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解决方案    The Solution
数字化城市设计
现状背景

中国城镇化进程,正经历“从数量增长到质量提升”的新阶段,而从低品质到高品质的城市空间塑造转型,则需高水平城市设计的价值创造。特别是2015 年中央城市工作会议召开后,城市设计及其在城市发展中的作用和战略地位都得到了空前重视,在全国掀起了一轮城市设计热潮。

近20 年来,数字技术也在深刻改变着城市设计专业。2018 年底,东南大学发布“十大科学与技术问题”,将数字化城市设计作为重要科学技术问题。可以预见,城市设计的发展即将全面进入王建国院士提出的第四代“数字化城市设计”范型阶段。

数字化城市设计解决方案,旨在城市设计政策新要求以及数字技术的驱动之下,全面应用数字技术,实现城市设计技术方法的跨越式迭代发展。


业务需求

随着国家空间规划体系的构建,规划与建设管理的衔接问题,将在地方层面凸显,如何在空间规划管控要求的同时,有效指导城市建设与精细管理,是规划实施面临的一个重要挑战。自然资源的空间管控遵循的是底线思维,城市空间品质塑造则需要城市设计引导。因而如何实现面向实施的数字化城市设计与管理,提升城市空间治理能力是一个重要课题。

面对城市空间治理能力提升的高要求,城市设计业务在其编制、管理以及管控等阶段均需要实现提升,并借助技术手段实现方法和技术上的共同跨越。具体来说,主要面临的需求和挑战包括:

1.成果规范难

现有的国家、省、市各级城市对城市设计编制成果内容及深度的要求标准不够完善,导致现阶段的城市设计编制成果千差万别,这对城市设计成果的评判以及规划管理带来很大的不便。同时,目前各区域的城市设计由不同的设计单位、公司进行设计,成果内容各异,成果之间不能兼容或者贯通利用,造成后期规划项目建设也不能实现最大化城市设计的管控与指导作用。因此,亟需通过技术手段来推动城市设计成果的规范化。

2.成果审查难

对于城市设计方案的评判,规划管理部门需要根据不同层次的设计内容以及不同侧重的审查体系进行审查。加之往往需要对于多个设计方案进行比选,城市决策者需要借助多手段对方案进行审查和决策最优方案。此审查过程中存在的问题是,对如何判断方案优劣时的衡量尺度存在很大的主观性,可能会造成对方案的误判或是审查不够。因此,在城市设计方案审查阶段,亟需对成果审查的要求进行规范化,并以技术手段来加强。

3.成果管控难

在实施管控阶段,城市设计成果往往难以落实。一方面,城市设计是非法定规划,如何与各层次规划管控之间相衔接是长期存在的矛盾。亟需借助技术手段,建立城市设计与各层规划之间清晰的逻辑性关联以及有效管控机制。另一方面,城市设计精细谋划的三维空间往往无法精准转换为实际管控,设计成果蓝图中包含的多种空间形态专项,在实际的管控中却被压为高度、出入口、容积率这样的定量指标。因此,需要建构有效路径,并充分运用技术手段,实现从设计语言到管理语言的无损转换。



解决方案

数字化城市设计解决方案,通过构建城市设计数字化谱系以及规则管控体系,综合运用数据模型、分析计算、协作互动、数据可视化相结合的技术体系,建立一套城市设计数字化平台,为设计编制单位、城市决策部门、规划管理部门提供规划建设管理全过程的数字化城市设计编制、决策、管理与实施评估应用,形成以数字化城市设计为基础的,向上承接空间规划、向下贯穿规划建设管理的新规划实施体系。

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数字化城市设计解决方案

1.从三维空间到三维数字化空间

通过构建数字化谱系、数字化规则体系以及一系列数字化规范,将城市设计精细谋划的三维空间无损转变为三维数字化空间。

(1)构建城市设计数字化谱系

城市设计数字化谱系,以城市设计目标为导向,链接现有城市设计成果,将城市设计成果内容进行细分。通过数字化谱系的构建,对城市设计内容进行多维度解构,并将城市设计的空间要素转译为管理语言,制定城市设计数字化标准体系。

在谱系结构基础上,制定一系列城市设计数据标准规范约束城市设计成果。面向城市设计编制单位,制定《城市设计二维成果制图规范》、《城市设计三维成果制作规范》;面向规划管理单位, 制定《城市设计数据库标准》;面向建设单位,制定《建筑方案报建标准》。

(2)形成数字化城市设计数据库

依据数字化谱系以及数字化标准体系,实现城市设计要素的数字化转译,并形成以数字化城市设计成果为核心的包含基础地理数据、规划编制数据的综合数据库。

(3)构建城市设计数字化管控体系

三维数字化空间的价值体现不仅在于实体数字化,更在于虚拟空间内运行规则的数字化。构建城市设计数字化规则体系,将城市设计描述性的设计意图以及管控意图进行逐级梳理,形成管控大- 小类二级的管控体系,并突出各类的管控要素以及管控强度。属性约束对要素的属性进行规则化,如建筑立面材质等进行管控;空间度量约束对要素的空间拓扑关系、空间尺度进行约束;自定义模型约束类对于复杂的管控规则,构建复杂模型进行约束。在管控强度上,一方面通过刚性规则来反映城市设计成果评估的底线,另一方面通过弹性规则定义城市成果评估的上限。

