范 煒，朱 燁，王會(huì)影，沈 健

（1.蕪湖市灣沚區(qū)征地和土地整理開(kāi)發(fā)復(fù)墾中心，安徽 蕪湖 241199；2.南京國(guó)圖信息產(chǎn)業(yè)有限公司，江蘇 南京 210036）

0 引言

國(guó)土空間規(guī)劃是國(guó)家空間發(fā)展的指南、可持續(xù)發(fā)展的空間藍(lán)圖、各類(lèi)開(kāi)發(fā)保護(hù)建設(shè)活動(dòng)的基本依據(jù)[1]。如何建立與之匹配的技術(shù)手段，高效支撐有序的規(guī)劃實(shí)施及精準(zhǔn)的規(guī)劃審查，對(duì)于充分發(fā)揮規(guī)劃引領(lǐng)作用具有極其重要的影響[2-3]。傳統(tǒng)的規(guī)劃數(shù)據(jù)及規(guī)劃審查工作主要基于二維可視化技術(shù)和管理手段[4-5]，隨著城市快速發(fā)展，二維國(guó)土空間規(guī)劃和審查難以滿(mǎn)足現(xiàn)代應(yīng)用需求，二維數(shù)據(jù)的平面性、單一性難以反映現(xiàn)實(shí)的立體城市風(fēng)貌，易造成景觀不協(xié)調(diào)、空間管控難實(shí)現(xiàn)、人居體驗(yàn)差等問(wèn)題[6-7]。

三維地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)作為展現(xiàn)空間形態(tài)的最直接手段，是實(shí)現(xiàn)國(guó)土空間規(guī)劃業(yè)務(wù)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的必然選擇，能夠有效支撐規(guī)劃成果展示立體化、規(guī)劃設(shè)計(jì)方案審查標(biāo)準(zhǔn)化，對(duì)于提升城市管理和開(kāi)發(fā)利用水平具有重要意義[8-9]，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)展了三維GIS 手段輔助國(guó)土空間規(guī)劃基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、規(guī)劃編制及實(shí)施監(jiān)督等維度的相關(guān)研究[10-13]。結(jié)合國(guó)土空間規(guī)劃“五級(jí)三類(lèi)”的管理體系，面向總體規(guī)劃、詳細(xì)規(guī)劃、專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃等不同類(lèi)型的規(guī)劃，三維GIS 的融合應(yīng)用對(duì)規(guī)劃數(shù)據(jù)治理、規(guī)劃編制實(shí)施、規(guī)劃評(píng)估監(jiān)督等工作具有重要作用。例如，基于傾斜攝影、精細(xì)模型等構(gòu)建的基礎(chǔ)底圖數(shù)據(jù)，可以提供更加真實(shí)且直觀的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，能夠在總體規(guī)劃、詳細(xì)規(guī)劃等規(guī)劃編制過(guò)程中綜合兼顧地區(qū)風(fēng)貌，合理劃分功能分區(qū)、設(shè)置管控指標(biāo)等。三維參數(shù)化建模、三維空間分析等技術(shù)方法有助于快速、高效地構(gòu)建更小尺度下的核心區(qū)城市設(shè)計(jì)、單個(gè)建設(shè)工程規(guī)劃設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)化三維方案，并通過(guò)三維空間分析實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)方案合規(guī)性，助力實(shí)現(xiàn)日益精細(xì)化、體系化的空間要素管控。

近年來(lái)，《實(shí)景三維中國(guó)建設(shè)技術(shù)大綱（2021版）》《自然資源部辦公廳關(guān)于全面推進(jìn)實(shí)景三維中國(guó)建設(shè)的通知》等文件[14-15]相繼發(fā)布，為實(shí)景三維數(shù)據(jù)的采集、管理及應(yīng)用提供了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。在此背景下，灣沚區(qū)結(jié)合現(xiàn)有規(guī)劃相關(guān)業(yè)務(wù)的迫切需求，研究并實(shí)現(xiàn)了基于實(shí)景三維的建設(shè)工程規(guī)劃設(shè)計(jì)方案輔助構(gòu)建及審查；采用構(gòu)建的地形級(jí)、城市級(jí)、部件級(jí)等實(shí)景三維數(shù)據(jù)，結(jié)合國(guó)土空間規(guī)劃數(shù)據(jù)及建設(shè)工程規(guī)劃設(shè)計(jì)方案的構(gòu)建和審查需求，開(kāi)展了總體思路、架構(gòu)設(shè)計(jì)、技術(shù)體系、服務(wù)功能等方面設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，提供規(guī)劃成果全方位展示、三維規(guī)劃設(shè)計(jì)方案構(gòu)建與對(duì)比、方案立體化評(píng)審、規(guī)劃設(shè)計(jì)輔助決策等多維應(yīng)用。以實(shí)際應(yīng)用需求為導(dǎo)向，助力灣沚區(qū)建設(shè)工程規(guī)劃設(shè)計(jì)方案的全方位、多層次、數(shù)字化展示和評(píng)審，充分發(fā)揮了實(shí)景三維成果的價(jià)值，有效提升了數(shù)智化的服務(wù)效能和服務(wù)水平。

