向衛(wèi)國，黃煥民，張 嫻

（1. 中國鐵道科學研究院，北京 100081；2. 深圳市前海數(shù)字城市科技有限公司，廣東 深圳 518000，E-mail：1240485793@qq.com）

現(xiàn)階段我國大中型城市普遍存在人口過多、交通擁擠、環(huán)境污染、醫(yī)療資源不足等大城市病癥狀，新城區(qū)的建立有利于緩解舊城區(qū)環(huán)境承載、人口和經(jīng)濟發(fā)展等壓力[1]。同時部分國家和世界級定位的新城區(qū)，旨在構(gòu)建綠色生態(tài)、高端高新產(chǎn)業(yè)、交通便捷、服務優(yōu)質(zhì)的對外開放區(qū)，從產(chǎn)業(yè)和分工上支撐周邊城市一體化發(fā)展，使城市運行更為高效[2，3]。新城區(qū)規(guī)劃關系到城市發(fā)展的各方面，是對城市的空間布局、基礎設施建設、土地利用等進行統(tǒng)籌部署的一項戰(zhàn)略性工作。由于部分地區(qū)土地資源極為稀缺，城市建筑群落不斷向立體綜合型發(fā)展，地上、地下空間規(guī)劃對管理水平提出了更高的要求，迫切需要采取先進的規(guī)劃方式打造集約、緊湊的城市空間[4，5]。傳統(tǒng)的CAD和二維GIS等技術手段已難以滿足城市一體化與精細化管理的需求，BIM技術的出現(xiàn)彌補了這一不足。

BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）技術具有參數(shù)化、可視化、信息化等特點[6]，可以為城市規(guī)劃提供科學的管理依據(jù)和信息化的支撐手段。在城市三維規(guī)劃方面，學者們開展了相應研究。劉增良等[7]采用Multigen Creator游戲仿真軟件和 3Dmax建模和表現(xiàn)軟件建立城市三維規(guī)劃模型，具有一定的可視化效果，但缺乏相應的參數(shù)，難以進一步進行分析和應用。王玲莉等[8]探索將BIM技術用于城市建筑規(guī)劃設計中，并結(jié)合GIS技術在小規(guī)模建筑群上開展了三維測量、日照分析等系列應用，但該應用偏重于建筑的方案設計階段，缺乏對片區(qū)規(guī)劃的指導。張鄰[9]將BIM技術用于建筑場地分析中，并結(jié)合GIS技術在某大型會議中心選址上進行了應用，但該應用僅用于單體建筑規(guī)劃中。張敏杰[10]將GIS和BIM用于建設用地適應性和方案與規(guī)劃的協(xié)調(diào)性檢查中，但該應用多側(cè)重于GIS方面。鄧紹倫[11]將BIM技術用于世博B片區(qū)央企總部基地B02、B03地塊（0.18km2）的面積指標評價分析中，但缺乏對BIM從建立到應用體系的相應描述。

綜上所述，以往的研究多集中在單體項目或小范圍區(qū)域規(guī)劃信息模型應用上，缺乏對不同專業(yè)、不同空間位置模型關系的判斷，且尚未形成基于BIM技術的城市片區(qū)（15 km2以上）立體式空間規(guī)劃管理與應用的完整體系與方法。本文以深圳某新城區(qū)為依托，該地區(qū)包含市政道路、綜合管廊、建筑、地下空間及聯(lián)絡道等工程，專業(yè)類型復雜。本文系統(tǒng)提出了一套包括從規(guī)劃信息模型標準、創(chuàng)建、坐標定位確定、模型整合與輕量化發(fā)布至GIS平臺到模型應用的體系和方法，可以實現(xiàn)在15km2以上的大片區(qū)進行應用，用以校核和輔助傳統(tǒng)的二維規(guī)劃，可以開展規(guī)劃方案比選、空間規(guī)劃檢查等應用，并為后續(xù)設計方案符合性檢查提供依據(jù)。采用該方法可以大幅提高規(guī)劃效率，為新城區(qū)規(guī)劃的空間布局、時序推進和節(jié)約集約發(fā)展等提供新的技術手段，有助打造緊湊、集約和多樣的城市空間，不斷提高城市規(guī)劃精細化管理水平，并對現(xiàn)有舊城區(qū)規(guī)劃改造提供技術參考價值。

