基于三维数字地图系统的城市设计

基于三维数字地图系统的城市设计

摘要：三维数字地图系统作为“数字城市”、“数字规划”的产物，以其海量数据和强大的系统功能，为城市设计人员在设计过程中对方案分析论证、规划管理人员在审批过程中对方案评审以及公众在听证过程中对方案实施效果评价提供技术支撑和科学依据。本文在阐述三维数字地图技术及其特征的基础上，探讨了三维数字地图系统在城市设计中的应用，介绍了武汉市三维数字地图系统在城市设计中的应用情况。

关键词：三维数字地图系统虚拟现实城市设计

1.引言

城市设计是对城市体形和空间环境的设计，其目的是对城市形象的提升和视觉景观环境的美化，对城市面貌的展现有着重要的作用。但长期以来，规划设计人员、规划审批人员在城市设计的设计过程和审批过程中，只能从二维层面或者静态的三维层面对设计效果进行把握，不能很好地去营造城市空间景观、保护城市特色。自“数字地球”、“数字城市”的概念提出以来，三维数字技术得到系统研究，三维数字地图系统应运而生，被广泛应用到城市设计中，城市设计进入了一个动态的三维时代。本文在简述三维数字地图技术与特征的基础上，探讨了三维数字地图系统在城市设计中的应用，并介绍了武汉市三维数字地图系统在城市设计中的应用情况。

2.三维数字地图技术及特征

2.1三维数字地图技术

三维数字地图是从平面地图向三维的拓展，它将自然地形、地貌、山体、河流、道路、建筑、环境以及重大基础设施等城市自然和建设要素，通过划分模型单元和管理对象，进行平面、高程、结构、纹理色彩等的数字化处理，按照统一坐标无缝拼接而成的区域或城市可视化三维数字模型。三维数字地图是在真实表达城乡自然和人文三维空间要素的基础上，通过增加时间维度和社会经济数据维度，构成融空间、时间和管理信息为一体的多维数字城市公共平台，可以用于提高城市设计和规划管理水平，作为现代城市信息化管理的重要支撑，还可以应急指挥、防灾减灾、交通管理、网格化管理、社区管理服务等方面提供多层次的服务。

2.2三维数字地图系统的主要特征

（1）城市虚拟仿真数字化环境。三维数字地图系统采用先进的三维地理信息系统技术（3DGIS）、虚拟现实技术（VR）、数据压缩技术、计算机技术和网络技术等多种高新技术，集成城市多源、多尺度、多时态三维空间信息，实现海量数据的动态交互式浏览、空间分析和模拟，是真实城市物质空间环境的数字化模拟。

（2）支持网络环境下的互操作。基于网络技术的三维数字地图系统，提供对城市空间的无缝管理，可以同时支持多种网络环境下的并发操作。

（3）开放式的城市管理三维空间信息平台。据统计，城市活动的80%以上均与空间有关，三维数字地图系统提供了全市域的宏观地形地貌、河流水系等空间信息，提供了城区和重点地区的空间骨架和城市形态等信息，提供了街区、单体建筑、市政设施及景观设施等详细信息，是一个开放式的空间协同信息系统，城市行政管理部门根据需要可在此平台上进行二次开发，是进行城市各中管理活动的三维数字空间信息平台。

（4）城市公共服务产品。三维数字地图具有多维信息处理、表达和分析的特点，在城市规划、网络化管理、智能交通、应急指挥、防灾减灾、数字旅游、电子商务与小区管理等方面有着十分广阔的应用，特别是在空间信息的社会化服务中，三维数字地图的应用有着越来越明显的优越性和不可替代性。

（5）多层次的景观模型。三维数字地图系统提供了多细节层次的城市三维景观模型，能充分展现城市景观时空的变化，从平面、立面、时间、管理等多层次对城市物质空间环境信息进行分析处理，不但反映城市的框架、轮廓，而且反映城市细节、纹理和色彩。

3.城市设计对三维数字地图系统的应用

3.1三维数字地图系统在城市设计中的重要性

城市设计作为城市规划的一部分，贯穿与城市规划的整个过程中，但与城市规划不同的是，城市设计注重对城市形体及空间环境的三维层次的设计，现实的多维环境很难从二维形态中准确表达，二维工具也很难以满足多维动态下的空间分析和决策需求。三维数字地图系统构建了一个三维的、动态的、实时的、可交互的和进行多种分析的城市虚拟环境，能最真实的表达城市的空间结构及环境，直观的模拟出规划实施后的城市空间环境，帮助城市设计人员与管理人员对城市设计的方案进行分析论证及评审，为公众参与提供技术支撑和科学依据。

3.2城市设计的技术要求

城市设计人员在设计过程中对方案的分析论证，规划管理人员在审批过程中对方案的评审，以及公众在听证过程中对方案实施效果的评价，都需要一套技术要求来把握方案设计、审批、实施的效果。城市设计技术要求包括两个方面：可度量要求和不可度量要求。

（1）可度量要求

可度量要求指可计量的要求。这可分为四大类：规范要求、用地类要求、建筑类要求、环境设施类要求。规范要求：包括后退城市道路红线、水域、山体、交通控制线、市政控制线、绿化控制线距离、建筑间距、日照间距等。

用地类要求：包括用地性质、用地权属、建筑面积、容积率、建筑密度、绿地率等。

建筑类要求：包括建筑功能、高度、层数、体量、建筑面积等，与城市规划从日照、通风等环境质量角度确定建筑物的高度、体量等不同，城市设计研究主要通过综合的视线分析方法进行推敲和分析。

环境设施类要求：包括空气污染指数、噪声污染指数等环境质量标准，设施数量如座椅数量、树阴步行空间数量、有顶步行空间数量，以及不同种类绿化栽植的数量（比例）等与公共空间品质直接相关的评价标准。

（2）不可度量要求

不可度量要求又可称为定性要求，指对城市空间环境的舒适性、视觉趣味性、清晰性、便利性、视景愉悦性、多样性、和谐性、空间的确定性以及对城市空间尺度、特色、活动等方面的评价，是对城市公共空间以及建筑形态对使用者心理自觉方面的影响的描述。这类标准因具有较大的主观性而在实践中存在可操作性问题，可正是这类要求透射了城市设计的魅力。

3.3三维数字地图系统功能与城市设计技术要求的结合

三维数字地图系统提供的实景三维环境以及强大的系统功能能为城市设计人员、规划管理人员以及公众充分展现设计效果，便于科学地评价城市设计。

（1）逼真的城市三维虚拟环境

传统的城市设计往往因为缺乏真实城市环境而使设计成果过于理想化，任何层次、任何规模、任何位置的城市设计都需要考虑自然地形、山体、水域、道路走向、绿化、现有基础设施和市政设施配套情况、周边建筑环境等因素，只有在真实的场景中去设计，才能充分考虑这些因素，使设计更科学化，三维数字地图系统能提供整个城市的三维实体模型，营造一个逼真的三维虚拟环境。

（2）丰富的城市二维数据库