基于现状三维GIS的南京城市设计综合管理平台研究及建设

王树魁，王芙蓉，崔 蓓，王 青，高奋生，张 伟

(南京市城市规划编制研究中心，江苏 南京 210029)

城市设计是落实城市规划、指导建筑设计、塑造城市特色风貌的有效手段。早在2014年，习总书记对建筑“贪大、媚洋、求怪”乱象作出重要批示，全国开始着手研究建筑风貌问题。从2015年的中央城市工作会议到2016年的《中共中央 国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》，均要求加强城市设计，提高城市设计水平；2017年以来的《城市设计管理办法》和城市设计试点城市通知均要求利用新技术和信息化手段开展城市设计工作。

南京市作为第一批城市设计试点城市之一，市委市政府将城市设计作为规划工作的重点，要求充分利用新技术，实现城市设计成果在规划建设地区的全面覆盖和城市设计理念在城乡规划建设中的广泛应用。因此南京市启动了基于现状三维GIS的城市设计综合管理平台研究及建设。

1 城市设计管理问题与分析

当前，南京市城市设计管理工作主要存在3方面问题：一是管理统一性欠缺，不同的管理主体、不同区域的规划编制，以及不同层次的城市设计缺少统一的项目组织和协调；二是技术规范性不足，项目编制缺乏统一的数据要求，导致城市设计编制成果质量及表达形式各不相同，且大部分成果无矢量数据；三是成果衔接性欠佳，各层次、各地区城市设计之间衔接有待于进一步加强，以及进一步实施统一的成果建库管理，项目成果较难有效指导城市开发建设。如图1所示。经问题分析，确定本项目以城市设计为抓手，以管理应用为导向，以全面支撑城市设计管控的实施运行，展示城市形象及特色空间，提升城市空间综合分析与管理能力为目标，通过构建城市设计管控标准规范，建设城市设计数据库和研发管理应用平台，力争解决各类用户在城市设计管理中的实际问题。

图1 城市设计管理的问题分析

2 技术线路

2.1 需求梳理与转移

在需求收集梳理中，一方面对城市设计管理从编制、审批到批后各阶段开展系统化的业务调研和梳理，另一方面，对各层次各阶段城市设计管理的要素梳理，并将其转译成信息化可识别管理的对象语言。城市设计管控的重点在编制管理、用地管理、建筑方案管理3个阶段，管控对象要素及指标从宏观到微观逐级细化有序传递，从而有效指导城市开发建设，实现管控意图的落实。

2.2 平台总体架构设计

为了满足《城市设计管理办法》中将城市设计要求纳入城市规划管理信息平台的要求，方便城市设计有效实施，把城市设计平台作为南京规划“四代”管理系统图形平台的重要组成部分，与“四代”系统图形平台统一架构，形成标准规范、数据建设、基础平台和应用系统四层次二三维一体化技术架构，如图2所示。

2.3 技术实现

在模块划分与技术实现上，坚持数据、管理、应用相分离的松耦合架构思想，采用面向服务的架构(SOA)，将平台建设分成数据管理工具集、服务管理系统、后台管理系统和综合管理应用系统4个部分，保持应用灵活性和扩展性，可针对不同用户和应用场景形成不同应用实例。

三维应用需要处理海量的数据和复杂的数据结构，考虑城市规划业务的深度和复杂性，综合管理应用平台采用C/S模式开发，保证应用处理效率和稳定性。采用大型关系数据库Oracle和空间数据引擎ArcSDE对二维数据进行存储、维护和管理。三维数据在FDB数据库文件中进行分布式存储管理。各类数据通过服务管理系统统一的接口发布并管理地理信息服务，通过后台管理系统实现数据服务的资源汇聚组织和用户、权限的配置管理。

3 建设成果及应用

3.1 标准规范建设

形成了从数据规范、生产规程到建库规范的数据全流程的城市设计数据标准体系，将城市三维现状展现与城市设计三维展现有机交融互动，实现生产、管理和应用的三者统一，为城市规划、设计、建设和管理提供数据支持，如图3所示。其中《三维地理信息模型数据规范》已作为南京市地方标准发布使用。

3.2 数据建设

构建了包括基础数据(三维数字地形、地名地址等)、专题数据(地下空间、地下管线等)、现状数据和城市设计一套图的数据体系，其中城市设计一套图包括特色系统图、城市设计索引图、城市设计总片面图、二三位管控要素和城市设计三维模型库。

