基于DSR模型的煤矿废弃工业广场再开发时序评价体系

李晓丹，杨 灏，陈智婷，王 振，郭璐杰，宋咏洁，刘 露

（中国矿业大学（北京）力学与建筑工程学院，北京 100083）

0 引 言

煤矿废弃工业广场由主副井、选洗车间、煤仓等生产设施和行政办公等附属设施组成，是指曾作为煤矿生产用地，目前处于损毁、闲置或未完全利用状态的土地。煤矿废弃工业广场浪费城市土地资源、制约城市经济发展，还带来一系列社会和环境问题。通过治理修复，辅以有效规划配置，煤矿废弃工业广场可以重新达到可供利用状态，为城市释放新的发展空间。

再开发时序评价是提高煤矿废弃工业广场再利用效率和再开发质量的有效手段。目前，国内外学者对煤矿废弃地研究主要集中在土地复垦和生态恢复领域[1-5]，开发时序评价研究并不多见[6-9]。例如，Pizzol等[10]从投资组合的角度提出了一个网页式废弃地再开发时序评价工具。程琳琳等[11]从土地复垦角度探索了煤矿废弃地整治时序评价指标体系。冯珊珊等[12]以生态恢复为目标，基于绿色基础设施理论探索了煤矿塌陷地的生态恢复时序。石秀伟[13]以土地优化配置理论为指导，探讨了煤矿废弃地再利用空间优化配置方法。已有研究中，研究对象多以塌陷类废弃地[14-15]为主，鲜见以煤矿废弃工业广场为主体的时序评价研究，对煤矿废弃工业广场再开发的重视程度尚待深入。内容上，多从生态风险等级、经济效益比值、场地生态状况等层面进行分析，鲜见与城市规划相融合的煤矿废弃地再开发时序评价研究。煤矿废弃地的再生利用与城市发展缺乏紧密互动。

煤矿废弃工业广场具有鲜明的矿业景观特征，是煤矿社会、经济、和文化价值的重要载体。本文以北京京西煤矿为例，在已有研究基础上，结合住建部《关于加强生态修复城市修补工作的指导意见》，建立煤矿废弃工业广场驱动力-状态-响应模型，探讨煤矿废弃工业广场再开发时序评价体系、模型和方法，以期为规划师、政府管理者和矿业主管部门提供决策依据，为同类型废弃工业广场再开发时序评价提供借鉴参考。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区概况

北京是世界各国首都中为数不多拥有煤炭工业历史的城市。京西煤矿分布在门头沟和房山两区，地理位置优越，距天安门不足50 km，交通系统发达。京西煤矿所在地是自然历史风光和煤矿文化遗产集中分布区，拥有80余处A级景区、民俗文化村和市级文物保护单位，以及大量农业观光园和生态养殖园。历史上京西煤矿是著名的皇家官窑，拥有近千年开采历史，是极具特色的非物质文化遗产。随着首都功能定位调整，关停全部京西煤矿，打造生态涵养发展区和城市开发新区成为门头沟区和房山区发展主题。

“城市双修”（即生态修复、城市修补）由住建部于2017年正式提出，以提升城市整体功能、塑造城市特色风貌、优化城市生态空间为主要任务，是中国特色的城市发展理念。有效利用煤矿废弃工业广场可缓解北京土地资源压力，带动区域经济发展，实现城市双修目标。文章以仍保留工业设施的 8个煤矿工业广场为研究对象（京西煤矿将在2020年前全部退出，本文所指煤矿废弃工业广场包括已经废弃和即将废弃的工业广场，包括大台、木城涧、千军台、安家滩、花坡根、大安山、长沟峪和王平煤矿），范围涉及王平、大安山、史家营、周口店、大台办事处等（图1）。

图1 京西煤矿废弃工业广场分布示意Fig.1 Spatial distribution of abandoned coal mine industry square (ACMIS) at Jingxi mine

