向衛(wèi)國(guó)，黃煥民，張 嫻

（1. 中國(guó)鐵道科學(xué)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(guó)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(jì)發(fā)展等壓力[1]。同時(shí)部分國(guó)家和世界級(jí)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(wù)優(yōu)質(zhì)的對(duì)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(yùn)行更為高效[2，3]。新城區(qū)規(guī)劃關(guān)系到城市發(fā)展的各方面，是對(duì)城市的空間布局、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、土地利用等進(jìn)行統(tǒng)籌部署的一項(xiàng)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(duì)管理水平提出了更高的要求，迫切需要采取先進(jìn)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(shù)手段已難以滿足城市一體化與精細(xì)化管理的需求，BIM技術(shù)的出現(xiàn)彌補(bǔ)了這一不足。

BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）技術(shù)具有參數(shù)化、可視化、信息化等特點(diǎn)[6]，可以為城市規(guī)劃提供科學(xué)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(xué)者們開展了相應(yīng)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(yīng)的參數(shù)，難以進(jìn)一步進(jìn)行分析和應(yīng)用。王玲莉等[8]探索將BIM技術(shù)用于城市建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)中，并結(jié)合GIS技術(shù)在小規(guī)模建筑群上開展了三維測(cè)量、日照分析等系列應(yīng)用，但該應(yīng)用偏重于建筑的方案設(shè)計(jì)階段，缺乏對(duì)片區(qū)規(guī)劃的指導(dǎo)。張鄰[9]將BIM技術(shù)用于建筑場(chǎng)地分析中，并結(jié)合GIS技術(shù)在某大型會(huì)議中心選址上進(jìn)行了應(yīng)用，但該應(yīng)用僅用于單體建筑規(guī)劃中。張敏杰[10]將GIS和BIM用于建設(shè)用地適應(yīng)性和方案與規(guī)劃的協(xié)調(diào)性檢查中，但該應(yīng)用多側(cè)重于GIS方面。鄧紹倫[11]將BIM技術(shù)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(biāo)評(píng)價(jià)分析中，但缺乏對(duì)BIM從建立到應(yīng)用體系的相應(yīng)描述。

綜上所述，以往的研究多集中在單體項(xiàng)目或小范圍區(qū)域規(guī)劃信息模型應(yīng)用上，缺乏對(duì)不同專業(yè)、不同空間位置模型關(guān)系的判斷，且尚未形成基于BIM技術(shù)的城市片區(qū)（15 km2以上）立體式空間規(guī)劃管理與應(yīng)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(luò)道等工程，專業(yè)類型復(fù)雜。本文系統(tǒng)提出了一套包括從規(guī)劃信息模型標(biāo)準(zhǔn)、創(chuàng)建、坐標(biāo)定位確定、模型整合與輕量化發(fā)布至GIS平臺(tái)到模型應(yīng)用的體系和方法，可以實(shí)現(xiàn)在15km2以上的大片區(qū)進(jìn)行應(yīng)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?rùn)z查等應(yīng)用，并為后續(xù)設(shè)計(jì)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(shí)序推進(jìn)和節(jié)約集約發(fā)展等提供新的技術(shù)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(xì)化管理水平，并對(duì)現(xiàn)有舊城區(qū)規(guī)劃改造提供技術(shù)參考價(jià)值。

1 技術(shù)路線

本文所指的規(guī)劃信息模型創(chuàng)建與應(yīng)用涉及規(guī)劃信息模型標(biāo)準(zhǔn)、創(chuàng)建、坐標(biāo)定位確定、模型整合與輕量化發(fā)布至GIS平臺(tái)到模型應(yīng)用等過程，其具體的技術(shù)路線如圖1所示。其中，模型分類編碼和精細(xì)度標(biāo)準(zhǔn)是規(guī)劃信息模型創(chuàng)建的基礎(chǔ)；模型坐標(biāo)為模型整合提供參照；必要時(shí)可以創(chuàng)建實(shí)景模型，為規(guī)劃模型提供現(xiàn)狀場(chǎng)地場(chǎng)景并開展相關(guān)應(yīng)用；模型整合與輕量化發(fā)布可以實(shí)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(yīng)用主要用于實(shí)現(xiàn)規(guī)劃信息模型的最終管理價(jià)值。

