三维智控数字化城市设计|三维数字空间专题应用
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一、背景需求
随着国土空间规划改革及城市精细化管理的不断推进，城市设计的作用日益凸显。2019年，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》提出要“运用城市设计、大数据等手段，改进规划方法，提高规划编制水平”。2020年10月，自然资源部发布了《国土空间规划城市设计指南（征求意见稿）》，明确了城市设计的定位和方法，并鼓励BIM、空间分析、数字化审查等新技术应用。
可以看到，城市设计既需服务于宏观规划层次大空间格局的构筑，又服务于微观层次的公共空间设计，并指导详细规划编制及规划实施管理；而数字化技术将会在城市设计的编制、管理以及管控等阶段深度融合，实现城市设计数字化转型理论和技术上的跨越式迭代发展。二、解决方案
针对新时期新要求，东南大学智慧城市研究院与上海数慧系统技术有限公司联合研发城市设计数字化管理系统，全面运用数字技术，为城市设计的全生命周期管理提供智能支撑，实现城市设计管理模式的数字化转型。
面对营造高品质空间和提升空间治理能力的发展要求，城市设计数字化管理系统主要解决两大诉求：一是打造基于智控规则的三维数字空间，解决传统二维系统中无法对建筑形态、色彩、视廊等三维空间设计要素进行考察的问题，支持城市设计从二维到三维的转型，实现基于三维空间的可分析、可计算、可仿真。 | |
二是打造基于城市设计全周期的应用支撑，落实从总体规划到详细规划以及城市设计的规划管控要求传导，服务城市设计从编制到实施评估到全过程，利用人机协同智能应用，提高规划编制、实施的精确性和高效性。 |
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城市设计全周期应用支撑
城市设计数字化管理系统衔接国土空间规划“一张图”实施监督信息系统，是规划全周期管理在城市设计层面的深化应用。城市设计数字化管理系统以三维数字空间为基础，构建空间基础沙盘系统、数字化报建系统、辅助决策系统、数字化监测与管控系统、过程式参与系统5大应用。
图 城市设计数字化管理系统功能架构图
基于以上5大应用，整体构建城市设计编制与实施评估全过程的数字化决策链，推动城市设计的科学编制、有序实施、精准监测、共同参与，提高城市精细化管理水平。
图 城市设计数字化管理应用场景
①编制设计阶段
可以从空间基础沙盘中获取丰富的编制底板数据，并通过一系列三维空间计算工具，对城市现状和设计方案进行分析。完成设计成果后，可以通过报建系统实现成果的标准化检查，实现城市设计成果的数字化、规范化。
图 离线数据提取
图 空间分析计算
②成果审查阶段
通过成果审查模块，可以对城市设计编制成果进行智能审查。通过多方案比选模块，对多个建筑设计方案进行自动比选、方案影响分析和方案调整模拟，辅助决策。
图 多方案比选
图 方案影响分析
③实施评估阶段
可以直观查看各层级的城市设计传导关系和管控要求；一键生成规划设计要点作为土地供应、核发规划许可的重要依据。
在开发建设环节，基于城市设计三维管控规则，对建筑设计方案进行自动化、精细化审查；同时，支持人工填写审查意见，体现管控的弹性和灵活性，最终生成审查报告，作为方案是否需要进一步修改完善的依据。另外，可以对区域内所有建设项目进行整体把控，及时监测、反馈项目实施情况，并辅助开展验收前的规划核实。图 核提规划设计要点
图 建筑设计方案审查
④公众参与
面向社会公众，结合趣味性互动的方式，提供分享生活故事、评议设计方案和城市建成空间的平台，支持公众对城市现状与未来进行虚拟体验，从而提高公众参与城市设计、城市管理的积极性，及时收集意见从而更好地满足公众意愿、解决切实问题。
图 公众参与交互设计
图 生活故事地图
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基于智控规则的三维数字空间
通过构建数据湖、数字谱系和数字规则，将城市物理空间映射为三维数字空间，为城市设计数字化管控和智能决策应用提供基础支撑。
图 城市设计数字化关键路径图
①数据湖：全域全要素数字化
基于二三维一体化GIS技术的突破，汇集三维地形、实景三维、BIM以及各类规划成果等数据，形成全域三维自然资源一张图。
图 城市空间全域全要素数字化
②数字谱系：管控要素分级分类型谱系化
从不同的规划尺度和角度，对完整的城市空间形态进行多维度解构，从总体、片区和地段等多个层面，对应不同城市设计管控要素，形成多层级、多维度的数字谱系。
图 城市设计数字化谱系
③智控规则：管控要求分类分强度规则化
对城市设计管控要求进行分类和梳理，构建分级管控体系。将管控单位划分为单元、街区、地块等不同空间尺度；根据管控力度的不同，将管控规则分为刚性规则和弹性规则。通过自主研发的空间规则引擎，将管控规则转译为计算机可识别、计算的数字化规则，为城市设计三维智能管控应用奠定基础。
图 城市设计管控体系示例
图 数字化的城市设计管控规则
结语
城市设计过程中数字技术的介入不仅带来了城市设计工作效率和内容的提升，更带来了城市设计整体方法论的变化。王建国院士提出的基于人机互动的第四代数字化城市设计，就是以人机互动的数字技术方法工具变革为核心特征。在新型智慧城市的数字治城驱动下，“万物皆数”为城市设计的底层架构提供了坚实的基础；大数据、人工智能及BIM/CIM等技术应用，为城市设计的智能化提供了可靠的支撑，数字化城市设计，已经从“有之不必然”转变为“无之必不然”。
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