1.2 数据来源

使用数据主要包括：1）《北京城市总体规划（2016—2030年）》、《门头沟区土地利用总体规划（2006—2020年）》、《房山区土地利用总体规划（2006—2020年）》及相关乡镇土地利用规划，用于确定土地功能定位和评价目标；2）京西煤矿分布图和Google Earth高精度影像，用于识别煤矿废弃工业广场、提取道路信息；3）2016京西煤矿关闭矿山报告，用于获取废弃工业广场基本信息；4）调研实测数据，用于判定不易识别区域，获取场地现状、土壤样本等数据；5）北京政务数据资源网，用于确定规划优先发展区。

2 DSR模型构建

DSR（driving force-state-response）驱动力-状态-响应模型由联合国可持续发展委员会（UNCSD）开发，是在PSR（press-state-response，PSR）压力-状态-响应模型[16-17]基础上改进后发展起来的可持续发展评估模型。DSR模型以因果关系为基础，通过检测驱动力和环境状况、社会响应之间的逻辑反馈机制[18]，可以较好的反映人地系统相互作用的因果链关系，被广泛用于环境可持续评价领域[19]。现有DSR模型的驱动力由人类活动组成，状态由自然资源、空气、水等环境状态组成，响应由政治、经济、法律等措施组成。煤矿废弃工业广场再开发是城市可持续发展重要途径，再开发行为受社会经济和生态环境共同影响，是复杂人地系统相互作用的结果。然而，煤矿废弃工业广场再开发评价的驱动力、状态和响应内容与现有DSR模型存在差异，因此，需对DSR模型进行改进修正，具体如下。

本文构建的煤矿废弃工业广场再开发DSR概念模型（图 2）中，“驱动力”来自城市转型和城市双修等外部环境对煤矿废弃工业广场再开发的需求，因为煤矿废弃工业广场再 开发可以为矿业城市带来新的社会、经济和生态效益。“状态”为煤矿废弃工业广场的建筑、景观、地下空间及生态环境现状，反映场地自身的再开发潜力。“响应”代表政府机构、企业部门和社会公众对再开发采取的措施与态度。在驱动力作用下，各利益方重新审视煤矿废弃工业广场状态，并通过相应行动使之适应城市双修的需求。“驱动力”是“状态”发生变化的根本原因，“状态”是“驱动力”实现的约束条件和“响应”制定的基本依据，“响应”是促使“状态”发生变化的重要途径。上述DSR模型明确了再开发行为中驱动力、状态、响应之间的因果关系，是制定煤矿废弃工业广场再开发时序评价体系的基础。

图2 煤矿废弃工业广场再开发DSR模型Fig.2 DSR model of ACMIS redevelopment

3 DSR时序评价体系构建

3.1 评价指标的选取

根据《全国土地整治规划（2016—2020年）》、国土资规〔2017〕4号《关于加快建设绿色矿山的实施意见》和《关于加强生态修复城市修补工作的指导意见》，煤矿废弃工业广场再开发需结合周边环境，以城市规划和城市设计为基础，以改善矿区配套设施、景观生态现状和提高土地经济密度为目标，在调查评价基础上，统筹场地现状，对煤矿废弃工业广场进行合理安排利用。因此，煤矿废弃工业广场再开发既需结合周边区位环境，也需结合场地生态和建筑保存现状，并基于城市发展规划和政策措施确定再开发时序。基于构建的DSR模型，结合已有研究、煤矿废弃工业广场特征和研究区域实际情况，以时序划分为目标，采用AHP（analytical hierarchy process）层次分析法，从驱动力、状态、响应 3个层次选取评价指标（表1）。

驱动力指标主要考虑周边区位环境的推动作用，可用产业集聚情况、交通区位和公共服务设施配置来表示。产业集聚情况反映周边生态农业和文化旅游集聚程度。交通区位条件反映交通系统的完善程度和与中心建成区距离关系。公共服务设施配置反映周围教育、文化体育、医疗卫生和商业服务等设施的完善程度。

状态指标主要考虑场地自身再开发潜力，可用生态现状、建筑现状和其他场地现状来表示。生态现状是重点考察指标之一，由地质条件、土壤pH值、损毁程度、重金属污染度和地质灾害风险度组成。建筑现状由建筑保存完整性和历史文化价值组成。其他场地现状由地下空间保存情况市政基础设施情况组成。

