【PM】三维城市设计平台建设创新模式思考

 

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新常态下随着规划编制工作的转型，城市品质的提升对规划工作尤其是城市设计工作提出了更高的要求。基于此，作者武汉城市规划研究院数字规划研究中心主任王磊，武汉城市规划研究院主任工程师方可，武汉城市规划研究院副总规划师谢慧，武汉城市规划研究院主任工程师熊伟在《规划师》2017年第2期撰文，文章结合城市设计自身特点及三维数字技术在城市设计领域应用的现有工作基础，通过武汉市城市设计编制的实践，从建立完善的城市设计成果归口管理渠道、组织专业设计人员对城市设计成果进行清理和运用信息化手段维护管理的时效性等方面提出了实现三维城市设计平台建设目标的保障措施，以期为相关规划编制工作提供借鉴。

[ 关键词]城市设计平台；三维数字技术；规划编制；武汉市

[ 文章编号]1006-0022(2017)02-0048-06　

[ 中图分类号]TU984.11+1　

[ 文献标识码]B

[ 引言格式]王磊，方可，谢慧，等．三维城市设计平台建设创新模式思考 [J]．规划师，2017(2)：48-53．

一  传统城市设计编制方法存在的问题

（一）规划范围的空间局限与二维分析手段不足

当前，我国的开发控制是“以简洁与快捷的地块划分和就地块论地块的控制指标作为核心的空间管控体系”，这种管制方式仅仅是对规划范围内城市建设的控制，而不是从城市地区角度对城市建设发展进行控制。

一方面，由于城市设计以人为核心的视觉感官范围远远超出了城市设计规划用地范围所确定的二维边界，其研究范围比规划范围要大得多，规划用地范围外的地标、天际线和视线通廊往往会对规划范围内的要素产生重要影响，规划人员尚不能采用有效手段对空间关系进行实证。同时，在规划实施中，即便是通过规划管理部门的强力政策确保规划范围内的建设能最大程度地按照城市设计内容进行实施，也不能确保规划范围外的城市建设不对规划范围内的视线廊道、景点及城市界面连续性等方面造成影响和破坏。

另一方面，由于技术手段的局限，传统的城市设计方法局限于城市形态的二维空间关系组合，忽略了人作为城市空间最直接的感受者对城市三维空间形态的感知。同时，技术手段的局限也导致许多城市设计方案无法对建筑立体的空间关系进行合理的组合，规划设计无法在实体空间中落地，导致城市设计成果的科学性和可操作性大打折扣。

（二）城市设计编制成果的动态维护机制不完善

成功的、有表现力的建筑和城市设计能使城市富有个性和特色，这需要规划师在合理利用城市空间环境的基础上，引导城市建设，塑造独具特色的空间形象。传统的城市设计编制多在实地踏勘的基础上进行规划设计，成果能否有效地指导实际建设、是否具有可操作性，在很大程度上与规划部门对城市现状的掌握程度有着直接的关系。

在城市化水平快速提升的今天，城市更新和基础设施建设速度不断加快，城市设计编制的科学性已不仅仅依赖于对城市现状情况的掌握，还需要掌握规划信息。同时，在规划实施层面，由于城市是不断更新变化的，虽然城市设计编制成果在一定程度上考虑了编制期内能掌控的现状和规划信息，但是并不能确保规划编制完成后规划范围内及周边地区的建设对城市设计成果不造成影响。即便规划管理部门推行强力政策，促进规划范围内的建设能最大程度地按照城市设计内容进行实施，也不能完全保证规划范围外的城市建设不对规划范围内的视线廊道、景点及城市界面的连续性等造成影响和破坏。可以说，如何建立完善城市设计编制成果的更新维护机制，维护城市设计控制要求的时效性，一直都是困扰城市设计编制和实施人员的重大问题。

（三）不同层面和不同类型城市设计管控重点不一致

目前，我国的规划编制和管理尚未建立规范的城市设计核心要素控制体系，各项城市设计在编制过程中，对控制的内容具有较强的随意性。一方面，不同层面、不同类型的城市设计管控重点不同，导致成果形式和内容要求大相径庭；另一方面，不同尺度、不同范围、不同区域的城市设计成果在深度和管控重点方面不尽相同，导致城市设计成果核心控制要求也不尽相同。以武汉市汉江北岸的汉正街地区为例，《武汉中央大道城市设计》和《汉江北岸城市设计》对于同一地块城市设计要素的控制内容和要求不尽相同(图1，图2)，导致相关要求难以落实到规划管理中。同时，在当前城市设计成果控制要素和内容深度标准尚未统一的背景下，城市设计成果也缺乏切实可行的替代认定机制，以至于当城市设计范围重叠时，缺乏明确的替代认定机制做指引，城市设计成果管控要求在规划管理中难以落实。

