基于三維可視化的城市規劃管理方法優化研究

摘 要：城市規劃管理是一項系統工程，傳統的二維技術手段已難以滿足精細化管理的需求。在梳理三維可視化技術特征的基礎上，分析現有規劃管理方法的不足，提出優化對策，包括引入高精度遙感與實景建模、構建多尺度多維度的規劃信息模型、融合虛擬現實技術進行方案仿真以及開發基于Web的三維規劃公示平臺等。這些策略有助于提升規劃編制的精度，拓展規劃表達的廣度，深化規劃審批的力度，暢通規劃參與的渠道，為新時期城市規劃管理變革提供新思路與新方法。

關鍵詞：城市規劃；三維可視化；規劃信息模型

隨著城市化進程的快速推進，城市規劃管理面臨著空間數據采集與處理效率低下、二維規劃信息表達能力有限、規劃方案缺乏動態模擬與評估、公眾參與度低且信息傳遞不暢等諸多挑戰。三維可視化技術以其直觀、真實、可交互等優勢為破解這些難題提供了新思路。因此，探討基于三維可視化的城市規劃管理方法具有重要意義。

一、三維可視化技術概述

三維可視化技術是計算機圖形學與地理信息科學交叉融合的前沿領域，其核心在于通過三維建模、渲染、交互等技術手段，實現復雜空間數據的高效組織、逼真表達與智能分析。在數據獲取層面，三維激光掃描、傾斜攝影測量、合成孔徑雷達干涉測量等技術可快速獲取高精度的點云、模型與地表形變信息，點云密度可達每平方米數百至數千個，精度優于5厘米。在數據處理方面，正射校正、模型簡化、紋理優化等算法能夠去除數據冗余，提升場景加載與渲染效率。例如，基于八叉樹索引的網格簡化f23I9NR26xaxNW1mdUqEzv7mf+VMPaXU6enl14kzxcI=方法可在保證可視化效果的前提下，將模型面數降低80%以上[1]。在可視化表達方面，光照模型如BRDF模型，陰影算法如陰影映射和陰影體，可以模擬逼真的光影效果；粒子系統、體繪制等技術可生動模擬水流、煙霧、爆炸等動態場景。此外，VR/AR、體感交互、語音識別等技術為三維場景交互提供了嶄新的路徑，如采用頭盔式顯示器搭配數據手套，可實現沉浸式的場景漫游和操作。三維可視化技術已廣泛應用于多個領域，展現出巨大的應用價值和發展潛力。

二、傳統城市規劃管理方法應用存在的問題

（一）空間數據采集與處理效率低下

城市規劃管理工作對空間數據的時效性、精準度有著較高要求，然而傳統的數據采集與處理技術卻難以有效滿足這一需求。當前，在大比例尺地形圖測繪中，雖已廣泛采用了GPS-RTK、全站儀等先進測量設備，但受限于操作模式，外業采集效率仍難以突破每平方公里數小時的瓶頸。以三維建筑物模型重建為例，即使采用車載激光雷達掃描技術，也難以直接獲得符合LOD2級精度要求的模型，往往需投入大量人工進行孔洞修補、幾何優化等處理[2]。在不同坐標系、不同比例尺的規劃數據整合中，由于缺乏統一的空間參考框架，各圖層間的疊合分析、變化更新等操作十分耗時。在海量異構空間數據挖掘方面，傳統的人工目視解譯方式更是難以適應千平方公里量級的數據規模，急需借助人工智能、深度學習等前沿技術實現關鍵要素的自動化提取與識別。

（二）二維規劃信息表達能力有限

城市規劃管理是一項復雜的系統工程，涉及土地利用、交通組織、環境保護等諸多專項規劃。然而，受制于傳統的二維制圖技術，各專項規劃成果難以有機融合，全面表達城市“立體化”的時空特征。以控制性詳細規劃為例，現有的技術規范雖對用地性質、容積率、建筑高度等要素的表達內容與形式進行了細致規定，但僅局限于平面向度，難以準確刻畫城市開發強度在垂直方向的差異變化，易導致規劃藍圖與實際建設相脫節。在立交橋、高架路等復雜交通設施規劃中，二維方案難以直觀表達上下層車流的穿插組織關系，不利于多方案比選和工程協調。在城市設計中，二維的總平面圖、鳥瞰圖等表現手法無法準確傳遞街道尺度、天際輪廓等關乎城市品質的關鍵要素[3]。此外，在地下管線規劃中，由于缺乏三維空間位置、埋深等信息，二維圖件難以支撐精細化的豎向設計與工程施工，進而造成管線反復遷改、空間資源浪費等問題。

