數字規劃技術發展與實踐探索總結

王浩然 吳運超

摘 要：本文介紹了數字規劃出現的背景，通過回顧數字規劃的發展歷程，總結當今學者的研究熱點，將數字規劃發展總結為四個階段，即CAD技術應用到規劃的數字規劃萌芽階段，以3S及3D技術加入的數字規劃起步階段，以規劃一體化思想為主的數字規劃成熟階段，以及以規劃全局化和整體化為目的、以地理設計和CIM（城市智慧模型）研究為主的新模式探索階段。通過對這四個階段數字規劃技術及應用案例的分析，提出數字規劃技術的應用建議：首先規劃信息化工作者應時刻關注全球信息技術發展動向，找到新技術與規劃工作的結合點，其次，將已有數字規劃技術進行集成應用，以便產生更大的作用。

關鍵詞：數字規劃 發展歷程 新模式 探索

中圖分類號：TU986 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）04（c）-0000-00

1.引言

2008年美國IBM公司提出的“智慧地球”（Smarter Planet）概念已得到各國的普遍認可。智慧地球孕育出智慧城市，近幾年，我國智慧城市的建設風潮席卷全國。智慧城市的建設是一項及其復雜的工作，智慧規劃則是其不可或缺的重要支撐條件之一。智慧規劃的技術主線是信息技術，而數字規劃恰好滿足了智慧規劃的技術需求。數字規劃服務智慧城市的建設，智慧城市的建設又促進數字規劃的發展，兩者相輔相成。為了更好的運用數字規劃服務智慧城市建設，我們有必要回顧數字規劃的發展歷程，對其實踐和探索進行總結，使我們對數字規劃有更全面的認識。

2.數字規劃背景

1998年1月31日，美國副總統戈爾在加利福尼亞科學中心所做的“數字地球——認識21世紀我們這顆星球”的講演中首次提出“數字地球”的概念。數字地球概念的提出，推動了全球又一次信息化建設的高潮。我國十分注重信息技術的發展與應用，建設部在“十五”期間，組織實施了國家科技攻關計劃“城市規劃、建設、管理與服務的數字化工程”項目，開展了數字城市、城市建設管理信息化、城市規劃管理信息化等示范工程建設，取得了大量高水平的示范成果。在2008年1月1日起施行的《中華人民共和國城鄉規劃法》總則第十條中寫明“國家鼓勵采用先進的科學技術，增強城鄉規劃的科學性，提高城鄉規劃實施及監督管理的效能。”隨著信息技術的不斷發展，規劃工作的不斷深入，數字規劃的概念出現在規劃人員面前。

2000年，簡逢敏先生提出數字城市規劃的概念，他認為數字城市規劃是以數字地圖為基礎，集成經濟、社會和人口統計等信息來描述城市空間形態的過去、現在和未來[1]。

此后，數字規劃引起更多學者的重視，但大家對數字規劃的概念及理論的認知還未達到一致。一種觀點認為數字規劃是以數字化的手段來實現對城市空間資源的有效配制與合理安排，是一種可持續的、適應城市發展變化的有效手段，它涵蓋城市規劃業務的每個方面。另一種觀點則認為數字城市規劃是傳統城市規劃理論與方法和現代信息技術發展相結合的必然產物，是在實際應用中逐步形成的城市規劃理論和方法，以及在此基礎上形成的計算機應用系統，是數字城市中的一個重要的組成部分[2]。雖然數字規劃的概念還未統一，但是我們可以看出，在規劃工作中運用數字規劃技術是數字規劃的本質。

近年來，數字規劃技術的應用得到越來越多規劃單位的重視，2013年為加快各類新技術的轉化應用，完善數字規劃人才隊伍建設，天津市城市規劃設計研究院規劃科技信息中心加掛“數字技術研究中心”，從而更大限度地實現數字規劃技術與規劃編制和管理的融合。武漢市規劃研究院亦下設數字規劃研究中心，負責信息化建設工作，主要從事GIS、城市仿真等技術在城市規劃中的應用和開發，為將武漢院建設成為“數字化規劃院”提供技術平臺和支撐。

3 數字規劃發展歷程

本文將數字規劃發展歷程概括為四個階段，分別對各個階段數字規劃技術應用及實踐進行分析及總結。

3.1 數字規劃萌芽階段

數字規劃萌芽階段就是以CAD技術為代表的規劃設計成果的輔助制圖階段。為了推進CAD技術在規劃設計行業的應用，1994年建設部推行“甩圖板”工程，規劃人員徹底拋掉了水彩筆和圖板。CAD技術的應用，使規劃人員對設計成果的編制效率大大提高，使規劃設計成果更加精確和詳細，通過計算機對規劃成果的處理與渲染，使規劃成果的表達更加直觀。且和傳統的紙質成果相比較，CAD電子成果更加容易保存。

