基于模糊物元模型的兰州市高新区土地集约利用评价

桑 梅，江 晶，吴振华，马鹏伟，徐文凤，朱飞飞

（1.甘肃农业大学 管理学院，甘肃 兰州 730070；2.兰州市自然资源局高新技术产业开发区分局，甘肃 兰州 730070；3.兰州市自然资源局安宁分局，甘肃 兰州 730070）

在区域城市化和工业化发展进程中，开发区现已成为城市与工业化发展的空间载体，可以说开发区的存在和当地经济的发展具有密切联系。对各地区而言，开发区可极大地促进当地的经济发展[1]，其在土地利用程度和强度上均高于其他区域，显示出极强的集聚效应[2]。但近年来，在政府发展经济和加大招商引资力度过程中，出现了开发区盲目批地现象，一味追求园区面积扩张，导致开发区内部土地利用结构严重失衡，土地利用面临严峻的空间和环境压力，土地供需矛盾日益突出[3-4]。而开展土地集约利用评价可对开发区土地利用状况进行全面调查，为开发区更加合理利用、管理土地和保证土地可持续利用提供一定方向[5]，为开发区扩区升级以及制定提高开发区土地集约利用水平的政策提供科学依据[6]。

土地集约利用最早由大卫·李嘉图（David Ricardo）等古典政治经济学家在地租理论中提出；随后约翰·冯·杜能（Johan Heinrich von Thunnen）在1826年提出了“农业区位论”的思想，奥古斯特·廖什（August Losch）在1940年提出了“市场区位论”，克里斯塔勒（Walter Christaller)在1933年提出了“中心区位论”等，这在一定程度上显现出了土地集约利用的思想[7]。国内诸多专家学者在西方早期对于农业利用研究的基础上，认为土地集约利用是在一定的土地面积上提高土地投入，以获得产出最大化的一种土地开发利用方式[8]。进入21 世纪以来，我国对于开发区土地集约利用评价方法也逐渐多样化，包括数据包络模型[9]、BP 人工神经网络模型[10]、主成分分析法[11]、DEA 模型[12]、云模型[13]、分层线性模型[14]等。而常见的评价方法多通过综合分值分等定级确定评价对象的等级水平，因此容易忽视评价指标间的信息，以及评价等级的稳定性；而模糊物元模型更强调域的概念，更能说明研究对象是否处于向其他等级转化的状态[15]。

本文在深入研究土地集约利用内涵及评价工作基本理论观点的基础上结合其他相关研究成果，对比现有开发区土地集约利用评价方法和模型，最终选取模糊物元模型对兰州高新技术产业开发区开展实证研究，并辅以多因素综合评价法进行对比验证，旨在更加合理准确地评价其土地集约节约利用水平。

1 数据来源与研究方法

1.1 研究区概况

兰州高新技术产业开发区（简称“兰州高新区”）地处甘肃省省会城市兰州的中心地带，具有独特的地理位置和发展优势，属于黄河冲击而成的河谷川地，与黄土高原、青藏高原、内蒙古高原交错汇接，黄河自西向东穿过开发区北部。兰州高新区是1991年12月国务院首批设立的27 家国家级高新技术产业开发区之一。1995年1月，国家科委对其区域范围和控制面积进行了适当调整，并在2005年与建设部共同审核之后给予公告，兰州高新区新建区分为西区和东区，控规面积为14.96 km2，其中政策区面积为4.7 km2[16]。目前，兰州高新区主要包括政策区、西区（马滩区）、东区（雁滩区）和发展方向区（榆中园区）四个区块。

1.2 数据来源

本文选取兰州高新区作为实证研究对象，利用模糊物元模型与多因素综合评价法评价结果进行比较，更加准确地评价兰州高新区土地集约利用水平。兰州高新区属于产城融合型开发区，本文主要从主区和发展方向区两方面进行评价，所需指标数据时间节点为2021年12月31日，主要数据由兰州市自然资源局高新技术产业开发区分局和高新区管委会提供。

