信息化背景下城市设计编制数字技术应用探索——以广州白云新城地区城市设计为例/ 梁晓翔 郭文博 荣颖

——以广州白云新城地区城市设计为例An Exploration of Digital Technology Urban Design: A Case Study on Baiyun New Town in Guangzhou

South Architecture - - Contents - 1 2 3 梁晓翔 郭文博 荣颖Liang Xiaoxiang Guo Wenbo Rong Ying

摘要 规划信息化背景下,城市设计编制面临着提升自身科学性的难题。信息化和数字技术方法,为城市设计编制带来新的工作思路和技术方法,能有效得提高城市设计科学性、有效性,提升城市设计编制和管理的工作效率。文章对目前城市设计数字技术应用情况进行了分析总结,提出了城市设计数字技术应用框架,对城市设计编制各阶段技术应用内容进行介绍,介绍了编制过程中标准化、科学化、可视化、精细化和协同化五项内容要求,以白云新城地区城市设计优化项目为例,介绍编制过程中数字技术的应用经验。

关键词 城市设计;信息化;数字技术;白云新城

ABSTRACT Chinese National Informatization Plan proposed that it's necessary to improve urban construction and management. It is a problem for urban design to be more scientific. The digital technology is proved to be useful for Urban design. The paper summarizes the practice of urban design digital technology, describes a framework of urban design digital technology and points out fiverequirements for urban design digital technology. At last it introduces the experience of urban design digital technology in Baiyun New Town.

KEY WORDS urban design; informatization; digital technology; Baiyun New Town

中图分类号 TU984文献标识码 A

DOI 10.3969/j.issn.1000-0232.2017.04.055 文章编号 1000-0232(2017)04-0055-06

作者简介 1高级工程师;2助理工程师,通讯作者,电子邮箱:guo0o0@qq.com;1&2广州市城市规划勘测设计研究院; 3

广州市城市规划设计所,助理工程师 前言

2016 年 12月国务院出台的《“十三五”国家信息化规划》,对我国信息化发展制定了行动指南,其中指出信息化建设要牢固树立创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念,提出要打造智慧高效的城市治理,提升城市规划建设和精细化管理服务水平[1]。城市设计作为重要的规划类型,随着我国城市建设“由量向质”的发展转变,越来越被城市管理者看重,在城市规划体系中的地位日益提升。中央城市工作会议提出“要提升规划水平,增强城市规划的科学性和权威性,促进多规合一,全面开展城市设计”。住房和城乡建设部也于今年初正式颁布了《城市设计管理办法》,从政策法规层面加强了城市设计的法律效力。

目前我国城市规划设计已进入“存量”时代,不少学者对于存量时代规划设计的理论、问题、方法、实施路径等进行了研究[2-4]。与“增量”时代的“白纸绘蓝图”式的城市设计相比,“存量”时代的城市设计,需要面临更为复杂的建成环境。多年的城市建设,沉积了大量的土地权属、工程建设环境、市政管线、经济社会和部门管理信息。城市设计的成功与否,有赖于这些信息的科学处理和分析,而传统的信息处理和分析方式,在面对如今大量、复杂的基础资料时,已显得“力不从心”。城市设计一直将“以人为本”作为基本理论,但传统的描述人的行为的数据获取成本较高,城市设计较难以掌握和分析规划区域内人们的活动规律和诸多诉求,需要

从制度管理、法制建设、技术手段多重方式提高城市设计阶段公众参与质量水平[5]。

城市规划设计数字技术,为城市设计编制带来新的工作思路和技术方法,本文希望结合数字技术应用的最新研究进展,对城市设计编制全过程的数字技术应用进行介绍和研究分析,总结出城市设计编制方面数字技术的技术框架和编制要求,指导城市设计编制阶段的数字技术应用工作。

