3D技术在城市规划中的应用探索

康 抗

中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司 陕西 西安 710065

新时代下,推进城市信息化建设依然成为“数字城市”理论下的热点研究课题。3D技术在推进城市信息化建设中发挥着关键的作用。实现城市信息化是一个城市融入全球化浪潮的必要条件。当前城市发展过程中随时都会迎来严峻挑战,也将获得能实现突破的机遇,规划部门要扮演好角色,借助于三维仿真、GIS等多项技术,在二三维一体化空间数据库建设的基础上,以三维数字化的形式展现各种与城市规划有关的信息,提高整个规划过程的三维可视化,使规划者、建设者、管理者能系统地了解城市发展信息,从更广的范围内揭示出城市发展规律,也能为空间规划管理工作的开展提供信息支撑,打造直观形象的三维界面,为城市建设能做出有效决策提供支持,使规划选址、用地决策等能获得数据资源方面的参考,提高城市规划的理性、前瞻性、易于操作性,能使纯文字与纯图形城市规划的缺陷得到弥补,提高规划管理效率。

一、3D技术的基本概念

“3D是three-dimensional的缩写,就是三维图形。在计算机里显示3D图形,就是说在平面里显示三维图形。三维技术是通过空间维度中的三个不同方向的叠加处理,最终成果先出更加准确的位置信息。把三维技术运用于城市规划设计之中,最初只是能完成图纸设计与绘制的任务,当前可以运用的技术更多,包括挖掘数据、处理图像、可视化描述等,能解决更为复杂的城市规划问题。

二、3D技术在城规规划中的应用价值

在对城市建设进行规划时,由于同时需要考虑到人口密度、地块开发强度、建筑密度等一系列指标,需要采用虚拟现实技术、应用网络技术等,网络技术的运用,使规划过程中的信息反馈形式发生了改变,再加上数字技术、通信技术的快速发展,信息交流进一步体现出动态化的优势,能以交互式的方式传输数据,而且不会受到时间与空间的约束。3D技术在城规规划中的应用价值集中体现在如下几个方面:

第一,有效的辅助城市建设与规划,提升图纸绘制质量。在城市建设与规划之中,二维蓝图绘制法仍有着较为广泛的运用,三维辅助设计的运用能绘制出效果更好的图纸,不仅能在绘制建筑物、构筑物、交通道路的过程中有效提高效率,也能更加准确地绘制河流、绿地、广场等,还可以围绕细节问题进行反复修改。在一些较为复杂的图纸中,可以擦除某一区域的内容并重新进行设计,在提高图纸质量方面效果十分显著。

第二,有效的减少城市规划中存在的误差,提升规划的精确性。有些城市占地面积比较大而且较为复杂,在规划设计过程中要设置合理的面积规则,避免后续规划设计人员发生变更或是直接变动规划时引发损失,计算机三维技术的运用能以程序化的方式处理所有的区域面积,也能及时发现设计成果存在的问题,帮助规划人员适时更正信息。

第三,有效提升城市规划设计的呈现效果,直观显示规划设计全貌。地理信息技术、遥感技术的运用,能采集更为丰富的空间信息,借助于无人机装载摄像仪,能有效提高城市图像的精确度,制作出直观形象的矢量图、影视图,有助于提高城市规划空间分析的理性化。可以把整座城市划分为老城区、新城区,但在传统规划之中,很难准确地在两大区域之中找到分界线,运用计算机辅助设计技术自带的三维功能,能让城市规划者能对不同的功能分区做出精准定位而且能灵活修改规划方案,设计者能进一步把握住城市规划与当前的政策方针、地理条件等是否相匹配。此类精细化技术管理流程尤其适用于一些面积比较大的城区群,也可以运用于规模特小的城镇。

三、3D技术在城市规划中的应用的具体策略

在分析3D技术在城规规划中的应用价值的基础上,下文侧重围绕3D技术在城市规划中的应用的具体策略展开探讨。具体如下:

（一）运用3D技术进行建模

可以把激光扫描、三维遥感等技术运用于数字城市三维建模之中,通过三维建模能从城市空间定位中采集到更为全面的数据,形成能准确地描述城市空间情况的坐标,也能增强数据传输的交互性,使数学城市拥有更加丰富的功能。

可以把地理信息处理技术、遥感技术等运用于采集空间数据方面,在构建城市数字模型过程中获得更为精准的数据信息。三维激光扫描技术的运用,能对城市空间之中的各种建筑物进行准确扫描,也能获取城市地下信息,增加数据信息量。运用遥感技术,能以动态化的方式从城市空间中采集更为全面的信息,而且能自动对信息进行降噪处理,让获取的信息更有质量。可见,数字化城市建设过程中,不管是正射影像还是地形图绘制,都要引入三维技术。