各個(gè)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(yīng)用技術(shù)路線

（1）規(guī)劃信息模型基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。該部分的標(biāo)準(zhǔn)涉及到模型分類與編碼標(biāo)準(zhǔn)、模型精細(xì)度標(biāo)準(zhǔn)。信息分類與編碼的作用在于，當(dāng)模型信息在不同軟件、平臺(tái)和系統(tǒng)中進(jìn)行存儲(chǔ)、交互和傳遞時(shí)，可以用于保證信息的統(tǒng)一和各方對(duì)信息理解的一致。精細(xì)度標(biāo)準(zhǔn)的作用在于，為模型的建模范圍和深度等級(jí)等提供相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

（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(guān)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(yán)格遵照規(guī)劃信息模型基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。

（3）模型坐標(biāo)定位確定。為了方便對(duì)單體規(guī)劃模型進(jìn)行整合，并與實(shí)景模型疊加，需對(duì)不同的規(guī)劃信息模型進(jìn)行空間坐標(biāo)定位。通常深圳地區(qū)的實(shí)景模型采用CGCS2000坐標(biāo)系或深圳市獨(dú)立坐標(biāo)系，深圳市規(guī)劃圖紙采用深圳市獨(dú)立坐標(biāo)系。因此為了方便模型整合，需統(tǒng)一以深圳市獨(dú)立坐標(biāo)系進(jìn)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(tái)中，以實(shí)現(xiàn)模型的輕量化瀏覽；同時(shí)進(jìn)一步在三維GIS平臺(tái)中與已有實(shí)景三維模型進(jìn)行整合，用于直觀展示當(dāng)前地貌情況下的片區(qū)規(guī)劃情況。

（5）規(guī)劃信息模型應(yīng)用。利用上述方式將各專項(xiàng)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?rùn)z查、未來規(guī)劃面貌展示等應(yīng)用，并為后續(xù)設(shè)計(jì)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(shí)景模型創(chuàng)建過程，本文主要研究必要時(shí)利用相關(guān)三維GIS軟件將已有的實(shí)景模型與現(xiàn)狀規(guī)劃模型進(jìn)行整合與應(yīng)用。

2 技術(shù)要點(diǎn)

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(jìn)行整合，當(dāng)相關(guān)應(yīng)用涉及實(shí)景模型時(shí)，可以將整合后的模型在 Supermap或CityMaker等主流GIS平臺(tái)中與實(shí)景模型進(jìn)一步整合，實(shí)現(xiàn)輕量化實(shí)時(shí)瀏覽。在該過程中需仔細(xì)考慮模型的分類編碼原則、模型精細(xì)度內(nèi)容、模型創(chuàng)建、模型坐標(biāo)確定、模型整合等技術(shù)要點(diǎn)。

2.1 信息分類與編碼

規(guī)劃信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)建筑、道路、地下空間和公共設(shè)施等規(guī)劃單元進(jìn)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(shí)模型劃分的依據(jù)，也是模型創(chuàng)建和應(yīng)用的基礎(chǔ)。

本文的分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)主要參考《城市用地分類與規(guī)劃建設(shè)用地標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50137-2011）、《建筑信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T51269-2017）及其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定。限于篇幅，本文僅以道路與交通設(shè)施為例，展示其在《城市用地分類與規(guī)劃建設(shè)用地標(biāo)準(zhǔn)》中的分類。分類完成后可在此基礎(chǔ)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(jí)編碼、2級(jí)編碼、3級(jí)編碼與4級(jí)編碼構(gòu)成。1級(jí)編碼、2級(jí)編碼與3級(jí)編碼之間連接符采用減號(hào)“-”；3級(jí)編碼與4級(jí)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(wú)對(duì)應(yīng)內(nèi)容的要求采用0填充。

2.2 模型精細(xì)度

模型精細(xì)度是表示模型包含的信息的全面性、細(xì)致程度及準(zhǔn)確性的指標(biāo)。本文在參考《建筑信息模型設(shè)計(jì)交付標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T51301-2018）的基礎(chǔ)上將模型精細(xì)度劃分為 5個(gè)等級(jí)，分別為 LOD100~LOD500。由于規(guī)劃階段的模型精細(xì)度只需表達(dá)規(guī)劃單元的體量和基本的規(guī)劃指標(biāo)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(shè)施—城市道路為例，將其規(guī)劃信息模型精細(xì)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(xì)度表（道路）

