CN106779172A - 一种临港产业空间布局模型 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种临港产业空间布局模型，其特征是，按照以下步骤建立模型：S01：将临港产业区二维平面化，假设临港产业区所占区域为长为B，宽为H的矩形二维空间S，产业I_i所占区域为矩形，S02：采用多目标规划方法确定产业I_i在临港产业区的空间占地规模S_i，S03：采用系统布置设计方法确定I_i产业空间布局P_i＝(X_i,Y_i,L_xi,L_yi)。本发明所达到的有益效果：建立了一种能量化分析临港产业区产业规模以及产业布局的数学模型。

Description

一种临港产业空间布局模型

技术领域

本发明涉及一种临港产业空间布局模型，属于港口空间设计领域。

背景技术

临港产业区是指在港口后方陆域设立的与港口相关的产业集聚区，主要依托港口大进大出、服务配套等优势，成为港口城市经济发展的重要保证，临港产业区问题成为港口经济研究的热点问题之一。

关于临港产业区的一个核心问题是临港产业的空间布局，正确合理的临港产业区布局能充分发挥港口优势和产业集群优势，从而带动港口城市产业和经济的发展。

目前，针对临港产业空间布局问题，大多数研究是通过定性分析的方法确定临港产业的最优空间布局，但是定性分析方法具有较强的主观性，也过分依赖于决策者的知识和经验，在实际应用时存在较大的难度。因此，如何通过量化分析方法确定临港产业空间布局已成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种结合多目标规划方法与系统布置设计方法来量化分析临港产业的规模大小和空间布局的临港产业空间布局的模型。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种临港产业空间布局模型，按照以下步骤建立模型：

S01：将临港产业区二维平面化，假设临港产业区所占区域为长为B，宽为H的矩形二维空间S，计划发展n种产业I_i，i＝1，2，…，n，产业I_i所占区域为矩形，产业I_i属性为常量，S为均质的，各产业I_i在同一平面上，以临港产业区的左下角为原点O，港口所在区域是以(B+L_X0/2，H/2)为中心，以L_x0为横坐标长度、以L_y0为纵坐标长度的矩形，产业I_i所在区域是以(X_i，Y_i)为中心、以L_xi为横坐标长度、以L_yi为纵坐标长度的矩形，产业I_i的布局方案为P_i＝(X_i，Y_i，L_xi，L_yi)，以所述港口中心为控制点进行临港产业区产业空间布局；

S02：采用多目标规划方法确定产业I_i在临港产业区的空间占地规模S_i，根据临港产业区规划期望目标，建立多目标函数，将多目标函数转化为单目标函数，采用临港产业区产业发展规划确定的约束条件，得到产业I_i的空间占地规模S_i；

S03：采用系统布置设计方法确定产业I_i的空间布局，根据临港产业区设计原则，确定期望目标，建立多目标函数，采用临港产业所占区域不重叠且均在所规划的临港产业区内为约束条件，得到产业I_i空间布局P_i＝(X_i,Y_i,L_xi,L_yi)。

S02中所述期望目标包括经济社会效益目标和生态效益目标。

S02中所述经济社会效益目标为经济社会效益最大化，所述生态效益目标为生态效益最大化，所述经济社会效益最大化以各产业I_i总产值最大和总投资额最小来表示，所述生态效益最大化以各产业I_i总碳排放量最小来表示，建立S02中所述多目标函数：

f＝f(f₁,f₂,f₃) (1)

式(1)中：f₁为总产值目标函数；f₂为总投资额目标函数；f₃为总碳排放量目标函数；

所述产业I_i空间占地规模S_i可以分为近期规划用地规模和远期规划用地规模

式(2)中：为产业I_i的近期规划单位面积产值(10⁸元/km²)，为产业I_i的远期规划单位面积产值(10⁸元/km²)，为产业I_i的近期规划投资强度(10⁸元/km²)，为产业I_i的远期规划投资强度(10⁸元/km²)，为产业I_i的近期规划二氧化碳排放量(万吨/km²)，为产业I_i的远期规划二氧化碳排放量(万吨/km²)；

采用线性加权法将所述多目标函数转化为单目标函数，将f₁，f₂，f₃归一化后，确定各目标函数的权重系数分别是α，β，χ，则所述单目标函数为：

min f＝-αf₁(x)+βf₂(x)+χf₃(x) (3)