3.2 數字規劃起步階段

隨著信息技術的不斷發展，3S及3D技術進入規劃行業，數字規劃迎來起步階段。

3.2.1. 遙感

1983年，由北京市政府和地質礦產部、城鄉建設部聯合組織的北京航空遙感綜合調查正式啟動。項目成果為城市規劃人員利用遙感技術服務規劃工作創造了成功的經驗，且對城鄉規劃、建設、決策、管理和立法等方面具有重大意義，社會效益十分明顯[3]，為遙感技術今后在規劃工作中的應用奠定了良好的基礎。

可獲取大范圍數據資料、獲取信息的速度快，周期短、受制條件較少可概括為遙感技術的特點。遙感技術在規劃工作中的應用首先解決了部分數據源的獲取問題，通過遙感技術可快速獲取城市現狀數據。其次，利用遙感數據更便于規劃人員分析城市問題，如利用不同年份遙感數據研究城市增長問題，利用夜間燈光遙感界定城市建成區等。

近些年無人機遙感技術迅猛發展，因其獲取數據速度快、分辨率高且成本較低，被應用于小區域航空攝影測量。

3.2.2. 地理信息系統

地理信息技術起源于上世紀60年代，到90年代后期進入規劃行業。雖然CAD技術提供了強大的繪圖功能，但是在數據統計分析方面有所欠缺，而GIS正好彌補了CAD的空白，它能夠為規劃設計者提供一定的輔助分析和決策的手段。而且規劃成果由CAD格式存儲轉為GIS數據庫形式存儲，更加便于對成果的規范化管理。因GIS的強大的空間數據分析能力，各個規劃單位開始注重規劃決策支持系統的建設工作，如北京市城市規劃設計研究院立足規劃行業信息技術應用的全新視角，開展了城鄉規劃決策支持平臺的建設工作。

隨著網絡技術和移動技術的發展，WEBGIS和移動GIS應運而生且進入規劃領域。通過網絡對空間數據進行地圖服務發布，規劃人員在局域網內可方便瀏覽查詢所需要的數據，在保證數據安全性的前提下提升了便捷度。互聯網的普及，使得WEBGIS應用在規劃公眾參與領域，公眾可直觀的查看規劃設計方案并反饋合理的建議。移動GIS則運用在規劃移動辦公領域，提升規劃人員辦公的便捷程度。

3.2.3. 三維可視化

2000年前后，三維可視化技術快速發展，隨后被引入規劃工作。開展相關工作較早的當屬武漢市。2006年，武漢市三維數字地圖系統開始建設，目前已建設完成國內首個特大城市級的“三維數字城市”模型及信息平臺，且總結提煉出國內首個城市三維建模方面的國家行業標準，并形成了數據生產、管理、更新與應用的一體化循環體系[4]。

將城市模型建立在一個虛擬的三維環境中，規劃人員可直觀的看到一個立體可交互的虛擬城市。城市現狀及規劃成果的展示由以往的二維變為三維展現，且在三維系統中可進行科學的模擬及預測，如通過三維系統對不同規劃方案建筑高度和視域的分析，可及時發現方案存在的問題，亦可快速選取眾多方案中最優的一個。

3.3 數字規劃成熟階段

2000年之前，數字規劃技術主要是以單項應用為主，在2000年后，規劃人員逐漸發現現有的技術已不能滿足日常工作的需要，如何將各項數字規劃技術集成應用以發揮更大作用，成為亟待解決的問題。2006年，北京市城市規劃設計院提出“規劃一體化”思想，開展了城市規劃設計領域信息整合-共享-發布一體化方法研究工作，數字規劃進入成熟階段。

一體化方案實施的核心是整體設計架構采用CAD技術、GIS技術、WebGIS技術和數據庫技術融合運用的方法，通過系統配置為實際應用中不同的需求對象提供多平臺松散的應用模式，實現不同的應用策略，同時運用技術融合方法巧妙的將信息整合和標準規范實施融入到日常輔助規劃工作中去，從而解決了信息的整合、組織、共享、再利用等關鍵技術之間的關系問題。

3.4 數字規劃新模式探索階段

在規劃一體化的背景下，學者們正探尋數字規劃新的模式，這種模式更傾向于規劃全局化、整體化，主要包括地理設計和CIM（城市智慧模型）兩個方向。

3.4.1 地理設計

2008年“GIS與設計中的空間概念”（Spatial Conceptsin GIS and Design）會議在美國召開，會議強調應重新審視GIS和設計之間的聯系并首次提出地理設計的概念[4]。地理設計是一種把規劃設計活動與實時的（或準實時的）以地理信息系統為基礎的動態環境影響模擬緊密結合在一起的決策支持方法論[5]。

