村鎮(zhèn)設施規(guī)模與選址最優(yōu)化方法研究

李祖碩++劉保東++胥睿++楊殊珍

摘 要：在進行村鎮(zhèn)設施規(guī)模與選址的規(guī)劃布局時，采用綜合型原則量化分析更加符合實際要求。本文以云南省香格里拉縣中學規(guī)劃布局為例進行研究，綜合考慮功能重要性、空間規(guī)劃布局、建設規(guī)模大小得到不同規(guī)劃方案，再結合投資金額對比分析，進行最優(yōu)化規(guī)劃布局和建設規(guī)模選取，為其他村鎮(zhèn)設施建設提供方法借鑒。

關鍵詞：村鎮(zhèn)設施；規(guī)劃布局；優(yōu)化方法

中圖分類號：F303 文獻標志碼：A 文章編號：1008-2697（2015）05-0047-06

村鎮(zhèn)是我國的傳統的人口集中點，有著為城市提供生活所需要的用品和為眾多農村提供服務的重要作用，是國家解決“三農”（農業(yè)、農村、農民）問題的前沿陣地，是城市輻射圈的重要組成部分[1]。擁有眾多農業(yè)人口的村鎮(zhèn)地區(qū)是中共“十八大”提出的全面建設小康社會的對象和主體，其設施的規(guī)劃和建設是國家整體生活水平提升的有效推動力，可以有效的解決“三農”問題，提高村鎮(zhèn)居民的生活水平和文化素質，對國家綜合國力的提高有著重要的戰(zhàn)略意義。村鎮(zhèn)設施的規(guī)劃布局、規(guī)模大小、設備先進程度將會對村鎮(zhèn)居民的生活、生產等活動造成直接的影響。然而在現實情況下，我國的設施的規(guī)范和技術指標不完善，存在滯后性和不合理性，合理的規(guī)劃布局和適當的規(guī)模選擇有利于帶動村鎮(zhèn)建設和村鎮(zhèn)文化體育等精神文明事業(yè)的發(fā)展，保障村鎮(zhèn)居民的持續(xù)健康生活。

一、村鎮(zhèn)設施功能定位

村鎮(zhèn)設施在村鎮(zhèn)的發(fā)展過程中的地位非常重要，是村鎮(zhèn)平穩(wěn)發(fā)展和健康運行的重要保障。一般包括村鎮(zhèn)交通運輸、給排水、電熱供給、垃圾處理、通訊設施、抗險防災等部分[1]，各組成部分的功能和生物體各大器官作用類比如表1所示。

二、村鎮(zhèn)設施需求性分析

根據設施的使用功能和配置目標，通常在效率和公平兩種基本原則下對其需求性進行研究。公平原則是指每個居民都能使用設施，均等地享受公共服務；效率原則是指在一定的預算約束下，配置一定數量和規(guī)模的設施，使得居民使用設施的出行總距離或總成本最小化[2]。

（一）效率原則下設施函數模型

以公共服務均等化理念為指導，結合GIS技術對村鎮(zhèn)設施的空間選址和布局優(yōu)化進行研究。

1.評價因子的選擇與分析

通過對影響因子的分析，確定效率型布置配置模型的影響因子，主要包括：

（1）人口分布（P）。軟件GIS操作時，將區(qū)域范圍內的村鎮(zhèn)點（Polygon數據）賦予人口屬性（村鎮(zhèn)人口數量）。

（2）收入情況（E）。包括體現各村鎮(zhèn)地區(qū)當地居民的每人平均收入值和居民的總體收入值情況。

（3）道路交通（W）。道路交通情況根據路面情況分為不同的級別，對不同級別道路設置緩沖距離，得到道路交通的影響情況。

（4）位置級別（R）。重點反映出村和鎮(zhèn)的地理位置情況，較近則級別偏高，對應權重就會偏大。

（5）村鎮(zhèn)等級（G）。反映一個村鎮(zhèn)的級別程度，根據規(guī)范一般分為中心村、一般村、中心鎮(zhèn)、一般鎮(zhèn)四種類別情況，根據不同類別得到對應權重值。