二  三维数字技术引入城市设计的必要性和可行性分析

（一）必要性分析

1.改进城市设计编制方法的现实需求

城市设计的研究范围应该是基于城市真实背景的全口径数据模拟。一个好的城市设计或者建筑设计方案成果应该是能与基地周边环境和城市背景进行对话的，正如美国建筑大师赖特设计的流水别墅那样，既有方案本身的特点，又能很好地融入到所处的空间环境中。然而，在实际工作中，由于城市设计或者建筑方案报建的成果多以平面二维的形式进行表达，对于建筑高度、建筑集中区等竖向控制要素多在平面地块上以不同深浅度的色块表示，对天际线的分析往往被人为地局限在某个特定范围内的两三个断面上，研究范围以外的城市背景轮廓则被忽略了。而三维平台技术在现状空间模拟和规划方案的虚拟建模方面有着显著的优势，是实现城市设计编制方法和手段提升的必然选择。

2.提升城市设计成果运用水平的需要

城市设计成果的管控要求是一个系统性很强的体系，涵盖了建筑高度、建筑体量、建筑退距、建筑间距、建筑风格、建筑色彩、开敞空间和区域天际线等方面的内容。现阶段，在规划管理中，经过编制人员反复推敲论证的设计成果多以文字描述为主，配以一定数量的图纸，成果形式主要是纸质图册，内容查阅过程繁琐，规划管理人员在实践中较难核对建筑方案(尤其是需要计算的指标)是否符合城市设计的管控要求。这种实际操作上的困难也在客观上影响了审批人员应用城市设计成果的积极性，审批人员不能理解设计人员的意图，导致城市设计丧失了对建设的指导意义。此外，通常情况下建筑方案的报建审批往往强调的是规划范围内建筑效果的展现，而忽略了与地块周边建筑物的协调，将导致方案不能通过审批。

为了进一步提升规划管理的科学性，推动城市设计在城市建设管理中的运用，需要建立起较为完整的数据平台，真实地反映城市整体空间组合关系，以直观的形式完整展现城市设计的思想和理念，为规划管理提供平台数据支撑。

3.落实城市空间管控要求的需要

基于规划管理对规划和建筑方案的审批流程及惯例分析，在城市设计编制时需要重点对以下三个方面的要素进行管控。

(1)天际线及地标。这是城市建筑轮廓整体韵律和节奏的具体体现，是城市设计的重点。一般可通过指定分析区域，在距被观看区域一定距离处指定眺望点，设定人视点高度来分析被研究区域是否具有良好的天际线形态。同时，可体现城市建设风貌的重要地标作为城市中最具特色的重点地区，尤其需要在宏观层面的城市设计控制中予以凸显。

(2)视线廊道。这是不以具体形态存在的空间形式，具有很强的物质围合特征。在传统城市设计方案的编制过程中，在二维平面中结合地标的设计往往规划有若干视线廊道，这些廊道是观看标志性建筑物和景物的重要路径，需要在三维城市设计平台中对视线廊道进行虚拟论证。

(3)开敞空间。基于开敞空间与城市建筑之间的关系，在城市设计编制时必须在具体的区位条件中对开敞空间的长度、宽度和相邻建筑的空间尺度进行对比分析。

上述内容只是城市设计中较常运用的分析要素，但传统的城市设计仅在二维平面空间进行分析论证，其成果的合理性和结论的科学性往往存在诸多不足。要改变这一状况，必须借助三维手段对建筑空间关系、视线通廊及开敞空间等城市设计核心控制要素进行区域层面的模拟分析，才能保证城市设计管控意图的落实。

（二）可行性分析

1.重点功能区的实践，为三维平台在城市设计中的运用积累了经验

随着城市发展方式由粗放型向精细化的转变，自2013年起，武汉市大力推进以二七商务区为代表的重点功能区、次级功能区的规划设计与建设实施模式，以城市设计的编制为抓手，提升城市功能，优化城市品质。同时，武汉市十分重视三维技术在规划实施论证方面的运用。以武汉市二七商务区为例，武汉市在编制城市设计成果的同时，重点开发了升级版的三维软件平台，对地上地下的数据统筹管理、剖面示意、地下管线管理、高程查询、规划指标与图件查询功能、规划交互分析模块，天际线实时模拟、快速建模、不同规划方案之间的推演模拟，以及特效模拟功能进行了开发与运用，对城市设计三维平台建设与应用技术路线进行了有益探索。通过几年来重点功能区城市设计的实践，为三维平台在城市设计中的运用积累了宝贵的经验。