將地理大環境納入評估范疇，借助GIS實現設計過程的實時評估與反饋是地理設計的最大特點。近年，地理設計吸越來越多規劃學者的關注。金賢鋒等（2014年）總結了地理設計在城鄉規劃中的應用，他認為地理設計依托地理信息的地理分析，借助評估模型的動態評估與即時反饋，涵蓋“規劃委托—規劃編制—成果報批—規劃實施—規劃修編—規劃委托”的整個過程。

清華大學周文生等（2014年）在地理設計理念的指導下設計并開發了清華地理設計平臺（THGeoDesign），該平臺的設計目標是構建一個覆蓋規劃設計全過程，即從現狀數據采集、現狀分析、規劃方案設計、規劃方案評估、模擬、規劃方案展示到規劃成果輸出等的規劃設計支持平臺。平臺主要由系統配置管理、屬性數據處理、圖形數據處理、規劃分析、規劃設計、規劃評價、地理模擬以及專題制圖8個子系統組成。THGeoDesign已在中國大運河保護與管理規劃、大慶市總體城市設計、大慶市西城區分區性規劃、昆明滇池流域景觀風貌保護體系研究以及城市公共安全應急響應動態地理模擬模型及其在城市公共安全規劃中的應用等項目中得到應用并取得良好的應用效果。

3.4.2 城市智慧模型

建筑信息模型（BIM，Building Information Modeling）是一種應用于工程設計建造管理的建模技術，將各種項目信息納入建筑模型之中，可應用于項目設計、實施及維護全生命周期。2015年中國BIM應用價值研究報告中預測，未來兩年我國運用BIM的施工企業總數增長速率將超過世界平均水平。住房和城鄉建設部分別于2011年、2014年和2015年發文鼓勵推進BIM技術的應用，由此可見BIM擁有良好的發展前景。BIM目前在城市規劃中有一些簡單的應用，但是不能夠解決城市問題。

城市智慧模型（CIM，City Intelligent Model）是同濟大學吳志強教授（2015年）在“從BIM到CIM，從增量建設到智慧協同”演講中提出的概念，他認為城市不僅是機器，更是生命體。所有的智能建造，意識，構建，全部整合起來，形成一個新體系，城市要以單體建筑為基礎，走向全系統運行管理。

CIM的研究重點是介于建筑單體之間的聯絡網絡，例如交通流、氣流等等。城市的單體建筑是固定的，但是他們之間的連接網絡是每天變化的，通過對這些網絡的研究，我們便可以發現城市中的問題。CIM將BIM作為城市的細胞，把時空數據接入CIM，實現對突發事件的預警和城市未來藍圖的模擬。

無論是地理設計還是城市智慧模型，兩者都是把整個城市納入到模型系統中進行模擬及評估，更加注重規劃的全局性和整體性。這兩種方法目前還處于研究階段，在實際規劃工作中應用不多，但隨著研究的不斷深入，很可能成為數字規劃服務規劃工作新的方式。

4總結

通過對數字規劃技術發展回顧，我們不難發現，由最初啟蒙階段發展到新模式探索階段的過程中，數字規劃技術深深影響著我們的規劃方式。為了讓數字規劃技術更好的服務于智慧城市的建設，我們要做到以下兩點：（1）首先我們要做到數字規劃技術集成應用。數字規劃技術的簡單應用，已經不能滿足日常規劃工作中的需求，分析各項數字規劃技術特點、挖掘其應用潛力并進行集成應用，才能發揮出巨大作用。（2）其次我們要把握技術發展方向。當今社會信息技術日新月異，我們應該及時掌握新技術的發展方向，將有潛力的新技術引入規劃領域，使其與規劃工作相結合。

數字規劃技術的運用，不僅提升規劃工作人員的效率，而且使得規劃成果更加科學化。數字規劃技術未來必將幫助我們解決更多的城市問題。

參考文獻

[1] 簡逢敏.從數字地球到數字城市規劃：兼論上海城市規劃信息系統[J] 上海城市規劃，2000（4）：23-32

[2] 黨安榮，毛其智，史慧珍. 數字城市規劃中空間信息技術集成研究背景與內容分析[J] 上海城市規劃，2007（5）：49-53

[3] 張其昆 從北京航空遙感綜合調查談遙感在城鄉規劃中的作用[J] 城市規劃，1988（1）：20-24