1 需求分析

建設(shè)工程規(guī)劃設(shè)計(jì)方案審查結(jié)果是建設(shè)工程規(guī)劃許可證核發(fā)的重要依據(jù)，為貼合場(chǎng)景應(yīng)用，本文對(duì)灣沚區(qū)建設(shè)工程規(guī)劃設(shè)計(jì)方案審查的核心業(yè)務(wù)需求進(jìn)行了具體分析，全面梳理了灣沚區(qū)審查過(guò)程中用地性質(zhì)、規(guī)劃指標(biāo)、建筑造型、風(fēng)貌管控等方面的要求，促進(jìn)三維參數(shù)化建模、三維空間分析、三維空間數(shù)據(jù)可視化等專(zhuān)項(xiàng)技術(shù)與業(yè)務(wù)場(chǎng)景的深度融合。

（1）規(guī)劃設(shè)計(jì)方案靈活構(gòu)建的需求?，F(xiàn)有的規(guī)劃設(shè)計(jì)方案構(gòu)建主要基于二維圖紙，存在平面化、不直觀等缺點(diǎn)；基于專(zhuān)業(yè)建模軟件的三維構(gòu)建方案存在耗時(shí)且專(zhuān)業(yè)操作性強(qiáng)、缺少空間位置信息等問(wèn)題，并且仍需在規(guī)劃底圖中進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、坐標(biāo)設(shè)置等操作，難以滿(mǎn)足日常工作中三維規(guī)劃設(shè)計(jì)方案快速、便捷構(gòu)建的應(yīng)用需求。

（2）評(píng)審指標(biāo)智能審核的需求。建設(shè)工程規(guī)劃設(shè)計(jì)方案評(píng)審的指標(biāo)體系較豐富，包括了空間管控類(lèi)、評(píng)價(jià)類(lèi)及環(huán)境類(lèi)等維度指標(biāo)。以往的審核及分析過(guò)程主要依靠人工，易造成分析不全面、結(jié)果不準(zhǔn)確等問(wèn)題，亟需結(jié)合業(yè)務(wù)實(shí)際需求將審核指標(biāo)數(shù)字化和規(guī)則化，以支撐智能輔助指標(biāo)的自動(dòng)審查，從而執(zhí)行更規(guī)范、高效的規(guī)劃實(shí)施監(jiān)督。

（3）建筑風(fēng)貌立體管控的需求。隨著城市規(guī)劃建設(shè)管理水平的持續(xù)提升，城市建筑風(fēng)貌的品質(zhì)日益受到重視。傳統(tǒng)的二維規(guī)劃數(shù)據(jù)無(wú)法直觀展示規(guī)劃的實(shí)際可視化效果，制約了管理人員對(duì)數(shù)字化環(huán)境視域長(zhǎng)廊、天際線等的精準(zhǔn)把控?；诘匦巍⑦b感影像、傾斜攝影等二維和三維數(shù)據(jù)構(gòu)建更加豐富、真實(shí)的底圖，對(duì)于支撐城市建筑風(fēng)貌建立、強(qiáng)化建筑風(fēng)貌品質(zhì)至關(guān)重要。

