■ 張曉彤 宇林軍 何 炬

落實(shí)2030年可持續(xù)發(fā)展議程，再造魅力故鄉(xiāng)，技術(shù)在可持續(xù)發(fā)展中起著重要引領(lǐng)作用。參與式電子沙盤技術(shù)將成為開發(fā)村鎮(zhèn)空間設(shè)計(jì)眾包平臺的核心技術(shù)。

據(jù)住建部統(tǒng)計(jì)，近10年來，村鎮(zhèn)建設(shè)投資已經(jīng)從2005年的每年5000億元，上升至如今的每年超過16000億，其增速要超過同時(shí)期GDP增長率近5個(gè)百分點(diǎn)。其中全國村鎮(zhèn)規(guī)劃編制投入超過50個(gè)億（未包含不需資質(zhì)的專項(xiàng)咨詢）。

但目前我國村鎮(zhèn)規(guī)劃覆蓋率仍然偏低，鄉(xiāng)鎮(zhèn)一級約為70%，行政村一級約為60%。按照住建部“到2020年我國將通過改革創(chuàng)新，大幅提高鄉(xiāng)村規(guī)劃的易編性和實(shí)用性，力爭實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村規(guī)劃基本覆蓋，結(jié)束農(nóng)村無規(guī)劃、亂建設(shè)局面”的預(yù)期，以及3～10年的規(guī)劃修訂周期的預(yù)期計(jì)算，我國村鎮(zhèn)規(guī)劃需求十分龐大。

2014年至今，黨中央、國務(wù)院和各部委集中發(fā)文指導(dǎo)農(nóng)村土地改革工作。特別是2015年中央農(nóng)村工作會(huì)議表明，以農(nóng)村土地征收、集體經(jīng)營性建設(shè)用地入市、宅基地制度改革為代表的“三塊地”改革試點(diǎn)將全面深入。這標(biāo)志著會(huì)有更多的集體經(jīng)營性建設(shè)用地入市拍賣，土地征收范圍也會(huì)有所縮小，探索宅基地有償使用制度和自愿有償退出機(jī)制可能會(huì)成為核心。

我們可以通過國家層面一系列政策判斷，農(nóng)村土地市場被寄予諸多市場預(yù)期、農(nóng)村承包土地的經(jīng)營權(quán)和農(nóng)民住房財(cái)產(chǎn)權(quán)抵押貸款將會(huì)使農(nóng)村金融有望進(jìn)一步盤活。也就是說，除了傳統(tǒng)政府和村民自身對于村鎮(zhèn)建設(shè)的投資外，將會(huì)有遠(yuǎn)超過目前投資級別的民間資本在不遠(yuǎn)的將來投入到村鎮(zhèn)建設(shè)中來。

而外部民間資本的介入勢必將帶來村鎮(zhèn)建設(shè)更加多元的利益相關(guān)者，及其各異的規(guī)劃設(shè)計(jì)需求。傳統(tǒng)的“政府-設(shè)計(jì)院”直接對接的規(guī)劃設(shè)計(jì)模式，僅僅通過事后向公眾征求

意見，來滿足政府、投資人、當(dāng)?shù)鼐用瘛⒂慰偷炔煌嫦嚓P(guān)者的訴求，交流成本將會(huì)巨大。規(guī)劃設(shè)計(jì)任務(wù)的發(fā)包方希望更多地參與到方案階段的決策中來，任務(wù)承擔(dān)方則希望在交流過程中盡量減少重復(fù)成本。因此能提供多利益相關(guān)者共同方案設(shè)計(jì)的電子沙盤平臺將順應(yīng)市場需求，為甲乙雙方提供可參與、專業(yè)化、權(quán)威性的規(guī)劃設(shè)計(jì)平臺，將會(huì)受到甲乙雙方的青睞。

