基于实景三维的建设工程规划设计方案辅助构建及审查

范 炜，朱 烨，王会影，沈 健

（1.芜湖市湾沚区征地和土地整理开发复垦中心，安徽 芜湖 241199；2.南京国图信息产业有限公司，江苏 南京 210036）

0 引言

国土空间规划是国家空间发展的指南、可持续发展的空间蓝图、各类开发保护建设活动的基本依据[1]。如何建立与之匹配的技术手段，高效支撑有序的规划实施及精准的规划审查，对于充分发挥规划引领作用具有极其重要的影响[2-3]。传统的规划数据及规划审查工作主要基于二维可视化技术和管理手段[4-5]，随着城市快速发展，二维国土空间规划和审查难以满足现代应用需求，二维数据的平面性、单一性难以反映现实的立体城市风貌，易造成景观不协调、空间管控难实现、人居体验差等问题[6-7]。

三维地理信息系统（GIS）技术作为展现空间形态的最直接手段，是实现国土空间规划业务数字化转型的必然选择，能够有效支撑规划成果展示立体化、规划设计方案审查标准化，对于提升城市管理和开发利用水平具有重要意义[8-9]，国内外学者开展了三维GIS 手段辅助国土空间规划基础数据管理、规划编制及实施监督等维度的相关研究[10-13]。结合国土空间规划“五级三类”的管理体系，面向总体规划、详细规划、专项规划等不同类型的规划，三维GIS 的融合应用对规划数据治理、规划编制实施、规划评估监督等工作具有重要作用。例如，基于倾斜摄影、精细模型等构建的基础底图数据，可以提供更加真实且直观的数据基础，能够在总体规划、详细规划等规划编制过程中综合兼顾地区风貌，合理划分功能分区、设置管控指标等。三维参数化建模、三维空间分析等技术方法有助于快速、高效地构建更小尺度下的核心区城市设计、单个建设工程规划设计的动态化三维方案，并通过三维空间分析实时评价设计方案合规性，助力实现日益精细化、体系化的空间要素管控。

近年来，《实景三维中国建设技术大纲（2021版）》《自然资源部办公厅关于全面推进实景三维中国建设的通知》等文件[14-15]相继发布，为实景三维数据的采集、管理及应用提供了统一的标准规范。在此背景下，湾沚区结合现有规划相关业务的迫切需求，研究并实现了基于实景三维的建设工程规划设计方案辅助构建及审查；采用构建的地形级、城市级、部件级等实景三维数据，结合国土空间规划数据及建设工程规划设计方案的构建和审查需求，开展了总体思路、架构设计、技术体系、服务功能等方面设计与实现，提供规划成果全方位展示、三维规划设计方案构建与对比、方案立体化评审、规划设计辅助决策等多维应用。以实际应用需求为导向，助力湾沚区建设工程规划设计方案的全方位、多层次、数字化展示和评审，充分发挥了实景三维成果的价值，有效提升了数智化的服务效能和服务水平。

1 需求分析

建设工程规划设计方案审查结果是建设工程规划许可证核发的重要依据，为贴合场景应用，本文对湾沚区建设工程规划设计方案审查的核心业务需求进行了具体分析，全面梳理了湾沚区审查过程中用地性质、规划指标、建筑造型、风貌管控等方面的要求，促进三维参数化建模、三维空间分析、三维空间数据可视化等专项技术与业务场景的深度融合。

（1）规划设计方案灵活构建的需求。现有的规划设计方案构建主要基于二维图纸，存在平面化、不直观等缺点；基于专业建模软件的三维构建方案存在耗时且专业操作性强、缺少空间位置信息等问题，并且仍需在规划底图中进行数据转换、坐标设置等操作，难以满足日常工作中三维规划设计方案快速、便捷构建的应用需求。

（2）评审指标智能审核的需求。建设工程规划设计方案评审的指标体系较丰富，包括了空间管控类、评价类及环境类等维度指标。以往的审核及分析过程主要依靠人工，易造成分析不全面、结果不准确等问题，亟需结合业务实际需求将审核指标数字化和规则化，以支撑智能辅助指标的自动审查，从而执行更规范、高效的规划实施监督。