S02中所述约束条件是根据临港产业区产业发展规划确定的各产业I_i土地规模、产值增长目标、投资目标以及二氧化碳排放量目标方面的约束条件，如下：

式(4)是土地规模约束条件，即每个产业的用地规模均为正数，且产业总体规模不大于园区规模S；

式(5)是单项产业I_i产值约束条件，式中：为产业I_i的近期产值目标(10⁸元)，为总规划期内产业I_i的产值目标(10⁸元)；

式(6)是单项产业I_i投资约束条件，式中：为产业I_i的近期投资目标(10⁸元)，为总规划期内产业I_i的投资目标(10⁸元)；

式(7)是单项产业I_i二氧化碳排放量约束条件，式中：为产业I_i的近期排放量目标(万吨)，为总规划期内产业I_i的排放量目标(万吨)；

式(8)(9)(10)是整体产业的产值约束条件、投资约束条件和二氧化碳排放量约束条件，式中：a^e为所述临港产业区的近期产值目标(10⁸元/km²)，a为所述临港产业区的总规划期产值目标(10⁸元/km²)，b^e为所述临港产业区的近期投资目标(10⁸元/km²)，b为所述临港产业区的总规划期投资目标(10⁸元/km²)，c^e为所述临港产业区的近期排放量目标(万吨/km²)，c为所述临港产业区的总规划期排放量目标(万吨/km²)；

通过构建的临港产业多目标决策模型，用算法对模型进行求解，可得到临港产业规模S_i。

S03中所述设计原则包括产业关联原则和港口关联原则。

S03中所述设计原则确定的期望目标为产业间关联度最大同时产业与港口关联度最大，定义产业I_i所在位置得分L_i为该产业与相邻产业以及该产业与相邻控制点之间的综合关联度，产业I_i的位置分数可表示为：

式中：n为产业的数量；i为产业序号，j为产业或控制点序号，控制点j序号为0，j＝0，1，2，…，n，并且j≠i；R_ij为产业i与产业j或控制点j的关联度；Z_ij为邻域状态参数，当产业i与产业j或控制点j相邻时，即当产业i满足下述条件之一时：产业i与控制点O相邻，即产业i与产业j相邻，且相邻边与X轴平行，即产业i与产业j相邻，且相邻边与Y轴平行，即Z_ij＝1，否则Z_ij＝0；

所述期望目标即所有产业的位置分数之和最大，建立S03中所述目标函数为：

式中：L为所述临港产业区布局综合得分；i＝1,2,…,n，j＝0，1，…，n并且j>i；

S03中所述约束条件为：

约束条件(13)(14)表示各产业所占区域不重叠；

约束条件(15)表示各产业所占区域均在所规划的临港产业区内。

所述关联度评价方法包括专家打分法。

所述专家打分法为将所述产业间关联度按等级划分，并对各等级进行赋分，使其关联度能够量化，关联度越高则等级越高，同时等级越高其分值越大。

通过构建的临港产业空间布局模型，用算法对模型进行求解，可得到临港产业空间布局P_i＝(X_i,Y_i,L_xi,L_yi)。

本发明所达到的有益效果：一是建立了解决临港产业规模问题的数学模型；二是建立了解决临港产业布局问题的数学模型；三是弥补了当前临港产业空间布局缺乏量化分析方法的不足。

附图说明

图1为临港产业区位置参数示意图；

图2为实施例中临港产业区位置参数示意图；

图3为实施例中临港产业区产业空间布局图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1

将本发明提出的一种临港产业空间布局模型应用于江苏盐城滨海港区临港产业区为例，实施步骤如下：

一、将临港产业区二维平面化

区域内临港产业共有5种，即n＝5，I₁为新能源新材料产业，I₂为专用设备制造业，I₃为盐化工产业，I₄为汽车零部件制造业、I₅为有色金属冶炼业，以2016-2020年为近期规划，2021-2030年为远期规划。

滨海港产业区位于江苏省东北缘，是淮河流域的出海门户，临港产业园区规划面积约为120平方公里，其区域为B＝12，H＝10的矩形；规划范围内有一个港口，其中心坐标为(14，5)，港口区域为L_x0＝4，L_y0＝5的矩形，如图2所示。

二、通过多目标规划方法确定临港产业规模

根据《江苏省统计年鉴》、《工业项目建设用地控制指标》(2008)、《中国能源统计年鉴》和《滨海港总体规划》等资料，初始化参数，其参数表如表1所示。

表1滨海临港产业区产业空间布局参数表

临港产业规模由本发明的方法来计算，计算结果为：S₁＝11.99+19.44，S₂＝3.20+4.11，S₃＝21.7+23.8，S₄＝10.2+21.2，S₅＝1.60+2.67。