一、現(xiàn)有技術(shù)分析

（一）相關(guān)傳統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)效率工具

國內(nèi)常用的傳統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)效率軟件主要包括鴻業(yè)城市規(guī)劃設(shè)計(jì)軟件、SKETCH UP、湘源村莊規(guī)劃CAD系統(tǒng)等。鴻業(yè)城市規(guī)劃設(shè)計(jì)軟件和湘源村莊規(guī)劃CAD系統(tǒng)主要基于CAD平臺研發(fā)，因此需要CAD平臺支持運(yùn)行，且規(guī)劃設(shè)計(jì)工具為二維工具，無三維場景下的規(guī)劃設(shè)計(jì)工具；SKETCH UP雖然提供了簡單易用的三維模型生成工具，但并不是基于程序建模技術(shù)，也沒有提供快速創(chuàng)建和修改三維城市布局的編輯工具；City Engine表現(xiàn)力豐富，但缺少規(guī)劃設(shè)計(jì)領(lǐng)域需要的評價(jià)功能?？傊?，目前傳統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)效率軟件總體上缺少三維環(huán)境中的具有專業(yè)分析功能的規(guī)劃設(shè)計(jì)工具，因而無法實(shí)現(xiàn)電子沙盤似的參與式規(guī)劃。

（二）相關(guān)規(guī)劃決策支持軟件

相關(guān)規(guī)劃決策設(shè)計(jì)軟件主要包括index、What if、Community Viz和City Engin等，三款軟件主要側(cè)重于規(guī)劃方案的評價(jià)，提供了方案評價(jià)的評價(jià)指標(biāo)，但三款軟件都沒有提供適合中國規(guī)劃評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的模型和算法，且評價(jià)指標(biāo)也較少，不能夠提供規(guī)劃方案的多學(xué)科評價(jià)如景觀格局評價(jià)、空間句法評價(jià)等。此外，作為規(guī)劃決策支持軟件三款軟件都沒有規(guī)劃設(shè)計(jì)工具，因而無法應(yīng)用于規(guī)劃方案的創(chuàng)建和修改，進(jìn)而無法應(yīng)用于實(shí)時(shí)的參與式規(guī)劃?？傊壳暗囊?guī)劃決策支持軟件側(cè)重于規(guī)劃方案的評價(jià)，無二維和三維規(guī)劃設(shè)計(jì)功能。

表1 相關(guān)規(guī)劃設(shè)計(jì)效率工具優(yōu)/劣勢比較

表2 相關(guān)規(guī)劃決策工具優(yōu)/劣勢比較

二、技術(shù)實(shí)現(xiàn)

（一）電子沙盤的呈現(xiàn)和使用

“參與式三維電子沙盤”通過集成遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)（GIS）和3D仿真技術(shù)，可以直觀地還原出指定村鎮(zhèn)的地形和高分辨率遙感影像，形成3D電子沙盤。有別于AutoCAD、3D MAX等專業(yè)設(shè)計(jì)軟件，本軟件具有交互式的特點(diǎn)和簡單易上手的用戶體驗(yàn)，允許使用者在沙盤中隨意編輯和擺放各式各樣的建筑、道路和環(huán)境要素。這樣僅僅依靠鼠標(biāo)點(diǎn)選和拖拽等簡單的操作，就可以生成具備全3D效果的村鎮(zhèn)規(guī)劃設(shè)計(jì)方案。而且，每當(dāng)方案需要修改的時(shí)候，也僅需要進(jìn)行同樣的鼠標(biāo)拖拽動(dòng)作即可，甲乙雙方只圍繞著沙盤不斷的動(dòng)態(tài)調(diào)整演示就可以快速達(dá)成意見統(tǒng)一，極大地提高了效率。

（二）多專業(yè)分析工具的集成化

雖然具有簡單易用的特點(diǎn)，但是電子沙盤的后臺GIS能力卻并不簡單。不但具備諸如ArcGIS等專業(yè)GIS軟件中對地物、環(huán)境、屬性等的基礎(chǔ)檢索能力，還可以從土地政策、生態(tài)學(xué)、地理學(xué)、規(guī)劃學(xué)等多個(gè)角度為每一套方案生成詳盡的分析評價(jià)報(bào)告。這些內(nèi)容不但會(huì)反饋給規(guī)劃設(shè)計(jì)者以供改進(jìn)方案，也會(huì)幫助非專業(yè)的規(guī)劃參與者們注意一些國家基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，還會(huì)在方案評價(jià)環(huán)節(jié)中提供給專家們作為一份參考。所以無論是專業(yè)的規(guī)劃設(shè)計(jì)人員還是參與的民眾，都可以通過這些數(shù)據(jù)直觀的方案對比內(nèi)在的不同，讓方案不再是一份靜態(tài)的圖紙，而是蘊(yùn)含著眾多可執(zhí)行度分析的、理性的選擇，架起多科學(xué)性溝通的橋梁。

