基于“TOPSIS-AHP”模型的城市绿化生态技术集成方案优选

张桂莲 易 扬 张 浪 郑谐维

随着城市化进程的不断加快，城市居民对生态环境的需求日益增加，营造自然与人造景观和谐发展的生态网络，不断提升城市绿地生态服务功能，是未来城市发展的重要方向。面对城市更新过程中不同的绿化立地类型，需运用生态学原理，结合城市未来发展方向和发展模式，有机整合不同的生态技术，科学预测未来的生态效益，为绿地建设提供量化指导。研究将3S技术（遥感、地理信息系统和全球定位系统）、层次分析法（AHP）和最优解法（TOPSIS）相结合，构建城市绿化生态技术集成方案优选模型，以期为城市生态园林建设提供理论指导和技术支撑。

城市绿化；生态技术集成；优选模型

1.研究区域

城市是人类的主要聚集地，是对全球环境变化反应最敏感的区域之一。中国的城镇化率从1978年的17.90%增加到2019年的60.60%[1-2]。随着世界人口数量的不断增加，城市化将在全球范围，尤其是发展中国家加速进程[3]。伴随着城市化发展，城市中的生态环境问题日益突出，例如城市用地粗放、环境资源污染加剧、城市景观破碎化、生态廊道片段化等，这些现象给城市环境的健康发展制造了不和谐因素。人们认识到，建设城市绿地、充分利用城市绿地的生态服务功能，是改善城市生态状况、促进人与自然和谐发展的重要途径[4]。

生态技术是构建生态化设施和营造良好生态环境的重要手段，受到园林、水利、环保、交通、农业和旅游等行业的重视，在改善生态空间结构、提高水资源利用、优化植物群落配置、循环利用废弃物等方面发挥着重要的作用[5-7]。自1969年，Ian McHarg提出“设计结合自然”理念后，合理运用生态技术改善和提高城市绿地的生态服务功能，成为风景园林学和景观生态学研究的热点[8]。但如何根据城市绿地的现状条件、周边环境以及城市绿地所要解决的关键生态环境问题，有针对性地选择生态技术进行有机整合，集成不同应用效益的配套方案，相关研究报道比较欠缺[9-10]。为此，本研究将3S技术（遥感、地理信息系统和全球定位系统）、层次分析法（AHP）、最优解法（TOPSIS）相结合，构建生态技术集成方案优选模型[11]，以期为城市绿化生态技术的科学选择提供理论支撑。

1 生态技术评价指标体系构建

1.1 研究区概况

2010年上海世博会闭幕后，园区内场馆被陆续拆除或被改建为体育娱乐和厂房等设施，2017年，上海市政府决定将该区域改建为世博文化公园。世博文化公园位于黄浦江核心滨水区，是黄浦江生态廊道的重要部分，总用地面积187.7 hm2，其中公共绿地154.21 hm2，将是中心城区最大的公园绿地。本研究选取世博文化公园中的世界花艺园为研究对象（图1）。基于2013年至2015年黄浦江后滩引水口水质调查资料，根据《地表水环境质量标准GB3838-2002》，结合航拍得出的结果是，此地块大部分水质指标属于地表水III~V类，且天然水资源供给难以满足园区内用水需求。

2.城市绿化生态技术应用效益评价指标体系

3.经济主导型和生态主导型技术分类

1.2 生态技术类型库建立

参照中国建设部颁布的《绿色生态住宅小区建设要点与技术导则》（试行），从能源系统、水环境系统、大气环境系统、声环境系统、绿化系统、废弃物管理与处置系统、热环境系统及绿色建材系统8大方面，将城市绿化生态技术归纳为可再生能源利用技术、水处理与利用、净化空气、减噪隔音、绿化生态、废弃物再利用、控温降温、绿色建材利用8大类，8大类技术内又包含若干中类、小类和子类技术[12-13]。

1.3 评价指标体系构建

生态效益、经济效益和社会效益是评价城市绿地质量的重要指标。构建城市绿化生态技术评价指标体系，对不同技术应用产生的效益进行评价，提高了生态技术选择的客观性和科学性。本研究构建的城市绿化生态技术评价指标体系（图2）包括目标层（城市绿化生态技术效益评价）1项、准则层3项（生态效益、经济效益和社会效益）和指标层9项（经济收益、气体调节、气候调节、净化环境等）。

