李東和劉春路趙繼龍孔亞暐劉甦

(1.迪肯大學 建筑與環(huán)境學院，澳大利亞 維多利亞州 吉朗3216；2.山東建筑大學 建筑城規(guī)學院，山東 濟南250101)

0 引言

產(chǎn)業(yè)園的空間組織是產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)業(yè)鏈、產(chǎn)業(yè)組織在產(chǎn)業(yè)園區(qū)空間內(nèi)進行更加合理布局與集聚的過程，是產(chǎn)業(yè)園建設的核心內(nèi)容。傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)園空間組織設計大都停留在傳統(tǒng)城市規(guī)劃模式的層面，其功能單一，既忽視了對綜合效益的需求，又缺乏對特色功能的思考，難以適應產(chǎn)業(yè)園快速發(fā)展的需要[1-2]。為了更好地指導園區(qū)空間的開發(fā)建設，產(chǎn)業(yè)園區(qū)的發(fā)展迫切需要做出相應科學、合理、可操作的空間組織響應和規(guī)劃設計方案。為此，尋求一種科學和理性的手段、技術作為三維分析以及產(chǎn)業(yè)園空間組織與設計方案的支撐和支持，已成為迫切需要研究的重要課題[3-5]。

地理信息系統(tǒng)GIS(Geo-Information System)三維分析技術發(fā)展迅速，具有強大的數(shù)據(jù)及空間分析和處理的能力，尤其是在ArcGIS中可快速創(chuàng)建基地三維場景模型，使其在城市的規(guī)劃布局、空間組織設計、空間信息管理等方面的應用成為可能，從而提高了空間組織方案和成果的科學性與可實施性[6-8]。因此，GIS技術在產(chǎn)業(yè)園空間組織與設計中應用等相關方面的研究、實踐，已成為必然趨勢。

文章闡述了GIS技術在產(chǎn)業(yè)園空間組織中應用的途徑與方法，總結了其在產(chǎn)業(yè)園空間組織中的應用前景與優(yōu)勢，分析了其在數(shù)據(jù)的采集與管理、三維可視化、空間分析與統(tǒng)計等空間組織中的應用，以期對產(chǎn)業(yè)園的空間組織規(guī)劃、設計提供一定的借鑒和參考。

1 GIS技術在產(chǎn)業(yè)園空間組織中的應用途徑與方法

1.1 應用途徑

產(chǎn)業(yè)園空間組織的核心目標是在空間上相互協(xié)調(diào)并合理配置園區(qū)空間資源。GIS在空間組織方面的應用途徑如圖1所示。以GIS技術為支撐，不僅可以發(fā)揮其強大的空間分析與處理功能為空間組織提供技術支持和服務，而且能夠使空間組織的宏觀與微觀、定性與定量相互結合得以真正實現(xiàn)，從而可為GIS技術在空間組織方面的應用提供了廣闊途徑。

圖1 GIS在空間組織方面的應用途徑圖

1.2 應用方法

GIS技術在城市或區(qū)域的空間組織設計中進行應用的方法與步驟[8-10]有:

(1)在建成空間信息數(shù)據(jù)庫之后，設計人員可以根據(jù)基地特點和設計目標，直接運用ArcGIS空間分析手段對基地進行空間組織方面的專項分析，如地形分析、現(xiàn)狀建設、設施服務區(qū)評價等；

(2)在各專項分析的基礎上，可利用ArcGIS疊加分析技術，在疊加兩個或多個數(shù)據(jù)層的基礎上得出新的數(shù)據(jù)層，從而發(fā)掘不同信息之間的關系，深化對基地的理解；

(3)依據(jù)影響設計的重要參變量，可用上述手段建立參數(shù)模型，對基地的用地適宜性、用地價值等進行綜合評價，為細化方案設計提供依據(jù)。

GIS技術與空間組織的適應情況見表1。

表1 GIS技術與空間組織工作的適應情況表

2 GIS技術在空間組織中應用的前景與優(yōu)勢

2.1 GIS技術在空間組織中應用的前景

近年來，GIS技術的發(fā)展尤為迅猛，并向著大型化、集成化、專業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化和社會化方向不斷發(fā)展，已成為一門綜合性的技術，尤其是利用空間產(chǎn)業(yè)共生潛力分析和決策支持工具的開發(fā)已成為當前新的研究熱點[11]。

GIS技術具有強大的數(shù)據(jù)及空間分析和處理的能力，對空間數(shù)據(jù)的完善、組織、管理分析能力成為其最突出的特征，不僅可以有效地管理和處理海量、多源數(shù)據(jù)，而且可將空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進行必要的關聯(lián)，從而達到對各空間組織與規(guī)劃數(shù)據(jù)的有效管理的目標。目前，已廣泛地運用到資源環(huán)境、城鄉(xiāng)規(guī)劃、國土監(jiān)測以及環(huán)境評估等諸多領域[11-15]。

