数字三维技术在城市规划中的应用——回顾与展望

蔡斯琴

【摘 要】隨着数字化进程不断加快，国内各大城市在城市规划领域相继开展了三维技术的应用。近年来，三维技术作为一个新兴的技术给城市规划带来了新的思维及管理模式的更新。文章基于对过去10多年国内发表相关文献的文本挖掘与对政府中标预算项目情况进行分析与汇总，尝试说明三维技术在城市规划中应用的发展历程，总结了基本特征，并对三维技术未来的发展方向进行了展望。

【关键词】城市规划；三维技术；应用；展望

【中图分类号】P208 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2018）02-0175-03

0 引言

三维虚拟仿真技术最早是在20世纪90年代提出的，随后便广泛地应用到军事、航空、教育、城市建设等方面。虚拟仿真技术的诞生推进了可视化技术的发展，我国城市规划行业也较早地开展了三维技术的引进和应用探索，这为辅助规划决策、实施“阳光规划”提供了高空鸟瞰、人眼视觉等多视角的空间即时感，很快就成为热门的研究课题。文章尝试说明三维技术应用在城市规划中的发展历程、应用方向，并对三维技术未来的发展方向进行了展望。

1 回顾

1.1 发展历程概述

鉴于发表在学术刊物上的论文一般具有严谨和客观反映研究与实践成果的特性，本文以中国知网（CNKI，中国国家知识基础设施工程）为文献检索平台，在中国知网各类学术期刊、博硕士论文等数据库中，以主题含有“三维”（或“虚拟仿真”“倾斜摄影”“AR/VR”“BIM”等）并且含有“城市规划”的内容作为检索条件，时间跨度为2001—2016年，共检索出2 398篇相关文献（如图1所示）。同时，在中国招标网搜索出2006—2015年，由财政预算经费投入的，并与三维城市规划相关的中标项目共计152个（如图2所示）。

通过上述统计的信息资料可以看出，近十几年来，三维技术在我国城市规划行业的应用实践得到了快速发展，尤其是近5年有突破性进展。这也客观地反映出三维技术在城市规划领域得到了迅猛发展。

在数量统计的基础上，本文对搜索的2 398篇文献的摘要进行了文本挖掘和语义分析，总结出3个不同时间阶段（如图3所示）三维技术与新技术的结合在城市规划工作中的应用情况，进而揭示出三维技术在不同时间阶段的主要特征及发展趋势。

1.1.1 2006—2009年

2006—2009年，三维技术的应用主要体现在城市虚拟仿真技术辅助规划审批决策方面。通过利用三维虚拟技术结合已有的基础地理信息数据，建立了一个辅助城市设计、管理、审批的三维城市规划仿真系统，能实现建筑方案的三维审批、规划设计方案的展示和多方案比对等，使规划方案直观、形象地与周边形势相对比，为规划方案的审批提供了直观、真实的科学依据。“辅助决策”“决策支持系统”等词汇在该阶段频频出现，显示出三维技术对规划审批提供的决策支持是该阶段的主要研究方向。

1.1.2 2010—2014年

2010年开始，随着GIS、BIM技术的兴起，GIS+BIM技术在数字三维城市研究和建设的应用显著增多。出现了结合GIS和BIM的城市三维模型的建立，包括城市交通、地下管线、城市设施、园林景观等。基于GIS、BIM建立的精确三维模型，既有模型空间信息数据，又包含有大量工程信息数据，实现了各专业各环节之间的无缝信息沟通，为数字城市管理提供了更快捷、准确的数据支持。该阶段“数字城市”和“智慧城市”的提出，将带来新一轮三维技术变革，有利于推进城市的精细化管理。

1.1.3 2015年至今

快速构建城市三维建模是近年来规划信息化工作者研究的主要方向，这使得倾斜摄影技术在城市规划领域中得到了广泛的应用，通过倾斜摄影数据获取技术和数据处理技术获取的航空倾斜影像不仅能够真实地反映地物情况，高精度地获取物方纹理信息，还以其先进的定位、融合、建模等技术，快速生成真实的三维城市模型，大大缩短了传统三维建模的作业周期和降低了建模的成本。除倾斜摄影技术外，近年来AR（增强现实）技术也越来越受到重视。该技术将虚拟信息投射进真实世界，实现了真实的环境和虚拟物体的实时叠加，对城市规划设计及规划审批质量都有提高与改善的作用。

1.2 发展特征分析

从前述的分析研究来看，三维城市多数会出现若干分期建设的情况，有时候侧重于平台技术，有时候侧重于数据层面，但是更多的还是偏向于数据。而三维技术目前在城市规划行业中的应用主要分为看、查、分析、决策4个阶段：包括场景游历、特效模拟、空间信息、属性信息，以及用于方案评审、指标审查的决策、分析。这4个阶段是彼此关联、逐步深化、不断递进的发展过程。该历程一方面符合了三维技术与信息化自身不断发展的趋势，另一方面也适应了我国城市规划由二维、静态规划向三维、动态规划方向的成长与进步。