三、技術(shù)突破

（一）三維技術(shù)與地理信息系統(tǒng)技術(shù)的融合，革命性提升設(shè)計(jì)者效率

“參與式三維電子沙盤”基于3D全息地球模型進(jìn)行開發(fā)，采用WGS84坐標(biāo)系實(shí)現(xiàn)從洲際尺度到村鎮(zhèn)尺度的平滑縮放，再通過疊加全中的遙感數(shù)據(jù)和地形DEM數(shù)據(jù)，具備對中國任意村鎮(zhèn)進(jìn)行3D電子沙盤展示的能力。此外在數(shù)據(jù)層面，沙盤具備對細(xì)小物體進(jìn)行識別、建模、追溯、計(jì)算的能力，從而在后臺建立起一張龐大的數(shù)據(jù)網(wǎng)，能夠與建筑、道路、環(huán)境要素等一一對應(yīng)，根據(jù)它們的不同屬性及位置關(guān)系，實(shí)時(shí)演算推理當(dāng)前方案的熱點(diǎn)、價(jià)值、分布、合理性、平衡度等等。保證能夠隨時(shí)為方案生成2D、3D規(guī)劃圖，以及各式各樣的規(guī)劃分析建議。

（二）多學(xué)科分析功能的集成，使過程評估成為現(xiàn)實(shí)

相對于傳統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)軟件如AutoCAD、SketchUP、MAYA等，本系統(tǒng)具備3D GIS能力，可以在設(shè)計(jì)者構(gòu)造規(guī)劃圖的同時(shí)，一站式地為其提供所見即所得的3D實(shí)景效果和詳細(xì)的GIS分析數(shù)據(jù)，從而不再需要在規(guī)劃軟件、實(shí)景軟件、GIS等多軟件之間切換，也不再需要花費(fèi)精力去做數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出、格式轉(zhuǎn)換、報(bào)表集成等等繁瑣的工作。在這個(gè)系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)者唯一要做的就是從內(nèi)置模型庫中挑選元素?cái)[放好一張高度直觀的3D實(shí)景規(guī)劃圖，然后點(diǎn)擊一下“分析”按鈕，所有地理形態(tài)、地理關(guān)系、國標(biāo)數(shù)據(jù)、甚至一些前沿性的生態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)等都會(huì)同時(shí)快速生成。如果模型庫沒有所需要的模型，設(shè)計(jì)者只需要點(diǎn)擊手動(dòng)建模按鈕，按照向?qū)Ш唵螏撞骄涂梢陨勺约合胍哪Ｐ停静恍枰偃チ韺ぼ浖?/p>

（三）極低的使用門檻，造就具有極致參與感的用戶體驗(yàn)

相對于傳統(tǒng)的3D GIS軟件如ArcGIS-3D的復(fù)雜邏輯和“從零構(gòu)建”的操作思路，本系統(tǒng)以極簡的理念，在開始畫面就為使用者呈現(xiàn)出了一個(gè)全球范圍的3D電子沙盤，即使不輸入一字一句、一點(diǎn)一線，也可以輕松地玩轉(zhuǎn)沙盤，尋找世界范圍內(nèi)的每一個(gè)村鎮(zhèn)角落。然后，只要懂得鼠標(biāo)操作，就可以像玩游戲一樣在沙盤上擺放各種建筑元素，不知不覺間一套規(guī)劃創(chuàng)意就誕生了，再輔上系統(tǒng)給出的專業(yè)性建議，使多學(xué)科協(xié)同輔助決策成為現(xiàn)實(shí)。甲方在與設(shè)計(jì)單位商談方案時(shí)也不再有巨大的專業(yè)隔閡，讓方案一旦變更后的數(shù)據(jù)重算周期從以周為單位縮短為以分鐘為單位，從而讓現(xiàn)場修改方案變?yōu)榭赡堋＿@將完全扭轉(zhuǎn)非專業(yè)人士在面對專業(yè)規(guī)劃方案時(shí)被動(dòng)接納的處境。

