基于現狀三維GIS的南京城市設計綜合管理平臺研究及建設

王樹魁，王芙蓉，崔 蓓，王 青，高奮生，張 偉

(南京市城市規劃編制研究中心，江蘇 南京 210029)

城市設計是落實城市規劃、指導建筑設計、塑造城市特色風貌的有效手段。早在2014年，習總書記對建筑“貪大、媚洋、求怪”亂象作出重要批示，全國開始著手研究建筑風貌問題。從2015年的中央城市工作會議到2016年的《中共中央 國務院關于進一步加強城市規劃建設管理工作的若干意見》，均要求加強城市設計，提高城市設計水平；2017年以來的《城市設計管理辦法》和城市設計試點城市通知均要求利用新技術和信息化手段開展城市設計工作。

南京市作為第一批城市設計試點城市之一，市委市政府將城市設計作為規劃工作的重點，要求充分利用新技術，實現城市設計成果在規劃建設地區的全面覆蓋和城市設計理念在城鄉規劃建設中的廣泛應用。因此南京市啟動了基于現狀三維GIS的城市設計綜合管理平臺研究及建設。

1 城市設計管理問題與分析

當前，南京市城市設計管理工作主要存在3方面問題：一是管理統一性欠缺，不同的管理主體、不同區域的規劃編制，以及不同層次的城市設計缺少統一的項目組織和協調；二是技術規范性不足，項目編制缺乏統一的數據要求，導致城市設計編制成果質量及表達形式各不相同，且大部分成果無矢量數據；三是成果銜接性欠佳，各層次、各地區城市設計之間銜接有待于進一步加強，以及進一步實施統一的成果建庫管理，項目成果較難有效指導城市開發建設。如圖1所示。經問題分析，確定本項目以城市設計為抓手，以管理應用為導向，以全面支撐城市設計管控的實施運行，展示城市形象及特色空間，提升城市空間綜合分析與管理能力為目標，通過構建城市設計管控標準規范，建設城市設計數據庫和研發管理應用平臺，力爭解決各類用戶在城市設計管理中的實際問題。

圖1 城市設計管理的問題分析

2 技術線路

2.1 需求梳理與轉移

在需求收集梳理中，一方面對城市設計管理從編制、審批到批后各階段開展系統化的業務調研和梳理，另一方面，對各層次各階段城市設計管理的要素梳理，并將其轉譯成信息化可識別管理的對象語言。城市設計管控的重點在編制管理、用地管理、建筑方案管理3個階段，管控對象要素及指標從宏觀到微觀逐級細化有序傳遞，從而有效指導城市開發建設，實現管控意圖的落實。

2.2 平臺總體架構設計

為了滿足《城市設計管理辦法》中將城市設計要求納入城市規劃管理信息平臺的要求，方便城市設計有效實施，把城市設計平臺作為南京規劃“四代”管理系統圖形平臺的重要組成部分，與“四代”系統圖形平臺統一架構，形成標準規范、數據建設、基礎平臺和應用系統四層次二三維一體化技術架構，如圖2所示。

2.3 技術實現

在模塊劃分與技術實現上，堅持數據、管理、應用相分離的松耦合架構思想，采用面向服務的架構(SOA)，將平臺建設分成數據管理工具集、服務管理系統、后臺管理系統和綜合管理應用系統4個部分，保持應用靈活性和擴展性，可針對不同用戶和應用場景形成不同應用實例。

三維應用需要處理海量的數據和復雜的數據結構，考慮城市規劃業務的深度和復雜性，綜合管理應用平臺采用C/S模式開發，保證應用處理效率和穩定性。采用大型關系數據庫Oracle和空間數據引擎ArcSDE對二維數據進行存儲、維護和管理。三維數據在FDB數據庫文件中進行分布式存儲管理。各類數據通過服務管理系統統一的接口發布并管理地理信息服務，通過后臺管理系統實現數據服務的資源匯聚組織和用戶、權限的配置管理。

