利用三維仿真技術(shù)在控規(guī)設(shè)計(jì)中進(jìn)行城市引導(dǎo)設(shè)計(jì)的應(yīng)用研究

李 響

重慶市勘測(cè)院，重慶 400020

0 引言

隨著城市化和建設(shè)量的高速增長(zhǎng)及大量資金和資源的投入，對(duì)城市發(fā)展進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃和科學(xué)管理成為規(guī)劃部門(mén)及政府決策機(jī)構(gòu)的緊迫問(wèn)題。同時(shí)由于人們對(duì)城市空間環(huán)境質(zhì)量要求的不斷提高，僅僅基于二維的城市規(guī)劃與分析已不能滿(mǎn)足城市規(guī)劃與監(jiān)督管理過(guò)程中不斷面對(duì)的動(dòng)態(tài)空間分析要求。因此，必須借助三維仿真技術(shù)，展現(xiàn)城市的景觀風(fēng)貌，提升城市空間環(huán)境品質(zhì)，提高城鄉(xiāng)規(guī)劃的科學(xué)性，實(shí)現(xiàn)規(guī)劃和現(xiàn)實(shí)的統(tǒng)一。隨著《城鄉(xiāng)規(guī)劃法》的實(shí)施，控制性詳細(xì)規(guī)劃（以下簡(jiǎn)稱(chēng)控規(guī)）的法律地位得到前所未有的重視，其重要性日益彰顯。控規(guī)的任務(wù)是以量化指標(biāo)為載體，將總體規(guī)劃的平面、定性、宏觀的控制分別轉(zhuǎn)化為對(duì)城市建設(shè)三維空間、定量、微觀的控制。控規(guī)是一套指標(biāo)控制體系，而非具體的規(guī)劃平面布局。

在控制性詳細(xì)規(guī)劃階段，城市設(shè)計(jì)對(duì)城市空間形成的指導(dǎo)作用主要在于要比較準(zhǔn)確的把握規(guī)劃地區(qū)與城市整體空間的關(guān)系和特色。本文基于三維快速建模技術(shù)將控規(guī)設(shè)計(jì)成果快速轉(zhuǎn)換為三維模型數(shù)據(jù)，再依托重慶市勘測(cè)院建設(shè)的現(xiàn)狀三維城市模型數(shù)據(jù)庫(kù)，將規(guī)劃模型和現(xiàn)狀模型一起集成到三維平臺(tái)中，利用三維城市仿真技術(shù)對(duì)控規(guī)三維模型的建筑體量、建筑形式和建筑色彩進(jìn)行指導(dǎo)和研究。

1 三維建筑快速建模

建立三維建筑模型的基礎(chǔ)是建筑平面設(shè)計(jì)成果，在沒(méi)有任何設(shè)計(jì)成果的情況下，可以使用體塊來(lái)表現(xiàn)建筑的大體形態(tài)。通過(guò)總結(jié)各控制指標(biāo)的對(duì)建筑布局的影響，借鑒搭積木的思想，采用矩形、圓形和不規(guī)則多邊形等幾何圖形作為建筑的基本平面圖形，從而可以根據(jù)控制指標(biāo)動(dòng)態(tài)地構(gòu)建一個(gè)初步平面布局。再通過(guò)手工調(diào)整，從而得到一個(gè)符合控規(guī)指標(biāo)要求的合理的建筑平面圖。在平面圖的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)建筑模型的快速建立。由于各種控規(guī)指標(biāo)對(duì)快速建模的影響多重繁雜，因此我們僅選取其中的容積率、建筑密度、建筑后退、建筑間距等幾個(gè)主要指標(biāo)來(lái)指導(dǎo)建筑的的快速建模。算法結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 建筑樣式和體量調(diào)整

圖2 建筑素模效果圖

圖3 建筑素模自動(dòng)貼圖效果

基于三維快速建模的控制指標(biāo)評(píng)價(jià)

控制指標(biāo)評(píng)價(jià)的主要問(wèn)題是如何通過(guò)構(gòu)建和調(diào)整建筑模型，實(shí)時(shí)展現(xiàn)和計(jì)算在不同控制指標(biāo)下土地的使用情況。

項(xiàng)目在快速構(gòu)建三維建筑素模的基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用空間碰撞檢測(cè)、緩沖區(qū)分析等技術(shù)，實(shí)時(shí)計(jì)算各建筑的占地面積、建筑面積、建筑間距，并以三維可視化的方式對(duì)建筑形態(tài)、高度進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。

以調(diào)整容積率的流程為例，由于規(guī)劃用地面積已定，因此，容積率的調(diào)整只能通過(guò)調(diào)整建筑高度和形態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于一個(gè)地塊內(nèi)的建筑，重新設(shè)置其建筑高度和形態(tài)，實(shí)時(shí)計(jì)算其占地面積和樓層數(shù)，實(shí)現(xiàn)容積率的動(dòng)態(tài)調(diào)整。同時(shí)調(diào)整三維建筑模型形態(tài)，實(shí)時(shí)展現(xiàn)建筑的動(dòng)態(tài)變化和調(diào)整效果。

在調(diào)整建筑占地面積和建筑間距時(shí)，需要對(duì)建筑模型進(jìn)行空間碰撞檢測(cè)，關(guān)鍵的問(wèn)題是如何計(jì)算兩個(gè)物體是否滿(mǎn)足建筑間距指標(biāo)。與普通的三維物體碰撞檢測(cè)不同，這里必須先對(duì)建筑使用最小建筑間距的一半進(jìn)行空間緩沖，再計(jì)算兩個(gè)緩沖區(qū)是否發(fā)生碰撞。