（3）建筑风貌立体管控的需求。随着城市规划建设管理水平的持续提升，城市建筑风貌的品质日益受到重视。传统的二维规划数据无法直观展示规划的实际可视化效果，制约了管理人员对数字化环境视域长廊、天际线等的精准把控。基于地形、遥感影像、倾斜摄影等二维和三维数据构建更加丰富、真实的底图，对于支撑城市建筑风貌建立、强化建筑风貌品质至关重要。

2 技术路线

2.1 总体思路

围绕湾沚区建设工程规划设计方案构建及审查的应用特点和迫切需求，本文以湾沚区现有的二维和三维时空数据为基础，融合地形、遥感影像、倾斜摄影、白模等多源数据，支撑三维现实空间抽象后的实景化、立体化表达，构建三维“一张图”，为业务应用提供高质量的底图支撑。基于参数化建模技术研究规划设计方案的在线构建方法，管理人员能够输入建筑高度、建筑朝向等基本信息，在“一张图”场景中自动生成规划设计方案，通过构建便捷化方案促进三维GIS 技术在辅助规划中的深度应用。同时，数字化规划要素的业务属性、指标规则等信息，依据国土空间规划的管控要求，面向规划设计方案的自动审查、三维空间分析等功能形成数据驱动的智能决策支持能力，实现数字化、平台化服务模式创新，总体思路如图1所示。

图1 总体思路

2.2 架构设计

结合《自然资源部信息化建设总体方案》《实景三维中国建设技术大纲（2021 版）》等建设要求，湾沚区建设工程规划设计方案辅助构建及审查应用主要基于实景三维国土空间基础信息平台建设，以平台汇聚的各类二、三维数据为基础，总体上遵循基础设施层、数据资源层、平台支撑层、应用服务层和用户层的架构设计，构建“数据+平台+应用”的模式，平台总体架构如图2 所示。通过在平台数据体系中抽取、汇总规划专题的二、三维数据集，依托国土空间基础信息平台的资源管理、智能分析、可视化、统一认证等功能，聚焦建设工程规划设计方案评审业务需求，研发提供规划成果全方位展示、规划设计方案构建、规划设计方案对比、三维立体化评审、规划设计辅助决策等功能，为开展全面高效的业务提供数智化的服务支撑。

图2 总体架构

2.3 技术体系

为保障系统的可扩充性、易维护性、开放性和统一性，本文以资源集中利用、核心能力复用共享为目标，充分利用微服务、知识规则、新一代三维GIS 等技术，统筹整合业务应用与服务的技术体系，以数据引擎、服务引擎、可视化引擎、知识引擎为支撑，实现业务应用与服务的统一部署与分发，通过多端、多模式形成不同终端用户的业务应用。具体技术体系如图3 所示。

图3 技术体系

（1）数据引擎。为满足多源异构数据的统一管理和应用共享，激发各类数据蕴含的潜力，基于平台汇聚的二、三维数据，采用多源、多尺度、结构化和非结构化等数据融合技术，支持三维地形、建筑白模、产权体、倾斜摄影、建筑信息模型（building information modeling，BIM）等多类型、全要素、多服务标准的数据融合和管理，能够适应不同数据的特点，满足集中应用需求。

（2）服务引擎。针对地形级、城市级、部件级等数据类型，提供矢量瓦片、空间三维模型（spatial 3D model，S3M）、Web 要素服务（web feature service，WFS）、Web 地图服务（web map service，WMS）等服务，通过构建的服务引擎对外提供统一服务，能够面向多端、多平台的服务需求，实现无插件与跨平台的二、三维一体化数据服务集成发布能力。

（3）可视化引擎。采用数据压缩、跨域并发请求、渲染优化等方式，实现了支撑大场景、高效率、低延时的三维GIS 可视化技术方案，能够有效增强基础数据、规划专题等数据的可视化表达能力，可根据不同的应用需求显示不同细节层次的模型，为高效的可视化和数据分析提供便利。

（4）知识引擎。通过构建丰富的分析算子，提供三维场景、三维建筑模型等数据的可视域、通视、天际线等三维空间分析，并基于指标库、规则库、模型库构建智能决策体系，能够支撑三维空间上计算规划设计方案指标，形成面向具体场景的辅助决策能力。