表1 煤矿废弃工业广场再开发DSR时序评价体系Table 1 DSR assessment system for prioritizing ACMIS redevelopment

响应指标主要考虑当地发展规划和政府政策的潜在支持度。中国尚未出台煤矿废弃工业广场再利用专项规划的相关规定，煤矿废弃工业广场再利用需借助其他综合规划规定的相关指标进行分析再运用。参考地区发展规划等级和政策激励措施，响应指标由待开发场地所在乡镇是否位于国家级、市级或区级重点发展区等组成。

3.2 评价指标量化及方法

根据相关国家标准和研究对象特点，采用赋值法[20]对各指标评价等级由高到低依次分为高度适宜、中度适宜、勉强适宜、不适宜4类，并分别赋予100、80、60、40分。本文探索采用赋值法进行指标量化，但赋值法存在临界值需特殊处理的问题。为此，对待位于边缘值的量化结果，需综合其他指标进行再次判读。邀请专家对指标评价标准进行论证，经多次反复调整，确定各指标的量化评判标准（表2）。

3.2.1 驱动力指标量化

1）产业集聚情况

产业集聚情况由距周边区域生态农业（C1）和文化旅游产业（C2）距离决定。借鉴刘春凤等对北京八达岭长城旅游区经济影响域的研究[21]，取2.8 km为生态农业和旅游产业的辐射最佳影响半径，超过2.8 km则产业辐射效果下降。产业集聚度计算方法如下：

式中Li为生态农业产业集聚影响值，Lj为文化旅游产业集聚影响值；Ii为待开发场地与生态农业距离，Ij为与文化旅游产业距离；Imax为产业与待开发场地间最大距离。当受到多个产业影响时，取最高值代表该种产业集聚度。根据计算结果，产业集聚影响度按＞85、＞75～85、60～75、＜60赋值100、80、60、40。

表2 评价指标量化标准与相应权重Table 2 Evaluation criteria and weights of index

2）交通区位条件

距离数据应用ArcGIS软件Buffer缓冲功能量化处理后得到。计算公路覆盖情况（C3）时，由于道路重要程度不一，需分别计算国家级、省级、县级道路影响度，并取最大作用值作为公路覆盖情况得分。参考已有规定，国家级、省级、县级道路作用指数分别取1.0、0.8和0.6[22]。影响度计算方法如下：

式中Ri为待开发场地i受到的道路影响度；国家级、省级、县级道路Rr值为1、0.8、0.6；Li为待开发场地距道路实际距离，Lmin为距道路最近距离，Lmax为距道路最远距离。根据公路覆盖实际情况，按＞75、＞65～75、50～65、＜50赋值100、80、60、40。

公共交通覆盖情况（C4）赋值参考《城市公交场站设计规范》相关规定，按距公交车站＜0.5、0.5～1、＞1～1.5、＞1.5～2 km赋值100、80、60、40。若2 km范围内没有公交车站，则不得分。距区中心距离（C5）赋值根据实际情况，按＜30、30～40、＞40～50、＞50 km赋值 100、80、60、40。

3）公共服务设施配置

公共服务设施配置（C6）指周围教育、文化体育、医疗卫生和商业服务等设施的完善程度。参考城市建设研究院《村镇公共服务设施配置技术与标准研究》，基于“生活圈”原理，采用最小距离模型对周围的小学、中学、文化站、卫生院、日杂商店、宾馆、餐饮等公共服务设施进行可达性评估，以加权出行时间作为可达性评价标准，计算方法如下：

式中Ai公共服务设施可达性综合得分；dij为第i个评价单元在第j个评价指标的量化分值；cj为第j个评价指标的综合权重。

3.2.2 状态指标量化

1）生态现状

参考土地复垦适宜性评价研究成果，土壤地质（C7）按壤质、砂壤质、黏壤质、细粉砂质赋值100、80、60、40；pH 值（C8）按＞6～7、＞5～6或＞7～8、4～5或＞8～9、＜4或＞9赋值100、80、60、40；损毁程度（C9）按＜0.5、0.5～1、＞1～1.5、＞1.5～2 m赋值100、80、60、40。

