6种类型，进一步汇总统计得到不同适宜性等级用地所占比重，从而指导山地城镇控规用地布局及下一步指标细化。

3　重庆巫山县江东组团控规用地适宜性评价应用

3.1研究区域概况

巫山县是重庆市东部门户，地处长江三峡腹心（巫峡），位于重庆与湖北的交界处，西与奉节县交界，西北与巫溪县接壤，南部和东部与湖北建始、巴东两县为邻，东北部毗邻国家自然森林保护区——神农架（图4）。

本次研究范围江东组团位于巫山大宁湖东岸，与巫山新县城隔水相望，北起龙门桥东侧，南至巫山长江大桥北侧，库岸线全长3.8km，面积约2.8km2，为重庆“长江三峡国际旅游黄金带”发展策略的重要启动项目。

3.2评价指标的选取及权重量化

江东组团控规用地适宜性评价采用研究所确定的3个指标因子层级。考虑到山地城镇自然地理环境对用地适宜性的影响较大，故一级指标在重要性程度上自然地理要明显高于社会经济。二、三级指标的选取及权重判断如下。

3.2.1二级指标的选取及权重判断

在规划编制过程中，自然地理所涵盖的二级指标主要是从巫山县江东组团现有地质灾害评估报告、现状地形测绘图、水文报告等资料中获取。其中，地质灾害直接关系到基本的民生安全问题，其重要性明显高于其他因子；进一步比较地形与水文因子，分析发现江东组团用地起伏较大（坡度在0～40°以上不等），而水文主要考虑用地西侧大宁湖水库岸线的影响，规划区内基本没有河流水系，因此地形因子重要性高于水文因子。

社会经济涵盖的二级指标主要来源于相关部门所提供的发件用地和现状居民点、道路测绘CAD等资料，研究将其分为建设现状因子和交通因子2大类。考虑到建设现状直接关系到土地利用规划，因此其重要性高于交通因子。在以上指标权重排序的基础上，通过专家打分论证计算得到各指标具体权重值，相对一致性检验分别为CR1=0.0012＜0.1和CR2=0＜0.1，均满足校核要求。

3.2.2三级指标的选取及权重判断

地质灾害指标主要包含滑坡影响和地灾危险性分区2个三级指标因子，其中山体滑坡区域为禁止建设用地，相对地灾危险性分区，其重要性更为突出。地形指标主要考虑高程、坡度和坡向，分析发现地表坡度起伏程度较大，对控规用地布局及路网设计的影响明显高于高程及坡向，故其权重占比相对较大。建设现状指标主要涵盖已发件用地和现状居民点，作为控规已批复出让的发件用地，其权重值理应高于现状居民点因子。交通因子主要考察控规在建城市道路和现状已有的村道，在建城市道路作为规划已实施的工作，其重要性应高于现状村道。综合以上分析，同样通过专家打分论证得到各指标具体权重值，相对一致性检验指标CR均小于0.1，满足校核要求。

图4　巫山县区位及实景示意Fig.4 the location and photos of Wushan County

同时，三级指标因子应进一步细化空间信息，并根据其对适宜性的贡献程度进行分级打分。其中地灾危险性分区为地灾勘测院实测所得的致灾地质体稳定性，划分危险性小、危险性中和危险性大3个亚区，分别对应5分、3分和1分；地形因子中的坡度、高程及坡向结合巫山县道路交通及市政建设相关规范，划分出5个亚区；其余三级指标多采用欧氏距离计算，同样划分5个亚区，分别对应1—5级分值（表3）。

3.3Model Builder用地适宜性评价模型应用

3.3.1三级指标因子栅格加权汇总——初步评价

基于Model Builder建构的初步模型，对现状已掌握到的不同因子矢量要素类进行栅格数据转换，统一设置7.5×7.5m的栅格评价单元，运行模型自动得到三级指标因子栅格图谱，加权汇总生成用地适宜性评价栅格数据（图5）。

