智慧规划设计系统研究

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一、引言

作为数据主要来源之一的城市规划设计，应当具有三维可视化效果和相应的专业属性信息。我国的《城市设计管理办法》中明确提出：要加强新技术的应用，鼓励城市、县人民政府城乡规划主管部门，充分利用三维仿真技术、BIM等新技术开展城市设计工作。本文在分析我国城市设计信息化软件的发展现状后，以实现城市设计的智能化、立体化、专业化为目标，研究集三维建模、三维仿真、审核分析于一体的智慧规划设计系统，为城市设计工作提供科学高效的实用工具。

二、城市设计信息化软件发展现状

目前，国内公司研发的三维图形规划设计软件多以展示功能为主，长期以来，我国的城市规划设计一直依赖于国外软件，采用美国软件AutoCAD绘制二维平面，以Photoshop、3DSMAX、MAYA等软件做效果图。这些软件大都是通用的图形展示和三维建模平台，在综合应用方面存在诸多缺陷。首先，在各个软件中完成的设计成果相对独立，存在数据格式不兼容或转换困难等问题，使得设计成果之间信息无法共享。其次，所有软件均为通用产品，不具有或具有很少的专业属性，不能很好地融合我国城市设计领域相关的专业标准规范。最后，在城市设计中，以平面二维设计为主，三维造型仅为出效果图而作，大量的经济技术指标和实际建成效果没有准确的三维数据作基础，无法进行全面分析，在方案设计中，无法实现空间与属性数据在设计过程中的实时互动，无法形成直观生动的仿真场景。面对城市规划设计发展的新形势，迫切需要运用先进的技术研发新的三维设计系统，该系统应融合国家关于城市设计的标准规范，包含丰富的模型库，具有强大灵活的三维造型功能，设计过程可实现数图智能联动、渲染即时动态，设计成果实景仿真，使规划设计走向三维智能化，提升规划设计的效率和质量。

三、智慧规划设计系统总体架构设计

智慧规划设计系统秉承直观、生动、真实、所见即所得的三维规划设计理念，将三维技术与建筑规划专业结合，顺应了城市设计和方案研究的发展趋势，是对现有城市设计信息化软件的有益创新。在关键技术方面，主要运用CAD/三维模型双向转换引擎、三维模型/GIS双向转换引擎、三维建筑自由造型、大场景三维渲染显示技术等；在业务方面，主要研究动态规划指标计算、三维状态下快速日照分析、规划约束控制分析、规划方案动态虚拟现实仿真等应用功能。在此基础上采用海量数据管理技术，探索数字虚拟城市的建设。在上述思想指导下，智慧规划设计系统在三维基础图形绘制、数据模型转换引擎、规划指标动态计算、规划方案辅助分析决策、城市规划方案三维仿真等方面进行研究与开发。该系统总体结构采用层次化设计思想，能够实现不同层次间的相互独立性，保障系统的高度稳定性、实用性和可扩展性。该系统主要由基础支撑层、平台层和应用层三部分构成：

四、智慧规划设计系统功能模块设计

1、三维建模

系统提供功能强大的转换工具，能够快速将平面图形转换为三维模型。软件可通过对整张DWG图纸直接导入、复制局部图素粘贴到绘图区域以及在绘图区域中直接绘制源实体等方式，从DWG图纸中获取设计方案的“源实体”，完成源实体创建后，即可通过定义、绘制、图库引用和图类转换四种方式快速将平面图形转换为三维空间中的专业实体。此时，平面图纸中各类实体的属性也得以保留并准确转换到三维空间中，随着建筑的拉伸转换，相关的属性和指标将实时显示在窗口中，实现了图形和属性相互关联、即时互动。提供各类常规的三维造型手法，用户可对建筑形体自由地进行动态拉伸、任意角度切割、转角弧化等，可拼接塑造带属性的建筑，支持复杂造型的设计，对于架空、错层和变化性质等楼层构成均设置了简单易用的操作手法，所有造型均可高效率、高质量完成，三维建模定义过程快捷、简单、形象。