2.主城区三维模型制作初具规模，为城市设计平台的建设提供了数据基础

模型数据是三维城市设计平台建设的重要前提，是实现平台功能的基础。自2008年起，武汉市以项目为依托，启动了以中北路、东湖路沿线城市设计为试点，探索三维数字技术运用于城市设计编制和成果表达的工作。到目前为止，已完成了35项城市设计成果模型制作，覆盖面积达 286.24km²，为城市设计平台的建设打下了坚实的数据基础。

同时，为了进一步提高城市设计三维平台模型调用的便捷度，辅助多方案比选论证，武汉市在对城市设计要素进行提取和梳理的基础上，对公共空间、交通组织、绿化景观、建筑形式和街道家具五类模型进行系统的整理。通过制定统一的技术标准，模型库已初步纳入各类模型1500余个，较好地推进了城市设计三维平台模型的快捷调用，提升了模型方案标准化水平，模型制作更贴近实际需要，为实现三维平台的模块化工作模式提供了可能。

3.城市设计管控要素的三维化转换路径探索初见成效

在完成方案库(三维模型制作)的基础上，武汉市以墨水湖周边城市设计、318国道沿线城市设计、二环线汉口段城市设计、汉江北岸城市设计、汉江南岸城市设计及汉阳大道西段城市设计6个项目为试点，尝试了以三维符号的形式表达城市设计管控要素的新模式，重点探索了建筑后退控制、景观廊道控制和开敞空间控制的三维表达方式，为城市设计控制要求的表现奠定了良好的基础(图3)。

同时，武汉市结合管控要素的三维转化，以《武汉市主城区空间形象规划》为抓手，尝试将现有城市设计成果要求分层级、智能化地进行展现，推进了三维平台智能审查功能的研发，构建了空间分析模块，具有视线廊道分析、开敞空间分析、道路界面分析和天际线分析等功能；通过智能审查模块，实时计算建设项目所属地块的相关指标，与城市设计中的指标进行对照，生成结果对照表，作为管理依据。

对城市设计管控要素表现形式的探索，使城市设计三维成果脱离了简单展现空间模型的阶段，推动其由可“看”向可“管”迈进了一大步，也为三维城市设计平台的建设打下了坚实基础。

三  城市设计三维平台整体工作框架与工作重点

（一）整体工作框架

针对规划管理工作的实际需要，城市设计三维平台的整体工作框架可概括为“三板块，三图层，一指引、一系统”( 图 4)。

“三板块”是指将城市设计三维平台整体工作框架划分为城市设计成果数据建库、地块设计要素提炼和智能决策平台建设三个板块。其中，城市设计成果数据建库板块的主要工作是在对城市设计成果进行整理的基础上，根据整合后的方案建立三维模型；地块设计要素提炼板块是在整理城市设计成果的基础上，将建筑空间组合形式、建筑退线、高度控制和出入口方位等要求细化落实到具体地块单元上，形成三维设计条件；智能决策平台建设板块是在归纳提炼地块设计要素的基础上，依据地块上相应报建项目的建设指标进行计算，在与地块三维设计条件进行对照的基础上进行智能评估，以供管理决策。

“三图层”是指将城市设计三维平台的数据库组织架构分为城市设计成果图件层、三维模型数据层和三维化的城市设计管控要素层3个图层。其中，城市设计成果图件层是指将城市设计成果中如规划总平面图、规划结构图、绿化系统图和地下空间图等主要图纸入库，以便于管理、查阅与调用；三维模型数据层是指依据城市设计的空间意向方案制作的数字三维模型；三维化的城市设计管控要素层是指提炼城市设计的空间管控要素，并将其整理入库，借助三维化的形式进行表达。

“一指引”即地块设计条件包，是在“三图层”的基础上，以地块为单元，整合三维模型与管控要素，形成以地块为单元的三维数据包供设计人员使用。

“一系统”是指报建项目智能评估系统，通过对报建项目建筑设计方案与地块城市设计条件的对比分析，对视线廊道、开敞空间、主要道路界面、天际线及其他街坊地块控制要求是否满足地块城市设计管理要求进行自动评判。

（二）工作重点

结合近年来武汉市城市设计三维平台建设的工作实践，为了使城市设计成果更好地指导规划管理和建设实施，城市设计三维平台除了确保前期工作目标和内容按计划推进外，还应将城市设计成果的管控要求归纳整理到以地块为单元的城市设计要件中，形成地块的三维城市设计要件数据，并在此基础上形成智能审查辅助决策功能。