重金属污染度（C10）以Hakanson潜在生态风险指数表示[23]，计算方法为：

式中代表第i种重金属的污染系数，为土壤i的重金属实测值，为参照值，重金属综合污染程度，为重金属i的毒性响应系数，RI为综合潜在生态风险指数。Cd、Cu、Pb、Cr等是煤矿废弃工业广场常见污染元素，对取回土样进行重金属检测，参考北京土壤重金属环境风险等级[24-25]（表3）设置参照值、毒性响应系数和分级标准，结果按＜150、150～300、＞300～600、＞600赋值 100、80、60、40。

表3 北京土壤重金属含量背景值和毒性响应系数Table 3 Background values and toxic-response factors for soil heavy metals elements in Beijing

京西煤矿大多位于山区，泥石流是主要地质灾害。参考北京“2012.7.21”特大自然灾害发生时泥石流分布情况和北京市泥石流灾害易发分布图[26]，按非易发区、低易发区、中易发区、高易发区对地质灾害风险度（C11）赋值100、80、60、40。

2）建筑现状

参考《国家历史文化名城保护评估标准》，建筑保存完整性（C12）按保存完好、保存较好、一般、年久失修赋值100、80、60、40。根据《文化遗产价值评估标准》，建筑历史文化价值（C13）按价值突出、较突出、一般、不突出赋值100、80、60、40。

3）其他场地现状

地下空间保存情况（C14）按保存完好无需修复、保存较好需要修复、部分破坏需要修复、严重破坏无法修复赋值100、80、60、40。市政基础设施情况（C15）按给排水和照明设施完善、仅有给排水或照明设施、仅有给排水或照明设施且设施破损、没有赋值100、80、60、40。

3.2.3 响应指标量化

根据京西煤矿所在地区实际情况，发展规划和政策措施指标（C16）按重要程度从高到低分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级。Ⅰ级指代国家级优先发展规划，如，国家重点建设小镇和中国传统村落名录等；Ⅱ级指代市级发展规划，如，市级民俗村等；Ⅲ级指代区级发展规划，如，门头沟区和房山区土地利用总体规划列出的优先发展区等；Ⅳ级指代其他区镇级发展规划。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级分别赋值100、80、60、40。

3.3 指标权重确定

基于专家打分结果，采用AHP层次分析法分别确定驱动力层级和状态层级指标权重，并对结果进行一致性检验，结果详见表2。

3.4 评价模型确定

采用加权求和法构建驱动力评价模型和状态评价模型，对样本进行驱动力评价和状态评价。计算方法如下：

式中 Di为第 i个评价单元的驱动力综合得分；Si为第 i个评价单元的状态综合得分；rij为第i个评价单元在第j个评价指标的量化分值；qj为第j个评价指标的综合权重。

3.5 再开发时序确定

采用四象限法[27-28]，耦合驱动力层级和状态层级评价结果，将煤矿废弃工业广场再开发潜力从高到低划分为高驱动力高状态（high driving force high state, HDFHS）、高驱动力低状态（high driving force low state, HDFLS）、低驱动力高状态（low driving force high state, LDFHS）和低驱动力低状态（low driving force low state, LDFLS）4类（图3）。根据土地利用总体规划和京西煤矿闭矿规划，综合考虑响应指标，将再开发时序划分为 3个阶段：近期开发时序由HDFHS组成，中期开发时序由HDFLS和LDFHS组成，远期开发时序由 LDFLS组成。各象限分界点以驱动力指标和状态指标的综合平均分数为界进行划分。

图3 煤矿废弃工业广场再开发时序分区原理图Fig.3 Division principle for prioritizing ACMIS

4 结果与分析

4.1 煤矿废弃工业广场再开发时序驱动力评价

雷达图能直观、形象的表达评价对象的指标得分差异，可辅助评价者进行定性判断和定量分析[29-30]。封闭图形面积越大，代表综合得分越高。将各煤矿废弃工业广场实测数据带入表 2，采用赋值法得到各煤矿废弃工业广场驱动力指标综合得分，根据计算结果绘制雷达图（图4）。

