基于TOPSIS和聚类分析的城市建设用地 潜力利用时序配置
——以石家庄市为例
黄志英1,2,3,4，史思琪5，王松涛6，梁丽英5，梁彦庆5*
(1.中国科学院 新疆生态与地理研究所 荒漠与绿洲生态国家重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830011；2.新疆大学 资源与环境科学学院，新疆 乌鲁木齐 830046；3.河北地质大学 土地资源与城乡规划学院，河北 石家庄 050031；4.中国科学院大学，北京 100049；5.河北师范大学 资源与环境科学学院，河北 石家庄 050024；6.河北才汇土地评估有限公司，河北 石家庄 050024)
摘要： 以石家庄市为例，通过测算建设用地土地集约利用潜力，运用TOPSIS多目标逼近法、系统自然断点法和系统聚类分析，计算潜力时序配置系数分值，探索潜力时序配置方法，分析了城市建设用地潜力挖潜的时间和空间布局，并提出在现有经济、技术和规划前提下合理安排潜力挖潜的时空优先顺序.结果表明，时序配置等级确定为短期优先挖潜区、近期次先挖潜区、远期后先挖潜区和远期末先挖潜区4个级别，配置方案分为单一类型配置和综合配置两类.单一类型配置方案中，基于全面改造的短期优先挖潜区主要为可实施整体改造的城中村，近期次先挖潜区主要为适合通过整体建设的空地；基于现实条件改造的短期优先挖潜区主要为可实施整体改造的批发市场，近期次先挖潜区主要为利用效率低、应提高用地容积率的居住功能区.综合配置方案中，可通过整体改造方式挖潜的短期优先挖潜区26个，面积为776.16 hm2；土地利用效率较低、相对便于挖潜的近期次先挖潜区37个，面积为1 258.96 hm2；开发难度大、提升经济潜力较低的远期后先挖潜区119个，面积为6 132.35 hm2；改造难度大、造价高的远期末先挖潜区94个，面积为4 060.05 hm2.规模潜力和经济潜力在空间分布上具有相似特点，总体均呈现出分布在中心城区边缘地带的特征.
关键词： 时序配置；建设用地；集约利用潜力；石家庄市
现阶段经济发展对建设用地的强劲需求与土地资源供给趋紧间的矛盾尖锐，随着城镇化进程加快，对城镇建设用地需求进一步增加，而粗放型经济增长方式使得城市大量土地资源闲置、空闲、低效利用，导致建设用地土地资源的低效率配置[1]，建设用地潜力利用时序配置、建设用地优化配置和建设用地配置效率的提高成为我国面临的严峻挑战[2].针对这类问题，当前研究从内容来看侧重于建设用地空间优化配置[3]、区域新增建设用地合理配置和建设用地空间配置效率[4]；从研究对象来看侧重于农村居民点整理潜力释放的时序研究[5].① 建设用地空间优化配置的理论分析聚焦在帕累托改进和比较优势理论上.肖长江等[6]综合运用景观生态学方法与经济学原理，从“生态-经济”比较优势视角，以比较优势约束性满足程度为目标函数,运用建设用地空间优化配置模型实现了对建设用地指标的空间优化配置；贺瑜等[7]在考虑到我国区域间经济发展水平和自然条件的差异基础上，建立建设用地指标区域可转让机制，促进建设用地的集约利用，同时也使得建设用地配置研究取得了帕累托改进.② 新增建设用地指标合理配置更多表现在建立用地合理配置的评价指标体系上.殷少美等[8]运用主成分分析法和AHP-GEM模型对江苏省各区域新增建设用地指标进行了合理配置；洪建国等[9]从土地利用总体规划角度提出增量城镇用地合理配置的评价指标体系，计算了各区域城镇用地指标分配量.③ 建设用地空间配置效率方面的研究,多集中于从区域配置效率差异程度角度分析建设用地的空间配置效率.谭荣等[10]基于资源配置的边际效益原理，探讨了农地非农化的空间配置效率.④ 居民点整理潜力释放时序研究侧重于建立评价指标体系,对农村居民点整理潜力释放时序进行研究.杨悉廉等[11]从区域农村居民点整理的重要性与紧迫性这2个维度,引入时间管理优先矩阵定量研究县域农居点整理的时序分区；杨静[12]分别从区域整治的可行性和区域发展的迫切性两方面,构建农村居民点整理时序的指标体系，利用时间管理优先矩阵对长河流域农村居民点进行了时序分析；刘玉娇等[13]在农户意愿实地调研分析的基础上，构建包含影响农户意愿的农村居民点整理时序评价指标体系，进而对村域尺度的居民点整理时序分区进行了研究.