2 生态技术集成应用方案优选模型

TOPSIS（Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution）法是一种根据有限个评价对象与理想化目标的接近程度来进行排序的决策方法，可以处理多目标问题，充分利用基础数据的信息能，直观反映不同方案之间的差距，即正理想解与负理想解之间的距离排序，具有普遍适用性。AHP（Analytic Hierarchy Process）法是一种将定量与定性分析有效结合的多目标决策分析方法，将问题分解为若干层次，对两两指标的重要程度进行比较判断，进而计算得到指标的权重。本研究采用3S技术结合TOPSIS法和AHP法建立了城市绿化生态技术集成方案的优选模型，具体计算步骤如下。

步骤1：利用3S技术和实地调查相结合，在明确地块规划目标的情况下，识别地块的障碍因子，初步筛选出待选的生态技术大类。上海世博文化公园的规划定位为上海市生态中心之一，根据前期调查和识别，障碍因子为水质水量问题。根据公园的规划定位和改良方向，选择“水处理与利用技术”和“绿化生态技术”两大类型作为方案适配技术集成的选择方向。

步骤2：将实施地块筛选出的生态技术类型中的所有生态技术按照经济主导型和生态主导型进行分类（图3）。对每一生态技术应用后产生的效益进行评价，经济主导型技术只评价经济效益，生态主导型技术评价经济效益、社会效益和生态效益。

步骤3：计算各个生态技术应用产生的预期应用效益（经济效益、生态效益和社会效益）。

式中：AC为区域实施所选生态技术应用后产生的第c指标的经济效益，A为实施生态技术的目标地块面积，Dc为第c指标的单位面积经济效益。

式中：Vi为区域实施所选生态技术应用后产生的第i指标的生态效益，Aj为j类绿化类型的面积，Pij为j类绿化类型单位面积的第i指标的生态效益。生态效益指标包括气体调节、气候调节、净化环境、水文调节、土壤保持、维持养分循环和生物多样性保护；绿化类型包括针叶乔木、针阔叶混交乔木、阔叶乔木、灌木和草坪（表1）。

式中：Td为区域实施所选生态技术后产生的第d指标的社会效益，Aj为j类绿化类型的面积，Pdj为绿化类型单位面积的第d指标的社会效益；绿化类型包括针叶乔木、针阔叶混交乔木、阔叶乔木、灌木和草坪（表2）。

本研究设定方案中绿化面积为复层绿化类（针阔混交乔木林3 hm2、灌木1 hm2、草地5 hm2）、屋顶绿化类（灌木1 hm2、草地5 hm2）和垂直绿化类（草地 5hm2）。

步骤4：采用层次分析法（AHP）法计算指标权重Wn。

步骤5：根据生态技术评价结果（表3）和指标权重（表4），计算得到加权生态技术应用效益评价结果（表5）。

步骤6：计算地块生态技术集成方案的应用效益，根据“水处理与利用”和“绿化和生态技术”中的生态技术，各选一项搭配形成104个生态技术集成方案（表6）。

步骤7：对集成方案的应用效益评价表进行标准化，得到标准化集成方案的应用效益评价结果（表7）。

步骤8：计算生态技术方案的正理想解和负理想解。

步骤9：计算所有方案到正理想解和负理想解的欧氏距离。

如果待选方案与正理想解相同，则接近度为1；如果待选方案与负理想解相同，则接近度为0。因此，接近度与1越接近，表明该待选方案越好。将所有方案的接近度按照从小到大顺序排列，接近度最大的方案是该地块生态技术最佳集成方案。计算结果显示，节水养护管理技术和复层绿化技术的组合到正理想解的距离为0.0007，到负理想解的距离为0.3671，与理想解的接近度为0.998，为所有方案中最理想的方案。

表1 单位面积生态效益价值当量表

表2 单位面积社会效益价值当量表

表3 技术效益评价

表4 生态技术应用效益权重

表5 加权生态技术应用效益评价

表6 配套方案应用效益评价

表7 标准化集成方案应用效益评价表

3 结论

本研究在传统的TOPSIS法中引入了3S技术和AHP法，解决了城市绿化生态技术集成方案的优选难题，定量化结果更具科学性和可操作性。节水养护管理技术和复层绿化技术的有机整合成为世界花艺园的最佳生态技术集成方案，能够解决研究地块的生态环境问题，同时也符合地块的生态中心规划定位。

生态技术的集成和应用，是以生态可持续性为目标的城市绿地营建技术，其运行机制和相关理论十分庞大复杂。本研究提出的模型，需要充分了解待建地块的特性，把控地块的规划定位和生态障碍因子后进行生态技术的集成方案优选。在未来的研究中，还需及时更新、总结和归类相关生态技术，淘汰不成熟的生态技术，完善生态技术应用效益的评价指标体系。