综上所述，本文提出了城市设计三维平台的工作重点。

1.根据不同层面的管控需要，形成不同深度的模型成果展现方式

为了提高针对不同层面城市设计成果数据调用的效率，可根据规划管理工作中的实际需要，按照宏观—中观—微观3个层级建立城市设计模型制作标准，指导模型制作。

其中，宏观层面的模型制作以《武汉市都市发展区整体城市设计》为依据，构建展现城市山水空间格局、整体空间结构、重点功能区分布和重要景观节点的空间布局 ( 图 5)。

中观层面的模型制作以地块为单元，表现区域整体空间组合关系、开敞空间布局、视线通廊和建筑高度等空间要素 ( 图 6)。

微观层面的模型制作以重点功能区为基本表现单元，除全面展现建筑群体空间关系、建筑高度、建筑外立面材质、步行空间和街道小品等要素外，还应表达地上、地下建筑空间关系、竖向交通组织和市政管网布局 ( 图 7)。

在上述3个层面的模型表达形式中，宏观层面和中观层面的模型数据在同一平台内集成，通过开发相应的软件功能，根据查看范围大小和观看距离的不同，由后台自动调用不同层面的数据进行展示，原则上远距离、大范围调用生成宏观层面数据，近距离、小范围调用生成中观层面数据。此外，在构建模型时还需兼顾整体城市设计和局部城市设计的“递进互补”关系，以此指引控规和修规的编制。

2.创新地块设计条件包工作环节，强化城市设计对建筑方案的指引

在开展建筑设计之前，由市局业务部门整合控规导则，提出地块的设计条件、城市设计三维模型与以地块为单位的城市设计管控要求，形成指导建筑设计的地块设计条件包，并将其提交给设计单位。当需要时，可查阅整体三维模型和相关图件。设计单位根据以上要求完成建筑方案设计后，报送规划管理业务部门，规划管理业务部门依据设计条件将报审的建筑方案输入城市设计三维平台进行智能审查，符合要求的方案审查通过，不符合要求的方案则进行修改调整 ( 图 8)。

四  保障措施   

（一） 建立完善的城市设计成果归口管理渠道

对城市设计编制成果管理的规范化是开展城市设计优化更新、规划要素梳理和三维模型制作等工作的重要前提，建议由市规划管理部门责成编制部门汇总所有城市设计项目编制单位的设计成果进行管理，规范设计成果格式、制图标准和成果深度要求，定期向三个模型制作部门发布项目成果更新信息，并将这些信息作为建筑规划管理和城市设计三维平台建设的唯一依据。

建议规划管理部门明确一家二级单位牵头，其他单位配合，组织专业设计人员对各项城市设计成果进行汇总和清理，在法定规划体系框架下对城市设计成果进行优化整合和定期维护，提取城市设计控制要素，在经市规划管理部门认定后，由编制管理部门进行统一发布( 图 9)。

（二）组织专业设计人员对城市设计成果进行清理，逐项纳入城市设计三维平台

由于城市设计成果的编制深度、标准和时间各异，应结合现状，对编制成果的可用性、适用性进行逐一清理认定，确定每项成果的入库内容后，逐项纳入城市设计三维平台。对未编制城市设计的区域，在编制全过程中辅助进行方案设计。已编制的城市设计，按照“三阶段、三图层、一指引、一系统”的整体工作思路对数据进行梳理，分为较为成熟、有待优化和补充制作三类。其中，较为成熟的数据纳入城市设计三维平台，并投入使用；有待优化的数据根据数据现势情况，补充优化完善；补充制作的数据按照制作标准，完成相应图件和数据的入库工作。

（三）以信息化手段维护管理的时效性

借助三维城市设计平台，发挥其可以对城市空间形态进行真实模拟的优势，建立动态更新维护机制，从报建项目的更新维护和城市设计成果的优化更新两方面不断完善城市设计成果。在城市设计编制全过程中进行辅助支撑，根据实际建设情况的变化，由规划部门定期组织设计机构对一定区域内城市设计成果进行修编。按月对报建项目的数据更新进行检查，结合城市设计成果的优化，对已有的城市设计三维数字模型中需要调整的内容进行实时滚动更新，确保城市设计三维平台数据的现势性和准确性。

五  结语

经过几十年的实践，我国城市设计编制和管理工作已发展到了一个关键阶段，随着相关法规的逐步制定完善，为全面推进城市设计地位的提升创造了条件，同时也对进一步改革城市设计编制和管理体系提出新的要求。基于三维技术的城市空间形态设计方法能较好地解决不同尺度、不同深度的城市空间形态设计成果整合问题，具有广阔的发展运用前景。相关思考和探索还在不断进行中，笔者有理由相信，城市设计编制及管理体制的完善，将对城市建设和规划管理发挥更大的作用。

文章全文详见《规划师》杂志2017年2期

《三维城市设计平台建设创新模式思考》

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