2.3 模型坐標(biāo)定位

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

圖3 道路與交通設(shè)施—城市道路模型坐標(biāo)定位

2.4 模型創(chuàng)建

在明確上述原則的基礎(chǔ)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(zhǎng)領(lǐng)域和優(yōu)缺點(diǎn)，可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)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(shí)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(jìn)行關(guān)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(biāo)定位的方式整合至一種主流BIM軟件中，形成整個(gè)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(tái)（本文采用 Citymaker）可以實(shí)現(xiàn)模型的輕量化瀏覽。為了開展實(shí)景模型相關(guān)應(yīng)用，將規(guī)劃模型在主流GIS平臺(tái)中基于同一坐標(biāo)系與已有實(shí)景模型進(jìn)行整合。最終將形成整個(gè)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(yīng)用

深圳市某新城區(qū)開發(fā)強(qiáng)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(shè)施、水環(huán)境、綠地與廣場(chǎng)、單元地塊和市政管網(wǎng)；其中道路與交通設(shè)施進(jìn)一步按照實(shí)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(jìn)行細(xì)分；單元地塊按照街坊地塊進(jìn)行細(xì)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?xì)庀到y(tǒng)等細(xì)分為十類。將各部分參考上述2.1部分的規(guī)則進(jìn)行詳細(xì)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(shè)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(jiǎn)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(shè)施。主要依據(jù)《某新城區(qū)步行和車行系統(tǒng)專項(xiàng)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(jìn)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(shè)計(jì)》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(dǎo)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(guān)文件建立了整個(gè)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(guān)聯(lián)。模型屬性包含模型相關(guān)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(jí)、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(jìn)行關(guān)聯(lián)后，點(diǎn)擊模型對(duì)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(shí)景三維模型，并將規(guī)劃信息模型與實(shí)景模型進(jìn)行整合。因此將城市新城區(qū)整合后的規(guī)劃模型進(jìn)一步按照坐標(biāo)對(duì)應(yīng)關(guān)系，與三維實(shí)景模型一同整合至偉景行CityMaker平臺(tái)，轉(zhuǎn)化后的模型格式變?yōu)?fdb，可以實(shí)現(xiàn)輕量化實(shí)時(shí)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(yīng)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(yīng)用：

（1）規(guī)劃方案比選。將不同規(guī)劃方案模型與現(xiàn)狀實(shí)景模型融合，結(jié)合不同方案的指標(biāo)（容積率、建筑限高、建筑密度、綠化率、建筑面積、用地面積等），進(jìn)行規(guī)劃方案的動(dòng)態(tài)可視化實(shí)時(shí)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(diǎn)規(guī)劃模型與現(xiàn)狀實(shí)景模型融合，結(jié)合規(guī)劃基礎(chǔ)模型環(huán)境控制要素，綜合評(píng)價(jià)項(xiàng)目方案對(duì)周邊環(huán)境的影響分析，例如可以借助規(guī)劃模型對(duì)用地屬性和選線進(jìn)行分析，提前發(fā)現(xiàn)規(guī)劃中的不合理部分并及時(shí)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(duì)模型進(jìn)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(yīng)用可見圖8。

圖8 碰撞檢查應(yīng)用

（4）未來規(guī)劃面貌展示。結(jié)合某新城區(qū)未來預(yù)計(jì)完工工程統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，將該數(shù)據(jù)附加于模型中，可以運(yùn)用規(guī)劃模型以三維動(dòng)態(tài)的方式展示某新城區(qū)未來形象進(jìn)度，方便對(duì)城市未來面貌進(jìn)行查看。

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

圖9 規(guī)劃方案與設(shè)計(jì)方案對(duì)比

4 結(jié)語(yǔ)

本文將BIM技術(shù)用于城市新城區(qū)規(guī)劃中，研究了規(guī)劃信息模型標(biāo)準(zhǔn)、創(chuàng)建方法和模型整合的技術(shù)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(gè)新城區(qū)范圍內(nèi)的規(guī)劃模型，在Citymaker平臺(tái)中與實(shí)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(shè)計(jì)方案核查、未來規(guī)劃面貌展示等應(yīng)用。該應(yīng)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(xì)化管理水平，有助于打造緊湊、集約和多樣的城市空間。