基于GIS的豎向規劃設計新思路

蔣立琨 梁 悅

(天津大學城市規劃設計研究院，天津 300073)

0 引言

豎向設計的主要任務是合理地選擇建設用地的地面形式，在滿足平面布局要求的同時確定建設場地上各部分的高程關系，使之適應使用功能要求，達到工程量少、投資省、建設速度快、綜合效益佳的效果。由于豎向規劃涉及到整個規劃場地三維空間的通盤設計，不可避免的要面臨多方訴求以平衡各方面的需求。然而，這種平衡模式在以往的傳統豎向規劃中很難滿足。因此，在規劃設計和城市管理過程中，高效準確的豎向規劃新思路顯得尤其重要。

GIS是地理信息系統的簡稱，其以地理空間數據庫為基礎，在計算機軟硬件的支持下，運用系統工程和信息科學的理論，科學管理和綜合分析具有空間內涵的地理數據，以提供管理、決策等所需信息的技術系統。近年來隨著高新技術的迅猛發展，GIS技術已被廣泛應用于城市規劃及相關領域，本文結合天津大學新校區修建性詳細規劃——豎向工程專項規劃，運用GIS空間分析的技術方法，探討其在現狀分析、土石方平衡、豎向設計等專題中的應用。

1 研究背景和研究對象概述

天津大學是教育部直屬國家重點大學，是教育質量和科研水平居國內一流、在國際上有較大影響的高水平研究型大學。為了促進學校內涵式發展，天津市在海河教育園區內為學校選址2.5 km2建設新校區，總體目標是打造成為具有國際尖端科技的示范性綠色生態校園。新校區處于海河中游南部，屬海積沖積低平原地區，位于天津平原主體范圍內，所在津南區地勢低平。

2 天津大學新校區現狀分析

2.1 現狀地形條件分析

天大新校區基地現狀地勢與津南區基本一致，先鋒河、衛津河河堤及百萬公路高程4 m～5 m，為基地內最高；清河村、建明村及百萬公路以東部分村莊高程3 m～3.5 m；其余大部分用地為農田、坑塘，高程多為2 m～2.5 m，部分低洼地在2 m以下。坡度、坡向分析表明基地內部不存在陡坡，現狀地面比較平坦，坡度基本在1%～2%；且基地未經過統一規劃建設，地表坑洼分散不規則，整體地形走向不明顯。

通過對地形、地貌的整體分析得出：

1)新校區基地及周邊地形比較平坦，無明顯起伏，利于未來開發建設以及對土方量的控制；

2)場地內坑洼、溝渠較多且分散，需進行平整處理；

3)基地內現狀村落及大堤路的高程，對推測該區域近年來的防洪防澇豎向標高設計有一定借鑒意義，新校區豎向可考慮控制在3.0 m以上。

2.2 現狀土壤及地下水條件分析

津南區境內河系縱橫密布，坑、塘、洼、淀較多。土壤由海積與河流沖擊物形成，以重鹽化潮土和鹽化潮濕土為主。根據天津市規劃局資料，津南地區地下水位一般為0.8 m～1.5 m，校區建設基地內部平均地下水位為1.4 m，地下水礦化度較高。基于規劃區土壤、地下水現狀情況，基地場地需整體提升。根據地面高程應高于地下水位1.5 m以上的標準，結合地形分析結論，新校區內部平均高程宜控制在3.0 m以上，同時校區周邊地坪不可低于2.3 m。

2.3 現狀河道水系條件分析

新校區基地內部現有衛津河、先鋒河兩條主要河道。衛津河現狀寬10 m，河底高程為0.36 m～0.6 m，穿過規劃范圍內的河道部分長約2 km。根據新校區建設需求，衛津河需改道，改道后繞行于基地北側及東側，成為護校河系統的一部分。先鋒河為污水河，現狀寬20 m，河底高程為0.36 m～0.6 m，穿過規劃范圍內的河道部分長約2.4 km。未來需要改道，改道后繞行基地北側及南側，不納入護校河系統。

先鋒河、衛津河改道后，原河道需要填土處理，具體填方量需要根據新校區內部豎向規劃方案而定。根據海河園提供資料，規劃改道后的衛津河最高水位2.5 m，常水位2.0 m，枯水位0.9 m。作為護校河系統的一部分，衛津河規劃水位與新校區排水規劃、橋梁凈空設計等都有著直接的關系，同時對新校區內部臨近護校河區域的豎向控制也提出了條件。