1 技術路線

本文所指的規(guī)劃信息模型創(chuàng)建與應用涉及規(guī)劃信息模型標準、創(chuàng)建、坐標定位確定、模型整合與輕量化發(fā)布至GIS平臺到模型應用等過程，其具體的技術路線如圖1所示。其中，模型分類編碼和精細度標準是規(guī)劃信息模型創(chuàng)建的基礎；模型坐標為模型整合提供參照；必要時可以創(chuàng)建實景模型，為規(guī)劃模型提供現(xiàn)狀場地場景并開展相關應用；模型整合與輕量化發(fā)布可以實現(xiàn)不同軟件創(chuàng)建的規(guī)劃信息模型集成以及輕量化瀏覽；模型應用主要用于實現(xiàn)規(guī)劃信息模型的最終管理價值。

各個環(huán)節(jié)的具體工作內(nèi)容如下：

圖1 規(guī)劃信息模型創(chuàng)建與應用技術路線

（1）規(guī)劃信息模型基礎標準。該部分的標準涉及到模型分類與編碼標準、模型精細度標準。信息分類與編碼的作用在于，當模型信息在不同軟件、平臺和系統(tǒng)中進行存儲、交互和傳遞時，可以用于保證信息的統(tǒng)一和各方對信息理解的一致。精細度標準的作用在于，為模型的建模范圍和深度等級等提供相應的標準。

（2）規(guī)劃信息模型創(chuàng)建。新城區(qū)規(guī)劃信息模型可能包括市政道路、景觀橋、空中步道、水環(huán)境、景觀、地下車行環(huán)路、地鐵區(qū)間、市政管網(wǎng)模型等內(nèi)容，建模前需收集相關規(guī)劃圖紙資料。規(guī)劃信息模型可以通過Autodesk Revit、Bentley MicroStation等主流的BIM建模軟件建立，建模過程需嚴格遵照規(guī)劃信息模型基礎標準。

（3）模型坐標定位確定。為了方便對單體規(guī)劃模型進行整合，并與實景模型疊加，需對不同的規(guī)劃信息模型進行空間坐標定位。通常深圳地區(qū)的實景模型采用CGCS2000坐標系或深圳市獨立坐標系，深圳市規(guī)劃圖紙采用深圳市獨立坐標系。因此為了方便模型整合，需統(tǒng)一以深圳市獨立坐標系進行定位。

（4）規(guī)劃信息模型整合與輕量化發(fā)布。該過程主要將不同種類的規(guī)劃信息模型整合形成完整的城市規(guī)劃信息模型，并將模型發(fā)布至主流GIS平臺中，以實現(xiàn)模型的輕量化瀏覽；同時進一步在三維GIS平臺中與已有實景三維模型進行整合，用于直觀展示當前地貌情況下的片區(qū)規(guī)劃情況。

（5）規(guī)劃信息模型應用。利用上述方式將各專項規(guī)劃、單元規(guī)劃資料建立成空間規(guī)劃信息模型，可以開展規(guī)劃方案比選、空間規(guī)劃檢查、未來規(guī)劃面貌展示等應用，并為后續(xù)設計方案符合性檢查提供依據(jù)。需要注意的是，本文研究范圍不包括圖1提及的實景模型創(chuàng)建過程，本文主要研究必要時利用相關三維GIS軟件將已有的實景模型與現(xiàn)狀規(guī)劃模型進行整合與應用。

2 技術要點

通過 Autodesk Revit、MicroStation等主流的BIM建模軟件建立規(guī)劃信息模型，并將各類規(guī)劃模型在主流BIM軟件進行整合，當相關應用涉及實景模型時，可以將整合后的模型在 Supermap或CityMaker等主流GIS平臺中與實景模型進一步整合，實現(xiàn)輕量化實時瀏覽。在該過程中需仔細考慮模型的分類編碼原則、模型精細度內(nèi)容、模型創(chuàng)建、模型坐標確定、模型整合等技術要點。

2.1 信息分類與編碼

規(guī)劃信息模型分類和編碼標準主要針對建筑、道路、地下空間和公共設施等規(guī)劃單元進行分類及制定合理的編碼規(guī)則，并規(guī)定基本的規(guī)劃單元，是規(guī)劃信息模型創(chuàng)建時模型劃分的依據(jù)，也是模型創(chuàng)建和應用的基礎。

本文的分類和編碼標準主要參考《城市用地分類與規(guī)劃建設用地標準》（GB 50137-2011）、《建筑信息模型分類和編碼標準》（GB/T51269-2017）及其他相關標準制定。限于篇幅，本文僅以道路與交通設施為例，展示其在《城市用地分類與規(guī)劃建設用地標準》中的分類。分類完成后可在此基礎上制定編碼規(guī)則，如圖2所示。

圖2 模型分類與編碼

其中模型編碼部分由 1級編碼、2級編碼、3級編碼與4級編碼構(gòu)成。1級編碼、2級編碼與3級編碼之間連接符采用減號“-”；3級編碼與4級編碼之間采用下劃線“_”連接；編碼規(guī)則中若出現(xiàn)必填但無對應內(nèi)容的要求采用0填充。

