基于AHP与GIS技术的PC构件厂选址——以武汉市汉南区为例

王淑嫱， 胡婉薇， 卢仲兴

(1. 湖北工业大学 土木建筑与环境学院， 湖北 武汉 430068； 2. 中建三局绿色产业投资有限公司， 湖北 武汉 430056)

装配式建筑以资源浪费少、节能环保、质量优、建造周期短等特点成为我国建筑业转型升级的重要方向。住建部在2017年印发的《“十三五”装配式建筑行动方案》中明确提出，到2020 年，全国装配式建筑占新建建筑的比例达到15%以上，并对不同地区做了具体要求。各级政府也根据实际情况制定了相应的地方政策。在政策的引导和大力推动下，装配式建筑市场不断扩大，装配式建筑产业链中“生产”环节建设力度较大，2017年建设部认定了195个企业作为第一批装配式建筑产业基地。预制混凝土(Precast Concrete, PC)构件厂作为生产主要预制构件的基地，如何科学有序的建设成为极大的挑战，既要满足紧迫时间节点下的市场需求，又要避免投资过剩造成浪费。因此对PC构件厂进行科学合理的选址是发展装配式建筑亟待解决的问题。

关于PC构件厂选址的已有研究中主要应用BP神经网络、灰色聚类与预测和层次分析法(Analytic Hierarchy Process, AHP)进行分析。如Yao Gang[1]运用BP神经网络，综合考虑地理位置、地形地貌、土地规模、运输设施、原材料和劳动力等9个因素，建立厂址的评价预测模型；仇国芳[2]使用C-OWA算子和灰色聚类方法，以产业环境、社会经济环境、基础设施条件和可持续发展四个维度为基础建立决策模型；胡韫频[3]通过灰色预测法对未来影响预制构件生产基地选址的因素进行预测，要求构件生产基地的土地购置和运营期内的运输费用之和最小，以此建立数学模型，得出区域内的最优解；罗倩蓉[4]选取了基础设施、经济因素、社会因素和政策因素为主要影响因素，通过AHP法建立指标体系，并针对上海市的三处候选厂址进行了实证。现有研究主要从经济学角度分析，且主观因素较多，构造的选址模型抽象，难以直观反映选址问题，选址的方法有待改进。

鉴于此，本研究拟通过运用AHP和GIS(Geographic Information System)技术为PC构件厂的选址提供一种定性和定量分析相结合的方法。首先在分析PC构件厂选址约束条件的基础上，利用专家调查和因子分析法构建影响选址的指标体系，应用AHP法计算各级指标权重；其次将可矢量化的影响因素应用ArcGIS软件进行缓冲分析，结合指标权重进行加权叠加分析，生成量化选址模型，确定最优选址区域。并以武汉市某公司PC构件厂选址的决策过程进行实证研究

1 基于AHP的选址因素及权重分析

1.1 PC构件厂选址约束条件分析

PC构件厂在建设、生产和运营阶段有其独特性，在规划选址时受下列因素影响大：

(1)PC构件厂的建设和经营对政策依赖较大。

PC构件厂投资额度大，以武汉市为例，建设年产能10万m3占地约200亩的PC构件厂投资规模超过1亿，其中土地成本超过30%，现阶段主要依靠土地优惠、规划奖励、专项资金扶持及产业和税收优惠政策来提高投资商的积极性。对于市场而言，现阶段主要以强制标准来扩大市场需求，通过装配式建筑面积、装配式建筑占有率、单体项目预制率等指标强制推行，通过容积率奖励、择优投标政策、成本核算政策等鼓励开发商采用建筑产业现代化方式建造项目，PC构件厂的经营状况对地方政策依赖较大。

(2)不同省市PC构件市场需求差异大。

我国装配式建筑的发展政策以重点推进地区、积极推进地区和鼓励推进地区加以区分，不同区域国家和地方政策有差异，市场需求差别也较大。部分地区已出现PC构件厂之间竞争激烈、设计产能过剩、产能释放率过低、经营不善等状况。对于新建PC构件厂，在考虑市场需求的同时也要理性分析潜在的市场占有率，所在区域是否已经存在供应过剩的现象或垄断的厂家。投资商应高度重视不同区域市场潜力的差异化。