各煤矿废弃工业广场驱动力得分结果分布在1.792～4.250之间。王平镇（4.250）和长沟峪煤矿（3.818）综合得分最高，得益于便捷的交通区位条件和完善的公共服务设施。大安山煤矿得分最低（1.792），是由于大安山煤矿地处山区最里，产业集聚度和公路覆盖情况较差，周边公共服务设施配置尚不完善。以驱动力得分平均值（2.925）为界，大台、王平镇和长沟峪煤矿属于高驱动力型土地，木城涧、千军台、安家滩、花坡根、大安山等 5个煤矿属于低驱动力型土地。高驱动力型煤矿数量（3个）少于低驱动力行煤矿（5个）。

图4 煤矿废弃工业广场驱动力指标评价得分Fig.4 Results of driving force factors for prioritizing ACMIS

4.2 煤矿废弃工业广场再开发时序状态评价

将各煤矿废弃工业广场实测数据带入表2，采用赋值法得到煤矿废弃工业广场状态指标综合得分，根据计算结果绘制雷达图（图 5）。根据计算结果，得分分布在1.464～4.603之间。其中，大台煤矿得分最高（4.603），木城涧煤矿（4.522）和大安山煤矿（4.39）次之。由于上述3个煤矿是仅存尚未关停煤矿，场地设施保存完好，地下空间尚未破坏，无需修复便可再利用，因此，再开发状态得分最高。安家滩煤矿得分最低（1.464），花坡根煤矿次之（1.907），是由于2个煤矿早在20世纪90年代便已关停，建筑年久失修，破坏严重，地下空间早已严重破坏，无法重新利用。王平镇煤矿与花坡根煤矿相邻不远，均于 20世纪 90年代关停，但得分高于花坡根（3.187），是由于王平镇煤矿紧邻G109国道和乡政府，优越的区位条件使其状态保存较好。以平均值（3.476）为界，大台、木城涧、千军台、大安山、长沟峪煤矿属于高状态型土地，安家滩、花坡根、王平镇煤矿属于低状态型土地。高状态型煤矿数量（5）大于低状态型土地数量（3）。

4.3 京西煤矿废弃工业广场再开发时序确定

耦合驱动力和状态评价结果，大台煤矿和长沟峪煤矿属于高驱动力高状态型（HDFHS）煤矿，属于近期开发时序。王平镇煤矿属于高驱动力低状态型（HDFLS）煤矿，属于中期开发时序。木城涧、千军台、大安山煤矿属于低驱动力高状态型（LDFHS）煤矿，也属于中期开发时序。由于木城涧煤矿紧邻国家传统村落千军台村，属于国家级发展规划区，且木城涧煤矿状态综合得分最高，因此，将木城涧煤矿调整至近期开发时序。安家滩和花坡根煤矿属于低驱动力低状态型（LDFLS）煤矿，属于远期开发时序。最终结果如表4所示。

图5 煤矿废弃工业广场状态指标评价得分Fig.5 Results of state factors for prioritizing ACMIS

表4 煤矿废弃工业广场再开发时序划分Table 4 Division results of prioritizing ACMIS

5 结 论

1）从驱动力、状态和响应3个层面构建了煤矿废弃工业广场再开发时序的评价指标体系，具体包括产业集聚情况、交通区位条件、公共服务设施配置、生态现状、建筑现状、其他场地现状及发展规划和政策措施等 7个指标，进而构建了基于该指标体系的评价模型。

2）北京京西煤矿废弃工业广场现存且具有再利用价值的有8处，其中，建议近期进行再开发的有3处，包括长沟峪、大台和木城涧煤矿；建议中期进行再开发的有 3处，包括王平镇、千军台和大安山煤矿；建议远期进行再开发的有两处：安家滩和花坡根煤矿，由于其驱动力与状态值较低，近期建议只对其进行简单的生态恢复处理，暂时不做其他用途。

再开发后的功能选择是煤矿废弃工业广场在城市未来修补过程中面临的必然选择，将在后续研究中考虑具体的功能方案决策，使煤矿废弃工业广场再开发时序更有助于城市废弃地再开发的功能选择，时序评价与功能方案选择评价是未来的研究方向。

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