另外，目前城市與區(qū)域空間組織等方面的模擬評價、敏感性與發(fā)展趨勢預測等研究領域的海量數(shù)據(jù)難以充分分析處理，針對此難題，充分發(fā)揮GIS的強大空間數(shù)據(jù)操作優(yōu)勢，將GIS技術與空間組織數(shù)值模擬有機地耦合在一起，相互取長補短，彌補了其計算能力相對不足的問題。由于GlS技術具有諸如OVERI.AY和FILTER等強大的模塊功能，能夠直接服務于空間組織規(guī)劃數(shù)值模擬，從而可以方便地提取所研究系統(tǒng)在各個時期、不同方面的多種空間指標和數(shù)據(jù)，不斷加工分析處理；將各種變化作用于數(shù)據(jù)模型組中，為各個規(guī)劃管理部門提供準確的預測信息，為相應的評價預測及管理尋求一種科學的解決方案[13，16]。

2.2 GIS技術在空間組織中應用的作用與優(yōu)勢

GIS技術可以在城市空間組織與規(guī)劃的各個階段發(fā)揮作用，尤其是在空間分析研究和空間組織管理信息系統(tǒng)方面發(fā)揮著不可替代的重要作用。特別是相較于傳統(tǒng)的項目選址和空間組織方法，GIS獨特而強大的空間分析與處理的能力、快速的空間產(chǎn)業(yè)定位搜索和復雜的搜索功能、強大的空間組織設計基礎圖形的處理、顯示和表達以及空間模擬和空間決策支持等，可獲得常規(guī)方法難以得到的重要信息。多年的實踐證明，GIS技術引入空間組織中主要有如下價值和優(yōu)勢[17]:

(1)GIS技術引入空間組織設計，為設計人員提供了一個非常直觀和理性的工具 以往的空間組織設計方案，常常缺乏有效、快速而準確的輔助信息分析工具，往往是設計者從個人主觀和經(jīng)驗出發(fā)，以感性的角度分析處理各類信息數(shù)據(jù)，缺乏科學、理性的對基礎數(shù)據(jù)的分析，主觀隨意性較大。特別是傳統(tǒng)的設計手法往往都是以感性為主、理性為輔，側重結果而不注重過程，重視物質(zhì)規(guī)劃研究，不注重社會以及經(jīng)濟等問題的考慮與研究；不僅會直接導致規(guī)劃成果的內(nèi)涵不足，而且由于過于注重圖面效果，往往影響規(guī)劃后期實施的可操作性。GIS技術的引入不僅豐富了空間組織成果的表達方式，而且使空間組織更加直觀和理性。

(2)GIS技術為空間組織的設計手法帶來了質(zhì)的飛躍 傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)園空間組織設計方法往往表達內(nèi)容是靜態(tài)或終極狀態(tài)的圖紙，缺乏對空間組織和信息等諸多內(nèi)容的連續(xù)考慮。而依托GIS技術的支持，可以極大地提高產(chǎn)業(yè)園空間數(shù)據(jù)的圖形表達與屬性數(shù)據(jù)的有機結合，通過對數(shù)據(jù)庫不斷的更新、移植，實現(xiàn)動態(tài)的、可持續(xù)的空間分析和綜合管理目標，從而達到設計上從靜態(tài)到動態(tài)上的轉(zhuǎn)變，這稱得上是空間組織體系的一種變革。

(3)為空間組織的動態(tài)調(diào)整以及多種方案的比較篩選提供了有力的技術支持 GIS由于數(shù)據(jù)更新的快捷性、空間分析的實時性以及更有效的信息訪問能力，能夠通過更多更廣泛的渠道獲取信息，對空間組織的動態(tài)調(diào)整提供了良好的技術支持。尤其是運用空間模擬分析能力可使其在更大范圍內(nèi)探討多種空間組織方案成為可能。

(4)增強了空間組織決策分析的合理性 利用GIS技術對空間信息數(shù)據(jù)具有強大的分析和存儲管理的能力，可以輔助設計師對空間組織方案的模擬、選擇、評估等做出最優(yōu)且合理的設計決策，并可實現(xiàn)對空間組織區(qū)域內(nèi)自然、社會、經(jīng)濟條件等各要素的多因子疊加分析。通過對GIS中圖層的疊加緩沖區(qū)以及最佳路徑自動匹配等空間分析，從而實現(xiàn)對產(chǎn)業(yè)園的空間規(guī)劃，如功能區(qū)、公共空間、公共設施的選址、人流車流、居住區(qū)、最佳路線等做出合理最優(yōu)安排與決策等，這些是傳統(tǒng)空間組織設計手法所無法完成和達到的。