2.2 模型精細度

模型精細度是表示模型包含的信息的全面性、細致程度及準確性的指標。本文在參考《建筑信息模型設計交付標準》（GB/T51301-2018）的基礎上將模型精細度劃分為 5個等級，分別為 LOD100~LOD500。由于規(guī)劃階段的模型精細度只需表達規(guī)劃單元的體量和基本的規(guī)劃指標信息，因此在規(guī)劃階段只需做到LOD100即可。限于篇幅，本文以道路與交通設施—城市道路為例，將其規(guī)劃信息模型精細度展示如表1所示，其他同類型建、構(gòu)筑物類似。

表1 規(guī)劃模型精細度表（道路）

2.3 模型坐標定位

參照前述模型坐標定位的內(nèi)容，需統(tǒng)一以深圳市獨立坐標系進行定位。以道路與交通設施—城市道路模型為例，統(tǒng)一采用道路中心線的起點作為坐標定位原點，這樣在模型整合時全部以道路中心線的起點作為參考點即可，如圖3所示。

圖3 道路與交通設施—城市道路模型坐標定位

2.4 模型創(chuàng)建

在明確上述原則的基礎上即可開展模型創(chuàng)建工作。由于目前主流的BIM軟件各有擅長領域和優(yōu)缺點，可根據(jù)實際需要進行選擇。例如建筑類模型可以采用Revit、市政模型采用Bentley、異形結(jié)構(gòu)可以采用 CATIA建模[12]。以道路信息模型為例，在實際建模過程中，根據(jù)平面圖確定道路中心線平面位置，根據(jù)縱斷面圖確定中心線三維高程，最后添加不同的材質(zhì)貼圖，即最終形成道路規(guī)劃信息模型。模型創(chuàng)建完成后，可以將分類編碼信息添加到模型中，并將模型屬性參數(shù)與編碼信息進行關聯(lián)。

2.5 模型整合與輕量化發(fā)布

考慮將所有規(guī)劃信息模型通過坐標定位的方式整合至一種主流BIM軟件中，形成整個區(qū)域的規(guī)劃信息模型。本文采用的模型整合軟件為Bentley。再將整合后的規(guī)劃信息模型發(fā)布至主流三維GIS平臺（本文采用 Citymaker）可以實現(xiàn)模型的輕量化瀏覽。為了開展實景模型相關應用，將規(guī)劃模型在主流GIS平臺中基于同一坐標系與已有實景模型進行整合。最終將形成整個片區(qū)的規(guī)劃信息模型。

3 城市新城區(qū)規(guī)劃信息模型創(chuàng)建與應用

深圳市某新城區(qū)開發(fā)強度大、工程種類繁多，在模型創(chuàng)建過程中將規(guī)劃模型分成五大類：道路與交通設施、水環(huán)境、綠地與廣場、單元地塊和市政管網(wǎng)；其中道路與交通設施進一步按照實際地面道路、地下車行道路、地下步行空間、空中步道、軌道交通、景觀橋進行細分；單元地塊按照街坊地塊進行細類；市政管網(wǎng)按照雨水系統(tǒng)、污水系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、中水系統(tǒng)、燃氣系統(tǒng)等細分為十類。將各部分參考上述2.1部分的規(guī)則進行詳細編碼。限于篇幅，僅將其中地面道路部分編碼展示如表2所示，其他類型的模型分類編碼規(guī)則與之類似。

表2 地面道路與交通設施規(guī)劃模型分類與編碼表

3.1 規(guī)劃信息模型創(chuàng)建

遵循上述規(guī)劃信息模型創(chuàng)建規(guī)則，將部分模型創(chuàng)建過程及成果簡要敘述如下：

空中步道規(guī)劃模型主要內(nèi)容包括跨街公園、空中步道（跨街橋梁）、空中步道（地塊內(nèi)）和過街天橋等空中步行通道和設施。主要依據(jù)《某新城區(qū)步行和車行系統(tǒng)專項規(guī)劃——空中步道控制圖》。模型中為了區(qū)別不同類型的空中步行通道，通過圖層和顏色進行區(qū)分，所建立的不同類型空中步行通道在模型中的顯示效果如圖4所示。