2 技術(shù)路線

2.1 總體思路

圍繞灣沚區(qū)建設(shè)工程規(guī)劃設(shè)計(jì)方案構(gòu)建及審查的應(yīng)用特點(diǎn)和迫切需求，本文以灣沚區(qū)現(xiàn)有的二維和三維時(shí)空數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，融合地形、遙感影像、傾斜攝影、白模等多源數(shù)據(jù)，支撐三維現(xiàn)實(shí)空間抽象后的實(shí)景化、立體化表達(dá)，構(gòu)建三維“一張圖”，為業(yè)務(wù)應(yīng)用提供高質(zhì)量的底圖支撐?；趨?shù)化建模技術(shù)研究規(guī)劃設(shè)計(jì)方案的在線構(gòu)建方法，管理人員能夠輸入建筑高度、建筑朝向等基本信息，在“一張圖”場(chǎng)景中自動(dòng)生成規(guī)劃設(shè)計(jì)方案，通過(guò)構(gòu)建便捷化方案促進(jìn)三維GIS 技術(shù)在輔助規(guī)劃中的深度應(yīng)用。同時(shí)，數(shù)字化規(guī)劃要素的業(yè)務(wù)屬性、指標(biāo)規(guī)則等信息，依據(jù)國(guó)土空間規(guī)劃的管控要求，面向規(guī)劃設(shè)計(jì)方案的自動(dòng)審查、三維空間分析等功能形成數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智能決策支持能力，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、平臺(tái)化服務(wù)模式創(chuàng)新，總體思路如圖1所示。

圖1 總體思路

2.2 架構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)合《自然資源部信息化建設(shè)總體方案》《實(shí)景三維中國(guó)建設(shè)技術(shù)大綱（2021 版）》等建設(shè)要求，灣沚區(qū)建設(shè)工程規(guī)劃設(shè)計(jì)方案輔助構(gòu)建及審查應(yīng)用主要基于實(shí)景三維國(guó)土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)建設(shè)，以平臺(tái)匯聚的各類(lèi)二、三維數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，總體上遵循基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)資源層、平臺(tái)支撐層、應(yīng)用服務(wù)層和用戶(hù)層的架構(gòu)設(shè)計(jì)，構(gòu)建“數(shù)據(jù)+平臺(tái)+應(yīng)用”的模式，平臺(tái)總體架構(gòu)如圖2 所示。通過(guò)在平臺(tái)數(shù)據(jù)體系中抽取、匯總規(guī)劃專(zhuān)題的二、三維數(shù)據(jù)集，依托國(guó)土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)的資源管理、智能分析、可視化、統(tǒng)一認(rèn)證等功能，聚焦建設(shè)工程規(guī)劃設(shè)計(jì)方案評(píng)審業(yè)務(wù)需求，研發(fā)提供規(guī)劃成果全方位展示、規(guī)劃設(shè)計(jì)方案構(gòu)建、規(guī)劃設(shè)計(jì)方案對(duì)比、三維立體化評(píng)審、規(guī)劃設(shè)計(jì)輔助決策等功能，為開(kāi)展全面高效的業(yè)務(wù)提供數(shù)智化的服務(wù)支撐。

圖2 總體架構(gòu)

2.3 技術(shù)體系

為保障系統(tǒng)的可擴(kuò)充性、易維護(hù)性、開(kāi)放性和統(tǒng)一性，本文以資源集中利用、核心能力復(fù)用共享為目標(biāo)，充分利用微服務(wù)、知識(shí)規(guī)則、新一代三維GIS 等技術(shù)，統(tǒng)籌整合業(yè)務(wù)應(yīng)用與服務(wù)的技術(shù)體系，以數(shù)據(jù)引擎、服務(wù)引擎、可視化引擎、知識(shí)引擎為支撐，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)應(yīng)用與服務(wù)的統(tǒng)一部署與分發(fā)，通過(guò)多端、多模式形成不同終端用戶(hù)的業(yè)務(wù)應(yīng)用。具體技術(shù)體系如圖3 所示。

圖3 技術(shù)體系

（1）數(shù)據(jù)引擎。為滿(mǎn)足多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理和應(yīng)用共享，激發(fā)各類(lèi)數(shù)據(jù)蘊(yùn)含的潛力，基于平臺(tái)匯聚的二、三維數(shù)據(jù)，采用多源、多尺度、結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化等數(shù)據(jù)融合技術(shù)，支持三維地形、建筑白模、產(chǎn)權(quán)體、傾斜攝影、建筑信息模型（building information modeling，BIM）等多類(lèi)型、全要素、多服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)融合和管理，能夠適應(yīng)不同數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，滿(mǎn)足集中應(yīng)用需求。