教师的威信是开展有效教学的基础和前提。伟大的教育家赫尔巴特说过，“绝对必要的是教师要有极大的威信，除了这种威信外，学生不再重视任何其它意见”。可见教师的威信是多么的重要。
这些研究对城市建设用地集约利用潜力评价后,如何将潜力进一步落实到空间和时间安排上少有涉及.潜力在哪，挖潜活动安排在什么时间，什么地点，什么组合方案最佳[14]，这已成为挖潜城市建设用地潜力进行时序配置研究需要回答的科学问题.因此，在进行建设用地潜力测算的基础上，需进一步解决这样一个亟须深入研究的现实问题——建设用地潜力测算后，如何进行挖潜，什么时间什么地点安排挖潜最佳，并形成一个具有时效性和可操作性的方案[15]，做到对建设用地潜力利用的时序和区域调控.
1 数据来源与研究方法
1.1 研究区概况
石家庄市位于东经113°30′～115°20′，北纬37°27′～38°47′，地处华北平原腹地，北靠保定，东临衡水，西倚太行山.全市共辖8区、11县、3个县级市(含1个副地级市)，2015年末总面积15 848 km2，常住人口1 070.16万，居民人均消费支出13 432元. 研究对象为石家庄市城区4区(包括新华区、桥西区、长安区、裕华区)、鹿泉区、藁城区和栾城区范围内的城市建设用地.
1.1.1 功能区土地利用状况类型 在分析石家庄城市建设用地利用状况的基础上，按照居住(R)、商业(C)、工业(I)、行政办公(G)、教育(E)、其他(X)功能区类型(当土地现状用途与规划用途不一致时，功能区编码后加s)，分别评价城市功能区土地集约利用程度.根据石家庄市城市建设用地集约利用状况评价成果，2014年石家庄市功能区总面积24 430.75 hm2，其中集约利用区13 024.10 hm2，中度利用区7 794.64 hm2，低度利用区3 612.01 hm2，分别占功能区总面积的53.31%，31.91%，14.78%.石家庄市城市建设用地集约利用潜力主要集中在中度、低度利用区，面积共计11 406.65 hm2，拥有较大挖潜潜力.
科学家们不能用现有设备看到其底部，但估计至少有三英尺深，否则科学家们根本检测不到。它可能是一个冰下湖，一个含水层，或一层被水浸没的沉积物。
1)规模潜力.规模潜力分区主要根据城市建设用地规模潜力测算所得各类功能区用地的相对规模潜力，采用单因素聚类分析归类确定的不同分区数值，划分得到高潜力区、中潜力区、低潜力区和无潜力区.此次潜力测算，各功能区的规模潜力均不为零，其中基于全面改造的规模潜力为5 677.57 hm2，基于现实条件改造的规模潜力为4 552.56 hm2(表1).
表1 石家庄市建设用地各功能区潜力类型汇总
Tab 1 Summary of potential types of each functional area in Shijiazhuang City construction land
2)经济潜力.经济潜力分区与规模潜力分区类似，不同的是采用城市建设用地经济潜力测算结果，依据各类功能区的单位土地经济潜力大小作为分区指标.对具有经济潜力的功能区进行挖潜，基于全面改造的经济潜力为56 422 438.91万元，基于现实条件改造的经济潜力为55 040 674.28万元(表1).而对无经济潜力的功能区进行挖潜，其经济潜力值为负，不宜进行改造.
1.2 数据来源
功能区划分、评价因素因子指标体系构建相关数据来源于原河北省国土资源厅、原河北省住房和城乡建设厅、原石家庄市国土资源局、石家庄市统计局等相关单位的土地、经济、人口、环境、规划、建设、文化、教育等统计数据，包括2015年《石家庄统计年鉴》《河北经济年鉴》《河北省土地调查统计年鉴》《河北省城市、县城建设统计年报》及石家庄市城市总体规划图(2010—2020年)等相关资料，同时还包括对功能区的实际调查数据.