1.3 物元分析模型

20 世纪80年代，中国学者蔡文教授提出了物元分析模型[17]，此模型应用范围较广，主要目的是用来研究多个不相容因子事物的规律与方法。土地集约利用是土地粗放利用的相对概念，是一种高效集约可持续的土地开发和利用方式；但土地使用形式自身存在模糊特点，加之在其集约化利用评价中，评价内容与其使用程度相关，还涉及土地开发程度以及投产、监管等。由于上述评价指标之间互不相容，因此，以物元分析模型对土地的集约化使用水平进行评估高度可行。

1.3.1 构建模糊物元模型

对土地集约利用程度进行物元分析，首先需要构建物元模型W=（O，D，Val）；该模型中，O代表不同的土地集约利用对象；D代表不同的土地集约利用对象所具备的特征向量；Val代表不同对象所具备的特征向量所对应的值。假设特征向量值Val所对应的是一个区间，而不是一个具体的值，则具有模糊性。如果土地集约利用对象具备n个不同维度的特征向量D1，D2，D3，…，Dn，以及不同特征向量对应的模糊向量值区间，那么W就是土地集约利用对象的n维模糊物元。由m个土地集约利用对象（O=1，2，…，m）包含的n维物元，组合得到土地集约利用对象的复合模糊物元Wmn表达式如下所示：

1.3.2 确定土地集约利用水平的经典域及节域矩阵

土地集约利用水平的经典域模糊物元表达式如下所示：

式中，Woij代表经典域模糊物元；Loj表示土地集约利用水平的第j个评价等级；Di表示特征向量i=1，2，…，n；Valoij指第i个特征向量对应等级j的区间范围（uoij，voij），也就是经典域的范围。

土地集约利用水平的经典域复合模糊物元矩阵的表达式如下所示：

土地集约利用水平的节域模糊物元矩阵表示为：

式中，Wp代表土地集约利用水平的节域模糊物元；Valpi代表土地集约利用水平的节域模糊物元关于第i个特征向量Di的范围区间（upi，vpi）。

1.3.3 确定土地集约利用水平的关联函数及关联度

土地集约利用等级的关联度表达式如下：

式中，F（ci）j为第i项指标相对于第j土地集约利用等级的关联度。

式中，ζij（ai，Voij）为点ai与对应特征向量有限区间Voij=[uoij，voij]的距离；ζpi（ai，Vpi）为点ai与对应特征向量节域有限区间Vpi=[upi，vpi]的距离；|Voij|=|voij-uoij|；ai为待评价土地集约利用模糊物元的量值，Vpi是节域模糊物元的量值范围，Voij为经典域模糊物元的量值范围。

1.3.4 计算综合关联度，确定评价等级

综合关联度确定土地集约利用水平评价对象To（o=1，2，3，…，m）的集约等级：

式中，Fj（To）代表综合关联度；Wi为各评价指标的权重；f（Di）j代表关联度。由max[f（Di）j]表示土地集约利用等级；由综合关联度Fj（To）表示评价对象属于土地集约利用标准等级。如果土地集约利用等级值为正，其取值越大表示该评价对象越稳定；取值变小表示该评价对象容易向次等级进行转化；当两者之间的数值更加接近时，这两者之间实现转化的可能性就越大。如果等级值为负，则表示此评价对象不在设定的标准范围等级内，只是向最大值所对应的等级转化。

1.4 指标权重确定

是否实现土地的集约高效利用，应通过土地集约利用度分值来体现。得分越高，则表明土地集约利用程度越高；得分越低，则表明土地集约利用程度越低[18]。权重直接影响每一个因素对于土地集约利用度分值，因此确定指标权重是进行综合评价的重要前置环节，也是合理评价土地集约利用的基础。灰色关联度分析法以发展趋势分析样本，而且对于样本数量要求不大，在实际分析中无须借助典型样本推向一般得出相应规律，以少量计算为前提展开客观加权和赋值。使用此方法展开分析的核心要素是对关联度展开计算，按照两系统内关联因素和时间差异，分析不同对象变化过程中存在的关联程度以及度量其大小，确定步骤如下。

1.4.1 构建“参考序列”

根据实际数据进行矩阵的构建，在矩阵中Xnm是指对第n个评价对象实现通过m个指标对该对象进行评价，根据实地数据构建的初始矩阵如下:

