层次分析法在工程建设适宜性评价中的应用——以广州市某镇为例

古晓雯，邓钟尉，李志伟

(广州市城市规划勘测设计研究院，广东 广州 510060)

1 引 言

地质环境是城市规划建设的载体，如何避免地质灾害，高效合理地开发利用，是决定规划设计方案是否科学合理的主要因素之一。城市规划的几项原则：经济原则、安全原则、美学原则、整合原则、社会原则，其中前三项都与城市地质环境有着紧密的联系，只有对城市的地质情况有着非常清楚的认识才能有效降低城市建设的经济成本。

城市工程建设适宜性评价以定性和定量分析各项用地条件为基础，综合判别地质环境质量。城市工程建设用地适宜性评价要因地制宜，尤其要抓住对用地适宜性影响最突出的主导环境因素，重点分析与评价[1，2]。本文选取广州市某镇开展研究，在地质环境质量定量计算的基础上划分工程地质单元，判别工程建设适宜性。

2 研究区概况

研究区位于广州市北部，地貌以低山丘陵和冲积平原为主，东南部与中部形成北东-南西走向的低山丘陵，西部属广花盆地冲积平原，地势较低，地形较为平坦，地势总体自东南向西北倾斜。区内地质构造复杂，局部断裂发育，地层与岩石种类较多，从老到新依次有：中元古代片麻杂岩(Ptgn)、前震旦系云开岩群(PtY·)、石炭系下统大赛坝组(C1ds)和古近系宝月组(Eby)等。区内地质灾害和不良地质作用较为频繁，全区已查明的地质灾害点共51处，其中，崩塌37处，滑坡8处，泥石流4处，地面塌陷1处，地面沉降1处。地形地貌和地质灾害发育情况是研究区工程建设适应评价分区的主要影响因素[3]。

3 评价方法的比选

城市工程建设地质环境质量评价涉及多种因素、多层次作用，是空间综合决策的模糊性问题，目前应用较多的方法主要有：专家聚类法、因素比较法、多元统计判别、质量系数法等[4～6]。然而，这些方法大多带有较强的探索性，实用性有待加强。本文基于行业标准[7]方法及理念，综合采用层次分析法及多因子分级加权指数法定量分析评价研究区的工程地质环境质量，判定工程建设适宜性。

该方法的具体步骤如下：一是要确定各评价因子的重要程度，通过比较，得出各因子重要程度的定性判断；二是确定各评价因子的具体权重，以各因子的重要程度为基础，采用特定的数学模型，计算出各因子的具体权重；三是根据各因子的具体权重，运用加权指数和法对评价单元的地质环境质量进行量化分析评价。该方法的特点在于既能充分发挥加权指数和法的优势，又能减轻定权过程的人为性。

4 评价指标和体系

4.1 公式与判别标准

针对划分的评价单元，应用多因子分级加权指数和法，根据式(1)计算评价单元的适宜性指数(IS)。

计算结果采用百分制评分，分值越大，对应评价单元的地质环境质量越好。

(1)

式中：IS—适宜性指数；

n—一级评价因子总数；

m—第i项一级评价因子的二级评价因子总数；

4.2 评价体系

经专家综合研究，评选出研究区的一级因子层和二级因子层。其中，一级因子层主要包括地形地貌、水文情况、水文地质、工程地质、地质灾害、活动断裂和地震效应等；二级因子层是一级因子所包含的具体评价指标，如表1所示。

评价体系表 表1

4.3 权重的确定与一致性检验

(1)权重的确定

因子权重取值如表2所示。

因子权重取值 表2

一级指标权重采用层次分析法，根据权重判断矩阵确定。对功能区各因素相对重要性作出判断，这些判断通过引入合适的标度进行定量化，就形成了判断矩阵。判断矩阵表示上一层次的某一因素与本层次有关因素之间相对重要性的比较。功能区地质环境质量评价一级指标判断矩阵如表3所示。

地质环境质量判断矩阵 表3

地质环境质量判断矩阵中各要素{Kij}表示对上层因素Ak有联系的因素中，第i个因素与第j个因素相比较，对Ak因素的相对重要性。为增强判别的定量化，本文采用Saaty的标度方法，如表4所示。

判别矩阵标度及含义 表4

根据形成的判断矩阵，计算最大特征根值。最大特征根与特征向量的计算方法可用线性代数的方法算出所有特征根，找出最大的非零特征根及对应的特征向量。

={kij}n×n

经计算，该矩阵的特征向量为：ωk=[0.45，0.20，0.15，0.10，0.04，0.03，0.03]。

(2)矩阵的一致性检验

评价因子排序完成后，接着用随机一致性比率(CR)来判别层次排序的一致性，即CR=CI/RI<0.10时，认为结果有较好的一致性，否则要调整判别矩阵的取值。

式中：CI=(λmax-n)/(n-1)，为一致性评价指标；RI为平均随机一致性指标，用随机的方法形成500个样本矩阵，再分别以n=1～9为阶数，得到一致性指标CI的值，然后求平均值，即得到平均随机一致性指标，按下表取值。