1城市设计中数字技术应用现状

目前我国大多数城市已建成了用于城市规划管理的信息系统,在规划管理、规划监督及公众参与等业务方面取得了一些成绩[6]。在规划管理方面,完成了对土规、总规、控规、修详规的“一张图”管理工作,实现了规划数据的储存、查询、分析、编辑等功能。近年来,不少学者应对大数据、智慧城市等新的技术和发展趋势,对规划信息化进行了进一步研究[7]。金贤锋等 [8],认为大数据技术很好地满足了规划科学化的诉求,通过海量数据的获取和分析,能够描述和总结特定空间内人地系统的运行规律,并提出了面向大数据的规划信息化建设框架。甄峰等[9],在论述智慧城市顶层设计总体框架时,指出城市规划利用信息化、大数据等新技术,发挥空间规划的核心作用,贯彻智慧城市“高效”和“人本”的要求,动态实时掌握城市居民的关注热点、活动特征与空间规划的关系,解决城市运行中的问题[10]。

在城市设计领域,不少城市从城市设计管理的业务需求出发,基于原有的城市规划管理信息系统基础,增加城市设计管理的相关功能。田峰、赵中元、王磊等[11-13],对三维城市设计平台的建设进行了研究,论述了建设城市设计管理信息平台的重要性、必要性,提出了城市设计信息化管理的内容、框架,并介绍了相关案例与实践经验。朱广堂 [14]、徐军 [15] 等对 BIM软件的城市规划管理应用进行了研究,论述了BIM技术对于城乡规划微环境及管理辅助决策的作用和优势,对于城市设计科学化、精细化发展有着十分重要的借鉴意义。在城市设计编制方面,钮心毅[16]、洪成[17]、胡尚如[18]、

[19]

潘慧 等,介绍了城市设计以GIS为工作平台的优势,探索了基于GIS平台的城市设计工作方法,但同时指出,城市设计在今后相当长的时间内,还是主要以AutoCAD为主要技术工具,需同时结合其他数字化技术软件进行编制。城市设计通过大数据技术可以收集到大量人的时空行为的基础数据,方便城市设计过程中进行相关量化

[20]

分析。田宝江 等利用手机信令数据,识别和分析居民活动的时空特征,结合传统的定量分析方法进行了慢行 系统规划设计,并再次应用大数据对设计方案进行了合理性验证。在城市设计过程中,数字技术应用极大地拓

[21]展了城市设计的定量分析能力。王建国 等在南京老城高度空间形态研究中,利用GIS技术,构建了城市形态影响要素模型,提出了针对大尺度城市空间形态的量化评析技术方法。钮心毅等 [22、23],利用三维 GIS 的可视性分析功能和天际线分析功能,分别构建了建成环境空间开敞度和城市天际线评价的定量分析方法。

综上所述,城市设计编制的信息化、数字化建设,能有效提高城市设计编制的工作效率、科学性和有效性,使设计人员节省大量非必要工作时间和精力,可以更加专注于设计内容本身。另外,信息化的设计成果,更能满足规划信息化的管理需求,能在公众参与、智慧城市建设等方面提供有效支持。

2城市设计中的数字技术应用框架与内容

城市设计的内涵不断发展完善,其所运用的理论和技术方法在不断丰富,本文基于城市设计编制过程构建了数字技术应用框架(图1),将城市设计的3个主要过程(基础数据整合收集、过程分析与方案设计、成果表达),与贯穿整个过程的共享协作工作,作为城市设计编制的四个主要工作内容和阶段。在基础数据整合收集阶段,城市设计对基础数据进行收集、提取、加工,进行标准化处理,为过程分析和方案设计提供基础数据;在过程分析和方案设计阶段,建立“分析-评价模型”,通过“分析 -设计-评价”三个环节不断反馈、循环,对城市设计方案进行优化;在成果表达阶段,城市设计成果形成文本成果、二维矢量成果和三维模型成果,满足不同的表达和精细度需求;在共享协作方面,工作协同的技术方法主要影响到团队整体的工作效率和内外交流的沟通效率,公众参与过程可通过众规平台等技术手段,大幅提高公众参与程度和工作效率[24]。

在城市设计编制的各个阶段,对于数字技术的要求有所侧重,针对各个阶段的工作特点,总结归纳信息化时代城市设计编制的要求为标准化、科学化、可视化、精细化和协同化五项内容。