三、通过系统布置设计方法确定临港产业布局

根据产业与产业之间、产业与港口之间的关联程度，以0-5为刻度，采用专家打分法得出R_ij，其中I₀为港口。

临港产业空间布局P_i＝(X_i,Y_i,L_xi,L_yi)由本发明的方法来计算，计算结果见表2，临港产业区布局图见图3。

表2临港产业区各产业空间布局

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种临港产业空间布局模型，其特征是，按照以下步骤建立模型：

S01：将临港产业区二维平面化，假设临港产业区所占区域为长为B，宽为H的矩形二维空间S，计划发展n种产业I_i,i＝1,2,…,n，产业I_i所占区域为矩形，产业I_i属性为常量，S为均质的，各产业I_i在同一平面上，以临港产业区的左下角为原点O，港口所在区域是以(B+L_X0/2,H/2)为中心，以L_x0为横坐标长度、以L_y0为纵坐标长度的矩形，产业I_i所在区域是以(X_i,Y_i)为中心、以L_xi为横坐标长度、以L_yi为纵坐标长度的矩形，产业I_i的布局方案为P_i＝(X_i,Y_i,L_xi,L_yi)，以所述港口中心为控制点进行临港产业区产业空间布局；

S02：采用多目标规划方法确定产业I_i在临港产业区的空间占地规模S_i，根据临港产业区规划期望目标，建立多目标函数，将多目标函数转化为单目标函数，采用临港产业区产业发展规划确定的约束条件，得到产业I_i的空间占地规模S_i；

S03：采用系统布置设计方法确定产业I_i的空间布局，根据临港产业区设计原则，确定期望目标，建立多目标函数，采用临港产业所占区域不重叠且均在所规划的临港产业区内为约束条件，得到产业I_i空间布局P_i＝(X_i,Y_i,L_xi,L_yi)。

2.根据权利要求1所述的一种临港产业空间布局模型，其特征是，S02中所述期望目标包括经济社会效益目标和生态效益目标。

3.根据权利要求2所述的一种临港产业空间布局模型，其特征是，S02中所述经济社会效益目标为经济社会效益最大化，所述生态效益目标为生态效益最大化，所述经济社会效益最大化以各产业I_i总产值最大和总投资额最小来表示，所述生态效益最大化以各产业I_i总碳排放量最小来表示，建立S02中所述多目标函数：

f＝f(f₁,f₂,f₃) (1)

式(1)中：f₁为总产值目标函数；f₂为总投资额目标函数；f₃为总碳排放量目标函数；

所述产业I_i空间占地规模S_i可以分为近期规划用地规模(km²)和远期规划用地规模(km²)，

$\left\{\begin{array}{c}{f}_1=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{a}_i^e*S_i^e+\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{a}_i^l*S_i^l\\ f_2=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{b}_i^e*S_i^e+\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{b}_i^l*S_i^l\\ f_3=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{c}_i^e*S_i^e+\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{c}_i^l*S_i^l\end{array}\right.---\left(2\right)$

式(2)中：为产业I_i的近期规划单位面积产值(10⁸元/km²)，为产业I_i的远期规划单位面积产值(10⁸元/km²)，为产业I_i的近期规划投资强度(10⁸元/km²)，为产业I_i的远期规划投资强度(10⁸元/km²)，为产业I_i的近期规划二氧化碳排放量(万吨/km²)，为产业I_i的远期规划二氧化碳排放量(万吨/km²)；

采用线性加权法将所述多目标函数转化为单目标函数，将f₁，f₂，f₃归一化后，确定各目标函数的权重系数分别是α，β，χ，则所述单目标函数为：

minf＝-αf₁(x)+βf₂(x)+χf₃(x) (3)