圖4 空中步行通道效果示意圖

依此類推，根據(jù)《某新城區(qū)橋梁概念設計》創(chuàng)建景觀橋規(guī)劃模型；根據(jù)《某新城區(qū)地下空間規(guī)劃存檔稿》建立地下通道模型；根據(jù)《某新城區(qū)綜合規(guī)劃—水廊道及水系統(tǒng)規(guī)劃圖》建立水環(huán)境模型；利用《某新城區(qū)開發(fā)單元規(guī)劃管理導控文件》建立景觀規(guī)劃模型和單元地塊模型；利用《某新城區(qū)地下車行環(huán)路系統(tǒng)規(guī)劃圖》建立地下車行環(huán)路模型；利用《某新城區(qū)最新軌道規(guī)劃》建立軌道交通模型；以及利用相關文件建立了整個區(qū)域的市政管網(wǎng)模型，部分建模內(nèi)容如圖5所示。

圖5 某新城區(qū)城市規(guī)劃模型

模型創(chuàng)建完成后，將上述編碼信息附加在模型上，并將模型屬性數(shù)據(jù)與模型編碼逐一關聯(lián)。模型屬性包含模型相關信息，例如，單元地塊的屬性數(shù)據(jù)可能包括用地面積、容積率、建筑密度和各類功能用地面積等；地面道路屬性可能包含道路等級、車道數(shù)、紅線寬度、平縱橫規(guī)劃方案和交通組織方案等內(nèi)容。將屬性與編碼進行關聯(lián)后，點擊模型對象即可彈出屬性信息，方便用戶查閱。

3.2 規(guī)劃信息模型整合輕量化發(fā)布

深圳市某新城區(qū)采用多種軟件建模，最終采用Bentley Microstation作為模型整合軟件，將不同種類的模型整合為.dgn格式的模型。偉景行CityMaker為一款GIS軟件，其采用輕量化的軟件格式，可以用于查看實景三維模型，并將規(guī)劃信息模型與實景模型進行整合。因此將城市新城區(qū)整合后的規(guī)劃模型進一步按照坐標對應關系，與三維實景模型一同整合至偉景行CityMaker平臺，轉(zhuǎn)化后的模型格式變?yōu)?fdb，可以實現(xiàn)輕量化實時瀏覽。最終得到某新城區(qū)完整的規(guī)劃信息模型，如圖6所示。

圖6 某新城區(qū)規(guī)劃信息模型（僅顯示地面部分）

3.3 規(guī)劃信息模型應用

在某新城區(qū)，創(chuàng)建好的規(guī)劃信息模型可以做如下應用：

（1）規(guī)劃方案比選。將不同規(guī)劃方案模型與現(xiàn)狀實景模型融合，結(jié)合不同方案的指標（容積率、建筑限高、建筑密度、綠化率、建筑面積、用地面積等），進行規(guī)劃方案的動態(tài)可視化實時比選，如圖7所示。

圖7 規(guī)劃方案比選

（2）規(guī)劃核查。將重點規(guī)劃模型與現(xiàn)狀實景模型融合，結(jié)合規(guī)劃基礎模型環(huán)境控制要素，綜合評價項目方案對周邊環(huán)境的影響分析，例如可以借助規(guī)劃模型對用地屬性和選線進行分析，提前發(fā)現(xiàn)規(guī)劃中的不合理部分并及時更正。

（3）碰撞檢查。新城區(qū)規(guī)劃涉及到的工程種類繁多，利用組裝后的規(guī)劃模型，采用碰撞檢查工具對模型進行分析，可以快速發(fā)現(xiàn)各規(guī)劃單元的沖突問題，提高規(guī)劃效率，該應用可見圖8。

圖8 碰撞檢查應用

（4）未來規(guī)劃面貌展示。結(jié)合某新城區(qū)未來預計完工工程統(tǒng)計數(shù)據(jù)，將該數(shù)據(jù)附加于模型中，可以運用規(guī)劃模型以三維動態(tài)的方式展示某新城區(qū)未來形象進度，方便對城市未來面貌進行查看。

（5）設計方案核查。將規(guī)劃模型與實景模型進行疊加，通過在同一角度進行對比查看，可以直觀地看出規(guī)劃和設計方案的區(qū)別，判斷建筑的設計方案是否滿足規(guī)劃的相關要求，如圖9所示。

圖9 規(guī)劃方案與設計方案對比

4 結(jié)語

本文將BIM技術用于城市新城區(qū)規(guī)劃中，研究了規(guī)劃信息模型標準、創(chuàng)建方法和模型整合的技術路線，并以深圳市某新城區(qū)為樣本，采用 Bentley等軟件創(chuàng)建并整合了整個新城區(qū)范圍內(nèi)的規(guī)劃模型，在Citymaker平臺中與實景模型整合開展了規(guī)劃方案比選、規(guī)劃核查、碰撞檢查、設計方案核查、未來規(guī)劃面貌展示等應用。該應用表明，將BIM用于城市規(guī)劃中可以大幅提高規(guī)劃效率和精細化管理水平，有助于打造緊湊、集約和多樣的城市空間。