線性規(guī)劃法在工業(yè)規(guī)劃規(guī)模合理性分析方法探討

劉小飛

（重慶財(cái)經(jīng)學(xué)院 重慶 401320）

2020 年，全國多數(shù)城市的原城市總體規(guī)劃到期，新的城市國土空間總體規(guī)劃目前正處于初稿形成或研究討論階段。作為區(qū)域和城市產(chǎn)業(yè)發(fā)展主要載體的產(chǎn)業(yè)園區(qū)，其發(fā)展規(guī)模的環(huán)境合理性［1］應(yīng)當(dāng)重新評估。以江蘇省為例，2018 年發(fā)布的《關(guān)于切實(shí)加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)園區(qū)規(guī)劃環(huán)境影響評價(jià)工作的通知》 中，明確要求各類產(chǎn)業(yè)園區(qū)的規(guī)劃環(huán)評工作，產(chǎn)業(yè)園區(qū)規(guī)模的環(huán)境合理性是重要內(nèi)容。而現(xiàn)行的規(guī)劃環(huán)境影響評價(jià)方法中以單指標(biāo)分析為主，產(chǎn)業(yè)規(guī)劃存在多個(gè)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)受多個(gè)環(huán)境和資源要素影響的時(shí)候很難得出最優(yōu)結(jié)果。

線性規(guī)劃法，即在線性等式或不等式的約束條件下，求解線性目標(biāo)函數(shù)的最大值或最小值的方法。線性規(guī)劃法在很多領(lǐng)域都有成功的運(yùn)用，比如項(xiàng)目咨詢、城市軌道運(yùn)行、化工排產(chǎn)計(jì)劃、土地利用優(yōu)化、航空加油策略優(yōu)化等；近年來國內(nèi)環(huán)境領(lǐng)域的主要研究有：董一博等［2］、荀方飛等［3］基于線性規(guī)劃法結(jié)合一維水質(zhì)模型，求出河段內(nèi)不同排污口與支流入河口的響應(yīng)系數(shù)，以線性規(guī)劃法求解該河段COD、氨氮的水環(huán)境容量；盧聰景等［4］、臘孟珂等［5］運(yùn)用線性規(guī)劃法結(jié)合《環(huán)境影響評價(jià)技術(shù)導(dǎo)則大氣環(huán)境》（HJ/T 2.2—1993）的大氣擴(kuò)散模式計(jì)算工業(yè)區(qū)SO2大氣環(huán)境容量；時(shí)進(jìn)鋼等［6］以某煤電、煤化工基地規(guī)劃環(huán)評為例，線性規(guī)劃模型以化工產(chǎn)品規(guī)模作變量，資源、環(huán)境約束條件包括水資源消耗量、煤炭資源消耗量、蒸汽消耗量、電能消耗量、SO2排放量和CO2排放量，通過線性規(guī)劃模型對煤電、煤化工產(chǎn)品的規(guī)模進(jìn)行優(yōu)化，在增加煤電、煤化工基地的經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，減小了區(qū)域資源消耗和污染物排放水平。

1 基于環(huán)境資源承載力的線性規(guī)劃法

基于環(huán)境資源承載力的線性規(guī)劃法（environment-based linear programming，EBLP）就是解決工業(yè)規(guī)劃的產(chǎn)業(yè)規(guī)模受生態(tài)環(huán)境資源多要素制約的情況下，尋找最優(yōu)規(guī)模解的1 種方法。在工業(yè)規(guī)劃環(huán)評中產(chǎn)業(yè)規(guī)模環(huán)境合理性分析，追求的理想目標(biāo)是“實(shí)現(xiàn)規(guī)模目標(biāo)，同時(shí)污染物排放量、能耗、水耗最低”或者“在環(huán)境生態(tài)資源承載能力范圍內(nèi)的產(chǎn)業(yè)規(guī)模最大”的問題。也就是環(huán)境領(lǐng)域經(jīng)典的PSR 模型的具體化，即壓力、狀態(tài)、響應(yīng)。若生態(tài)環(huán)境壓力在環(huán)境資源承載力接受范圍內(nèi)，則可以得出規(guī)劃合理的結(jié)論；若超出，則需要提出如何調(diào)整的優(yōu)化調(diào)整建議。線性規(guī)劃法可在工業(yè)規(guī)劃涉及多個(gè)產(chǎn)業(yè)時(shí)，以約束條件為基礎(chǔ)逆向反饋，調(diào)整各個(gè)產(chǎn)業(yè)的規(guī)模以達(dá)到最佳方案。

2 步驟與實(shí)施

EBLP 的實(shí)施分為5 個(gè)步驟，如下：

（1）建立P-R 體系和選擇組合方案。根據(jù)區(qū)域“三線一單”的相關(guān)要求，通過“專家咨詢”或者“頭腦風(fēng)暴法”篩選工業(yè)規(guī)模關(guān)注指標(biāo)，同時(shí)對該產(chǎn)業(yè)規(guī)模影響較大的生態(tài)環(huán)境資源指標(biāo)進(jìn)行組合。