（二）建构虚拟仿真系统

现实城市的建设与发展为数字城市的打造做好了准备,借助于网络构建数字化模型,人们能对自己生活的城市产生更为全面的了解,此项技术的实现,要借助于交互系统并采用交互化的方式对数字城市进行立体化审视,可以搭建三维虚拟仿真平台,在这一平台上设立数字城市数据库、数字化三维模型,用户可以自如访问。构建仿真系统时,要及时输入与数字城市有关的三维数据,系统在运行中能获取更为全面的数据信息,输入数据之后,城市规划设计师能从多个维度了解城市环境,全面而理性地进行分析。在城市规划与建设进行中,三维虚拟仿真技术能把抽象化的概念转化为直观、形象的表述方式,借助于此项技术,人们既可以模拟集成数据,也可以对其进行分析,搭建虚拟化、智能化的城市规划平台。

（三）建构城市规划的三维地理信息系统

三维数字城市有着稳固的三维地理信息技术基础,积累了丰富的数据资源,运用海量空间数据信息对整座城市的布局加以描述,也能展现更为全面的规划信息、形态信息等,使城市规划者、管理者能在这些信息的辅助下做出合理决策。具体而言:

第一,可以实现工作流程的进一步科学合理化和简化。三维数字城市在建设过程中,规划部门可以通过合理的模式、简化的流程对相关业务进行审批,能以不接触的方式对规划许可、用地许可、项目申报等进行审批。网上规划业务审批在实施过程中,设计单位要以在线的方式提交各种类型的电子文件,包括规划图纸。这些电子文件要符合电子报批系统的格式要求,也要拟定完善的规划设计方案,保证所有建设单位提交的报批文件都是规范、统一的。以相关技术标准、规划指标为依据,审批部门在局域网之内进行审批,整个审批工作的及时性、透明性有所提升,也能构建“规划-审批-入库”这种完整的审批机制。网上规划业务审批模式的推行,能使审查效率得到大幅提升。

第二,可以图文并茂的展现信息,以在线化、动态化的方式辅助城市规划部门进行相关分析和决策。三维数字城市为规划部门构建了图文一体化管理系统,规划部门需要处理繁多的数据,涉及到文字图片、城市建设信息、调查数据、航空正射影像图、地形图等。与此同时,规划部门办公自动化系统在运行中也会生成大量动态文档信息,这些信息来自于用地、设计、规划、管理等多个方面,将成为重要的历史档案信息。图文信息一体化管理能采用同样的标准与方法对档案信息、地下管线、二维地图等实施管理。在处理各项业务过程中,能对数据资料进行查询、检索,也能动态化录入新数据。与此同时,应用系统具有三维模拟、分层显示等多项功能,这些功能的发挥,能实现文档信息与空间信息的衔接,以在线化、动态化的方式进行互联互访,为规划者提供决策辅助,使业务规划办理更加高效。

第三,可以以强大的数据支持确保规划者能做出正确决策,满足规划管理部门的多种需求。具体体现在:一是对基础空间数据进行汇总、梳理,提取有代表性的数据,依据城市经济、社会发展等方面的数据,也需要考虑到规划部门的总规、分规,以及各种规划控制指标,按一定的方法进行计算、评价,对城市的空间属性做出评价。二是为辅助决策提供构建模型的技术支持。所有的基础数据均来自于空间数据库,结合规划决策需求形成专题数据层。在这其中,涉及到空间数据、城市属性数据等,运用各种空间分析法对这些数据叠加分析、网络分析,得到综合性评价结果,制定合理的规划方案,以专题图、文件报告的形式为规划决策提供辅助,决策者在对各种突发状况予以回应时能做到有据可依。三是为部门间、平台间的数据共享提供支持。三维数字城市搭建了地理信息平台,该平台具有开放性、公共性的特征,使多年以来基础地理信息量大、分散、各个平台不统一等难题得到了解决。利用统一的GIS平台,能以集成化的方式对基础地理信息进行管理,并能实现共享。规划部可以把整理之后的数据信息与其他部门共享、交换,获得更为丰富的基础信息资料,也能动态化、持续化地对规划数据进行管理,及时传递给需要这些信息的部门,从纵、横两个方向入手对规划业务实施管理,城市规划效率将有所提升。

结语

随着“数字城市”理论的不断完善,在构建数字城市过程三维技术的广泛应用已成为当今研究的热点。因此如何发挥三维技术,通过三维技术对虚拟城市实现现实构建,为城市规划的进一步发展提供有力的科学支持。