（6）海拔坡度（S）。主要涉及到當地的地形情況，根據海拔高度和坡度的陡峭程度來確定其相應值的大小，越是不利于出行則其值就越小。

2.權重的確定

使用成對比較法確定權重：在效率優(yōu)先的方案中，此模型側重于尋找需求地點（即居民居址）與設施區(qū)位間的總出行成本最小化的問題。所以應側重區(qū)位因子和交通因子的影響作用。通過成對比較的計算方法，得到各因子的權重：W為0.36，R為0.32，P為0.15，E為0.09，G為0.05，S為0.03[3]。

3.模型的建立

查文獻[3]可知，根據實際情況對應查表得到影響因子對應值，運用GIS軟件得到各因子的圖層，并將各圖層進行加權疊加，得到效率原則下的目標函數值：

SCORE=W×0.36+R×0.32+P×0.15+E×0.09+G×0.05+S×0.03

（二）公平原則下設施函數模型

1.評價因子的選擇與分析

基于公平原則的模型影響因子與效率原則模型影響因子相同。

2.權重的確定

類比效率型原則的影響因子權重的選取辦法，通過成對比較的方法可以得到各影響因子的權重值：P為0.43，E為0.25，G為0.15，R為0.09，W為0.05，S為0.03。

3.模型的建立

查文獻[3]可知，根據實際情況對應查表得到影響因子對應值，運用GIS軟件得到各因子的圖層，并將各圖層進行加權疊加，得到公平原則下的目標函數值：

SCORE=P×0.43+E×0.25+G×0.15+R×0.09+ W×0.05+S×0.03

三、綜合原則下村鎮(zhèn)設施需求性分析

村鎮(zhèn)設施布置配置模型中，效率型和公平型模型側重點各有差異，在現實生活中，往往一種設施既要兼顧效率原則又要兼顧公平原則，根據實際需求和功能情況提出了評定兩種原則下目標函數的重要性系數進行函數優(yōu)化，如此計算得出的規(guī)劃布局方案更加符合實際應用。

通過網絡和現實中對相應的專家學者發(fā)放調查問卷（調查典型村鎮(zhèn)設施重要性評分）100份，有效問卷回收率達到80%，對有效問卷進行數據統計分析，將典型的村鎮(zhèn)設施兩種原則的重要性評分進行加權平均，得到效率型和公平型布局配置方案的重要性評分。問卷調查統計結果顯示如表2所示。

根據問卷統計得到結果，可以作為最終效率型與公平型設施布局配置目標函數的系數，得到結合效率型和公平型兩種布置方案相結合的綜合性方案，從而得到更加人性化和符合居民需求的合理化布置方案。

對于典型村鎮(zhèn)設施，假設效率型目標函數權重系數為a，公平型目標函數權重系數為b，則對應綜合原則下目標函數表達式為：

SCORE=a×（W×0.36+R×0.32+P×0.15+E×0.09+G×0.05+S×0.03）+b×（P×0.43+E×0.25+ G×0.15+R×0.09+W×0.05+S×0.03）

由于村鎮(zhèn)設施的功能不同所帶來的重要性評分的差異性，導致不能對所有設施進行統一歸類分析，現選取村鎮(zhèn)典型設施中學為例進行設施規(guī)模和選址的研究。

四、村鎮(zhèn)中學規(guī)模和選址研究

教育是推動一個國家前進發(fā)展的源源不斷的動力所在，一個國家要想取得長足發(fā)展，教育事業(yè)必將得到高度重視，教育設施的合理規(guī)劃布局和適當規(guī)模能夠有效節(jié)約國家的教育投入，提高教育投入產出比，這對提高教育設施的使用效率、體現國民教育資源配置的合理性具有較好的推動作用[4]。

（一）村鎮(zhèn)中學辦學規(guī)模確定

從我國教育發(fā)展規(guī)劃和分類指導的原則出發(fā)，以提高教育資源使用效率為視角，對我國普通中學教育的辦學規(guī)模大小分類設計：“中學取每個學校24到30個班為宜，每個班級學生人數一般為40到50，整個學?？倢W生人數為1350-1500為最佳”[5]。也有學者結合我國城市和農村教育水平的差異實際情況，提出普通中學教育應該結合城鄉(xiāng)發(fā)展水平的實際情況制定不一樣的標準：“發(fā)展水平為中等的大多數地區(qū)的中學學生總數取為1400人，城市及較發(fā)達地區(qū)的中學學生總數可適當提高為1500人，農村或教育相對落后地區(qū)的中學學生總數應該控制在1000人左右，以保證教育質量”。該分類保證了國家整體教育事業(yè)的正常開展，突出了國家對不同地區(qū)教育資源分類、分級別對待的問題，體現了教育資源的“因地制宜”，符合我國教育發(fā)展不均衡的實際情況。