耶利内克曾说：“只有被法律承认的意志权力才能通过指向某个具体的利益创设一项权利。法律的承认包含着对被承认的事物加以保护的观念。因此，被法律保护与被法律承认一般被认为是等同的”[1]。
1.3 研究方法
图22为不同加工条件下工件表面粗糙度与灰度直方图标准差的实验结果。其中表面粗糙度采用触针式测量仪获得，标准差计算的原始图像为上述便携式系统所获得。显然，随着表面粗糙度的增大，标准差也呈单调增大趋势，在两者之间存在着良好的相关关系。虽然将两者直接拟合成函数关系会出现一定误差，但如果保留在数据库中，便可通过工件表面图像的灰度直方图标准差直接获得加工表面的粗糙度值。
1.1.2 城市建设用地潜力测算 在功能区用地状况评价的基础上，对土地利用状况确定为中度、低度利用的功能区进行潜力测算.建设用地集约利用潜力评价中规模潜力和经济潜力测算又具体分为基于全面改造、基于现实条件改造2种形式[16]，其中，基于全面改造的潜力测算是假设将测算对象通过拆除全部现有物业进行整体改造的方式进行潜力挖潜时的规模潜力及经济潜力；基于现实条件改造的潜力测算是从现实经济社会条件分析出发，依据潜力测算对象在现实条件下是否具备挖潜可行性，以及最佳的挖潜方式下，能够进行挖潜改造区域的规模潜力及经济潜力.
左达边笑边摇头，“没时间了，离开这是非之地，你转告张仲平，如果有来世，我会和他成为最好的朋友，现在，在我跳楼之前，你，快滚！”
其中，
为第j 个研究取得的评价结果值距离最优解程度的大小；
为第j 个研究取得的评价结果值距离最劣解程度的大小.
其中，a ij 为同趋化且标准化后j 地指标i 的值；
为同趋势化处理后的j 地指标i 的值.
4)功能区评价结果与最优解的接近程度计算[18]75.
其中，A +为最优解向量；A -为最劣解向量；
为同趋势化后指标i 的最大值
为同趋势化后指标i 的最小值.
3)各指标距离最优解、最劣解的距离尺度计算[18]75.
依据上述TOPSIS法计算得出各功能区潜力利用时序配置系数C j ，按照C j 大小对各功能区评价结果与最优解的接近程度进行排序，然后采用ArcGIS系统自然断点法划分建设用地潜力利用时序配置标准.通过测算，确定出短期优先挖潜区、近期次先挖潜区、远期后先挖潜区和远期末先挖潜区4个时序配置等级.
1)指标标准化.运用TOPSIS法要求评价指标的变化方向应一致，采用倒数的方法对相反影响方向的指标值进行同趋势化处理.通过对评价指标进行无量纲化处理，消除指标性质、单位、量纲等不一致问题[18]74:
1.3.1 多目标逼近法(TOPSIS) 城市建设用地潜力利用时序配置即城市建设用地潜力释放的时间顺序和空间顺序，其研究本质是一个多目标决策的过程.TOPSIS法(Technique for order preference by similarity to an ideal solution)是1981年由Hwang C L等首次提出用于多目标决策分析的一种方法[17]，它通过求取多影响因素问题的最优解及最劣解，实现对决策方案的排序，是一种逼近于理想解的排序法.
2)最优解和最劣解计算[18]75.
早在中本聪提出比特币之前，BFT算法已经存在，1999年LISKOU B等提出了实用拜占庭容错算法。该算法达成共识需要“请求、预准备、准备、确认、回应”5个步骤。其中“预准备、准备、确认”3个步骤用于保障一致性。该算法虽然拥有1/3的容错性，但并不能防范女巫攻击，因此不能用于公有链类型货币中。实用拜占庭容错算法（PBFT）是传统一致性算法的改进，算法十分高效，在不需要货币体系的许可链或者私有链中较为常用。目前，IBM创建的超级账本就是使用了该算法作为共识机制。
(5)
其中，C j 为第j 个研究区评价结果距离最优解的程度，范围在0～1，该值越大说明越接近最优解.