(5)空間信息數(shù)據(jù)繁多量大、使用方便、便于交流與溝通 空間組織主要涉及到大量的社會、經(jīng)濟資料基礎數(shù)據(jù)、自然地理空間數(shù)據(jù)等等，如人工處理大量數(shù)據(jù)不僅速度慢，而且效率低。GIS技術可以管理大容量的數(shù)據(jù)，支持多種形式的空間數(shù)據(jù)，不但具有查詢、疊加、聚類、網(wǎng)絡、鄰近空間信息的能力，還具有良好的數(shù)據(jù)維護更新能力，對空間組織分析的理性化具有重要的意義和價值。

(6)GIS介入空間組織領域，改進制圖能力，提高空間組織的可視性、通用性和空間組織的效率，縮短設計周期的同時保證了空間組織成果的質(zhì)量。

(7)借助GIS可以對空間組織的實施進行監(jiān)督反饋，并對空間組織方案進行調(diào)整，使空間組織處于一個順暢的良性循環(huán)中。

2.3 GIS技術在產(chǎn)業(yè)園空間組織中應用的特點與優(yōu)勢

目前，產(chǎn)業(yè)園空間組織方案常規(guī)的設計方式是先手繪草圖，然后在自動計算機輔助設計軟件AutoCAD(Autodesk Computer Aided Design)中進行二維的深化設計。雖然制圖直接，但由于整個工作過程自始至終是面向設計結果而不是面向設計過程，所以造成方案設計與前期的現(xiàn)狀分析及后期的方案分析之間的相互割裂和銜接不暢，尤其是可能導致分析圖制作、指標統(tǒng)計等后期工作費工費力。而在產(chǎn)業(yè)園空間組織中，應用GIS技術可以有如下的特點和優(yōu)勢[17]。

(1)基于GIS的產(chǎn)業(yè)園空間組織的應用方法在此階段是運用地理信息設計工具，直接在現(xiàn)狀分析圖上進行草圖設計，通過GIS平臺直觀分析數(shù)據(jù)，從而真正地將設計與分析結合起來。在方案深化和多方案比較的工作中，憑借ArcGIS參數(shù)化建模的優(yōu)勢，每次調(diào)整方案，其指標統(tǒng)計和專題分析結果都可以半自動刷新，從而動態(tài)實時地反饋方案設計，實現(xiàn)方案設計和分析的高度融合。

(2)成果輸出階段，在GIS中顯示或隱藏特定的數(shù)據(jù)層就可以直接輸出方案和分析圖紙，無需后期加工。由于這種參數(shù)化制圖的工作量比利用AutoCAD、圖像處理軟件Adobe Photoshop等軟件的工作量小得多，設計師得以從繁重的圖紙繪制工作中解放出來，從而聚焦于產(chǎn)業(yè)園空間組織設計本身。伴隨著信息技術以及相關知識的深入研究與發(fā)展，GIS將會更加廣泛、科學、有效并充分地運用于城市空間組織設計及相關領域中去。

3 GIS技術在空間組織中應用的領域

3.1 GIS技術在數(shù)據(jù)的采集與管理方面的應用

GIS技術在城市規(guī)劃中數(shù)據(jù)的采集與管理方面的廣泛應用，不僅使空間組織的數(shù)據(jù)采集與管理向信息化、定量化和科學化的方向發(fā)展，而且使其更加適應城市快速發(fā)展的需要[12]。在數(shù)據(jù)的采集與管理方面的應用實例如圖2所示[17]。數(shù)據(jù)整理的應用實例如圖2(a)所示，可以整理原有資料和遙感數(shù)據(jù)源，通過與傳統(tǒng)CAD等軟件的聯(lián)合，方便查詢、統(tǒng)計與成果輸出。信息管理的應用實例如圖2(b)所示，將不同規(guī)劃成果進行整體管理，可以優(yōu)化管理數(shù)據(jù)、為管理者提供更好的統(tǒng)計與查詢服務。因子統(tǒng)計的應用實例如圖2(c)所示，GIS可以將用地屬性、地形地貌、水文地理、社會經(jīng)濟、人口分布、人口構成、建筑強度、建筑的高度等影響因子的空間位置、分布特征、相互關系作描述和統(tǒng)計，輔助進行空間組織設計。

