3D技術在城市規劃中的應用探索

康 抗

中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司 陜西 西安 710065

新時代下,推進城市信息化建設依然成為“數字城市”理論下的熱點研究課題。3D技術在推進城市信息化建設中發揮著關鍵的作用。實現城市信息化是一個城市融入全球化浪潮的必要條件。當前城市發展過程中隨時都會迎來嚴峻挑戰,也將獲得能實現突破的機遇,規劃部門要扮演好角色,借助于三維仿真、GIS等多項技術,在二三維一體化空間數據庫建設的基礎上,以三維數字化的形式展現各種與城市規劃有關的信息,提高整個規劃過程的三維可視化,使規劃者、建設者、管理者能系統地了解城市發展信息,從更廣的范圍內揭示出城市發展規律,也能為空間規劃管理工作的開展提供信息支撐,打造直觀形象的三維界面,為城市建設能做出有效決策提供支持,使規劃選址、用地決策等能獲得數據資源方面的參考,提高城市規劃的理性、前瞻性、易于操作性,能使純文字與純圖形城市規劃的缺陷得到彌補,提高規劃管理效率。

一、3D技術的基本概念

“3D是three-dimensional的縮寫,就是三維圖形。在計算機里顯示3D圖形,就是說在平面里顯示三維圖形。三維技術是通過空間維度中的三個不同方向的疊加處理,最終成果先出更加準確的位置信息。把三維技術運用于城市規劃設計之中,最初只是能完成圖紙設計與繪制的任務,當前可以運用的技術更多,包括挖掘數據、處理圖像、可視化描述等,能解決更為復雜的城市規劃問題。

二、3D技術在城規規劃中的應用價值

在對城市建設進行規劃時,由于同時需要考慮到人口密度、地塊開發強度、建筑密度等一系列指標,需要采用虛擬現實技術、應用網絡技術等,網絡技術的運用,使規劃過程中的信息反饋形式發生了改變,再加上數字技術、通信技術的快速發展,信息交流進一步體現出動態化的優勢,能以交互式的方式傳輸數據,而且不會受到時間與空間的約束。3D技術在城規規劃中的應用價值集中體現在如下幾個方面:

第一,有效的輔助城市建設與規劃,提升圖紙繪制質量。在城市建設與規劃之中,二維藍圖繪制法仍有著較為廣泛的運用,三維輔助設計的運用能繪制出效果更好的圖紙,不僅能在繪制建筑物、構筑物、交通道路的過程中有效提高效率,也能更加準確地繪制河流、綠地、廣場等,還可以圍繞細節問題進行反復修改。在一些較為復雜的圖紙中,可以擦除某一區域的內容并重新進行設計,在提高圖紙質量方面效果十分顯著。

第二,有效的減少城市規劃中存在的誤差,提升規劃的精確性。有些城市占地面積比較大而且較為復雜,在規劃設計過程中要設置合理的面積規則,避免后續規劃設計人員發生變更或是直接變動規劃時引發損失,計算機三維技術的運用能以程序化的方式處理所有的區域面積,也能及時發現設計成果存在的問題,幫助規劃人員適時更正信息。

第三,有效提升城市規劃設計的呈現效果,直觀顯示規劃設計全貌。地理信息技術、遙感技術的運用,能采集更為豐富的空間信息,借助于無人機裝載攝像儀,能有效提高城市圖像的精確度,制作出直觀形象的矢量圖、影視圖,有助于提高城市規劃空間分析的理性化。可以把整座城市劃分為老城區、新城區,但在傳統規劃之中,很難準確地在兩大區域之中找到分界線,運用計算機輔助設計技術自帶的三維功能,能讓城市規劃者能對不同的功能分區做出精準定位而且能靈活修改規劃方案,設計者能進一步把握住城市規劃與當前的政策方針、地理條件等是否相匹配。此類精細化技術管理流程尤其適用于一些面積比較大的城區群,也可以運用于規模特小的城鎮。

三、3D技術在城市規劃中的應用的具體策略

在分析3D技術在城規規劃中的應用價值的基礎上,下文側重圍繞3D技術在城市規劃中的應用的具體策略展開探討。具體如下:

（一）運用3D技術進行建模

可以把激光掃描、三維遙感等技術運用于數字城市三維建模之中,通過三維建模能從城市空間定位中采集到更為全面的數據,形成能準確地描述城市空間情況的坐標,也能增強數據傳輸的交互性,使數學城市擁有更加豐富的功能。

可以把地理信息處理技術、遙感技術等運用于采集空間數據方面,在構建城市數字模型過程中獲得更為精準的數據信息。三維激光掃描技術的運用,能對城市空間之中的各種建筑物進行準確掃描,也能獲取城市地下信息,增加數據信息量。運用遙感技術,能以動態化的方式從城市空間中采集更為全面的信息,而且能自動對信息進行降噪處理,讓獲取的信息更有質量。可見,數字化城市建設過程中,不管是正射影像還是地形圖繪制,都要引入三維技術。