（2）服務(wù)引擎。針對(duì)地形級(jí)、城市級(jí)、部件級(jí)等數(shù)據(jù)類(lèi)型，提供矢量瓦片、空間三維模型（spatial 3D model，S3M）、Web 要素服務(wù)（web feature service，WFS）、Web 地圖服務(wù)（web map service，WMS）等服務(wù)，通過(guò)構(gòu)建的服務(wù)引擎對(duì)外提供統(tǒng)一服務(wù)，能夠面向多端、多平臺(tái)的服務(wù)需求，實(shí)現(xiàn)無(wú)插件與跨平臺(tái)的二、三維一體化數(shù)據(jù)服務(wù)集成發(fā)布能力。

（3）可視化引擎。采用數(shù)據(jù)壓縮、跨域并發(fā)請(qǐng)求、渲染優(yōu)化等方式，實(shí)現(xiàn)了支撐大場(chǎng)景、高效率、低延時(shí)的三維GIS 可視化技術(shù)方案，能夠有效增強(qiáng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、規(guī)劃專(zhuān)題等數(shù)據(jù)的可視化表達(dá)能力，可根據(jù)不同的應(yīng)用需求顯示不同細(xì)節(jié)層次的模型，為高效的可視化和數(shù)據(jù)分析提供便利。

（4）知識(shí)引擎。通過(guò)構(gòu)建豐富的分析算子，提供三維場(chǎng)景、三維建筑模型等數(shù)據(jù)的可視域、通視、天際線等三維空間分析，并基于指標(biāo)庫(kù)、規(guī)則庫(kù)、模型庫(kù)構(gòu)建智能決策體系，能夠支撐三維空間上計(jì)算規(guī)劃設(shè)計(jì)方案指標(biāo)，形成面向具體場(chǎng)景的輔助決策能力。

3 服務(wù)功能

3.1 規(guī)劃成果全方位展示

為支撐規(guī)劃設(shè)計(jì)成果的立體化、真實(shí)化表達(dá)，本文結(jié)合已有的數(shù)字高程模型（digital elevation model，DEM）、數(shù)字正射影像圖（digital orthophoto map，DOM）、傾斜攝影等實(shí)景三維地理場(chǎng)景類(lèi)數(shù)據(jù)，融合區(qū)域內(nèi)的規(guī)劃數(shù)據(jù)，形成服務(wù)于建設(shè)工程規(guī)劃設(shè)計(jì)方案輔助構(gòu)建及審查的三維場(chǎng)景，在地圖中進(jìn)行全方位展示。例如，針對(duì)總體規(guī)劃方案展示，在三維場(chǎng)景下以不同顏色渲染展示地塊的規(guī)劃用地類(lèi)型，支持查看三維控制性詳細(xì)規(guī)劃，可以根據(jù)地塊控高、容積率等對(duì)地塊進(jìn)行三維高度拉升，形成相應(yīng)的控制性詳細(xì)規(guī)劃盒子，從三維體塊角度查看控制性詳細(xì)規(guī)劃，并能夠查看不同地塊的控制性詳細(xì)規(guī)劃指標(biāo)要求。

3.2 規(guī)劃設(shè)計(jì)方案構(gòu)建

本文采用參數(shù)化建模方法，實(shí)現(xiàn)在三維場(chǎng)景中快速構(gòu)建規(guī)劃設(shè)計(jì)方案，滿(mǎn)足實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整、及時(shí)展現(xiàn)方案效果的應(yīng)用需求，規(guī)劃設(shè)計(jì)方案構(gòu)建如圖4 所示。通過(guò)系統(tǒng)模型庫(kù)中預(yù)置的建筑模型或建筑基地輪廓線繪制和相應(yīng)參數(shù)設(shè)置的方式，快速構(gòu)建三維規(guī)劃設(shè)計(jì)方案，可以對(duì)目標(biāo)單體建筑的層數(shù)、方位、朝向、材質(zhì)和任意層的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，能夠有效提高方案的設(shè)計(jì)效率。

圖4 規(guī)劃設(shè)計(jì)方案構(gòu)建

3.3 規(guī)劃設(shè)計(jì)方案對(duì)比

針對(duì)規(guī)劃設(shè)計(jì)方案構(gòu)建過(guò)程中的多方案比較需求，本文提供了多屏對(duì)比功能，可對(duì)多個(gè)設(shè)計(jì)方案或不同的調(diào)整結(jié)果進(jìn)行比較，從中選擇較優(yōu)方案。同時(shí)，支持對(duì)每個(gè)分屏下規(guī)劃項(xiàng)目的位置、高度、朝向、體量、形態(tài)等屬性進(jìn)行靈活調(diào)整，并在對(duì)比場(chǎng)景中融入了河流、湖泊、道路等不同粒度的實(shí)景三維地理實(shí)體，便于用戶(hù)從不同維度對(duì)方案的空間形態(tài)、建筑風(fēng)貌、業(yè)務(wù)合規(guī)性等進(jìn)行統(tǒng)籌考慮，輔助城市規(guī)劃決策。