2.1城市设计基础数据与成果的标准化制作要求

数据和成果的标准化是城市设计编制信息化基础。在基础数据整合收集阶段,城市设计首先要处理多种多样的基础数据,包括地形数据、房屋测绘数据、卫星影像、地质资料、水文资料等,不仅数据量大,而且数据类型多样。如果不经过标准处理而直接储存和应用,会面临数据调阅、处理、使用困难,在多种软件之间耗费精力和时间。这就要求对基础数据进行标准化处理,通过“收

集 -提取-加工-整合”四个环节,收集可用数据,剔除冗余数据,将非空间数据空间化,统一各数据坐标系,并建立数据库来统一管理基础数据。

城市设计成果的标准化要求是指对文本、二维矢量和三维模型三类成果,制定统一的图面表达、数据格式、模型制作、信息承载要求。目前不少城市出台了城市规划设计成果的信息化制作要求。《广州市城乡规划一张图制作规范(草案)》中对城市设计总平面、三维模型制作、分析图的制作有着简要说明。以此为基础,城市设计成果,应该形成完整的标准体系,包括成果构成、内容构成、格式规范、表达方式四个方面。目前阶段,城市设计尚未针对管理需求梳理出核心内容或需要上网建库的内容构成,也未对具体的图层组织、线型、颜色等作出具体的要求,此部分内容需要在城市设计编制和管理实践之中进行进一步研究总结。

2.2 城市设计分析过程的科学化要求

城市设计分析过程的科学化要求是指城市设计编制过程中需要以科学计算方式对地块的地理条件、物理环境、日照情况进行模拟,最真实反映实际情况,并能借用最新理论技术,定量地对目标区域进行包括地块发展 潜力、地块开发强度、地块建筑高度、空间活力等方面的分析评价。

例如在方案设计前期,对区域内地块进行地块发展潜力、开发强度一系列分析,依据基础数据中收集的住房售价、店铺租金、人流量等社会经济数据,结合城市交通、地理条件等空间数据,通过层次分析法和叠加分析方式,对区域进行开发潜力评价,再结合“三规合一”成果验证,对整个区域进行开发强度赋值。

方案设计之中,通过 SketchUp 软件进行形态推演模拟时,可利用 SketchUp的“日照大师插件”,对整个区域的建筑日照情况进行快速实时分析,依据分析结果对方案进行相应的修正,满足当地日照规范要求。

2.3 城市设计编制成果的可视化、精细化要求

城市设计成果的三维可视化,不仅可以帮助设计人员直观地对城市设计成果进行推敲和修改,还可以满足城市管理人员对于管控可视化、直观化的需求,并可以将直观的三维成果直接展示给公众进行评价,避免了以往平面成果对普通公众理解造成障碍。在编制过程阶段,三维可视化工具已经应用普遍,不再赘述,而在可视化对接管理需求和对接共享的需求下,尚无太多研究。

在对接管理方面,城市设计导则作为规划管理人员的管控依据,导则的三维化表达,可直观的展示城市设计的控制要求。在出具城市设计条件阶段,规划管理部门可向业主单位提供三维化的城市规划条件,包含项目周边所有地形、建筑信息和城市设计导则,相较于文字和图纸,三维化的城市设计条件直观丰富的信息内容,对建筑方案创作产生极大便利。在规划审查阶段,规划管理人员将具体的项目套入到三维图形之中,与城市设计导则进行直接对比,清晰显示项目与城市设计导则的符合程度,降低规划审查难度,提升规划管理效率。

城市规划管理进入精细化管理时代,城市规划管理部门需要掌握大量精细化的设计内容,例如市政管线、市政地面设施、步行连廊等信息。传统的二维图纸化的信息共享方式效率过低,需要清晰、直观的技术来呈现给相关设计人员。目前这一需求已经在Skyline、CityEngine 等智慧城市软件中得到满足,将这些信息切片打包给相关设计人员,并要求相关设计人员提供标准的数字成果,城市规划管理部门便可对设计内容进行接驳和冲突检测,大大提高了城市规划管理效率。