工業(yè)規(guī)劃環(huán)評對象以工業(yè)區(qū)控制性詳細(xì)規(guī)劃、產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃或兩者相結(jié)合、區(qū)域戰(zhàn)略規(guī)劃等為主；對于規(guī)劃規(guī)模多以工業(yè)用地指標(biāo)（hm2或km2）、產(chǎn)值指標(biāo)（萬元或億元）、產(chǎn)品指標(biāo)（t/a 或件/a）為主，以上目標(biāo)指標(biāo)按PSR 模型可以理解為壓力，即P 指標(biāo)。

對于區(qū)域環(huán)境資源稟賦是否能夠承載規(guī)劃實(shí)施的問題，通常是以規(guī)劃規(guī)模為基礎(chǔ)，正向分析建設(shè)用地總量、物耗、能耗、水耗、污染排放量、生態(tài)損失量等資源環(huán)境壓力，分析與區(qū)域土地資源、原料、能源、水資源、環(huán)境容量、生態(tài)等環(huán)境資源承載力之間的關(guān)系，從而得出環(huán)境影響合理性的綜合評價(jià)結(jié)論。以上指標(biāo)可以理解為PSR 模型中的R 指標(biāo)。P-R 體系模型見圖1。

圖1 建立P-R 體系模型

以某工業(yè)園區(qū)為例，初步篩選P 目標(biāo)指標(biāo)選擇：工業(yè)總產(chǎn)值為目標(biāo)指標(biāo)；R 響應(yīng)指標(biāo)選擇：COD 排放量（t/萬元產(chǎn)值）、NH3-N 排放量（t/萬元產(chǎn)值）、SO2排放量（t/萬元產(chǎn)值）、NO2排放量（t/萬元產(chǎn)值）、新鮮水消耗量（t/萬元產(chǎn)值）。

（2）建立工業(yè)規(guī)模目標(biāo)函數(shù)。假設(shè)第j 種產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值指標(biāo)（萬元）為xj（j=1，2，…，n），則上述環(huán)境資源約束條件滿足：

式中：i 為第i 種資源環(huán)境壓力指標(biāo)；aij為第j 種產(chǎn)業(yè)萬元產(chǎn)值第i 種資源環(huán)境壓力指標(biāo)傳遞系數(shù)，取值見表1；xj為第j 種產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值，萬元；bi為第i 種資源環(huán)境壓力指標(biāo)區(qū)域承載力；cj為調(diào)節(jié)系數(shù)，一般情況取值為1，如果重要性不同，可以根據(jù)專家判斷賦予不同權(quán)重。

表1 傳遞系數(shù)取值

（3）添加生態(tài)環(huán)境資源約束條件，見表2。其中，COD、NH3-N、SO2、NO2允許排放總量可通過一維穩(wěn)態(tài)模式、A-P 值法計(jì)算或環(huán)保部門對區(qū)域主要污染物總量控制要求以及其他研究成果確定；水資源可利用總量可根據(jù)水利部門區(qū)域總量控制要求或者水資源量利用報(bào)告等確定。

表2 約束條件選取和取值 單位：t／a

（4）求解參數(shù)數(shù)值。線性規(guī)劃法可選用LINDO、LINGO、MATLAB、EXCEL 等軟件。

（5）優(yōu)化調(diào)整建議，見表3。

表3 線性規(guī)劃法優(yōu)化調(diào)整建議

以上分析，目標(biāo)是尋求產(chǎn)業(yè)規(guī)模總值最大，即A+B+C 之和；也可以嘗試總規(guī)模按原規(guī)劃不變，尋求生態(tài)環(huán)境資源承載力最小，只是需要建立1 套生態(tài)環(huán)境資源承載力的綜合計(jì)權(quán)指標(biāo)體系計(jì)算綜合參數(shù)。根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，本園區(qū)理論最優(yōu)產(chǎn)業(yè)規(guī)模為259 539 萬元，比原規(guī)劃的250 000 萬元增加了3.82%。增加比例不顯著，說明在生態(tài)環(huán)境資源的承載力的耐受范圍內(nèi)，已經(jīng)接近極限。故原方案合理。

3 結(jié)論

文中為示例指標(biāo)，具體指標(biāo)選擇可依據(jù)具體規(guī)劃和項(xiàng)目確定，特征項(xiàng)目的代表性P-R 指標(biāo)體系也是值得研究的話題；本文選用排污總量、水耗作為研究對象，環(huán)境容量、水資源量作為約束條件，采用線性規(guī)劃法對多目標(biāo)進(jìn)行方法研究，今后可結(jié)合各地實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)證；研究根據(jù)區(qū)域資源環(huán)境承載力的限制指標(biāo)進(jìn)一步選取土地資源、原材料等作分析。