3.4 三維立體化評(píng)審

面向項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案與規(guī)劃指標(biāo)的符合度評(píng)審，本文構(gòu)建了三維立體化評(píng)審體系，為建設(shè)方案提供定性和定量的輔助分析手段，從空間形態(tài)、指標(biāo)參數(shù)等方面佐證方案。提供不同類(lèi)型的三維空間分析工具，包括控制性詳細(xì)規(guī)劃盒子分析、限高分析、貼線率計(jì)算、天際線分析、通視分析等，從三維空間計(jì)算建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，并以直觀的形式將分析結(jié)果立體可視化，滿(mǎn)足規(guī)劃設(shè)計(jì)方案各類(lèi)指標(biāo)的高效、精確評(píng)審需求。

3.5 規(guī)劃設(shè)計(jì)輔助決策

結(jié)合項(xiàng)目智能選址、合規(guī)性分析等規(guī)劃決策應(yīng)用場(chǎng)景，本文構(gòu)建了分析算子，能夠進(jìn)行自動(dòng)化分析，并通過(guò)多維統(tǒng)計(jì)圖表、智能報(bào)告與實(shí)景三維場(chǎng)景相結(jié)合的方式可視化結(jié)果，為規(guī)劃設(shè)計(jì)方案提供決策依據(jù)。例如，項(xiàng)目智能選址支持通過(guò)用地性質(zhì)及控制性指標(biāo)查詢(xún)符合條件的地塊，并可對(duì)選中的地塊進(jìn)行合理性分析和評(píng)估。同時(shí)，還提供了合規(guī)性分析，檢查項(xiàng)目的擬選址范圍是否符合國(guó)土空間規(guī)劃的管控要求，為項(xiàng)目生成及用地審批提供參考。還包括待開(kāi)發(fā)用地指標(biāo)分析，能夠統(tǒng)計(jì)分析各類(lèi)待開(kāi)發(fā)用地情況，支持自定義范圍內(nèi)的拆遷影響情況分析并可計(jì)算拆遷成本等。

4 結(jié)語(yǔ)

如何通過(guò)三維手段輔助更科學(xué)的空間要素管控，對(duì)于城市建設(shè)和發(fā)展具有重要意義。本文面向?yàn)硾b區(qū)建設(shè)工程規(guī)劃設(shè)計(jì)方案構(gòu)建及審查的業(yè)務(wù)需求，實(shí)現(xiàn)了多類(lèi)場(chǎng)景應(yīng)用，有效提升了規(guī)劃管控水平。（1）對(duì)規(guī)劃地塊進(jìn)行了全方位、立體化展示，實(shí)現(xiàn)一圖清晰概覽全區(qū)各類(lèi)用地分布，為灣沚區(qū)項(xiàng)目引進(jìn)提供了資源底圖。（2）基于設(shè)定的三維建筑模型，能夠從三維空間計(jì)算設(shè)計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，從而判斷項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案與規(guī)劃指標(biāo)的符合度，輔助城市風(fēng)貌管控。（3）通過(guò)三維規(guī)劃輔助分析實(shí)現(xiàn)智能選地，自動(dòng)分析展示符合條件的地塊，打造資源配置的“最強(qiáng)大腦”，并可通過(guò)指標(biāo)分析支撐精準(zhǔn)安排用地計(jì)劃，助力大美灣沚建設(shè)。

三維GIS 技術(shù)在國(guó)土空間規(guī)劃領(lǐng)域的應(yīng)用融合仍有巨大的價(jià)值潛力。下一步，本文將持續(xù)研究三維場(chǎng)景下的地下空間規(guī)劃審查及虛擬現(xiàn)實(shí)（virtual reality，VR）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（augmented reality，AR）技術(shù)支撐下的規(guī)劃項(xiàng)目展示和評(píng)估等內(nèi)容，仍需持續(xù)探索全面的三維國(guó)土空間規(guī)劃實(shí)踐，從而推動(dòng)建立全方位、全鏈條的數(shù)智化規(guī)劃管控體系。