S02中所述约束条件是根据临港产业区产业发展规划确定的各产业I_i土地规模、产值增长目标、投资目标以及二氧化碳排放量目标方面的约束条件，如下：

$\ΣS_i^e+\ΣS_i^l\≤S,S_i^e\≥0,S_i^l\≥0---\left(4\right)$

式(4)是土地规模约束条件，即每个产业的用地规模均为正数，且产业总体规模不大于园区规模S；

$S_i^e{a}_i^e\≥a_i^{ep},(S_i^e{a}_i^e+S_i^l{a}_i^l)\≥a_i^p---\left(5\right)$

式(5)是单项产业I_i产值约束条件，式中：为产业I_i的近期产值目标(10⁸元)，为总规划期内产业I_i的产值目标(10⁸元)；

$S_i^e{b}_i^e\≤b_i^{ep},(S_i^e{b}_i^e+S_i^l{b}_i^l)\≤b_i^p---\left(6\right)$

式(6)是单项产业I_i投资约束条件，式中：为产业I_i的近期投资目标(10⁸元)，为总规划期内产业I_i的投资目标(10⁸元)；

$S_i^e{c}_i^e\≤c_i^{ep},(S_i^e{c}_i^e+S_i^l{c}_i^l)\≤c_i^p---\left(7\right)$

式(7)是单项产业I_i二氧化碳排放量约束条件，式中：为产业I_i的近期排放量目标(万吨)，为总规划期内产业I_i的排放量目标(万吨)；

${\mathrm{\Σa}}_i^e{S}_i^e/{\mathrm{\ΣS}}_i^e\≥a^e,\mathrm{\Σ}(a_i^e{S}_i^e+a_i^l{S}_i^l)/S\≥a---\left(8\right)$

${\mathrm{\Σb}}_i^e{S}_i^e/{\mathrm{\ΣS}}_i^e\≤b^e,\mathrm{\Σ}(b_i^e{S}_i^e+b_i^l{\mathrm{\Σ}}_i^l)/S\≤b---\left(9\right)$

${\mathrm{\Σc}}_i^e{S}_i^e/{\mathrm{\ΣS}}_i^e\≤c^e,\mathrm{\Σ}(c_r^e{S}_i^e+c_i^l{S}_i^l)/S\≤c---\left(10\right)$

式(8)(9)(10)是整体产业的产值约束条件、投资约束条件和二氧化碳排放量约束条件，式中：a^e为所述临港产业区的近期产值目标(10⁸元/km²)，a为所述临港产业区的总规划期产值目标(10⁸元/km²)，b^e为所述临港产业区的近期投资目标(10⁸元/km²)，b为所述临港产业区的总规划期投资目标(10⁸元/km²)，c^e为所述临港产业区的近期排放量目标(万吨/km²)，c为所述临港产业区的总规划期排放量目标(万吨/km²)。

4.根据权利要求1所述的一种临港产业空间布局模型，其特征是，S03中所述设计原则包括产业关联原则和港口关联原则。

5.根据权利要求4所述的一种临港产业空间布局模型，其特征是，S03中所述设计原则确定的期望目标为产业间关联度最大同时产业与港口关联度最大，定义产业I_i所在位置得分L_i为该产业与相邻产业以及该产业与相邻控制点之间的综合关联度，产业I_i的位置分数可表示为：

$L_i=\underset{j=0,j\≠i}{\overset{n}{\Σ}}{R}_{ij}{Z}_{ij}---\left(11\right)$

式中：n为产业的数量；i为产业序号，j为产业或控制点序号，控制点j序号为0，j＝0，1，2，…，n，并且j≠i；R_ij为产业i与产业j或控制点j的关联度；Z_ij为邻域状态参数，当产业i与产业j或控制点j相邻时，即当产业i满足下述条件之一时：产业i与控制点O相邻，即产业i与产业j相邻，且相邻边与X轴平行，即产业i与产业j相邻，且相邻边与Y轴平行，即Z_ij＝1，否则Z_ij＝0；

所述期望目标即所有产业的位置分数之和最大，建立S03中所述目标函数为：

$\max L=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\underset{j=0,j>i}{\overset{n}{\Σ}}{R}_{ij}{Z}_{ij}---\left(12\right)$

式中：L为所述临港产业区布局综合得分；i＝1,2,…,n，j＝0，1，…，n并且j>i；

S03中所述约束条件为：

$|X_i-X_j|\≥\frac{L_{xi}+L_{xj}}{2}---\left(13\right)$

$|Y_i-Y_j|\≥\frac{L_{yi}+L_{yj}}{2}---\left(14\right)$

约束条件(13)(14)表示各产业所占区域不重叠；

$\left\{\begin{array}{c}\frac{L_{xi}}{2}\≤X_i\≤B-\frac{L_{xi}}{2}\\ \frac{L_{yi}}{2}\≤Y_i\≤H-\frac{L_{yi}}{2}\end{array}\right.---\left(15\right)$

约束条件(15)表示各产业所占区域均在所规划的临港产业区内。

6.根据权利要求5所述的一种临港产业空间布局模型，其特征是，所述关联度评价方法包括专家打分法。

7.根据权利要求6所述的一种临港产业空间布局模型，其特征是，所述专家打分法为将所述产业间关联度按等级划分，并对各等级进行赋分。