1.3.2 系统聚类分析法 系统聚类分析是将一定数量指标各自看成一类，合并各指标间亲疏程度最高的两类，然后依据合并后的类与其他类的亲疏程度再进行合并，重复该过程，直到将所有指标合并为一类[19]，该方法是通过样本间距离来度量各指标间的亲疏程度.样本距离计算方法较多,文中采用平方欧式距离计算方法[20].
当然，本文尚有不足之处：1) 本文假设供应链上的信息是对称的，但现实情况中，供应链上的信息往往是不对称的，尤其是在突发事件的背景下.在信息不对称的情况下，探讨三级数量弹性契约如何协调应对价格随机的突发事件，还是一个待研究的问题.2) 本文假设随机价格是与供求关系成简单的线性关系变化，但在现实情况中，价格的变化可能呈多种形式变化.3) 本文假设供应链参与者皆为风险中性，但在现实情况中，不同的参与者有不同的风险偏好，尤是当外界环境不确定时，参与者的风险态度往往会从风险中性转为风险厌恶.另外，参与者的努力程度也会影响供应链的最优订货量.这些因素，将在后续研究中逐步考虑进来.
2 结果与分析
2.1 单一类型配置方案
傅政华：重点是要创新拓展公共法律服务，组织律师、公证、仲裁等法律服务行业和法律援助、法治宣传工作积极服务民营企业。司法部已部署各地在2018年底前，组织律师为重点民营企业开展一次全面“法治体检”，将法律保护关口前移，帮助民营企业有效预防和化解法律风险。
由表2和图1分析单一类型配置方案结果可知，基于全面改造的时序配置方案中，短期优先挖潜区主要有位于北二环中华北大街、和平东路的R061，R035，R040，R080及位于城市东部边缘区的R167，R180，E014等， 其中大部分为紧邻市区的城中村，城市向周边发展过程中通过对这些城中村实行整体改造，可以迅速提高土地集约利用水平；近期次先挖潜区集中分布于城区东北部建华北大街附近的R070，R071，裕翔街的R173，R080，裕华东路的Cs006和空地Xs010，Xs013，Xs026，这些居住区和空闲地利用潜力相对较大，适合通过整体建设的方式提高土地集约度.基于现实条件改造的时序配置方案中，短期优先挖潜区主要有位于北二环西路中华北大街附近的R057，R059，R061，体育北大街的Is042，Is044和珠江大道的Es004，其中位于二环周边和市区的C014，Cs010两个商业功能区均为低层批发市场，占地面积大，土地利用效率较低，可以通过整体改造的方式对其进行潜力挖潜.近期次先挖潜区主要集中分布于城区东北部的R070，R071，藁城区的R038，R040以及鹿泉区的R011，这些居住功能区的容积率较低，应以提高用地容积率的方式对其进行改造.
表2 石家庄市城市建设用地单一挖潜类型时序配置情况
Tab 2 The urban construction land single tapping potential type timing configuration in Shijiazhuang City
(a)基于全面改造的规模潜力
(c)基于现实条件改造的规模潜力
(b)基于全面改造的经济潜力
(d)基于现实条件改造的经济潜力
图1 石家庄市城市建设用地单一挖潜类型时序配置
Fig 1 Timing configuration diagram of single tapping potential type for urban construction land in Shijiazhuang
2.2 综合配置方案
经济增长的区域差异决定建设用地潜力利用效率也存在着明显差异，因此，建设用地潜力利用的时序配置必须着眼于区域的经济增长，即应以单位用地经济潜力为首要考虑条件，坚持潜力规模由大到小，利用难度由小到大的原则.按照城市建设用地潜力利用综合时序配置的要求，选择系统聚类分析进行配置.
由表3、图2分析综合配置方案结果可知：
表3 石家庄市城市建设用地潜力综合利用时序配置情况
Tab 3 Urban construction land potential comprehensive utilization timing configuration of Shijiazhuang City
1)短期优先挖潜区共26个，面积776.16 hm2.其中其他功能区Xs012,Xs013,Xs014,Xs015均为位于北二环北侧的空地，可通过改造利用空闲地和提高容积率的方式来提升土地集约程度；商业功能区C004位于鹿泉区的装饰建材市场，周围基础设施不尽完善，土地利用率较低，可通过整体改造的方式进行潜力挖潜.