(4)形成城市设计数字化规则库

依托数字化管控规则体系,对整个城市设计方案的管控内容进行逐条梳理,形成对城市空间管控的数字化规则库,为进一步数字化管控应用提供权威依据,并完善三维数字化空间的内涵。

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数字化城市设计规则体系

2.从城市设计到规划管理全环节

在三维数字化空间的基础上,建构面向实践的城市设计数字化平台,共包含5 个基础版应用系统,分别为城市设计空间基础沙盘系统、报建系统、辅助决策系统、监测与管控系统以及过程式参与系统。通过完备的数字化规则与标准形成强有力的基础技术支撑,系统性地将城市设计的全生命周期整合起来,使城市设计能够真正有效地运用到规划管理全环节。

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城市设计数字化平台

(1)建成城市设计空间基础沙盘系统,将与城市设计相关的多源空间基础数据进行融合,为设计单位、规划管理部门、城市决策者提供统一的工作沙盘。

(2)建成城市设计数字化报建系统,为城市设计数字化成果提供标准化工具,保证其按照标准进行组织,并能够融合到城市设计数字化沙盘中,为规划管理提供有效服务。

(3)建成城市设计数字化辅助决策系统,一方面辅助规划管理部门和城市决策者按照城市设计编制技术规则对城市设计成果自身进行审查,另一方面提供诸如多方案比对、全规则评估、全视角评估等辅助决策支撑功能。

(4)建成城市设计数字化监测与管控系统,满足规划管理部门的管控需求,从宏观角度对城市设计的实施情况进行监测。一方面为相关规划或者土地出让出具技术要点,另一方面满足基于管控规则对建设项目进行审批的需求。

(5)建成城市设计过程式参与系统,面向公众开放,使公众参与到城市设计的全过程之中。依托空间基础沙盘,公众可随时随地分享自己的生活故事,对城市空间与生活圈提出自己的设计构想;并在方案评价和实施评估阶段对设计方案与建成空间给予评价和反馈。  


技术架构

数字化城市设计解决方案,强调全面应用数字技术,实现城市设计技术方法的跨越式迭代发展。通过构建城市设计数字化平台,运用新一代二三维一体化分析计算技术,研发基于SOA 架构下的城市设计数据库和应用平台,赋予城市设计全流程的数字化能力,保障数字化城市设计解决方案的有效落地。

上海数慧城市设计数字化平台总体架构设计分为五层,包括基础设施层、数据服务层、计算服务层、应用支撑层、设备层。底层的基础设施层,作为实现平台功能的基础环境,包括三维引擎等底层组件库。平台选用超图三维组件SuperMap iObjects .Net 9D 作为三维可视化底层,其二三维一体化技术、多源三维数据融合技术,满足数字化城市设计多元的应用需求。

第二层是数据服务层,根据城市设计业务对数据应用的需求,以及数据自身的特性, 平台采用PostgreSQL、MongoDB 两类数据库来保障数据和业务规则的存储工作。其中,PostgreSQL 数据库实现UDB/UDD等现状数据、业务规则库和常用表单等数据的存储;MongoDB 数据库实现倾斜摄影等海量瓦片数据的存储。

第三层是计算服务层,作为平台的运算单元,支撑数字化城市设计的核心业务应用。计算服务独立于应用端之外,旨在减轻应用端计算负担,提高计算效率。

第四层是应用支撑层,是实现数字化城市设计业务功能模块的基础。根据具体应用需求,构建了面向3 类用户的5 个基础版应用系统、2 个扩展版应用系统,贯穿城市设计全周期,最大化城市设计的管控与指导作用。

最上一层是设备层,城市设计数字化平台以PC 端、移动端等常见设备为载体,满足不同场景的使用需求。

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城市设计数字化平台架构图


技术特性

1.多源数据的二三维一体化融合

针对城市设计数据异源异构的特性,采用独特的数据引擎,融合倾斜摄影、Sketchup、GIS、BIM 等数据,真正实现三维室内室外一体化、宏观微观一体化,空天/ 地表/ 地下一体化,赋能平台全空间数据融合能力。

2.灵活随需的管控规则配置

针对复杂的城市设计管控规则,构建规则管理引擎,实现规则的灵活配置,支持自然规划语言到计算机规则模型的转化,落实城市设计的管控。

3.尺度城市设计的体系联动

建立全尺度下的城市设计大模型,实现宏观、中观、微观层面的城市设计要素分级显示,以及不同尺度下城市设计意图的无损传导与联动。

4.基于并行计算的大数据可视化集成

利用分布式存储与并行计算技术,实现互联网、物联网数据的处理、存储、分析、展示,并与时空数据进行融合,实现城市设计的大数据支撑。


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