(3)PC构件的生产和存储对场地要求高。

PC构件厂主要包括生产厂房、产品堆场、办公楼、宿舍及食堂等生产生活区域，厂房内生产线一般有预制混凝土生产线、固定模台生产线及配套搅拌站、钢筋加工车间。预制构件多为大型构件，厂房的布局需满足生产要求，厂房和堆场的面积较大，比例约为2∶1，大型堆场会拉低厂区的容积率，需要保证场地容积率符合当地建设指标；且构件在堆放及运输时要求厂区内场地平整，以防止构件因受力不均产生裂缝，影响质量。

(4)PC构件厂服务范围受限，且以公路运输为主。

PC构件在生产时，对原材料的本地化有要求：2018年2月，中国工程建设标准化协会在《绿色建材评价标准——预制构件》的征求意见稿中明确了PC构件评价指标要求，其中200 km内主要原材料使用率≥95%作为能源属性的评价指标之一。受限于此，PC构件厂的服务半径约为100 km。在对选址因素分析时应考虑这一特殊性。PC构件的运输主要以公路为主，大型构件对公路的可达性、通行能力和交通状况要求较高。

1.2 PC构件厂选址指标体系

在查阅整理相关文献的基础上，梳理影响选址的一般因素，综合考虑PC构件厂在生产、运输和经营阶段的特性，将各主要文献所涉及的选址标准归纳为4个维度的27个具体细项[1～9]。4个维度分别为政策条件、产业环境、经济因素和产业链间的影响，由于篇幅原因，文中略去了具体细项的内容及文献来源频次分析表。其次利用问卷调查和因子分析对主要指标进行筛选和优化。本次调查共发放问卷90份，回收有效问卷75份，有效回收率为83%。被访问者均有3年以上从业经验，包括政府主管部门人员、PC构件厂管理人员、装配式建筑EPC总包方和高校研究人员，分别来自于7个不同的单位。采用克朗巴哈 α 系数对调查数据进行信度分析，α 系数值为0.863，明显大于0.7，因此认为本调查问卷的结果可信。采取主成分分析法，整理后得到最终的4维度14项指标(如表1所示)。

表1 PC构件厂选址指标

1.3 PC构件厂选址指标体系权重确定

为确定PC构件厂选址因素的影响等级，应用AHP法确定上述指标权重[10]。采用问卷调查的形式获取信息，被调查对象和问卷回收情况与1.2中相同。问卷采用1～9标度法对4维度14项指标进行打分，利用yaahp软件计算出特征向量M，各判断矩阵归一化后得出相对权重Wi，通过反复对比调整并进行一致性检验，若CR≤0.1，表明矩阵具有令人满意的一致性，即模型是合理可接受的，结果具有可信度[11]。计算出的各评价指标的权重，如表2所示。

表2 目标层及准则层的几何平均值权重

1.4 选址评价指标分析

由表2可以看出，准则层中产业链间的影响对PC构件厂选址的影响最大，其次为经济因素、政策条件、产业环境。其中产业链间的影响指标层中，交通运输情况占比最大，交通便捷的区域适宜建设PC构件厂。在一定程度上，政策条件影响了经济因素的权重。由于政府政策推行的优惠政策和激励措施，在特定的区域鼓励装配式建筑的建造，对投资PC构件厂也有相应的优惠，比如土地出让金的减免、容积率方面的核算、设立专项研发基金以及在运输物流方面给予支持等，通过一系列减免优惠吸引投资商投资，在区域内造就一种良好的投资环境，推动装配式建筑的发展。区域内的生产量与市场需求的匹配度决定了企业的生存和发展能力，因此市场需求权重较大。产业环境中，指标层用地条件和场地满足生产需求权重较大，需要投资者考察区域环境后进行决策分析。