1.4.2 指标标准化

正向指标：

负向指标：

式中：X'ij代表所对应的实际标准值，Xij表示所对应的原始值；Xjmax代表所对应的原始最大值，Xjmin代表所对应的原始最小值。

1.4.3 灰色关联系数计算

关联系数通常用来表示系统发展的整个过程中各因素影响程度，使用（S，Г）记作关联空间，rij作为子因素xij（i=1，2，…，n；j=1，2，…，m）和母因素（参考序列）x'oj（j=1，2，…，m）的灰色关联系数则有：

式中：ζ 代表分辨系数，取值范围0＜ζ＜1，常取ζ=0.5；mixnmixm|x'oj-x'ij|代表双层式绝对差值的最小值；maxnmaxm|x'oj-x'ij|表示双层绝对值的最大值。本文中，x'ij代表标准指标，i=1，2，…，n；j=1，2，…，m。当产生负向效应时，x'oj取最小值为母因素指标；当产生正向效应时，则x'oj取最大值。

1.4.4 灰色关联度计算

计算过程中，将r1j，r2j，…，rnj的指标关联度考虑其中，采用下式来反映第j个指标在整个指标中所占的比重：

1.4.5 权重确定

1.5 多因素综合评价法

综合评价值按照下述公式计算：

公式中：Si代表第i个序列评价对象的综合指数，x'ij代表相对应的标准值，Wj代表相对应的指标权重，i代表评价对象具体个数，j代表指标具体个数。

2 结果分析

2.1 土地集约利用评价指标体系构建以及经典域和节域的确定

2.1.1 土地集约利用评价指标体系构建

为了更准确地掌握兰州高新区土地利用现状，并与《开发区土地集约利用评价规程》（2014年度试行）（简称《规程》）中的多因素综合评价法相互验证，本文从《规程》中选取产城融合型开发区的评价指标体系，土地利用程度包括土地供应率、土地建成率；土地利用强度包括综合容积率、建筑密度；综合用地效益包括综合地均税收、人口密度；土地利用监管效益包括土地闲置率等。共选取7 个指标，构建兰州高新区土地集约利用评价指标体系，并根据灰色关联度分析法得出权重值（表1）。

表1 开发区土地集约利用评价指标体系

2.1.2 土地集约利用经典域和节域的确定

构建开发区土地集约利用经典域Woij和节域矩阵Wp，可以更加客观地评价土地集约利用等级。根据全国各高新区土地集约利用平均水平、行业用地标准、开发区土地利用相关政策，秉承节约用地的原则，参照由国土资源部颁发的《规程》[19]标准值等来确定兰州高新区土地集约利用的经典域，将其划分为4 个等级：I 级（高度集约）、II 级（中度集约）、III 级（轻度集约）、IV 级（不集约）[20]。

兰州高新区主区和发展方向区土地集约利用评价经典域及节域矩阵如下：

2.2 模糊物元评价分析

为进一步了解影响开发区土地集约利用的主要障碍因子，表2 和表3 分别显示了兰州高新区主区和发展方向区各个评价对象的指标关联程度。关联度等级较小，则表明各因子间集中度较高，对土地集约利用的影响较小；反之，等级较大则表明各因子间集中度较低，对土地集约利用的影响较大。

表2 兰州高新区主区土地集约利用评价指标关联度

表3 兰州高新区发展方向区土地集约利用评价指标关联度

兰州高新区主区的土地集约利用各评价指标关联度大都处在I 级，说明主区的经济发展和土地集约水平较高，对土地集约利用的影响较小，但人口密度指标处在II 级，为中度集约，说明主区的主要障碍因子为人口因素（表2）。

兰州高新区发展方向区的障碍因子几乎包括全部的评价指标，其中综合地均税收和人口密度的关联度为IV 级（不集约），它们对土地集约利用的影响较大，是最主要的障碍因子（表3）。发展方向区位于兰州主城区的远郊区，与兰州主城区距离较远，区位优势有限，基础设施尚不完善，人口密度较低，高新企业数量较少，经济基础薄弱。因此，未来一段时间政府应该加快基础设施建设速度，加大对入驻发展方向区的企业提供更多的优惠政策，吸收更多的高新企业入驻，从而提高集约用地水平。

