數(shù)字三維技術(shù)在城市規(guī)劃中的應(yīng)用——回顧與展望

蔡斯琴

【摘 要】隨著數(shù)字化進(jìn)程不斷加快，國內(nèi)各大城市在城市規(guī)劃領(lǐng)域相繼開展了三維技術(shù)的應(yīng)用。近年來，三維技術(shù)作為一個新興的技術(shù)給城市規(guī)劃帶來了新的思維及管理模式的更新。文章基于對過去10多年國內(nèi)發(fā)表相關(guān)文獻(xiàn)的文本挖掘與對政府中標(biāo)預(yù)算項目情況進(jìn)行分析與匯總，嘗試說明三維技術(shù)在城市規(guī)劃中應(yīng)用的發(fā)展歷程，總結(jié)了基本特征，并對三維技術(shù)未來的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

【關(guān)鍵詞】城市規(guī)劃；三維技術(shù)；應(yīng)用；展望

【中圖分類號】P208 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2018）02-0175-03

0 引言

三維虛擬仿真技術(shù)最早是在20世紀(jì)90年代提出的，隨后便廣泛地應(yīng)用到軍事、航空、教育、城市建設(shè)等方面。虛擬仿真技術(shù)的誕生推進(jìn)了可視化技術(shù)的發(fā)展，我國城市規(guī)劃行業(yè)也較早地開展了三維技術(shù)的引進(jìn)和應(yīng)用探索，這為輔助規(guī)劃決策、實施“陽光規(guī)劃”提供了高空鳥瞰、人眼視覺等多視角的空間即時感，很快就成為熱門的研究課題。文章嘗試說明三維技術(shù)應(yīng)用在城市規(guī)劃中的發(fā)展歷程、應(yīng)用方向，并對三維技術(shù)未來的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

1 回顧

1.1 發(fā)展歷程概述

鑒于發(fā)表在學(xué)術(shù)刊物上的論文一般具有嚴(yán)謹(jǐn)和客觀反映研究與實踐成果的特性，本文以中國知網(wǎng)（CNKI，中國國家知識基礎(chǔ)設(shè)施工程）為文獻(xiàn)檢索平臺，在中國知網(wǎng)各類學(xué)術(shù)期刊、博碩士論文等數(shù)據(jù)庫中，以主題含有“三維”（或“虛擬仿真”“傾斜攝影”“AR/VR”“BIM”等）并且含有“城市規(guī)劃”的內(nèi)容作為檢索條件，時間跨度為2001—2016年，共檢索出2 398篇相關(guān)文獻(xiàn)（如圖1所示）。同時，在中國招標(biāo)網(wǎng)搜索出2006—2015年，由財政預(yù)算經(jīng)費投入的，并與三維城市規(guī)劃相關(guān)的中標(biāo)項目共計152個（如圖2所示）。

通過上述統(tǒng)計的信息資料可以看出，近十幾年來，三維技術(shù)在我國城市規(guī)劃行業(yè)的應(yīng)用實踐得到了快速發(fā)展，尤其是近5年有突破性進(jìn)展。這也客觀地反映出三維技術(shù)在城市規(guī)劃領(lǐng)域得到了迅猛發(fā)展。

在數(shù)量統(tǒng)計的基礎(chǔ)上，本文對搜索的2 398篇文獻(xiàn)的摘要進(jìn)行了文本挖掘和語義分析，總結(jié)出3個不同時間階段（如圖3所示）三維技術(shù)與新技術(shù)的結(jié)合在城市規(guī)劃工作中的應(yīng)用情況，進(jìn)而揭示出三維技術(shù)在不同時間階段的主要特征及發(fā)展趨勢。

1.1.1 2006—2009年

2006—2009年，三維技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在城市虛擬仿真技術(shù)輔助規(guī)劃審批決策方面。通過利用三維虛擬技術(shù)結(jié)合已有的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，建立了一個輔助城市設(shè)計、管理、審批的三維城市規(guī)劃仿真系統(tǒng)，能實現(xiàn)建筑方案的三維審批、規(guī)劃設(shè)計方案的展示和多方案比對等，使規(guī)劃方案直觀、形象地與周邊形勢相對比，為規(guī)劃方案的審批提供了直觀、真實的科學(xué)依據(jù)。“輔助決策”“決策支持系統(tǒng)”等詞匯在該階段頻頻出現(xiàn)，顯示出三維技術(shù)對規(guī)劃審批提供的決策支持是該階段的主要研究方向。

1.1.2 2010—2014年

2010年開始，隨著GIS、BIM技術(shù)的興起，GIS+BIM技術(shù)在數(shù)字三維城市研究和建設(shè)的應(yīng)用顯著增多。出現(xiàn)了結(jié)合GIS和BIM的城市三維模型的建立，包括城市交通、地下管線、城市設(shè)施、園林景觀等。基于GIS、BIM建立的精確三維模型，既有模型空間信息數(shù)據(jù)，又包含有大量工程信息數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了各專業(yè)各環(huán)節(jié)之間的無縫信息溝通，為數(shù)字城市管理提供了更快捷、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。該階段“數(shù)字城市”和“智慧城市”的提出，將帶來新一輪三維技術(shù)變革，有利于推進(jìn)城市的精細(xì)化管理。

