学术交流 | “四原则”推进三维城市设计信息化建设

 城市设计的业务背景 

我国城市经过40余年的快速发展建设，在城市空间形态与整体布局方面，积累了一系列问题：城市千城一面、三维空间失控、传统文化丢失、公共空间品质不高，等等。同时，我国正处于城镇化快速发展的中后期，城市形态特色和环境品质受到普遍关注。

城市设计作为营造美好人居环境和宜人空间场所的重要手段，其重要性被进一步凸显。要塑造好城市空间特色，必须采用先进技术手段，综合多学科知识，落实城市设计管控。

图1 城市快速发展带来诸多问题

在我国城市空间品质亟需提升的背景下，迎来了国土空间规划体系的确立，中共中央国务院《关于建立国土空间规划体系并监督实施的若干意见》提出“充分发挥城市设计、大数据等手段改进国土空间规划方法，提高规划编制水平”，明确了在国土空间规划中城市设计对于提高国土空间品质中的作用。

城市空间的规划不仅需要定性、定量，还需要定形：定性可以诉诸于总体规划，定量诉诸于详细规划，那么定形就需要诉诸于城市设计。

图2 城市设计与国土空间规划各阶段的对应关系

城市设计作为非法定规划事项，其设计成果与要求在建设过程中往往会被忽略，其业务应用的落地需要融入到规划编制与传导、规划审批与管理等法定规划流程中去。如在上位规划符合性审查中，加强对城市设计要求的审核；在城市规划选址、土地供应及设计方案审查等规划管理环节中，加强城市设计内容的运用等。

图3 城市设计业务在规划流程中落实

在国土空间规划体系下，城市设计业务要在规划项目全流程中有效展开，就必须采用新技术手段来进行各阶段空间形态的分析和分析成果的展现，三维技术作为展现空间形态最直接的手段，是实现城市设计业务转型的必然选择。

自然资源部2020年9月发布的《国土空间规划城市设计指南（征求意见稿）》中明确提出“鼓励基于BIM、CIM等数字集成技术，构建二三维一体化的城市设计数据管理平台”。三维城市设计信息化建设已经成为高效落实城市设计的必然趋势。

 信息化建设推进原则 

城市设计区别于自然资源空间管控的底线思维，它既要服务于宏观大空间格局的规划，又要服务于微观层次的立体设计。因此在三维城市设计信息化建设中，需要把握以下几个原则：精细化的空间管控、科学化的方案审查、智能化的决策支撑和全程化的状态跟踪。

图4 三维城市设计信息化建设原则

在国土空间规划体系下，规划逐级传导，各级规划的管控要求也会分级传导，管控内容向具体地块落实是不可逆转的趋势。而城市空间精细化管控是规划要求能有效落实的基础。

实现城市空间管控的精细化，需要使每个空间要素都能够被管理。可采用将城市空间先分解，再整合的思路。即先将城市整体空间按照要素类型、传导等级分解为实体要素库；然后再对实体空间要素进行数字化转译，最后将其按照空间形态类型整合为数字化空间形态体系。最终达成城市空间能够被结构化管理、体系化展示的管控效果。

图5 城市空间结构化管控路线

在体系化管控的基础上结合数字化技术手段，为城市管理者搭建二三维空间数据一体化展示平台，提供一个立体展现城市现状信息与未来空间形象的窗口，这也是三维城市设计信息化支撑各种业务应用的基础。

要保证城市设计的科学性，不仅要做到对城市现状情况的掌握，更需要核提未来规划的设计要点进行综合分析。在二维系统中，城市三维立体形态及空间定量分析等工作都未能深入开展，三维平台应当以城市现状三维模型及城市设计系列成果为数据基础，在城市设计方案的合规性审查、空间定量分析和参数化辅助设计调整等方面发挥空间信息技术的作用，辅助论证城市设计的科学性。

图6 信息化技术辅助城市设计科学性论证

科学化的方案审查首先要保证设计方案的合规性，如方案待开发用地的合规性审查，对照上位规划要求、规划设计条件、地方规划管理条例等其他规范的相关要求，审查计算建筑方案的用地情况、方案指标等，判断其是否合规。

城市设计方案如何有效提升城市现状空间环境，要求在设计时保证方案与城市空间的融合，如实现美好的天际线、开阔的景观视线/视域、合理的街墙比等等。于是审核方案时，往往需要三维城市设计信息化建设提供空间的定量分析，如通过对空间环境进行现状分析与景观分析，可对比城市经过设计后是否真正使该区域的空间得到优化；通过立体形态分析来对方案的建筑高宽比、街墙比、高低错落度、高度层次及高度差等指标进行分析评价等。

图7 空间定量分析

在经过一系列合规性分析与空间分析后，对于经过分析的城市设计方案，审查者往往会产生一些建议与提升性要求。为保证新的城市设计需求科学合理，可在审查时进行实时的设计调整，此时需要在平台内提供参数化、语义化的设计工具，以辅助相关人员审批时对方案进行实时调整与审核。参数化设计工具可包括：地面建筑、停车位的参数化建模、交通动态标绘、城市基础设施添加、多样式建筑方案的模拟等。对于参数化设计的结果，可与城市现状三维数据与城市设计成果进行交互式空间分析，确定设计成果的科学性，达到科学化的方案审查。

在各层级与各类型的城市规划项目中，将面临复杂的场景和成果内容，这些都给管理决策者带来了巨大考验，尽管可以运用多种辅助分析工具，但没有指标与规则支撑的分析无法减轻管理者的工作负担，于是城市设计辅助管理平台需要完成工具化向智能化的转变。
智能化决策的核心在于智能化规则体系的构建，规则体系需要由多个规则模型构成。这要求我们在数据中依据规范与要求来提取其可获得的各项指标，再以算法结合指标来制定规则，在规则下结合业务场景建立模型，最后以规则模型来支撑业务的智能化决策。

图8 城市设计决策智能化路线

在城市设计管理中，不光要确保方案审查的科学性，审核决策的智能化，还要确保城市设计能够在编制、管理、审批、实施的全过程中进行状态跟踪。包括在编制时对群众意见的收集与反馈、设计成果在建设过程中的实施与监督，以及建设成果是否符合设计方案的审查。在城市设计信息化建设中，也需要将这些业务要求考虑进去。

例如，在当前国土空间规划背景下，要求公众对城市设计全过程的科学性、合理性作出反馈。三维城市设计因其自身的立体化优势，对公众参与规划的兴趣调动能力更强，参与难度更小。系统可将三维设计方案公布至公共平台，公众参与平台结合手机APP，可以随时随地获取、分享实时规划信息，发表意见。

图9 公众参与城市设计监督与评价

 结 语 

随着我国人口总量增长放缓、城镇化增速放缓，城镇治理体系将响应精细化、智慧化的要求，各大城市对城市设计的要求将越来越高，三维GIS等信息化手段的高效运用已成为必然趋势。在三维城市设计信息化进程中，新的技术迭代日益加快，本文提出的四项原则意在保持城市设计业务支撑能力的完整性，解决业务全流程从看到管的实施路径。后续研究团队将继续深入探索城市设计信息化的理论范式和实际建设路径，敬请期待。

[3]项琳. 城市设计竞争力评价指标体系构建及实证分析[D].浙江大学,2016.

来源：超图集团；文：国图信息 软件技术研究所，作者：任勇康、徐頔飞