兰州高新区主区和发展方向区土地集约利用综合关联度和等级呈现出明显的差异（表4）。兰州高新区主区的集约等级为I 级（高度集约），表明土地集约利用程度较高；而兰州高新区发展方向区的土地集约等级向II 级（中度集约）转化，说明土地集约利用程度较低，但出现土地集约利用程度向高一级转化的趋势，后期应加大政府政策倾斜，完善基础设施配套服务，从而提升发展方向区的土地集约利用程度，并进一步向高度集约等级转化。

表4 兰州高新区主区和发展方向区土地集约利用物元分析结果对比

2.3 多因素综合评价分析

计算不同评价对象在不同指标上的标准化值，结合主区和发展方向区的权重因子，可以得到主区和发展方向区的综合评价结果（表5，表6）。

表5 兰州高新区主区土地集约利用多因素综合评价结果

表6 兰州高新区发展方向区土地集约利用多因素综合评价结果

根据各开发区土地集约利用情况，土地利用集约度综合评价分值高于0.8，为集约利用水平；分值介于0.6～0.8，为适度利用水平；低于0.6 为低度利用水平。兰州市高新区主区土地集约利用综合评价分值为0.89（表5），表明主区土地集约化水平较高，土地集约利用等级为集约利用。

兰州高新区发展方向区的综合得分为0.65（表6），其分值介于0.6～0.8，表明发展方向区土地集约利用等级为适度利用水平。兰州高新区主区和发展方向区综合评价结果存在很大的差距，其主要原因是开发区区域间发展的不平衡。综上所述，由模糊物元评价分析和多因素综合评价分析对比可知，兰州高新区主区和发展方向区的分析评价结果基本一致。

3 结束语

3.1 结论

本文运用模糊物元分析法对兰州高新区土地集约利用水平进行评价，与多因素综合评价法相互验证分析，得出以下结论。

兰州高新区主区和发展方向区土地利用的集约等级差异明显，主区土地利用的集约等级明显高于发展方向区。兰州高新区主区的土地集约利用级别为“高度集约”，发展方向区为“中度集约”。

兰州高新区主区与发展方向区的集约用地主要限制因子有所不同。兰州高新区主区的主要障碍因子为人口因素，发展方向区土地集约利用中人口密度和综合地均税收为最主要的障碍因子。

两种方法的评价结果基本相同，但是仍存在一定的差异，模糊物元模型能更好地反映单项指标的集约等级，以及隶属等级的稳定性和转化趋势，它反映的信息相比于多因素综合评价法更为丰富，更适用于土地集约利用评价。

3.2 讨论

由以上分析可见，开发区的土地集约利用程度是存在区域差异的，开发区用地存在的问题主要是由各区域间发展不平衡导致的。兰州高新区主区土地集约利用程度较高，但在后续的发展中其用地效益和用地结构仍有待提高；而发展方向区则要根据其实地情况，综合衡量区位优势和经济发展水平从而制定发展政策，最大程度地发挥土地价值。人口密度较低、经济发展薄弱是兰州高新区发展的主要障碍因子，在以后的发展中要根据实际情况吸引更多人才落户，吸收更多的高新企业入驻。此外，还要加强开发区用地规划及管控，加强开发区土地规划保障协调制度，进一步提高集约用地水平，促进高新区的可持续发展。

本文在物元分析模型的基础上对开发区的土地集约利用程度评价的过程中，模糊经典域和节域是需要根据其得分值并参考相关行业标准来确定的，而相关标准仅是标准等级值，并不是标准区间，这就使得经典域和节域值的确定存在一定的主观性。因此未来在对开发区土地集约利用评价中，评价指标的选择、经典域和节域的界定问题还需要进行进一步探讨，从而来完善其评价体系。此外，本文以2021年12月31日为时间节点对兰州市高新区主区和发展方向区土地集约利用状况进行评价，并未选择不同级别和不同产业类型的开发区，因而不能更好地反映区域差异对土地集约利用程度的影响，因此在以后的研究中应当拓宽开发区的评价范围，从而更精准地了解不同开发区土地集约利用程度在区域间存在的差异，合理确定开发区未来发展的空间布局，提高其产业用地活力。