四、案例分享

（一）鄉(xiāng)村歷史景觀復(fù)原與評估

梳理鄉(xiāng)村歷史景觀的變化規(guī)律可以為決策鄉(xiāng)村可持續(xù)發(fā)展路徑提供治理依據(jù)。如何利用當(dāng)?shù)卮迕窀菀捉邮艿姆绞酵诰蚱溆洃浿械木坝^記憶和鄉(xiāng)土知識，復(fù)原鄉(xiāng)村歷史景觀，并進(jìn)行評估是本研究的目的。

以貴州省貞豐縣對門山村為例，利用自主研發(fā)的三維電子沙盤工具，結(jié)合參與式農(nóng)村評估技術(shù)，由當(dāng)?shù)卮迕褡灾鲝?fù)原了1958、1980、1995、2015四個(gè)時(shí)期的歷史景觀。通過工具自帶分析功能分析顯示：由村民在三維電子沙盤工具上復(fù)原的景觀，在土地利用、生態(tài)服務(wù)價(jià)值、景觀格局指標(biāo)等方面的數(shù)據(jù)結(jié)果與本村發(fā)生的導(dǎo)致景觀變化的重要?dú)v史事件關(guān)聯(lián)性強(qiáng)。可以認(rèn)為，三維電子沙盤工具作為非專業(yè)人士易于理解的手段，可以較為準(zhǔn)確、便捷地獲取鄉(xiāng)村景觀形成、變遷及驅(qū)動(dòng)因素等信息。本文提出的三維電子沙盤工具在鄉(xiāng)村歷史景觀評估中的應(yīng)用方法可以為未來參與式鄉(xiāng)村景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)提供方法和工具參考。

圖1 村民通過三維電子沙盤工具復(fù)原歷史景觀

本研究將更易于當(dāng)?shù)卮迕窭斫夂瓦\(yùn)用三維電子沙盤工具結(jié)合參與式農(nóng)村評估技術(shù)，成功地從時(shí)空兩個(gè)維度復(fù)原村民記憶中的鄉(xiāng)村歷史景觀，真正實(shí)現(xiàn)村民對鄉(xiāng)村歷史景觀記憶實(shí)時(shí)可視化為三維復(fù)原景觀地圖，并表現(xiàn)在三維電子沙盤上。同時(shí)聽取他們對景觀變遷原因的觀點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)研究人員與村民的實(shí)時(shí)交流，最大程度地保證溝通行動(dòng)的有效性和真實(shí)性。在鄉(xiāng)村規(guī)劃與管理行動(dòng)中，基于PGIS的鄉(xiāng)村（歷史）景觀調(diào)查與規(guī)劃方法，通過與三維電子沙盤工具的高度結(jié)合，最大限度地保證了討論過程和結(jié)果的一致性，真正實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村規(guī)劃和管理過程中的村民參與。

圖2 通過三維電子沙盤工具產(chǎn)出的1980年景觀場景及平面圖示意

三維電子沙盤在本次對鄉(xiāng)村歷史景觀調(diào)查中首次獲得了較好的應(yīng)用，從時(shí)間的另一個(gè)方向上來看，其也會(huì)有效提升鄉(xiāng)村景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率。作為一款多專業(yè)集成、門檻又極低的設(shè)計(jì)平臺，它很好地解決了在規(guī)劃設(shè)計(jì)工具領(lǐng)域，傳統(tǒng)工具的功能單一性與GIS等工具功能復(fù)雜性的這一對矛盾，提供一站式的設(shè)計(jì)平臺，既可以提高專業(yè)設(shè)計(jì)人員的規(guī)劃效率，又開創(chuàng)性地為非專業(yè)人士提供了更加直接參與設(shè)計(jì)決策過程的途徑；其附加的過程評估功能也將為參與設(shè)計(jì)的不同利益相關(guān)者實(shí)時(shí)提供決策輔助依據(jù)，是對鄉(xiāng)村景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)方法創(chuàng)新性的方法。