《農村普通中小學校建設標準》規(guī)定：農村全寄宿制中小學校生均用地面積指標，一個學校24班設置規(guī)模情況下，生均用地面積34m2[6]；《普通中小學校建設標準》中規(guī)定：中心城外地區(qū)，一個學校24班設置規(guī)模情況下，初中生均用地25.54m2，高中生均用地26.08m2；處在中心城區(qū)，24班設置規(guī)模情況下，初中生均用地21.86m2，高中生均用地22.33m2[7]；《浙江省標準寄宿制普通高級中學建設標準》規(guī)定：學校生均用地面積指標，一個學校24班設置規(guī)模情況下，生均用地面積為41.28m2[8]。

（二）村鎮(zhèn)中學服務半徑優(yōu)化分析

參考文獻所用方法[9]，結合規(guī)范標準制作問卷進行調查（調查居民期望距離和可承受的距離范圍）并進行問卷回收統計分析，最終確定推薦的學校服務半徑。問卷調查統計結果顯示，若要達到85%以上居民的期望距離，學校的服務半徑應為：中學正常運作所需的門檻半徑。其中，推薦值區(qū)間下限主要參考學校門檻距離，上限主要參考心理承受距離而得，從而得到普通地區(qū)中學服務半徑參考距離如表3所示。

注：偏遠村鎮(zhèn)或者人口密度較小的村鎮(zhèn)可取上限值，人口密度特別低或有地形限制的村鎮(zhèn)視實際情況可適當的突破最高值。

根據調查問卷統計結果，中學作為國家普及性教育場所更加強調其公平性，故對效率型目標函數取權重系數0.4，公平型目標函數取權重系數0.6，得目標函數表達式：

SCORE=0.4×（W×0.36+R×0.32+P×0.15+E×0.09+G×0.05+S×0.03）+0.6×（P×0.43+E×0.25+ G×0.15+R×0.09+W×0.05+S×0.03）

由于我國地緣遼闊，各地村鎮(zhèn)發(fā)展水平、人口分布和地形海拔等因素都不盡相同，現選取典型西部村鎮(zhèn)地區(qū)現云南省香格里拉縣中學為研究對象進行村鎮(zhèn)中學規(guī)劃布局和規(guī)模配置具體實例進行分析。

（三）以云南省香格里拉縣中學為例進行探索

1.香格里拉縣簡介

香格里拉縣處于云南省西北部，是迪慶藏族自治州下屬的一個縣區(qū)，位于東經99°22′-100°19′、北緯26°52′-28°52′之間。全境呈狹長柳葉狀，東西寬88公里，南北長218公里。全縣土地面積廣闊，達到了11613平方公里，是云南省眾多縣區(qū)里面積最大的一個[10]。香格里拉縣行政劃分為4鎮(zhèn)（小中甸鎮(zhèn)、金江鎮(zhèn)、建塘鎮(zhèn)、虎跳峽鎮(zhèn)、）7鄉(xiāng)（洛吉鄉(xiāng)、東旺鄉(xiāng)、五境鄉(xiāng)、格咱鄉(xiāng)、上江鄉(xiāng)、尼西鄉(xiāng)、三壩納西族鄉(xiāng)）共計11個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。總體村鎮(zhèn)規(guī)劃布局比較合理，但由于村莊規(guī)模偏小、分布較散亂且處于偏遠山區(qū)，其設施較為缺乏、投資力度欠佳且規(guī)劃難度偏大，需要政府加大重視力度。

根據《香格里拉縣2014年政府工作報告》[11]的統計數據，結合GIS技術，對所述的評價因子進行計算分析，得到綜合考慮效率和公平原則下的綜合原則設施目標函數數值圖如圖1所示，根據得出的綜合原則情況下的設施目標函數數值圖，結合問卷所得普通中學服務半徑（考慮到香格里拉縣處于偏遠山區(qū)，其服務半徑可考慮突破最高值），將覆蓋半徑表現在目標函數數值圖上（見圖2）。