基于三維地理空間和快速建筑模型，可以實(shí)時(shí)反映出當(dāng)前用地控制指標(biāo)的合理性。通過(guò)引入快速建筑模型，可以將地塊的指標(biāo)評(píng)價(jià)簡(jiǎn)化為下圖所示流程∶

圖4 基于快速建筑模型的地塊指標(biāo)評(píng)價(jià)流程

2 建筑形式控制

在控規(guī)設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)具體的城市特色、具體的地段環(huán)境風(fēng)貌要求，從整體上考慮城市風(fēng)貌的協(xié)調(diào)性，對(duì)建筑形式與風(fēng)格進(jìn)行引導(dǎo)與控制。建筑形式的控制內(nèi)容包括主體結(jié)構(gòu)形式的控制和屋頂形式控制，項(xiàng)目首先采用前文研究的三維快速建模技術(shù)和三維控規(guī)指標(biāo)評(píng)價(jià)技術(shù)對(duì)建筑的主體結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行評(píng)價(jià)和動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，判斷該建筑是否應(yīng)為低層建筑或是小高層、高度等建筑。然后，設(shè)計(jì)人員再在三維平臺(tái)內(nèi)查看建筑的屋頂形式是否合理，與周邊現(xiàn)狀建筑的屋頂是否協(xié)調(diào)，并可采用模型庫(kù)中重慶市的幾種常用坡屋頂樣式來(lái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)替換，選出最佳的屋頂樣式方案。

3 建筑體量

建筑的體量大小對(duì)于城市空間有著很大的影響，同樣大小的空間，被大體量的建筑圍合，和被小體量的建筑圍合，給人的空間感受完全不同。另一方面，建筑所處的空間環(huán)境不同，其體量大小給人們的感受也不同。而我們?cè)陧?xiàng)目中引入了重慶市勘測(cè)院建設(shè)的現(xiàn)狀三維模型數(shù)據(jù)庫(kù)，可以把控規(guī)設(shè)計(jì)地塊周邊的現(xiàn)狀三維模型和快速構(gòu)建的三維控規(guī)建筑模型整合在同一場(chǎng)景中進(jìn)行展示，比較真實(shí)的虛擬出控規(guī)設(shè)計(jì)成果和周邊現(xiàn)狀建筑的體量關(guān)系，幫助規(guī)劃設(shè)計(jì)人員直觀、快速的查看該地塊控規(guī)設(shè)計(jì)的建筑體量在建筑的豎向尺度、建筑橫向尺度和建筑形體三方面是否合理。如該地塊的建筑體量需調(diào)節(jié)，設(shè)計(jì)人員可對(duì)場(chǎng)景中的控規(guī)三維模型的建筑體量進(jìn)行快速調(diào)整，隨時(shí)動(dòng)態(tài)的觀察調(diào)整建筑長(zhǎng)度、寬度和高度的變化對(duì)，直到設(shè)計(jì)人員對(duì)建筑各種外部尺度滿(mǎn)意為止。

4 建筑色彩

追求一座城市、一幢建筑物的個(gè)性特色是城市建設(shè)的一個(gè)永恒目標(biāo)；而一個(gè)城市形象的好壞，建筑色彩的藝術(shù)感首當(dāng)其沖，特別是城市當(dāng)中的一些大型公共建筑、富有代表性的社區(qū)住宅建筑，其自身色彩都應(yīng)具有地方特色，協(xié)調(diào)一致，合理搭配。

在控規(guī)設(shè)計(jì)中，建筑色彩一般從色調(diào)、明度和彩度上提出控制引導(dǎo)要求。重慶市的城市主色調(diào)是以川東民居的主打色灰色為主，項(xiàng)目在集成了控規(guī)三維快速構(gòu)建模型和現(xiàn)狀三維城市模型后，可直觀的觀察和評(píng)價(jià)控規(guī)設(shè)計(jì)的建筑色彩是否合理，并可動(dòng)態(tài)的對(duì)控規(guī)模型的建筑色彩進(jìn)行調(diào)節(jié)，整體調(diào)節(jié)控規(guī)三維模型的貼圖顏色或重點(diǎn)調(diào)節(jié)單個(gè)建筑的外部色彩，讓控規(guī)設(shè)計(jì)的建筑色彩與周邊城市現(xiàn)狀建筑更加調(diào)協(xié)調(diào)統(tǒng)一，純凈單一，與周?chē)沫h(huán)境及城市景觀交匯融合。

5 結(jié)論

本文的研究表明采用三維仿真系統(tǒng)將三維仿真與規(guī)劃管理結(jié)合起來(lái)進(jìn)行控規(guī)城市引導(dǎo)設(shè)計(jì)，充分實(shí)現(xiàn)了地理信息的三維可視化應(yīng)用，將有效的輔助規(guī)劃管理人員真實(shí)、直觀的進(jìn)行控制性規(guī)劃工作，和管理所有開(kāi)發(fā)項(xiàng)目。項(xiàng)目的推廣不但能加快項(xiàng)目審批進(jìn)度，而且能幫助設(shè)計(jì)單位、開(kāi)發(fā)商發(fā)現(xiàn)一些項(xiàng)目的設(shè)計(jì)缺陷，避免重大損失，使城市的規(guī)劃建設(shè)更協(xié)調(diào)，極大地促進(jìn)城市的可持續(xù)發(fā)展。

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