3 建設成果及應用

3.1 標準規范建設

形成了從數據規范、生產規程到建庫規范的數據全流程的城市設計數據標準體系，將城市三維現狀展現與城市設計三維展現有機交融互動，實現生產、管理和應用的三者統一，為城市規劃、設計、建設和管理提供數據支持，如圖3所示。其中《三維地理信息模型數據規范》已作為南京市地方標準發布使用。

3.2 數據建設

構建了包括基礎數據(三維數字地形、地名地址等)、專題數據(地下空間、地下管線等)、現狀數據和城市設計一套圖的數據體系，其中城市設計一套圖包括特色系統圖、城市設計索引圖、城市設計總片面圖、二三位管控要素和城市設計三維模型庫。

圖2 平臺總體技術架構

3.2.1 現狀三維模型庫

通過人工建模的方式建設了涵蓋南京老城和河西地區的現狀精細模型，面積約160 km2，各模型要素都附有豐富的屬性信息，實現對城市現狀面貌的全面精確還原；采用二維地形圖自動驅動的方式生產了市域范圍全覆蓋的建筑物體塊模型。現狀數據有三維矢量和三維瓦片兩種格式，瓦片用于支持城市級大場景應用，一般辦公電腦也能流暢地動態加載全市模型，如圖4所示。

圖3 標準規范體系

圖4 精細模型場景

3.2.2 特色系統圖

基于總體城市設計和片區城市設計確定的重要城市特色要素，通過矢量化提取、規整、入庫并錄入管控要求，形成特色系統GIS一張圖，用于宏觀展示南京總體城市空間特色定位、總體空間形態、重要特色意圖區、特色空間要素等，引導和管控地段、地塊城市設計成果編制。同時將城市設計導則中確定的城市軸線、視線廊道等要素進行虛空間三維模型實例化，形成了特色要素庫，用于輔助建筑方案自動審查，從而保障城市軸線、廊道系統的通透良好，如圖5所示。

圖5 總體特色系統圖

3.2.3 城市設計索引圖

將散落在各平臺、分局的城市設計成果收集、整理，納入規劃編制系統統一歸檔管理，把各層級城市設計項目編制范圍、編制狀態和相關信息的表達，形成索引圖，并與項目歸檔文件夾關聯。一方面方便扎口處室開展項目進度及成果覆蓋度等統計，可以快速掌握全市城市設計編制情況，使城市設計成果管理規范化體系化；另一方面滿足各分局在全要素規劃條件出具中快速調閱城市設計圖及歸檔成果。

3.2.4 城市設計總平面圖

基于城市設計項目中的總平面成果輸出成效果圖片，進行定位配準，再將全市城市設計總平面成果圖片進行拼合形成一張圖，發布成瓦片地圖服務，在南京市規劃局的三維平臺、審批系統和移動端設備上使用，展示城市設計項目方案與周邊環境，輔助規劃決策。

3.2.5 城市設計三維模型庫

在現狀三維模型的基礎上，將城市設計成果建模建庫，包括規劃地鐵站和地下管廊，在三維空間予以表達，用于規劃審批中的空間分析與景觀模擬，展現整體空間組合關系、開敞空間布局等未來建設效果，也可為招商引資進行未來效果的展覽宣傳。

3.2.6 二三維管控要素(盒子)庫

基于地塊城市設計圖則中確定的用于指導具體項目設計與實施的內容，驅動生成三維高度、退讓控制盒子，禁止開口線、地下空間范圍等不能三維化的要素以二維表達，作為建筑方案審查的依據，輔助系統自動檢測建筑方案高度、退線、景觀視線等方面是否符合城市設計要求。

3.3 應用平臺研發

以城市設計管理應用為導向，平臺建設緊緊圍繞城市設計的編制(成果)管理與展示、用地管理和建筑方案管理的三大重點應用場景展開，共集成120多個功能。

3.3.1 編制成果管理與展示

建筑物分層分戶管理與展示：通過建筑物普查，獲取分層分戶圖形數據，以及與棟、層、戶相對應規劃、工商等行業的管理運行數據，使用開發的三維分層分戶模型驅動程序，將普查的建筑物二維分層分戶圖形驅動成三維分層分戶模型，組裝在現狀三維模型內部，形成棟、層、戶不同粒度的模型對象，分別掛接相應的行業信息表，形成分層分戶模型信息庫，作為智慧城市的載體，實現從棟到分層分戶等不同粒度對象的數據管理、信息查詢展示和統計分析，開展行業應用，為城市規劃決策、智慧城市運營管理提供可靠的技術手段，如圖6所示。