（三）規劃方案缺乏動態模擬與評估

城市是一個高度動態變化的復雜系統，各類規劃方案的實施往往會引發連鎖反應，對城市形態、功能、品質產生深遠影響，但是傳統的規劃編制流程缺乏必要的動態模擬與量化評估環節，難以科學預判規劃實施效果，易導致規劃方案與城市發展實際相脫節。以交通規劃為例，在研究道路網絡優化調整時，現有的方法主要依賴靜態的小時交通量預測與分配，難以準確模擬車流在時變路網中的動態選擇行為，無法評估交通組織方案對路網通行能力的影響，進而造成規劃方案難以有效緩解交通擁堵等問題。在城市更新項目規劃中，由于缺乏長期、動態的效益測算，規劃的公共服務設施規模、布局等往往難以適應人口結構變化趨勢，甚至出現“規劃剛建成即飽和”的尷尬局面。此外，在防災減災規劃中，由于缺乏突發事件的動力學演化模型，傳統的基于歷史數據的災損評估方法難以準確預測重大災害的影響范圍和損失程度，不利于應急避難、救援物資等關鍵資源的優化配置[4]。

（四）公眾參與度低且信息傳遞不暢

城市規劃作為一項關乎公共利益的事業，理應廣泛吸納民意、接受社會監督，但受傳統的技術手段和管理模式制約，現有的規劃編制和實施流程往往缺乏有效的公眾參與機制和信息公開渠道。以規劃公示為例，雖然《城鄉規劃法》明確要求對城市總體規劃草案進行公示，并采納公眾合理意見，但實際操作中，公示期往往僅有30天，公示方式也局限于在指定地點張貼紙質文本，鮮少與公眾深入互動交流，難以真正發揮民主監督的作用[5]。在控制性詳細規劃等專項規劃編制中，規劃方案的技術性、專業性較強，采用傳統的問卷調查、座談會等形式很難使公眾準確理解規劃內容，表達意見建議，導致公眾參與流于形式。在重大市政工程項目推進中，由于規劃批前公示缺位，加之信息發布滯后，公眾難以及時了解工程進展，更談不上有效參與工程監督。在日常規劃管理中，違法建設、擅自改變規劃用途等行為時有發生，但由于缺乏便捷高效的信息舉報渠道，基層執法難以及時開展工作。

三、基于三維可視化的城市規劃管理方法優化對策

（一）引入高精度遙感與實景三維建模技術

為解決當前城市規劃管理中空間數據采集與處理效率低下的問題，可從數據獲取、處理、建模、應用等環節入手，構建基于高精度遙感與實景三維建模技術的精細化規劃編制與管理流程。第一，在數據獲取階段，應綜合利用高分辨率衛星遙感、低空無人機傾斜攝影、車載移動測量系統等多平臺的數據采集手段，并借助譜段優化、多角度成像等策略，在獲取廣覆蓋影像數據的同時提升數據質量，確保數據集的空間分辨率優于0.2米，位置精度優于0.5米，滿足大比例尺地形圖測繪要求。第二，在數據處理環節，應加強人工智能技術的研發與集成應用，如采用基于注意力機制的深度卷積神經網絡，實現對建筑物、道路、地類等關鍵地物要素的高精度自動化提取，并嵌入知識圖譜推理模型，實現不同地物間空間關系的自動構建，進而大幅提升數據入庫效率。第三，在三維建模方面，應立足多源異構數據融合，探索發展多尺度、多風格的模型生成技術，既可通過城市設計草圖速建矢量化白模，也可利用實景三維重建軟件由點云數據生成精細化實景模型，并運用VR/AR等交互式設計工具，支撐規劃設計方案的動態模擬和優化。第四，在模型應用層面，應著眼全生命周期管理，加快三維規劃審批、工程驗收、設施運維等管理流程的數字化轉型，形成“空間規劃數據庫—三維規劃模型庫—應用場景庫”的規劃信息資源體系，助力提升規劃管理效能。

（二）構建多尺度、多維度的規劃信息模型

針對二維規劃信息表達能力不足這一難題，構建多尺度、多維度的規劃信息模型不失為一劑良方。首先是夯實數據基礎，可充分利用傾斜攝影測量技術，通過無人機搭載多鏡頭傳感器對建筑立面、街巷空間進行全方位、高清晰度的影像采集，再運用多視角影像匹配、點云拼接等算法生成逼真的城市三維實景模型。特別對于在建工程、施工現場等動態變化區域，可引入四維激光掃描技術，通過連續多次掃描獲取不同時間點的高精度點云數據，并利用點云配準、變化檢測等算法揭示城市肌理、地物狀貌的動態演變規律。在數據采集的同時，可嵌入智能算法，實現空間基礎信息的自動提取與分類，進而形成室內外一體化、動靜結合的城市數字副本。