按照所取香格里拉縣普通中學服務半徑進行研究，在綜合原則下該地區(qū)的中學教育資源要想基本覆蓋全部地區(qū)，結合現有中學的分布情況，需要在東旺、尼西、五境三個村鎮(zhèn)中心再規(guī)劃建設3個中學才能基本實現（見圖3）。

2.資源最優(yōu)化分析

現以不同中學辦學規(guī)模和方式為對象，方案一：普通完全中學，普通完全中學設有初中又設有高中，各1000人，學生總人數為2000人；方案二：普通非完全中學，初中和高中分開設立，選取設立初中的普通非完全中學每學校有學生1000人，設立高中的普通非完全中學學生人數為1000人。研究何種辦學規(guī)模更為經濟有效、節(jié)約資源，學校布局配置以前面研究結果為基礎，結合當地實際適齡人口數量，堅持就近入學的基本原則確定學校的服務半徑和覆蓋范圍；學校選址問題堅持設施規(guī)劃布局原則進行，結合綜合原則下計算得到的設施重要性評分情況，優(yōu)先考慮需求性得分較高、設施較完善的村鎮(zhèn)地區(qū)進行設立。通過實際計算和綜合考慮得到方案一情況下，滿足基本覆蓋全縣區(qū)的基本要求時，所設普通完全中學的布局配置情況如圖4所示。方案二情況下，滿足基本覆蓋全縣區(qū)的基本要求時，所設普通非完全中學的布局配置情況如圖5所示。

參照國家和地方標準對農村、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、城市地區(qū)不同的生均占地面積和設施配置情況，參考當地工程建筑招標價格，查閱工程招標資料得出一般情況下，計算得到建設規(guī)模大小的中學投資金額，并設計兩個方案進行分析。

選擇方案一建設縣區(qū)全境中學時，投資總額W1為34000萬；選擇方案二建設縣區(qū)全境中學時，觀察可知，建塘鎮(zhèn)和東旺鄉(xiāng)兩種非完全中學同時存在，可進行優(yōu)化合并成為普通完全中學，投資總額W2為32000萬。

由計算結果可知：W1≧W2，即綜合考慮各種因子，滿足相同社會需求條件時，根據兩種方案選出最優(yōu)化中學布置位置和規(guī)模，以投資金額相比較發(fā)現，方案二的投資金額相對較少，所以該地區(qū)現實進行中學位置和規(guī)模的設計和規(guī)劃時，優(yōu)先考慮方案二，能夠取得較好的經濟效應，提高教育資源的使用效率。

通過以上分析，可以得到典型村鎮(zhèn)中學設施規(guī)模和選址的最優(yōu)化方法，該方法即滿足了實際社會中的居民教育需求又節(jié)約了國家的經濟投入，較好的兼顧了人民利益和國家利益。在村鎮(zhèn)地區(qū)規(guī)劃建設其他設施時，可參考該方法進行實際分析，得到較佳的選址和較合理的規(guī)模。

五、結論

（一）根據不同類別設施功能差異探究效率原則和公平原則的重要性系數，采用問卷調查方法得到設施的兩種原則的權重，合成得到綜合兩種規(guī)劃原則的設施布局配置方案，更加符合實際情況和滿足居民的需求，充分發(fā)揮了設施的使用性能，提高了布局配置效率。

（二）運用GIS技術對考慮兩種原則下的村鎮(zhèn)設施需求性評分進行了量化體現，結果更加直觀可靠。

（三）通過方案比選的方法進行優(yōu)化配置分析，提供一種綜合考慮村鎮(zhèn)設施功能重要性、空間規(guī)劃布局、建設規(guī)模大小和投資經濟性四種因素的建設、投資、選址方法，充分改善了村鎮(zhèn)設施建設過程中的模糊化、概念式設計，為其它村鎮(zhèn)設施的資源最優(yōu)化設計分析提供了方法借鑒。

參考文獻：

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[11]香格里拉縣政府辦.香格里拉縣2014年政府工作報告

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（責任編輯：陳 勇）