（二）聚落開放空間可視性研究

可視性分析是聚落開放空間設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一。在聚落開放空間設(shè)計(jì)中，通常使用三維電子沙盤模擬景觀要素分布，規(guī)劃人員定性地分析聚落空間中景觀的可視性，缺少定量分析方法和工具。鑒于此，本文提出了基于三維電子沙盤的聚落空間可視性分析方法和工具，在天際線曲折度、天際線距離、景觀層次感三個(gè)維度衡量空間的景觀視覺感受。以浙江省寧波市大堰鎮(zhèn)景觀為例，進(jìn)行了案例研究。結(jié)果表明，基于三維電子沙盤的可視性分析方法和工具可對景觀進(jìn)行可視性分析和視覺質(zhì)量的定量計(jì)算，可輔助規(guī)劃師、建筑師更好地認(rèn)識其景觀設(shè)計(jì)形態(tài)。

圖4 “三維電子沙盤”可視性分析工具

聚落開放空間可視性是聚落空間規(guī)劃的一個(gè)重要內(nèi)容。天際線曲折度、天際線距離及景觀層次感是定量描述天際線的三個(gè)重要指標(biāo)。本文基于“三維電子沙盤”，實(shí)現(xiàn)了基于天際線分析的聚落開放空間可視性分析工具。該工具將天際線曲折度、天際線距離、景觀層次感分析的計(jì)算結(jié)果以圖形的形式展示，利于使用。以浙江省寧波市大堰鎮(zhèn)為例進(jìn)行了案例研究。研究結(jié)果說明，該工具計(jì)算結(jié)果結(jié)合主觀判斷，盡管不能直接應(yīng)用曲折度、天際線距離、層次感指標(biāo)數(shù)值大小來評價(jià)某處空間可視性的優(yōu)劣程度，但可協(xié)助規(guī)劃師、建筑師更好地認(rèn)識聚落開放空間景觀形態(tài)，更好地比較現(xiàn)狀和不同設(shè)計(jì)方案形成空間形態(tài)之間的差異。

本研究為村鎮(zhèn)聚落開放空間的可視性研究提供了一些研究方法和工具的實(shí)踐性貢獻(xiàn)。三維電子沙盤的參與帶來了三維可視分析的方便和效率，為視域范圍內(nèi)天際線和景觀層次的視覺因素提供了定量的結(jié)果，使每個(gè)節(jié)點(diǎn)的結(jié)果能夠進(jìn)行評估和方案比對。考慮長遠(yuǎn)意義，利用三維電子沙盤工具進(jìn)行的可視化分析和視覺質(zhì)量的計(jì)算可以激發(fā)聚落開放空間與視覺之間的定量分析的潛力，為環(huán)境評價(jià)提供適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)，并制定未來的規(guī)劃和設(shè)計(jì)合理提供參考依據(jù)。在未來的聚落開放空間可視性研究和實(shí)踐中，需要在以下方面進(jìn)一步深入研究，包括如何合理選擇觀測點(diǎn)，如何在滿足可視性評估精細(xì)程度前提下，盡量簡化建筑模型，及如何在天際線分析中加入其他視覺因素（如紋理，風(fēng)格，顏色或裝飾）進(jìn)行開放空間景觀分析等。

圖5 觀測點(diǎn)選擇示意

圖6 各觀測點(diǎn)可視性數(shù)據(jù)分析

五、討論

“參與式電子沙盤技術(shù)”是一款多專業(yè)集成，但使用門檻又極低的村鎮(zhèn)三維空間規(guī)劃設(shè)計(jì)平臺。它解決了在規(guī)劃設(shè)計(jì)工具領(lǐng)域，傳統(tǒng)工具的功能單一性與GIS等工具功能復(fù)雜性的這一對矛盾?！半娮由潮P”將二者緊密結(jié)合在一起，提供一站式的設(shè)計(jì)平臺，既可以提高專業(yè)設(shè)計(jì)人員的效率，又開創(chuàng)性地為非專業(yè)人士提供了參與設(shè)計(jì)的途徑，將成為開發(fā)村鎮(zhèn)空間設(shè)計(jì)眾包平臺的核心技術(shù)。該工具直接面向村鎮(zhèn)規(guī)劃設(shè)計(jì)這一細(xì)分市場新的盈利增長點(diǎn)，將有極大的市場前景。