2 展望

2.1 规划转型与发展的新要求

当前，我国正处在新型城镇化和经济新常态的“双新”时期，中央在2015年12月召开的中央城市工作会议和在2016年2月国务院颁布的《关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》的重大文件上，均对城市建设和管理工作进行了全面的“顶层设计”。这意味着城市规划行业人的理念和方法将面临转型，比如从原来强调“技术过程”的精英规划转为看重“社会过程”和“公众参与”的具有可实施性的“公共政策”规划等，从整体上把握其特有的“城市基因”，最大限度地尊重公众的意见与建议。

结构性的转变给规划信息化工作者提出新的思考方向和工作重点。城市的可持续发展，需要依靠科技手段作为驱动力，依托先进信息技术推进规划、建设等方面工作的改革。我们需要利用现代科学技术创新工作方法，提高对城市和社会的感知能力，以“人”为中心，关注公众所为、所愿，提高城市规划对于解决城市问题的指向性。

2.2 三維技术规划应用的新趋势

衡量三维数据有六大因素：纹理要真实、位置要准确、成图效率高、时间与费用综合成本低、实体对象单体化、显示效果好。如何让这6个因素整体上达到一个平衡，模型数据宏观与微观、室内与室外、地上地下的衔接与协调；跨平台、多终端的快速动态加载海量三维数据等，都是未来研究的主要方向。

2.2.1 联合三维建模

传统的三维建模，仅仅是基于现有的建筑信息模型，通过倾斜航空摄影数据辅助建模，其模型精度不高，且建模速度慢，不能局部更新，大大制约了模型后期的修改。因此，未来三维建模技术的发展将更多地关注提高建模速度、效率，提高模型精度，实现三维可测量，实现更新便捷（全/局部更新）、单体化实景模型及二次加工等建模技术方向。

联合三维建模技术的提出，为实现上述的建模要求提供了可能。通过lidar（激光）数据+倾斜航空影像+地面影像集成进行联合建模，能快速地实现不同影像三维信息的精确采集、解译、可视化，自动构建简单规则的三维模型。该方法可实现对倾斜三维自动建模结果进行编辑美化，自动检索多角度影像，能有效弥补航空影像对于底商、地面等信息的缺失，轻松实现模型美化、单体化及局部更新，建模速度极快。联合三维建模技术对提高三维实体模型构建的自动化程度、降低三维实体模型构建的难度及减少工作量具有重大的工程实践意义。

2.2.2 三维城市设计平台

城市设计作为对城市未来空间形象的直观设想和展望，对城市建设承担着重要的指引功能，尤其是在应对城市空间风貌、特色与品质等方面发挥了巨大作用。随着新常态下规划编制工作的转型，城市品质的提升对规划工作特别是城市设计工作提出了更高的要求。近年来，规划部门着眼于新技术在城市规划管理中的应用，尝试将三维技术引入城市设计的规划编制与管理中，包括现状空间模拟和规划方案的虚拟建模、建立完整的数据平台，真实地反映城市整体空间组合关系，对建筑空间关系、视线通廊及开敞空间等城市设计核心控制要素进行区域层面的模拟分析等。不断推进城市设计编制方法和手段的创新，进一步发挥三维平台对城市设计编制的辅助作用。

2.2.3 AR/VR应用

随着智慧城市的发展及AR/VR等新一代三维技术的创新应用，信息化工作者将在城市规划过程中利用技术手段来加深政府和公众在信息层面的交流、通过信息感知实现公众参与规划及为辅助规划决策提供丰富的信息资源等方面进行探索。具体而言，结合AR/VR等三维技术使城市规划的利益相关者可以方便地利用互联网终端了解和参与城市规划，促进了政府、规划人和公众多方规划建议的融合。例如，面向公众建立的南宁市城市规划市民互动平台，就实现了实时将城市规划信息向公众发布、供市民免费查询等功能。该平台将研发结合AR/VR技术，实现让市民漫步在三维城市中参与城市规划的新功能；通过三维可视化技术，还可以把规划方案放置在真实的环境中，让市民在线参与投票或提出其对规划方案的建议，为公众认识和参与规划提供服务。

3 结语

在当代探索中国城市可持续发展道路及新技术应用的背景下，研讨新技术如何助推城市发展的问题，是应时代所需、顺时势所趋。回顾近十年来我国三维技术在城市规划应用领域的整体发展历程，三维技术在我国城市规划领域的发展已迈出坚实的一步，成果繁复。展望未来，该领域的研究必将寻求新的突破，不断拓展和深化，进而迈向更高的发展阶段。从长远而言，通过把握本领域研究的基本态势和客观规律，延伸对当前三维技术与城市规划发展的适度展望与未来思考，将为中国城市发展提供宝贵的决策支持价值。

参 考 文 献

[1]喻文承，黄晓春，荣毅龙，等.信息技术在我国城乡规划中的应用——回顾、展望与建议[J].城乡规划，2016

（7）.

[2]王磊，方可，谢慧，等.三维城市设计平台建设创新模式思考[J].规划师.2017（2）.

[3]孙钊，吴志华，熊伟.基于三维数字技术的城市设计研究与应用[J].城市规划学刊，2009（S1）.