PC构件厂服务半径约为100 km，可服务范围内的市场需求潜力较为明朗，在未来装配式建筑市场需求不足的区域内应放弃投资，在市场需求较为充足的区域内应进一步详细论证。分析上述指标发现，在可服务区域内，政策、经济和潜在市场潜力等宏观因素基本一致，影响选址的微观因素可归纳为用地条件、场地条件、周围市场需求以及交通运输情况4个指标。在特定区域(比如武汉市)的选址可对这4个指标进行进一步比较分析。

2 基于GIS的多源数据处理

2.1 GIS技术在选址中的应用现状

GIS以其强大的空间分析能力广泛应用于各个研究领域，通过一系列的空间分析手段，对基本数据进行相应的处理获取新的信息，为决策者提供决策支持。将GIS技术应用于各类选址问题的研究较为成熟，如Hasan[12]在GIS环境下进行多准则决策来确定某区域的最佳垃圾填埋场位置；Noori[13]为解决旱涝灾害，应用GIS和多准则决策技术对大坝选择最佳建设位置；林俊雄[14]利用GIS进行空间分析，对城市消防站布局进行了合理的优化选址；张远翼[15]和赵小燕[16]将AHP法和GIS技术结合，分别研究了24 h便利店的选址和寿险公司的选址。综上所述，GIS在选址中的应用比较广泛，在已有文献中，未查阅到将GIS应用于PC构件厂的选址中。结合PC构件厂的选址特性，应用GIS技术进行进一步定量分析，为PC构件厂的选址提供技术参考。在确定各影响因素权重的基础上，提取出待进行空间分析的选址指标，应用GIS空间分析功能，将影响因素转化为GIS中的空间数据，得出PC构件厂最优化的选址区域。

2.2 地理分析指标确定

根据对影响PC构件厂选址指标的分析，提取出可矢量化指标有：用地条件、场地条件、周围市场需求以及交通运输情况，将上述4个指标转换为GIS信息进行分析(矢量数据的对应关系如表3所示)。

(1)用地条件：工厂用地属于建设用地，需要将用地条件转化为土地利用信息，即建设用地及其他用地信息，在ArcGIS中进行数据处理得到土地重分类信息；

(2)场地条件：利用GIS基础数据高程信息进行栅格处理，得到坡度信息，为下一步分析场地是否平整做准备；

(3)周围市场需求：在预制构件市场需求充足的大环境下，利用已有工厂信息分析同行之间的竞争关系；

(4)交通运输情况：转化为路网信息，包括高速公路、主要道路和二级道路信息。

表3 矢量数据对应表

2.3 数据处理选址过程

应用ArcGIS10.0中的筛选、缓冲区分级及重分类等功能对PC构件厂的选址进行分析，主要流程分为3步：(1)土地类型筛选：使用筛选工具将适合选址的土地类型筛选出来，创建新的图层，并对新图层进行符号化，便于观察；(2)缓冲区分析：将各指标的地理信息数据进行缓冲区分析，得到多环缓冲区；(3)叠加分析：将优势指标的地理信息分析结果进行加权叠加，得出选址分析结果图。具体流程如图1所示。

图1 ArcGIS分析流程

3 实证分析

3.1 基本概况

中建科技某公司是湖北省首个获评“国家住宅产业化基地”的企业，具有充足的资金链和成熟的产业链，2015年9月，该公司在武汉市新洲区阳逻经济开发区的PC构件厂正式投产，经营状况良好。湖北省将推进建筑产业现代化的目标分为三个阶段(示范期、推广发展期和普及应用期)，2025年底，混凝土结构建筑项目预制率要达到40%以上。为实现上述目标，武汉市提供多种优惠政策，包括土地出让金分期缴纳政策，外墙装配式部分不计入容积率核算，优先办理预售许可证，专项技术研发补助等。该公司已有的PC构件厂在未来远不能满足武汉及周边的市场需求量。为了顺应行业发展需要，并与已有生产厂形成互补，公司拟在武汉市汉南区投资建设另一个PC构件厂。汉南区(如图2所示)处于经济开发区的核心地位，拥有完整的配套措施和成熟的原材料市场，开发区内土地成本相对较低，具有优惠而稳定的招商引资政策。应用AHP与GIS技术对具体选址过程进行分析。