1.1.3 2015年至今

快速構(gòu)建城市三維建模是近年來規(guī)劃信息化工作者研究的主要方向，這使得傾斜攝影技術(shù)在城市規(guī)劃領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，通過傾斜攝影數(shù)據(jù)獲取技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)獲取的航空傾斜影像不僅能夠真實地反映地物情況，高精度地獲取物方紋理信息，還以其先進(jìn)的定位、融合、建模等技術(shù)，快速生成真實的三維城市模型，大大縮短了傳統(tǒng)三維建模的作業(yè)周期和降低了建模的成本。除傾斜攝影技術(shù)外，近年來AR（增強現(xiàn)實）技術(shù)也越來越受到重視。該技術(shù)將虛擬信息投射進(jìn)真實世界，實現(xiàn)了真實的環(huán)境和虛擬物體的實時疊加，對城市規(guī)劃設(shè)計及規(guī)劃審批質(zhì)量都有提高與改善的作用。

1.2 發(fā)展特征分析

從前述的分析研究來看，三維城市多數(shù)會出現(xiàn)若干分期建設(shè)的情況，有時候側(cè)重于平臺技術(shù)，有時候側(cè)重于數(shù)據(jù)層面，但是更多的還是偏向于數(shù)據(jù)。而三維技術(shù)目前在城市規(guī)劃行業(yè)中的應(yīng)用主要分為看、查、分析、決策4個階段：包括場景游歷、特效模擬、空間信息、屬性信息，以及用于方案評審、指標(biāo)審查的決策、分析。這4個階段是彼此關(guān)聯(lián)、逐步深化、不斷遞進(jìn)的發(fā)展過程。該歷程一方面符合了三維技術(shù)與信息化自身不斷發(fā)展的趨勢，另一方面也適應(yīng)了我國城市規(guī)劃由二維、靜態(tài)規(guī)劃向三維、動態(tài)規(guī)劃方向的成長與進(jìn)步。

2 展望

2.1 規(guī)劃轉(zhuǎn)型與發(fā)展的新要求

當(dāng)前，我國正處在新型城鎮(zhèn)化和經(jīng)濟(jì)新常態(tài)的“雙新”時期，中央在2015年12月召開的中央城市工作會議和在2016年2月國務(wù)院頒布的《關(guān)于進(jìn)一步加強城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》的重大文件上，均對城市建設(shè)和管理工作進(jìn)行了全面的“頂層設(shè)計”。這意味著城市規(guī)劃行業(yè)人的理念和方法將面臨轉(zhuǎn)型，比如從原來強調(diào)“技術(shù)過程”的精英規(guī)劃轉(zhuǎn)為看重“社會過程”和“公眾參與”的具有可實施性的“公共政策”規(guī)劃等，從整體上把握其特有的“城市基因”，最大限度地尊重公眾的意見與建議。

結(jié)構(gòu)性的轉(zhuǎn)變給規(guī)劃信息化工作者提出新的思考方向和工作重點。城市的可持續(xù)發(fā)展，需要依靠科技手段作為驅(qū)動力，依托先進(jìn)信息技術(shù)推進(jìn)規(guī)劃、建設(shè)等方面工作的改革。我們需要利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新工作方法，提高對城市和社會的感知能力，以“人”為中心，關(guān)注公眾所為、所愿，提高城市規(guī)劃對于解決城市問題的指向性。

2.2 三維技術(shù)規(guī)劃應(yīng)用的新趨勢

衡量三維數(shù)據(jù)有六大因素：紋理要真實、位置要準(zhǔn)確、成圖效率高、時間與費用綜合成本低、實體對象單體化、顯示效果好。如何讓這6個因素整體上達(dá)到一個平衡，模型數(shù)據(jù)宏觀與微觀、室內(nèi)與室外、地上地下的銜接與協(xié)調(diào)；跨平臺、多終端的快速動態(tài)加載海量三維數(shù)據(jù)等，都是未來研究的主要方向。

2.2.1 聯(lián)合三維建模

傳統(tǒng)的三維建模，僅僅是基于現(xiàn)有的建筑信息模型，通過傾斜航空攝影數(shù)據(jù)輔助建模，其模型精度不高，且建模速度慢，不能局部更新，大大制約了模型后期的修改。因此，未來三維建模技術(shù)的發(fā)展將更多地關(guān)注提高建模速度、效率，提高模型精度，實現(xiàn)三維可測量，實現(xiàn)更新便捷（全/局部更新）、單體化實景模型及二次加工等建模技術(shù)方向。