2.4 城市设计编制的协同化要求

当前城市设计编制工作呈现多团队合作、动态实时的工作特点,这就要求设计团队具有及时、共享、协同的工作模式。对于基础数据和成果数据,要求形成一种共享开放机制,通过统一存储、动态更新、及时发布的

方式,将分散的各种数据成果聚合起来,为各专业团队规划设计提供全方位的支撑 [25]。

在协同工作方面,需要建立城市设计合作机制,对各专业之间的合作方式、工作内容、审查内容、流程机制等做出规定。并能在多专业的协作之中,可以实现成果共享、信息查询、版本管理、动态更新发布、实时查看、工作追踪等诸多功能。上述应用和平台的实现,可以以 WebGIS、ArcGISServer 作为主要平台,配合其他数据开发应用技术,构建信息资源协同系统[26],也可以购买商业化云平台技术,例如欧特克(Autodesk)公司的 A360服务,方便快捷的获得系统平台并投入使用。

3白云新城地区城市设计案例

白云新城地区位于广州市主城区北部、白云山西麓,是广州市主城区北部重要的商贸文化中心。于2004 年旧白云机场搬迁后,经过十多年建设,城市结构和功能基本形成,重点项目陆续完成建设,已初步达到规划设计目标。2015年开展的白云新城地区城市设计优化项目,对白云新城地区的发展问题进行总结,制定了发展策略,以公共空间和景观品质为核心,从规划、建筑、景观、道交、市政、地下空间六个专业进行城市设计优化。项目在开展之初,确定了城市设计的信息化建设要求,对城市设计编制工作进行创新,保障了城市设计编制工作和后续地区规划师工作的顺利进行。

3.1 建立统一数据成果制作标准、探索城市设计精细化表达方式

在数据标准方面,建立数据储存标准,对数据储存的位置、命名、发布、格式进行规定,统一导入地理信息系统软件对基础数据进行统一管理,方便查询和分析;对城市设计成果的核心数据进行梳理提取,建立成果元数据编制标准(表1)和图纸成果制作标准(图2),对成果的文件名、图层组织方式、线型、颜色和线宽等细节作出详细规定,保证了各团队成员使用不同软件绘图所得成果的表达一致性,可方便在过程中及时进行沟通交流。并通过图例和说明文件,方便团队外人员解读成果和进行二次编辑,满足数据成果的标准化要求。在CAD数据标准基础之上,增加转换为GIS数据成果的绘制流程和要求,为对接广州城市设计管理信息化奠定基础。

除了二维成果外,本次城市设计探索精细化城市设计三维模型标准,探索城市设计要素的建模标准,“向上”对接广州市城市规划信息系统,“向下”对接建筑BIM信息要求。整个模型包含道路交通、场地设计、建筑设计、市政管线、景观绿化、地下空间六大部分内容。例如在精细化建模中,场地设计需要对路径、绿化、广场、

标高进行精确建模,建筑设计需要展现首层空间功能、首层界面、主要出入口、车行出入口、对外楼梯、地下空间出入口,市政管线模型需要展现地块市政管线情况。整个模型拼合在一起之后,设计和管理人员可便捷、直观地对整个区域多个项目的对接情况进行快速检查,对城市设计内容的合理性与未来实际建筑方案的合理性做出判断(图3、4)。

3.2综合运用多种数字技术提高城市设计编制科学性

在前期分析阶段,针对白云新城复杂的建成环境,建立完整前期分析框架(图5),对片区用地进行用地现状分析、三规合一分析、用地强度评价分析等。以ArcGIS为主要的工作平台,对现状权属数据、规划审批信息、现状建设信息等进行叠加分析,梳理片区现状用地情况,确定增量用地、保留用地和存量低效用地,制定用地处置策略,影响后期城市设计优化策略。其次,对片区内土地利用规划、广州市城市总体规划、控制性详细规划成果进行“多规合一”分析,消除规划不协调的问题,为城市设计实施清除政策障碍。最后运用层次分析法,建立用地开发强度评价体系,引入轨道交通、道路交通、租金地价、景观环境等多个要素,对可开发用地进行开发强度评价,确定高、中、低三个开发强度地区。