（二）建構虛擬仿真系統

現實城市的建設與發展為數字城市的打造做好了準備,借助于網絡構建數字化模型,人們能對自己生活的城市產生更為全面的了解,此項技術的實現,要借助于交互系統并采用交互化的方式對數字城市進行立體化審視,可以搭建三維虛擬仿真平臺,在這一平臺上設立數字城市數據庫、數字化三維模型,用戶可以自如訪問。構建仿真系統時,要及時輸入與數字城市有關的三維數據,系統在運行中能獲取更為全面的數據信息,輸入數據之后,城市規劃設計師能從多個維度了解城市環境,全面而理性地進行分析。在城市規劃與建設進行中,三維虛擬仿真技術能把抽象化的概念轉化為直觀、形象的表述方式,借助于此項技術,人們既可以模擬集成數據,也可以對其進行分析,搭建虛擬化、智能化的城市規劃平臺。

（三）建構城市規劃的三維地理信息系統

三維數字城市有著穩固的三維地理信息技術基礎,積累了豐富的數據資源,運用海量空間數據信息對整座城市的布局加以描述,也能展現更為全面的規劃信息、形態信息等,使城市規劃者、管理者能在這些信息的輔助下做出合理決策。具體而言:

第一,可以實現工作流程的進一步科學合理化和簡化。三維數字城市在建設過程中,規劃部門可以通過合理的模式、簡化的流程對相關業務進行審批,能以不接觸的方式對規劃許可、用地許可、項目申報等進行審批。網上規劃業務審批在實施過程中,設計單位要以在線的方式提交各種類型的電子文件,包括規劃圖紙。這些電子文件要符合電子報批系統的格式要求,也要擬定完善的規劃設計方案,保證所有建設單位提交的報批文件都是規范、統一的。以相關技術標準、規劃指標為依據,審批部門在局域網之內進行審批,整個審批工作的及時性、透明性有所提升,也能構建“規劃-審批-入庫”這種完整的審批機制。網上規劃業務審批模式的推行,能使審查效率得到大幅提升。

第二,可以圖文并茂的展現信息,以在線化、動態化的方式輔助城市規劃部門進行相關分析和決策。三維數字城市為規劃部門構建了圖文一體化管理系統,規劃部門需要處理繁多的數據,涉及到文字圖片、城市建設信息、調查數據、航空正射影像圖、地形圖等。與此同時,規劃部門辦公自動化系統在運行中也會生成大量動態文檔信息,這些信息來自于用地、設計、規劃、管理等多個方面,將成為重要的歷史檔案信息。圖文信息一體化管理能采用同樣的標準與方法對檔案信息、地下管線、二維地圖等實施管理。在處理各項業務過程中,能對數據資料進行查詢、檢索,也能動態化錄入新數據。與此同時,應用系統具有三維模擬、分層顯示等多項功能,這些功能的發揮,能實現文檔信息與空間信息的銜接,以在線化、動態化的方式進行互聯互訪,為規劃者提供決策輔助,使業務規劃辦理更加高效。

第三,可以以強大的數據支持確保規劃者能做出正確決策,滿足規劃管理部門的多種需求。具體體現在:一是對基礎空間數據進行匯總、梳理,提取有代表性的數據,依據城市經濟、社會發展等方面的數據,也需要考慮到規劃部門的總規、分規,以及各種規劃控制指標,按一定的方法進行計算、評價,對城市的空間屬性做出評價。二是為輔助決策提供構建模型的技術支持。所有的基礎數據均來自于空間數據庫,結合規劃決策需求形成專題數據層。在這其中,涉及到空間數據、城市屬性數據等,運用各種空間分析法對這些數據疊加分析、網絡分析,得到綜合性評價結果,制定合理的規劃方案,以專題圖、文件報告的形式為規劃決策提供輔助,決策者在對各種突發狀況予以回應時能做到有據可依。三是為部門間、平臺間的數據共享提供支持。三維數字城市搭建了地理信息平臺,該平臺具有開放性、公共性的特征,使多年以來基礎地理信息量大、分散、各個平臺不統一等難題得到了解決。利用統一的GIS平臺,能以集成化的方式對基礎地理信息進行管理,并能實現共享。規劃部可以把整理之后的數據信息與其他部門共享、交換,獲得更為豐富的基礎信息資料,也能動態化、持續化地對規劃數據進行管理,及時傳遞給需要這些信息的部門,從縱、橫兩個方向入手對規劃業務實施管理,城市規劃效率將有所提升。

結語

隨著“數字城市”理論的不斷完善,在構建數字城市過程三維技術的廣泛應用已成為當今研究的熱點。因此如何發揮三維技術,通過三維技術對虛擬城市實現現實構建,為城市規劃的進一步發展提供有力的科學支持。