三维模型在城市建筑规划报建的应用

1引言

当今，城市规划作为城市建设和发展的先驱越来越受城市管理和决策者重视。随着城市建设进程的发展，在城市景观艺术性需求的影响下，城市规划的方法和内容在不断进步。传统的二维结构图和效果图因在表达规划对象建筑风格和主色调上受制约，已不能满足当前需求。作为计算机、地理信息技术、虚拟现实技术发展的集成体，三维城市模型技术成为当前特大城市、新兴城市规划工作的主力。三维模型技术最早是为解决工业设计的某些问题产生的，用在城市管理和地理信息系统上是近些年地理信息技术和硬件技术发展推动的结果。城市三维模型可采用写实和设计等方式表达城市构筑对象的外观形态和纹理特征，能较好地表现对象的主观特点和艺术风格，还能准确记录规划设计的精度、拓扑、语义等特性。因此，通过对三维模型表现目标对象的不同规划方案与周边三维环境进行整合分析可以对各个方案进行较为直观、方便、准确判断。换句话说，与传统二维规划方法相比，采用三维模型进行城市建筑对象的规划在精准度、效果、效率、成功率等方面更有优势。本文以上海市长宁区B32地块为例，对该地块170m超高层大规模建筑多种三维建模方案在规划审批、技术衡量、指标考量、环境融合性、色调柔和性等方面进行了分析，得出了三维建模在城市规划管理中的优势和应用价值。

2三维模型在规划报建方案中的主要优势

采用三维模型制作立体全方位的规划方案报建是近年来城市规划的新方法。它是一种通过把待规划区域的空间结构和现状环境进行虚拟还原并在此基础上置入规划对象的设计方案。它支持多方案的对比分析，最终以最合适的方案完成相应区域的规划设计。这种方式的规划对象可视化更直观，能直接在比选系统中量测规划对象的空间结构和尺寸，可以与周边现实环境能进行纹理、风格、感观的配合度分析，在不同规划方案之间的比较有依据并可以过三维可视化展示系统对规划区域进行各种空间、物理和环境模拟分析。这均是传统二维规划难以实现的。三维模型在规划报建中所表现的全方位无限制可视化特点以及支持多种立体化空间分析的性质为城市的规划设计提供了新的方法和技术，提高了城市规划设计方案的准确性、全面性、适宜性、合理性，为城市规划技术的发展迈出了新步伐。从当前二、三维规划方案设计实践来看，三维模型在城市规划报建设计中存在必然优势。

2．1直观的规划对象三维细节特征

二维线划图、剖面图、效果图表达规划对象的结构、尺寸、纹理和风格是静态、平面的，只能对某个特定方向或部位进行描述，对特征表达不直观，且不容易实现微观细剖。而对象的三维表达则可以通过全方位多角度地立体展示满足视觉效果，并可以在此基础上实现各种规划指标的可视化评判，让非专业人员参与到实质性的规划设计中，提高了城市规划方案的认同感和成功率。这是二维地图与三维地图最显著的区别。

2．2直接的规划数值量测

在城市规划设计中，规划对象的位置、高度、结构等尺寸可能需要根据规划指标要求和设计结构要求进行多次调整，此类调整可能涉及细节结构变化。在建筑类规划设计中，尺寸的变化会引起结构受力的变化，进而可能影响到建筑结构安全和使用功能。因此，在对结构进行调整时，需要时刻关注尺寸数值变化，避免出现超限等不安全因素。在三维系统中，当规划对象三维建模后，可直接在系统中对规划对象的高度、平面、表面、斜距、空间等相关数值进行量测，直观反映对象真实的空间结构细节和尺寸，减小规划设计中尺寸量测的工作量，方便规划物体作结构修改，并可记录修改前后的形态变化量，有效把握规划设计进行。

2．3便捷的纹理、风格、感观配合度分析

在建筑的规划设计中有一项重要工作是把规划对象的建筑风格与周边现状建筑或规划建筑的风格进行配合度分析，用多个小局部的修建性详细规划构建大局部的区域规划，以保证整个规划区的总体思路、特色和艺术氛围，准确表达功能分区的内涵，突出总体上的一致和协同，彰显总体规划特点。传统二维规划在这种需求下力不从心，二维表达的平面视觉制约了其在全方位可视化需求下的应用。而真三维模型的规划设计高仿真地还原了规划区域内的建筑对象和环境，把不同规划方案置入还原后的虚拟现实环境中，将规划对象与周边环境进行纹理、风格、感观等属性的配合度比较，分析规划设计的有效性、合理性、全面性、先进性。这可以使规划设计的过程更高效、准确，规划设计的结果更全面、优质且更贴合实际。

2．4实时的规划设计方案比较

规划设计作为城未来建设和发展的蓝图，通常需要进行大量的策划、研究、设计、比选、分析、控制和协调，局部的规划方案也需符合总体和区域的规划要求。因此，在规划方案的设计和选定过程中通常需要进行多个方案的规划指标比较，不仅包括数值比较，更包括思想、理念、方向、意愿等无形知识比较。三维模型有全方位、多角度、无级缩放等无限制浏览模式，可以完整表达建筑色调、纹理、结构、风格、空间、艺术等特性，能详细记载规划设计对象的详细信息，包括设计者设计意图，可以在系统中直观比较各设计方案与环境现状是否契合，让观者从各种不同视角和尺度剖析、还原、理解、体会设计者的思想，更容易形成共鸣，增加了规划方案的成功率。

2．5方便的空间、物理和环境模拟分析

城市规划设计，关系到环境、经济、社会的可持续发展。规划方案设计过程需要考虑现有的空间、物理、社会等环境要求，也要考虑未来各种环境发展的需要。在进行规划方案的设计时，通常要进行各种空间、物理和环境的模拟分析，如城市冷热桥分析、噪声分析、光污染分析、可视域分析、日照分析、温度场分析等。此类分析对人们的生活生产有重要影响，对城市宜居性、土地升值潜力、道路通达性、区域发展预测、城市改造建设可操作性等方面的研究起到支撑作用。但是，这些分析很难基于传统的二维数据环境得出理想结果，通常需要规划方案的完整三维空间数据体系，包括平面、高程、高度、结构以及相关的物理函数模型等信息。通过系统工具，可以依托规划方案的三维空间结构特性和语义信息，利用几何分析、缓冲区分析、表面分析、统计分析、网络分析等空间算法，模拟、计算规划区域最合理的环境要素指标，从而通过调整形成合适的规划方案，得到理想的设计成果。

3结语

规划方案的优秀与否直接影响了城市的发展和人们的生活生产。寻找好的方法提高规划设计的质量一直以来是规划行业从业人员的共同使命。通过城市三维建模技术，结合三维可视化规划平台，提高城市规划设计的效率和质量是在城市规划设计技术发展历程中的一种尝试。实践表明，与传统二维规划方案设计相比，三维规划设计方式有效提高了规划方案的准确率和成功率。本文通过例举三维模型在规划报建中的几点优势，介绍了实践工程中的经验，希望能对从事三维建模或城市规划的相关人员有所帮助。

作者：张瑞卫 单位：上海市测绘院