地上地下一體化展示：采用三維模型裁切技術，通過裁切面或體，可把地上、地面和地下設施剪裁，用戶可動態交互拖動裁切面，實時動態跟蹤剪裁，查看內部或地下隱藏的信息，為地上地下一體化規劃建設管理提供了直觀可視化手段，如圖7所示。

圖6 建筑物分層分戶管理與展示

圖7 地上地下一體化展示

3.3.2 輔助用地管理

在用地管理中可基于DEM模型開展選址場地淹水分析、土方平衡計算、坡度坡向分析等分析計算研究，也可以基于現狀三維模型開展擬建區域的現狀高度、密度、容積率、拆遷成本等分析計算，如圖8所示。

圖8 場地統計分析

高度控制是城市設計的重點內容，通過模擬放氣球在不同的觀景點觀看擬建建筑長高過程中對景觀的影響效果，精確算出可見高度，輔助規劃決策。

在項目選址研究或規劃條件出具中，讓經辦人也能通過簡單的選擇或繪制建筑基地，指定層數、高度，快速構建模型方案，提前開展方案空間效果分析，根據效果編輯修改模型，平臺自動依據內置的規劃規則計算校驗方案指標，如高、密、容等規劃指標計算并與控規指標校核、停車位是否和功能匹配，使城市布局更合理、功能組織更優化，如圖9所示。

圖9 參數化模型指標計算校驗

3.3.3 建筑方案管理

在建筑方案管理中，多方案可快速入庫管理，方案可基于DWG、SHP等直接生成體塊方案，也可以直接導入SKP、MAX、OSG等三維模型，并支持RVT格式的BIM模型方案植入。建筑方案模型植入平臺，以二三維管控要素為依據，平臺可自動審查建筑高度、退線、景觀視線等方面是否符存在問題并提醒，以保障建筑方案符合規劃設計意圖。平臺提供豐富的編輯功能，可在方案審查中隨時編輯修改方案模型，如圖10所示。

圖10 建筑方案自動審查

對街墻控制線及道路沿線的建筑物，通過貼線率或對位率計算，判斷建筑方案是否滿足街墻控制要求，輔助管控和營造街墻的規整度和秩序感。

平臺還提供了豐富的輔助建筑方案分析評審功能，可根據需要組合使用，如通過多屏比對，開展人眼視角下的方案比選；通過視線、視域分析，輔助保障城市視線的通透性和視域的開闊性；針對不同的方案和視角，生成沿街立面圖；通過景觀分析，在不同的觀景點，審查建筑方案對城市景觀的影響，優化塑造良好的城市景觀；通過天際線分析，輔助營造城市美觀的天際輪廓線。如圖11所示。

圖11 建筑方案景觀分析視點

4 結 語

本文基于現狀三維GIS的城市設計綜合管理平臺建立了城市設計二三維信息化管控體系，形成了一套圖管理，實現了全程化、精細化管控，創新了城市設計管理技術方法，使城市規劃管理從二維平面轉變到三維空間形態的精準管控上來，促進了管理方式和水平的跨越提升。同時使一般公眾也能看懂規劃，提前體會規劃設計建成后的空間環境和效果，共同參與規劃治理，豐富了新時期城市設計管理的理論體系，為其他城市提供實踐經驗。

南京將借助城市雙修和城市設計雙試點城市的政策東風，充分發揮平臺的作用，保護歷史文化和自然環境風貌，充分彰顯南京古都文化特色、濱江城市特色、 人文綠都特色和“山、水、城、林”融為一體的城市空間特色，優化人的空間體驗，為市民營造高品質的居住生活環境。