2)近期次先挖潜区共37个，面积1 258.96 hm2.其中居住功能区R049,Rs023,Rs012均为藁城区和鹿泉区内的城中村，由于占地面积大，土地利用方式较为粗放，土地利用效率低，但考虑其区位优势，因此纳入近期次先挖潜区进行改造；其他功能区Xs018,Xs006,Xs024主要分布在石家庄市区二环以外，为空闲地或拆迁后尚未建设利用的空地，土地利用潜力较大，适合通过整体建设的方式提高土地集约度.
3)远期后先挖潜区共119个，面积6 132.35 hm2.其中居住功能区Rs029,Rs041,Rs040,Rs020,R044,Rs028主要集中分布于南二环南部、高新区南部和石家庄经济技术开发区周围，各功能区为新建高层小区，或者已经开发建设的城中村小区，周边基础设施不尽完善，导致入住率较低，开发难度较大，开发后所提升的经济潜力低，因此划为远期挖潜；商业功能区C012位于中华大街和北二环交界处，为楼层较低的家乐福和金柏林商城，由于位于区域经济中心，短时间内改造难度大.
图2 石家庄市城市建设用地潜力综合 利用时序配置
Fig 2 Urban construction land potential comprehensive utilization time series allocation chart of Shijiazhuang City
4)远期末先挖潜区共94个，面积4 060.05 hm2.主要为分布在市区北部和平路沿线和鹿泉区南部、石家庄经济技术开发区的Is042,Is044,Is043.这些工业功能区周围基础设施较差，由于工业基础能力的滞后性让改造难度加大，改造后问题增多，因此划分为远期末先挖潜区.
由图2可以看出，规模潜力和经济潜力在空间分布上呈现出相似的特点.从潜力大小看，无论是规模潜力还是经济潜力，潜力分区均呈现出从市中心向外围逐渐递增的圈层结构.市中心区域几乎无潜力区分布，随着距市中心距离的增加，潜力分区逐渐增多，潜力逐渐增大.
3 结论
1)时序配置等级确定为短期优先挖潜区、近期次先挖潜区、远期后先挖潜区和远期末先挖潜区4个级别，配置方案确定为单一类型配置方案和综合配置方案2类.
2)单一类型配置方案中，基于全面改造时，短期优先挖潜区主要为紧邻市区的城中村，通过对其实行整体改造，可以迅速提高土地集约水平;近期次先挖潜区主要为居住功能区和空地，这些区域利用潜力较大，适合通过整体建设的方式提高土地集约度.基于现实条件改造时，短期优先挖潜区主要为居住功能区和商业功能区，低层批发市场占地面积大，土地利用效率较低，可以通过整体改造的方式对其进行潜力挖潜;近期次先挖潜区主要是居住功能区，开发潜力较大，应以提高用地容积率的方式对其进行改造.
3)综合配置方案中，短期优先挖潜区主要为容积率低的居住功能区和基础设施较差的商业功能区，可通过整体改造的方式对其进行潜力挖潜；近期次先挖潜区主要为城中村和空闲地，土地利用潜力较大，适合通过整体建设的方式提高土地集约度；远期后先挖潜区主要为入住率低的新建小区以及楼层低的商业功能区，短时间内改造难度大；远期末先挖潜区主要为周围基础设施差的工业功能区，由于工业基础能力的滞后性导致改造难度加大，因此最后考虑挖潜.
消毒供应中心护士通过有效的沟通,增进了彼此间的理解与信任,增强了科室凝聚力,工作效率也大大提升,不良事件有效降低。在服务于临床科室的过程中,也彼此了解了对方的工作性质、制度和流程,减少了摩擦,增进了和谐,科室满意度大大提升。医院整体服务满意度也随之提升。
4)规模潜力和经济潜力在空间分布上呈现出相似的特点.从潜力大小看，无论是规模潜力还是经济潜力，潜力分区均呈现出从市中心向外围逐渐递增的圈层结构.