RI值表 表5

经计算，CR=0.08<0.10，表明构建的地质环境质量判别矩阵的一致性满足要求。

各级指标权重表 表6

5 量化评价与分区

研究区工程建设适宜性的主要影响因素为地形地貌和地质灾害易发性，所以以地形地貌界线和地质灾害分区界线作为单元划分的基础边界，根据工程地质资料的类比性，采用 1.0 km×1.0 km的方格网对研究区进行单元划分，共分为152个细分单元，进一步对每个细分单元进行分析和评价。

根据上述过程对本区152个评价单元进行工程建设适宜性量化评分，得分主要在40分～80分，工程建设适宜性分区打分图如图1所示。

图1工程建设适宜性评价分区图

评价单元的地质环境质量类别按表7规定的判定标准进行分析和评价。

评判标准 表7

根据评分结果，依据表7的定量计算评判的判定标准，可将功能区划分为工程建设适宜区(Ⅰ区)、工程建设较适宜区(Ⅱ区)和工程建设适宜性差区(Ⅲ区)。

Ⅰ区：本区面积约39.22 km2，地质环境质量优良，主要分布研究区西部，地貌类型属冲积平原，地形较平坦，第四系覆盖层多由冲积成因的黏性土、砂土和淤泥组成，下伏基岩主要为碎屑岩，属地质灾害非易发区。

本区地质环境条件优良，是良好的建设用地，可进行合理开发，可规划布置各类建(构)筑物。若采用合理的基础型式与施工工艺，适宜建设各类工业与民用建筑、地下工程、市政管沟、道路等市政工程，但在基础开挖时需做好支护措施。

Ⅱ区：本区面积约56.36 km2，地质环境质量较好，主要分布在研究区西部冲积平原局部、中部和东部地区丘间冲积平原和较平缓的低丘地带，分为以下3个亚区：

Ⅱ1区：本区面积约5.23km2，地貌类型属冲积平原，地形较平坦，第四系覆盖层多由冲积成因的黏性土、砂土和淤泥组成，下伏基岩主要为碎屑岩，局部为灰岩。

本区地质环境条件较好，是较好的建设用地，可合理开发，规划布置各类建(构)筑物，但本区内局部岩溶发育，松软土层相对较厚，存在一定程度的岩溶地面塌陷和地面沉降危险性，应采取必要的工程防护措施。

Ⅱ2区：本区面积约28.96 km2，地貌类型以丘间沟谷为主，局部为低丘，地形起伏相对较大，沟谷第四系覆盖层多由冲积成因的黏性土、砂土和淤泥，坡残积成因的黏性土组成，低丘第四系覆盖层多由坡残积成因的黏性土组成，下伏基岩种类较多，包括碎屑岩、花岗岩和变质岩等，属非岩溶分布区。

本区地质环境条件较好，是较好的建设用地，可合理开发，规划布置各类建(构)筑物，但本区地形起伏较大，地形地貌较复杂，存在一定程度的崩塌和滑坡危险性，应采取必要的工程防护措施。

Ⅱ3区：本区面积约22.17 km2，地貌类型以丘间沟谷和低丘为主，地形起伏较大，沟谷第四系覆盖层多由冲积成因的黏性土、砂土和淤泥，坡残积成因的黏性土组成，低丘第四系覆盖层多由坡残积成因的黏性土组成，下伏基岩以变质岩为主，局部为花岗岩等，属非岩溶分布区。

本区地质环境条件较好，是较好的建设用地，可合理开发，规划布置各类建(构)筑物，但本区地形起伏较大，地形地貌较复杂，存在一定程度的崩塌和滑坡危险性，应采取必要的工程防护措施。

Ⅲ区：本区面积约59.79 km2，地质环境质量较差，地貌类型以低山丘陵为主，局部为丘间沟谷，地形地貌条件复杂，相对高差大，坡度大于30°。沟谷第四系覆盖层多由冲积成因的黏性土、砂土和淤泥，坡残积成因的黏性土组成，低丘第四系覆盖层多由坡残积成因的黏性土组成，下伏基岩以变质岩为主，局部为碎屑岩和花岗岩。

本区地质环境条件较差，是较差的建设用地，应严格控制开发强度。工程建设易诱发崩塌、滑坡和泥石流等地质灾害，为工程建设适宜性差区，不宜进行大规模工程建设。

6 结 语

地质环境是城市规划与建设的载体，也是地质灾害和不良地质作用发育和发生的载体，开展地质环境质量评价，判定工程建设适宜性，降低城市建设成本与风险，是实现科学化、精细化、品质化城市设计的有效手段，也是顺应自然规律的必然选择。本文以广州某镇为案例，采用层次分析法对地质环境质量进行定量计算，以计算结果为判别指标，分析研究区各地的工程建设适宜性，对同类项目具有一定的借鉴意义。