图2 汉南区区域图

3.2 选址方法与分析过程

根据实际情况，将提取出的4个地理信息指标设置缓冲区距离，GIS空间分析各指标信息如表4所示；结合指标权重进行空间分析，分析过程

如图3所示。

(1)土地重分类处理。如图3a所示，将土地利用细分为四个小类：水域、建设用地、公路用地及其他非建设用地[17]。从汉南区河流水域缓冲区分析图(图3b)可以看出，汉南区水源充足，水域在城区边缘，且东北部的水域较多，东南濒临长江，图中颜色越浅越远离水域，PC构件厂占地面积至少为150亩的建筑用地，应远离水域，避免构件生产过程对水源造成污染，并留有扩建余地。

(2)高程和坡度分析。在高程DEM数据的基础上，栅格化后绘制坡度图(图3c)，并将坡度进行缓冲分析，效果如图3d所示，得分较高的一级即颜色较浅的区域表示场地坡度较小，适宜性高。

(3)已有工厂的地理位置分析。目前在汉南区仅有一处PC构件厂，缓冲区分析结果(图3e)显示，颜色越浅越适宜选址。该区域内仅有的这一座工厂面积小且产能低，竞争力度较小，适宜建设新厂。

(4)运输条件分析。通过对汉南区的高速公路、主要道路以及二级道路建立缓冲区，结果输出如图3f所示。从图中可以看出，该地区的西南部

表4 GIS空间分析各指标信息

图3 GIS主要分析过程

以及东部有较优的道路条件，既方便构件运输，也满足与上游材料供应商的供输条件。从分析结果看，满足道路要求的区域覆盖面积不大，缩小了构件厂的选址范围，让选址位置更加精确。

(5)加权叠加分析。首先把矢量数据分析形成的结果图转换为栅格数据，在加权叠加命令中输入栅格图，将对应指标权重输入加权叠加表，进行加权叠加分析，得出结果图层(图4)，不同颜色代表的选址适宜度不同[18]，区域等级为1的是潜在最适宜选址区域，即红色区域。

图4 加权叠加分析结果

3.3 选址结果分析

根据加权叠加分析结果，可以得到3块潜在适宜建设区域，分别为A，B和C区域。其中A区域位于汉南区南部，邻近武监高速，但该区域占地狭长且相对窄小，相较于B，C区域优势不明显，再结合开发区政府用地规划和相关政策，最终将厂址定于C区域内，如图4中红色标记处，位于汉南区通江四路与幸福中路交汇处，西临纱帽大道。预计项目投产后足以辐射到以咸宁、赤壁、通山、崇阳、通城为主的鄂南地区及以潜江、仙桃、天门、钟祥为主的鄂西南地区。同时还能将运输半径扩张到河南信阳、湖南岳阳、江西九江及周边地区，可与已有工厂形成有效互补，满足公司区域布局战略需要。

4 结 论

PC构件厂的建设是装配式建筑发展的重要支撑，为满足市场需求并防止投资过剩对其选址进行科学合理的研究十分必要。与一般工程相比，PC构件厂具有对政策依赖较大、市场需求区域化差异大、对场地要求高和服务范围受限的特性。本文的主要研究方法和结论如下：

(1)通过AHP法确定了影响PC构件厂选址的各级指标体系及权重，由于PC构件厂有特定的服务范围，在特定选址区域内政策和经济等宏观因素基本一致，提取与产业环境和产业链间的影响因素做进一步具体选址分析，包括用地条件、场地条件、周围市场需求以及交通运输情况4类因素。

(2)应用GIS技术对上述可矢量化的因素进行空间分析，通过缓冲区分析和加权叠加分析结果确定出最优选址区域。并将该方法应用于实际案例中，结合用地规划和政策选出最适宜的新建PC构件厂厂址，既满足装配式建筑市场需求又可避免投资浪费。

AHP与GIS技术相结合的两阶段评价方法，使选址区域更加准确具体，实证表明可操作性和适用性强，为构件厂选址的科学决策提供了参考。