4 讨论
1)目前对农村土地潜力利用时序配置问题研究较多，而在城市建设用地方面涉及很少，以中观尺度的石家庄市中心城区为研究对象进行研究，一方面可对城市中心城区土地利用状况有较全面的了解，另一方面也可为这一尺度的后续土地潜力分析及时序配置研究提供参考.
2)采用定量分析与定性分析相结合的方法，测算出功能区的经济潜力和规模潜力，结合TOPSIS、系统自然断点法和聚类分析进一步分析城市建设用地时序配置问题，可为促进城市建设用地节约集约利用提供有益借鉴.
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Timing configuration of utilizing the potential of urban construction land based on TOPSIS and cluster analysis—Taking Shijiazhuang City as an example
HUANG Zhi-ying1,2,3,4，SHI Si-qi5，WANG Song-tao6，LIANG Li-ying5，LIANG Yan-qing5
1.State Key Laboratory of Desert and Oasis Ecology,Xinjiang Institute of Ecology and Geography,Chinese Academy of Sciences，Urumqi 830011,Xinjiang,China;2.College of Resources and Environmental Sciences,Xinjiang University,Urumqi 830046,Xinjiang,China;3.College of Land Resources and Urban and Rural Planning,Hebei University of Geosciences,Shijiazhuang 050031,Hebei,China;4.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China;5.College of Resources and Environmental Science,Hebei Normal University,Shijiazhuang 050024,Hebei,China;6.Hebei Cai Hui Land Appraisal Co.,Ltd,Shijiazhuang 050000,Hebei,China)
Abstract :Taking Shijiazhuang City as an example to measure the intensive utilization potential of construction land,the TOPSIS multi-objective approximation method,system natural breakpoint method and system cluster analysis are used to calculate the potential timing configuration coefficient score and further explore the potential timing configuration method.It analyzes the time and space layout of urban construction land potential tapping potential,and further put forward the spatial and temporal priority of potential exploration under the precondition of economy,technology and planning.The research results show that the timing configuration level is determined as four levels,short-term first-mined potential area,recent-first-digging area,long-term first-mined area,and long-term first-digging area.The configuration scheme is determined as a single type configuration and comprehensive configuration.In the single-type configuration plan,the short-term first-mined potential excavation area based on comprehensive renovation is mainly urban villages that can implement overall transformation,and the recent first excavation area is mainly an open space suitable for overall construction,short-term priority area for potential excavation based on actual conditions transformation.Mainly for the whole sale market that can implement the overall transformation,and the recent first digging area is mainly for the use of residential areas with low efficiency,which should increase the land plot ratio.In the comprehensive allocation plan,26 potential short-term potential tapping areas with an area of 776.16 hm2can be tapped through the overall reconstruction method;37 lands with relatively low land use efficiency and relatively easy tapping potential have an area of 1 258.96 hm2.After the long-term development is difficult and the economic potential is low,there are 119 digging areas with a total area of 6 132.35 hm2.There are 94 long-term potential first-digging areas with high difficulty and high cost,with an area of 4 060.05 hm2.The scale potential and economic potential have similar characteristics in spatial distribution,and they generally have the characteristics of being distributed in the edge zone of the central city.
Key words :timing configuration;construction land;intensive utilization potential;Shijiazhuang City
中图分类号： F 293
文献标志码： A
文章编号： 1001-988Ⅹ(2019)02-0100-08
DOI ：10.16783/j.cnki.nwnuz.2019.02.017
收稿日期： 2018-06-28;修改稿收到日期: 2018-12-27
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(41471090)；河北省自然地理学重点学科项目；河北师范大学博士基金资助项目(L2016B14)
作者简介：
黄志英(1976—)，女，河北永清人，副教授，博士研究生.主要研究方向为资源利用与城乡规划.
E-mail:hzy366@sohu.com
*通讯联系人 ，男，副教授，博士.主要研究方向为区域经济与土地利用.E-mail:liangyanqing@126.com
(责任编辑 惠松骐)
标签：时序配置论文; 建设用地论文; 集约利用潜力论文; 石家庄市论文; 中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室论文; 新疆大学资源与环境科学学院论文; 河北地质大学土地资源与城乡规划学院论文; 中国科学院大学论文; 河北师范大学资源与环境科学学院论文; 河北才汇土地评估有限公司论文;