圖2 GIS技術在規(guī)劃數(shù)據(jù)的采集與管理方面的應用實例圖

3.2 GIS技術在三維可視化方面的應用

GIS技術的三維可視化是將空間數(shù)據(jù)與復雜的屬性數(shù)據(jù)整合在一起顯示，簡單而直觀。在城市內(nèi)的規(guī)劃和建筑過程中，GIS技術可以用更加生動形象的動態(tài)三維可視化模型顯示城市內(nèi)自然地理和社會經(jīng)濟等各個因素的空間位置與關系，在此基礎上，可以通過GIS的空間分析功能為設計人員和決策者提供更加科學合理的設計建議與意見。

目前，三維可視化工具不僅逐漸廣泛的被政府決策者、城市規(guī)劃人員、建筑師和土地審批部門所使用，而且也被相關人員應用到考察設計項目、參與土地利用以及評估可持續(xù)的效果等方面[14]。GIS技術在三維可視化方面的應用實例如圖3所示。

地形可視化應用實例如圖3(a)所示，利用GIS技術的創(chuàng)建不規(guī)則四面體網(wǎng)格TIM(Tetrahedralized Irregular Mesh)功能，可以快速產(chǎn)生三維場景建模。能夠在數(shù)字環(huán)境中形象、直觀、快速的了解地形地貌和場地氛圍特征。通過模型，還可以進行坡度、坡向、地表徑流等分析，為空間組織提供便利。

地表物體可視化應用實例如圖3(b)所示，在不規(guī)則三角網(wǎng)TIN(Triangulated Irregular Network)模型的基礎上，GIS技術可以根據(jù)現(xiàn)狀圖片或資料所提供的建筑外輪廓和建筑高度快速生成建筑立體模型，能夠明確表達建筑的空間分布、建筑密度、建設用地狀況、道路布局等城市信息，為設計人員提供三維可視的地表物體分布情況。

方案模擬應用實例如圖3(c)所示，將其他計算機技術的三維數(shù)據(jù)(如草圖大師SketchUp模型等)與GIS相結合，可以對方案的細節(jié)進行建模，從而達到方案細節(jié)的即時模擬。

圖3 GIS技術在三維可視化方面的應用實例圖

3.3 GIS技術在空間分析與統(tǒng)計方面的應用

空間分析是基于地理對象的位置和形態(tài)特征的空間數(shù)據(jù)分析技術，GIS技術可以在空間成像的基礎上對目標進行不同的分析，主要進行地形分析、柵格數(shù)據(jù)分析、緩沖分析、網(wǎng)絡分析等4個方面的分析，可分別運用于現(xiàn)狀分析、方案設計、規(guī)劃管理等多個階段[15-16]。在GIS的空間分析方面的應用實例如圖4所示。

圖4 GIS技術在空間分析方面的應用實例圖

地形分析應用實例如圖4(a)所示，在城市設計中需要對用地進行坡度、坡向、水文等方面的分析，通過GIS軟件對等高線、高程點等信息的分析，建立TIM模型或者數(shù)字高程模型DEM(Digital Elevation Model)可以準確地了解其地形條件，為之后的設計和分析提供參考依據(jù)。

柵格分析應用實例如圖4(b)所示，城市設計往往受到多個因子的影響，通過對因子柵格化，可以將區(qū)域多因子問題簡化成單位空間的多因子問題，可以快速而科學地獲得量化評價結果。

緩沖分析應用實例如圖4(c)所示，在城市設計中，許多影響因素對鄰近區(qū)域的影響會隨著距離的遠近而改變。通過GIS技術的緩沖分析可以準確反映距離對各個因素的影響，使其在空間上的分析更加科學合理。

網(wǎng)絡分析應用實例如圖4(d)所示，交通網(wǎng)絡、市政管網(wǎng)等對城市設計有著重要的影響，通過GIS技術可以模擬現(xiàn)實中交通等網(wǎng)絡，然后在此基礎上，針對網(wǎng)狀結構體系進行優(yōu)化資源配置方面的計算與分析。

4 結語

目前，我國大尺度城市設計中GIS的應用已開始起步，正步入一個不斷完善的階段。但在中觀尺度的空間組織尤其是產(chǎn)業(yè)園空間組織及設計中，GIS技術的應用尚處于空白階段，其空間和屬性數(shù)據(jù)的管理還處于分離的狀態(tài)。隨著城市建設的快速發(fā)展，對產(chǎn)業(yè)園空間組織水平的要求日益提高，迫切需要具有強大的空間數(shù)據(jù)處理與分析功能的GIS技術做支撐。利用GIS強大的空間分析能力，能夠在很大程度上幫助設計人員對產(chǎn)業(yè)園空間組織方案進行直觀、理性的模擬、選擇和評估，從而有效改善傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)園空間組織中重文本、圖形以及定性分析和定量分析脫節(jié)的缺點。伴隨著相關知識的深入研究，GIS將更加廣泛、科學、有效并充分地運用于城市空間組織設計及相關領域中。