3 服务功能

3.1 规划成果全方位展示

为支撑规划设计成果的立体化、真实化表达，本文结合已有的数字高程模型（digital elevation model，DEM）、数字正射影像图（digital orthophoto map，DOM）、倾斜摄影等实景三维地理场景类数据，融合区域内的规划数据，形成服务于建设工程规划设计方案辅助构建及审查的三维场景，在地图中进行全方位展示。例如，针对总体规划方案展示，在三维场景下以不同颜色渲染展示地块的规划用地类型，支持查看三维控制性详细规划，可以根据地块控高、容积率等对地块进行三维高度拉升，形成相应的控制性详细规划盒子，从三维体块角度查看控制性详细规划，并能够查看不同地块的控制性详细规划指标要求。

3.2 规划设计方案构建

本文采用参数化建模方法，实现在三维场景中快速构建规划设计方案，满足实时动态调整、及时展现方案效果的应用需求，规划设计方案构建如图4 所示。通过系统模型库中预置的建筑模型或建筑基地轮廓线绘制和相应参数设置的方式，快速构建三维规划设计方案，可以对目标单体建筑的层数、方位、朝向、材质和任意层的参数进行实时调整，能够有效提高方案的设计效率。

图4 规划设计方案构建

3.3 规划设计方案对比

针对规划设计方案构建过程中的多方案比较需求，本文提供了多屏对比功能，可对多个设计方案或不同的调整结果进行比较，从中选择较优方案。同时，支持对每个分屏下规划项目的位置、高度、朝向、体量、形态等属性进行灵活调整，并在对比场景中融入了河流、湖泊、道路等不同粒度的实景三维地理实体，便于用户从不同维度对方案的空间形态、建筑风貌、业务合规性等进行统筹考虑，辅助城市规划决策。

3.4 三维立体化评审

面向项目设计方案与规划指标的符合度评审，本文构建了三维立体化评审体系，为建设方案提供定性和定量的辅助分析手段，从空间形态、指标参数等方面佐证方案。提供不同类型的三维空间分析工具，包括控制性详细规划盒子分析、限高分析、贴线率计算、天际线分析、通视分析等，从三维空间计算建设项目设计方案的经济技术指标，并以直观的形式将分析结果立体可视化，满足规划设计方案各类指标的高效、精确评审需求。

3.5 规划设计辅助决策

结合项目智能选址、合规性分析等规划决策应用场景，本文构建了分析算子，能够进行自动化分析，并通过多维统计图表、智能报告与实景三维场景相结合的方式可视化结果，为规划设计方案提供决策依据。例如，项目智能选址支持通过用地性质及控制性指标查询符合条件的地块，并可对选中的地块进行合理性分析和评估。同时，还提供了合规性分析，检查项目的拟选址范围是否符合国土空间规划的管控要求，为项目生成及用地审批提供参考。还包括待开发用地指标分析，能够统计分析各类待开发用地情况，支持自定义范围内的拆迁影响情况分析并可计算拆迁成本等。

4 结语

如何通过三维手段辅助更科学的空间要素管控，对于城市建设和发展具有重要意义。本文面向湾沚区建设工程规划设计方案构建及审查的业务需求，实现了多类场景应用，有效提升了规划管控水平。（1）对规划地块进行了全方位、立体化展示，实现一图清晰概览全区各类用地分布，为湾沚区项目引进提供了资源底图。（2）基于设定的三维建筑模型，能够从三维空间计算设计方案的经济技术指标，从而判断项目设计方案与规划指标的符合度，辅助城市风貌管控。（3）通过三维规划辅助分析实现智能选地，自动分析展示符合条件的地块，打造资源配置的“最强大脑”，并可通过指标分析支撑精准安排用地计划，助力大美湾沚建设。

三维GIS 技术在国土空间规划领域的应用融合仍有巨大的价值潜力。下一步，本文将持续研究三维场景下的地下空间规划审查及虚拟现实（virtual reality，VR）、增强现实（augmented reality，AR）技术支撑下的规划项目展示和评估等内容，仍需持续探索全面的三维国土空间规划实践，从而推动建立全方位、全链条的数智化规划管控体系。