在形态分析过程中,通过 SketchUp 软件进行低精度三维建模,低精度模型有助于快速、方便地对整体空间形态进行推敲和修改。通过日照分析插件,结合广州市地方日照标准,对方案的日照情况进行模拟,对不符合日照规定的建筑进行布局和形态方面的修改(图6)。通过三维视线分析,对城市设计的视廊控制进行验证。白云新城地区在 2010年控规编制中,确定了多处视点、视廊控制区域以及控制要求。本次城市设计优化中,视点视廊的控制要求,对每一个新建项目进行三维视廊模拟验证(图7),以此评判建筑高度、形态是否满足城市设计要求。

3.3制定工作流程和运用云工作平台实现协同化编制

在工作流程方面,制定了道交—规划—建筑—地下空间—市政—景观的专业工作确认流程,后一个专业可根据本专业的评判结果,对前一专业的成果提出修改建议,整个流程以景观专业为最终环节,最终以城市景观品质是否符合城市设计目标为评判标准,可以对其他专业的设计方案提出修改要求。整个项目通过工作制度建设的方式,确保本次城市设计优化能顺利完成提升白云新城地区景观品质的主要任务目标。

在团队工作协同方面,使用办公云平台软件,设置成果发布人员,专门对阶段成果、最终成果进行整理发布,通过云平台同步推送给各专业技术人员,通过手机短信、

APP提醒等方式及时告知专业技术人员应用最新成果,保证了各专业成果的版本准确性。通过远程会议、远程演示等应用,可及时召开内部讨论会议,对方案成果进行讲解和讨论,避免各团队浪费过多时间在交通之上,从而提高了团队的工作效率。

4 总结

城市设计编制信息化以及诸多数字技术的应用,能有效提高城市设计的科学性、合理性,为提升城市规划建设品质和精细化管理服务水平做出贡献。白云新城地区城市设计优化项目编制工作,建立数据和成果制作标准,探索三维精细化表达方式,运用数字技术方式进行过程分析,提升了城市设计的科学性、有效性,达到了项目初期确定的编制信息化建设目标和数字技术应用要求。

目前城市设计的数字技术应用方面,仍然面临着许多问题,一是在大数据的获取方面,设计人员想要获得高质量的数据,依然要付出不菲的数据成本。二是数字技术在城市设计方面的应用普及度依然较低,更多的还是基于AutoCAD的工作方式,设计人员在各种数据收集、提取、转换过程中需要耗费较多精力。本次城市设计数字技术应用实践,对中等尺度的数字技术应用方法进行了探索,未来还需要进一步研究总结,建立适应于不同尺度的数字技术应用框架,形成“宏观、中观、微观”完整的数字技术应用体系。

图、表来源

文中图、表均由作者绘制。

注释

1)由于城市设计元数据较多,表格只示意性展示此次建立的城市设计编制元数据制作标准,颜色、线型以AUTOCAD 软件中的索引颜色代号和线型名称表示。2)由于图纸较多,只示意性展示图纸成果制作标准,依据专题图表示的内容需求,提取显示元数据内容,形成各专业的专题图,避免成果对于元数据的干扰。3)右图为日照分析成果,图中以颜色来表示日照情况,红色区域为大寒日连续日照不足1小时区域。

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图 1城市设计编制工作过程、工作内容与数字技术应用框架

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图 2城市设计图纸成果制作标准

图 3 建筑组群精细化模型中规划、建筑、景观、道交四专业城市设计导控要素示例

图 4 建筑组群精细化模型中地下空间方面城市设计导控要素示例

图 5城市设计前期分析框架

图 6 SketchUp 日照分析过程(左图为低精度模型图,右图为日照分析图)3)

图 7对新建项目进行三维视廊模拟验证(机场高速段望白云山视廊)

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