3.3.2现状发件指标因子修正——最终评价

（1）发件用地叠加

江东组团现状已发件用地包括两处移民安置区、一处小高层滨水商住区和县中医院用地。通过与相关部门沟通协商，得知这些用地都已明确出让用途，相关部门建议将其划为适宜建设用地。因此，规划将该发件用地和以上生成的用地适宜性评价栅格数据导入Model Builder修正模型，运行得到最终评价的矢量数据。分析结果可知，条件较为恶劣的用地主要分布于控规范围内的西北部与西南部，即山体滑坡及库岸地带；已发件用地及其周边地区用地条件较好，中部地区多为比较适宜建设用地。

（2）用地适宜性评价用地统计及相关建议

计算生成用地适宜性评价矢量数据的几何面积，得到各类用地面积及相应的占比。总体来看，比较适宜建设用地及其以上等级用地面积约占总量的47.88%，说明控规范围内有将近一半的用地需要进行场地优化后，才能作为合理的建设用地进行出让。

图5　三级指标因子栅格图谱Fig.5 the grid map of third level index factor

表3　指标因子分层权重一览表Tab.3 a list of weighting of index factors

图6　巫山县控规用地适宜性评价最终结果Fig.6 the final results of ecological suitability assessment of land regulation in Wushan County

进一步分析可知，有条件限制建设用地与比较适宜建设用地中间等级用地明显居多，可见绝大部分用地具有整治优化的可能。对于条件较好的适宜建设用地，主张优地优用，在控规编制过程中可结合实际情况提高此类地块的开发强度及建筑限高；同时，对于条件较差的不适宜建设用地，可作为生态景观廊道或广场、公园等开敞空间打造，在保障民生安全的同时，也营造良好的生态环境（图6）。

4　结 语

生态文明建设背景下，山地城镇控规用地适宜性评价的目的在于指导城镇建设适应自然生态规律，合理高效地利用有限的山地空间资源，尽可能避免城镇化进程中可能发生的风险和负面影响。

借助ArcGIS—Model Builder自动化、流程化处理复杂数据的优势，用地适宜性评价工作可以更加快速精准地实现指标因子属性与地理空间环境的对接，让复杂的分析过程变得平台化、高效化，大大缩减了评价工作所需的时间，有助于科学地引导山地城镇的建设与管理，实现自然生态与人居环境的和谐发展。

注释：

① 2015年5月5日，《中共中央国务院关于加快推进生态文明建设的意见》发布。2015年10月，“十三五”规划的十个任务目标出台：保持经济增长、转变经济发展方式、调整优化产业结构、推动创新驱动发展、加快农业现代化步伐、改革体制机制、推动协调发展、加强生态文明建设、保障和改善民生、推进扶贫开发。其中，加强生态文明建设（美丽中国）首度写入五年规划。

② 层次分析法（AHP）是美国运筹学家T.L.Saaty教授于20世纪70年代提出的一种应用于网络系统理论和多目标综合评估的分析方法。

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图表来源：

图1-6：作者绘制

表1、表3：作者绘制

表2：徐家涛. 基于Model Builder的低丘缓坡地建设适宜性评价方法研究与应用[D]. 昆明：昆明理工大学, 2015.

（编辑：袁李姝）

Application of the Land Suitable Evaluation Based on Model Builder in Mountainous Cities’Regulatory Detailed Planning—A Case Study of Regulatory Detailed Planning in Jiangdong District, Wushan County, Chongqing Municipality

LI Heping, WANG Zhuo

In view of the special geographical environment in the mountain cities, it chooses the index factors such as terrain, traffic, geological disasters, water environment and construction situation, adopts the visualized and streamlined modeling function of Model Builder to construct efficient and practical mountain town regulatory land suitability evaluation model, and applies the model into the regulatory detailed planning in Jiangdong District, Wushan County, Chongqing City. This process presents the complicated evaluation simply and visually by Model Builder, promotes the efficiency and accuracy of the evaluation, and guides the mountain city construction scientifically and effectively.

Mountain City; Model Builder; Regulatory Detailed Planning; Land Use Suitability

10.13791/j.cnki.hsfwest.20160303

李和平, 王卓. Model Builder在山地城镇控规用地适宜性评价中的应用——以重庆巫山县江东组团控规为例[J]. 西部人居环境学刊, 2016, 31(03)： 17-23.

TU984

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2095-6304(2016)03-0017-07

2016-04-20