聯(lián)合三維建模技術(shù)的提出，為實現(xiàn)上述的建模要求提供了可能。通過lidar（激光）數(shù)據(jù)+傾斜航空影像+地面影像集成進(jìn)行聯(lián)合建模，能快速地實現(xiàn)不同影像三維信息的精確采集、解譯、可視化，自動構(gòu)建簡單規(guī)則的三維模型。該方法可實現(xiàn)對傾斜三維自動建模結(jié)果進(jìn)行編輯美化，自動檢索多角度影像，能有效彌補航空影像對于底商、地面等信息的缺失，輕松實現(xiàn)模型美化、單體化及局部更新，建模速度極快。聯(lián)合三維建模技術(shù)對提高三維實體模型構(gòu)建的自動化程度、降低三維實體模型構(gòu)建的難度及減少工作量具有重大的工程實踐意義。

2.2.2 三維城市設(shè)計平臺

城市設(shè)計作為對城市未來空間形象的直觀設(shè)想和展望，對城市建設(shè)承擔(dān)著重要的指引功能，尤其是在應(yīng)對城市空間風(fēng)貌、特色與品質(zhì)等方面發(fā)揮了巨大作用。隨著新常態(tài)下規(guī)劃編制工作的轉(zhuǎn)型，城市品質(zhì)的提升對規(guī)劃工作特別是城市設(shè)計工作提出了更高的要求。近年來，規(guī)劃部門著眼于新技術(shù)在城市規(guī)劃管理中的應(yīng)用，嘗試將三維技術(shù)引入城市設(shè)計的規(guī)劃編制與管理中，包括現(xiàn)狀空間模擬和規(guī)劃方案的虛擬建模、建立完整的數(shù)據(jù)平臺，真實地反映城市整體空間組合關(guān)系，對建筑空間關(guān)系、視線通廊及開敞空間等城市設(shè)計核心控制要素進(jìn)行區(qū)域?qū)用娴哪M分析等。不斷推進(jìn)城市設(shè)計編制方法和手段的創(chuàng)新，進(jìn)一步發(fā)揮三維平臺對城市設(shè)計編制的輔助作用。

2.2.3 AR/VR應(yīng)用

隨著智慧城市的發(fā)展及AR/VR等新一代三維技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，信息化工作者將在城市規(guī)劃過程中利用技術(shù)手段來加深政府和公眾在信息層面的交流、通過信息感知實現(xiàn)公眾參與規(guī)劃及為輔助規(guī)劃決策提供豐富的信息資源等方面進(jìn)行探索。具體而言，結(jié)合AR/VR等三維技術(shù)使城市規(guī)劃的利益相關(guān)者可以方便地利用互聯(lián)網(wǎng)終端了解和參與城市規(guī)劃，促進(jìn)了政府、規(guī)劃人和公眾多方規(guī)劃建議的融合。例如，面向公眾建立的南寧市城市規(guī)劃市民互動平臺，就實現(xiàn)了實時將城市規(guī)劃信息向公眾發(fā)布、供市民免費查詢等功能。該平臺將研發(fā)結(jié)合AR/VR技術(shù)，實現(xiàn)讓市民漫步在三維城市中參與城市規(guī)劃的新功能；通過三維可視化技術(shù)，還可以把規(guī)劃方案放置在真實的環(huán)境中，讓市民在線參與投票或提出其對規(guī)劃方案的建議，為公眾認(rèn)識和參與規(guī)劃提供服務(wù)。

3 結(jié)語

在當(dāng)代探索中國城市可持續(xù)發(fā)展道路及新技術(shù)應(yīng)用的背景下，研討新技術(shù)如何助推城市發(fā)展的問題，是應(yīng)時代所需、順時勢所趨。回顧近十年來我國三維技術(shù)在城市規(guī)劃應(yīng)用領(lǐng)域的整體發(fā)展歷程，三維技術(shù)在我國城市規(guī)劃領(lǐng)域的發(fā)展已邁出堅實的一步，成果繁復(fù)。展望未來，該領(lǐng)域的研究必將尋求新的突破，不斷拓展和深化，進(jìn)而邁向更高的發(fā)展階段。從長遠(yuǎn)而言，通過把握本領(lǐng)域研究的基本態(tài)勢和客觀規(guī)律，延伸對當(dāng)前三維技術(shù)與城市規(guī)劃發(fā)展的適度展望與未來思考，將為中國城市發(fā)展提供寶貴的決策支持價值。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]喻文承，黃曉春，榮毅龍，等.信息技術(shù)在我國城鄉(xiāng)規(guī)劃中的應(yīng)用——回顧、展望與建議[J].城鄉(xiāng)規(guī)劃，2016

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[2]王磊，方可，謝慧，等.三維城市設(shè)計平臺建設(shè)創(chuàng)新模式思考[J].規(guī)劃師.2017（2）.

[3]孫釗，吳志華，熊偉.基于三維數(shù)字技術(shù)的城市設(shè)計研究與應(yīng)用[J].城市規(guī)劃學(xué)刊，2009（S1）.