3 天津大學新校區豎向規劃

3.1 規劃理念

天大新校區豎向規劃工作本著安全、經濟、人性、美觀的總體理念來開展。

1)安全：結合排水規劃、水系規劃方案，解決地表排水與防洪排澇問題，并滿足地下水位要求；

2)經濟：以盡可能減少土方為原則，對校區整體規劃地形進行方案評估，估算土方總量，對豎向方案進行進一步優化設計；

3)人性：結合道路、橋梁、景觀等相關規劃統籌考慮，為師生營造一個安全、便捷、舒適、優美的出行環境；

4)美觀：根據現有地形條件和建筑布局，設計學校景觀主軸、人性化濱水空間及微地形，打造特色校園景觀。

3.2 豎向規劃方案

3.2.1排水分區劃分

本次豎向規劃以安全、經濟為首要原則，合理組織地面排水，分區域使雨水分散就近排入水體及雨水管道。豎向規劃根據雨水工程排水分區，對地面雨水排放進行合理組織，并設置了地面排水分區(見圖1)：一區為地面雨水直接排往周邊水系；二區為雨水由管道收集排往泵站；中心島區由植草溝和管道收集相結合的方式排往景觀水體。豎向規劃保證地面雨水通暢的排入雨水管道或者植草溝，避免場地積水，并實現雨水循環利用。

3.2.2道路豎向規劃方案

本次規劃方案以地下水水位以及周邊控規道路標高為主要依據，結合周邊水系防洪條件，確定規劃區內最低高程控制在3.0 m以上。道路豎向規劃與道路的平面規劃同時進行，與道路兩側用地的豎向規劃相結合，并考慮排水和冬季防滑要求；道路縱坡結合地形滿足道路交通的要求，并做到車輛均能到達建筑物一側；考慮到地面排水及防洪、排澇的要求，由于規劃道路縱坡大部分小于0.2%,應采用多坡向和管線措施排水；過河橋梁和涵洞標高滿足凈空要求。

規劃后地形整體地勢西高東低，坡度差別不大。外部標高最低點為3.0 m，為控規道路設計標高；校內主次干道控制點最低為3.15 m，最高為3.3 m。本次豎向規劃將維持控規外部道路標高，校內標高與之銜接。道路地面排水根據地面排水分區就近排入水體或管道。

3.2.3場地豎向規劃方案

場地的規劃標高應比周邊道路的最低路段標高至少高出0.2 m以上，并且應高于多年平均地下水水位標高。規劃區整體地勢低洼，地勢較高的東部區域及現狀路基、河堤將適當做挖方處理，使得低洼區域能夠與之方便銜接。地勢低洼區域非建設用地宜保持現狀，建設用地宜進行填方，整體規劃標高建議控制在3.22 m～3.5 m之間。整個規劃場地分片區式設計，其中中心島和校前區中部地塊，設計標高較高，在3.25 m～3.5 m之間，其中圖書館地塊最高，形成景觀主軸線。

3.2.4土方量估算

新校區豎向設計盡可能根據現有地形，以減少土方量為原則進行設計，考慮到與地面排水、防洪安全以及地下水等因素的關系，場地要進行一些土方處理，粗略估算本次規劃總土方量約為填方83萬m3(見表1)。

表1 土方量計算

3.2.5方案評估

1)場地平整效果評估。

經過規劃設計后，基地整體地形平整，高程控制在3 m～3.5 m，滿足地下水、土壤等自然條件要求；坡向有規律，地面徑流按照排水分區要求規律地排往水系及管道中，滿足了新校區防洪、防澇及排水等要求(見圖2)。

2)場地景觀效果評估。

結合新校區場地、建筑、綠地、水系等要素，利用GIS對新校區進行整體3D景觀模擬(見圖3)，并選取景觀控制點進行視線分析(見圖4)，通過直觀的視覺效果為下一步豎向設計提供參考依據。

4 結語

與通常的建筑輔助設計軟件相比，GIS將數據與圖形緊密聯系在一起，因而在處理類似地形等復雜設計因素時具有獨特的優勢。本文介紹了GIS在豎向設計中的應用，但其應用不僅僅局限于地形，GIS還可以處理其他多種設計因素，例如土地級差、日照環境、可達性、可視性等問題；同時，其分析尺度不僅僅局限于城市，亦可以觸及微觀的建筑空間。總之，運用GIS將有助于提高城市規劃設計的科學性。

GIS在城市規劃中的應用一直以來是業內認識研究的焦點，鑒于其在地理信息處理上的強大功能，為現代城市規劃提供了更具科學性、效率更高的決策依據。本次規劃將GIS的技術方法結合到規劃設計中，在城市規劃的排水組織、豎向設計、土石方平衡等方面進行嘗試與探討。結果表明這種新的規劃設計思路能夠在結合現有地形、地下水、河道、土壤等基礎上，為豎向規劃設計提供高效準確的指導，為未來我國豎向規劃設計提供一條行之有效的新途徑。