其次是深化跨維關聯，充分挖掘各專項規劃的共性信息，如在控規階段即對學校、醫院、公園等各類公共服務設施提出建筑信息模型（BIM）的硬性要求，并借助IFC、CityGML等標準規范BIM模型的創建，使其能與城市信息模型（CIM）無縫銜接、互為補充。再比如在管線綜合中，可依托高精度三維地質模型，在BIM設計階段即完成管線的豎向排布、斷面優化，而后利用管線智能鋪排算法實現管線路由的自動生成，讓“下得去、接得通”成為現實。

最后是拓展智能應用，可充分利用人工智能優勢，在三維規劃模型中植入群智感知、迭代優化等算法，動態模擬規劃方案實施后的人流、物流、信息流時空分布，評估對居住、出行、消費等活動的影響，并支持在虛擬環境中與利益相關方溝通、博弈，讓規劃成果經受住反復推敲與論證的考驗，從而走向科學化、精細化、人本化。

（三）融合虛擬現實技術進行規劃方案仿真

規劃方案猶如一枚硬幣，靜態的藍圖只是一面，動態的模擬評估才能看到另一面的真實價值。引入虛擬現實技術，讓規劃藍圖躍然紙上，活靈活現。以交通規劃為例，可先將規劃道路網絡、交叉口平面、公交線路等要素在三維場景中復現，再通過網絡仿真模擬連續多日的車流走廊分布、交通流量變化，并結合VISSIM等微觀仿真工具模擬個體車輛的跟馳、變道等行為，從而客觀評價路網通行能力、擁堵緩解效果。在此基礎上，可進一步植入群體決策模型，在虛擬環境中模擬不同車輛群體在多種誘導策略下的動態路徑選擇，探索車流引導的最優方案。又如在消防安全規劃中，可充分利用BIM信息構建裝配式建筑的精細三維模型，并整合物聯網數據反映建筑材料特性、可燃物分布等，在虛擬現實場景中模擬火災擴散、煙氣蔓延的動態過程，結合人員逃生模擬分析疏散路徑設置、避難空間布局的合理性，并為后續智慧消防系統的研發提供科學支撐。面向重大危機事件，可充分發揮元宇宙的虛實交互優勢，讓各部門、各專業在虛擬孿生的城市中開展跨場景聯合推演，及時發現應急預案在人員協同、信息共享等方面的缺陷，并通過頭盔、數據手套等交互設備記錄決策行為，形成沉浸式應急培訓的素材庫。

（四）開發基于Web的三維規劃公示平臺

規劃公示不應是“暗箱操作”，而應借助Web技術打造“透明盒子”。首先，用好用活三維規劃成果，以Web三維GIS為載體，構建集二三維一體、全流程集成的規劃信息發布平臺。如在前期調研階段，可通過無人機傾斜攝影、激光掃描獲取現狀建筑物、地形地貌的實景三維模型，生動再現規劃片區的空間環境，并支持公眾通過瀏覽器、手機App隨時隨地瀏覽漫游，沉浸感知城市肌理、天際輪廓。而后隨著規劃方案的深化，各專業的BIM模型可實時發布到Web平臺中，讓城市設計、景觀設計、市政工程等專業規劃的關鍵界面呈現在公眾面前，接受隨時隨地品評把脈。其次，用活用透互聯網思維，積極擁抱移動社交媒體，開辟規劃公示的新陣地。如在規劃方案公示期，可借助“云直播”功能面向社會公眾開展方案說明會，通過視頻連線、屏幕共享等方式與利益相關方“面對面”交流，讓規劃師現場解惑釋疑、聽取意見建議。針對公眾普遍關注的話題，可通過話題標簽、彈幕評論等方式引導社會輿論的聚焦與互動，并運用文本挖掘、情感分析等自然語言處理技術客觀歸納網民訴求，將其作為規劃優化的“風向標”。當然，要將互聯網參與常態化、制度化，可搭建在線“規劃眾包”平臺，定期發布城市設計、街道美化等任務，鼓勵社會公眾積極獻計獻策，眾智眾力，讓規劃成果更“接地氣”。

綜上所述，城市規劃管理既面臨難得的發展機遇，也面臨嚴峻的變革挑戰，以三維可視化技術為代表的時空大數據分析、人工智能等新興技術的崛起，為破解規劃編制、表達、實施、評估、公示等環節的堵點難點提供了新思路、新路徑。未來，隨著數字孿生城市建設的縱深推進，全域全要素的實景三維模型、跨空間尺度的城市信息模型、橫跨規劃設計施工管理全生命周期的智能化應用將水到渠成。展望未來，城市規劃管理的數字化轉型之路方興未艾、道阻且長，亟須政產學研多方協同發力，聚焦關鍵核心技術攻關，健全數據共享開放機制，完善標準規范體系建設，打造跨部門跨領域的協同創新生態。

參考文獻：

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