2、三维仿真

三维建模完成之后，通过三维仿真功能，可对方案的设计成果进行进一步渲染处理，使设计方案更逼真、生动。根据建筑行业的实际需求，系统针对建筑的外观，提供了丰富的材质库，用户可方便地进行材质刷贴，具有图片刷贴、纹理刷贴、涂料粉刷、纹理参数设置、纹理替换、材质模仿、建筑仿肤等功能。针对方案的细节，提供光晕、灯光、玻效、雾化、水效等功能，用户可设置方案的光影效果、各类实体效果，模拟自然环境中的真实状态。针对方案的展示汇报，提供三维场景漫游功能，用户可制作视频集锦，进行视频输出，便于方案展示，此外还可以把仿真场景渲染成高精度的效果图。

3、审核分析

针对转换后的小区模型，系统提供了定性查询浏览、定量指标审核、规范检测、日照分析和失误检测等功能，审批人员可以进行全方位的方案审核，并可根据需要输出各类统计分析图表。定性审核：包含查询浏览、图类控制、分类查询和透明对比等功能。定量审核：包含指标属性、用地平衡、经济指标、建筑属性等功能。规范检测：包含红线检测、绿地检测、间距检测、车位检测等功能。日照分析：包含动态位移、动态拉伸、等时线等分析功能，极大地方便了审批人员对日照时数的检测和方案动态调整。失误检测：检测分析设计失误等原因造成的错误重叠，杜绝因此而导致的虚假指标现象。

五、未来技术展望

1、实现与三维城市的对接

近年来，许多先进的技术已经运用到城市规划与管理的方方面面，一些城市利用三维技术与VR技术建立起了三维城市。三维城市直观呈现了城市的现状面貌，随着时代的发展，我国的政府部门和民众对城市设计越来越重视，希望能从整体平面和立体空间上统筹城市建筑布局，协调城市景观风貌。当下我国的城市建设中，经常会出现一些遭人诟病的建筑，这些建筑与城市的整体环境格格不入，破坏了城市设计的整体美感，这些多是因为在城市设计过程中没有处理好局部与整体的关系造成的。所以未来的城市设计在做好微观设计的同时，还应着眼于城市规划与建设的全局，我们可以把某一栋、某一地块的建筑设计置于三维城市的宏观大场景中，从体量、色彩与周围建筑的协调度以及各项专业的指标等角度，综合衡量设计方案的合理性。智慧规划设计系统与三维城市的对接能够实现从微观和宏观层面对城市设计与规划的综合考量，有利于保持城市建筑的协调性、风貌的整体性，促进城市建设的和谐发展。

2、兼顾地上、地下空间，实现一体化设计与管理

如果说建筑、道路等地上空间是城市建设的“面子”，那城市的地下管线就是城市的“里子”，城市由地上空间与地下空间共同组成，城市的设计与规划也应同时兼顾城市的面子和里子，不能只注重城市的“面子工程”。近年来，我国城市的内涝现象较为严重且普遍存在，城市的地下管线犹如城市的“血管”，它应保持通畅，才能保证城市的正常运转。我们现在提倡的建设海绵城市和综合管廊，都在努力为城市的地下管线减压，促进城市地下管线建设的科学性与合理性。所以未来的城市设计在做好地上设计的同时，还要更加关注地下管线的设计与规划，从局部做好了地下管线的科学设计与建设，有利于达到城市地下管线全局建设合理性的目标。城市的地上和地下作为不可分割的整体，需要运用先进的技术手段，促进两者共同协调发展，实现地上、地下一体化设计与管理。

六、结语

城市设计作为城市建设重要的前期阶段，需要经过综合考量，科学决策，因而运用先进的技术手段来进行城市设计与辅助决策是尤为必要的，智慧规划设计系统的研究与实现将为城市设计提供严谨、科学的设计和分析工具，实现对设计方案的建模、造型、仿真、审核分析的一体化管理。大力建设智慧城市的今天，需要紧随时展的脉搏，加强对先进技术的探索和运用，不断改进和完善城市设计的方法、手段，促进实现数字化、智慧化的城市设计与管理。

作者:许利峰 李美华 丁伟 单位:住房和城乡建设部科技发展促进中心 洛阳众智软件科技股份有限公司

参考文献：

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