图2 平台总体技术架构

3.2.1 现状三维模型库

通过人工建模的方式建设了涵盖南京老城和河西地区的现状精细模型，面积约160 km2，各模型要素都附有丰富的属性信息，实现对城市现状面貌的全面精确还原；采用二维地形图自动驱动的方式生产了市域范围全覆盖的建筑物体块模型。现状数据有三维矢量和三维瓦片两种格式，瓦片用于支持城市级大场景应用，一般办公电脑也能流畅地动态加载全市模型，如图4所示。

图3 标准规范体系

图4 精细模型场景

3.2.2 特色系统图

基于总体城市设计和片区城市设计确定的重要城市特色要素，通过矢量化提取、规整、入库并录入管控要求，形成特色系统GIS一张图，用于宏观展示南京总体城市空间特色定位、总体空间形态、重要特色意图区、特色空间要素等，引导和管控地段、地块城市设计成果编制。同时将城市设计导则中确定的城市轴线、视线廊道等要素进行虚空间三维模型实例化，形成了特色要素库，用于辅助建筑方案自动审查，从而保障城市轴线、廊道系统的通透良好，如图5所示。

图5 总体特色系统图

3.2.3 城市设计索引图

将散落在各平台、分局的城市设计成果收集、整理，纳入规划编制系统统一归档管理，把各层级城市设计项目编制范围、编制状态和相关信息的表达，形成索引图，并与项目归档文件夹关联。一方面方便扎口处室开展项目进度及成果覆盖度等统计，可以快速掌握全市城市设计编制情况，使城市设计成果管理规范化体系化；另一方面满足各分局在全要素规划条件出具中快速调阅城市设计图及归档成果。

3.2.4 城市设计总平面图

基于城市设计项目中的总平面成果输出成效果图片，进行定位配准，再将全市城市设计总平面成果图片进行拼合形成一张图，发布成瓦片地图服务，在南京市规划局的三维平台、审批系统和移动端设备上使用，展示城市设计项目方案与周边环境，辅助规划决策。

3.2.5 城市设计三维模型库

在现状三维模型的基础上，将城市设计成果建模建库，包括规划地铁站和地下管廊，在三维空间予以表达，用于规划审批中的空间分析与景观模拟，展现整体空间组合关系、开敞空间布局等未来建设效果，也可为招商引资进行未来效果的展览宣传。

3.2.6 二三维管控要素(盒子)库

基于地块城市设计图则中确定的用于指导具体项目设计与实施的内容，驱动生成三维高度、退让控制盒子，禁止开口线、地下空间范围等不能三维化的要素以二维表达，作为建筑方案审查的依据，辅助系统自动检测建筑方案高度、退线、景观视线等方面是否符合城市设计要求。

3.3 应用平台研发

以城市设计管理应用为导向，平台建设紧紧围绕城市设计的编制(成果)管理与展示、用地管理和建筑方案管理的三大重点应用场景展开，共集成120多个功能。

3.3.1 编制成果管理与展示

建筑物分层分户管理与展示：通过建筑物普查，获取分层分户图形数据，以及与栋、层、户相对应规划、工商等行业的管理运行数据，使用开发的三维分层分户模型驱动程序，将普查的建筑物二维分层分户图形驱动成三维分层分户模型，组装在现状三维模型内部，形成栋、层、户不同粒度的模型对象，分别挂接相应的行业信息表，形成分层分户模型信息库，作为智慧城市的载体，实现从栋到分层分户等不同粒度对象的数据管理、信息查询展示和统计分析，开展行业应用，为城市规划决策、智慧城市运营管理提供可靠的技术手段，如图6所示。

地上地下一体化展示：采用三维模型裁切技术，通过裁切面或体，可把地上、地面和地下设施剪裁，用户可动态交互拖动裁切面，实时动态跟踪剪裁，查看内部或地下隐藏的信息，为地上地下一体化规划建设管理提供了直观可视化手段，如图7所示。

图6 建筑物分层分户管理与展示

图7 地上地下一体化展示

3.3.2 辅助用地管理

在用地管理中可基于DEM模型开展选址场地淹水分析、土方平衡计算、坡度坡向分析等分析计算研究，也可以基于现状三维模型开展拟建区域的现状高度、密度、容积率、拆迁成本等分析计算，如图8所示。

图8 场地统计分析

高度控制是城市设计的重点内容，通过模拟放气球在不同的观景点观看拟建建筑长高过程中对景观的影响效果，精确算出可见高度，辅助规划决策。

在项目选址研究或规划条件出具中，让经办人也能通过简单的选择或绘制建筑基地，指定层数、高度，快速构建模型方案，提前开展方案空间效果分析，根据效果编辑修改模型，平台自动依据内置的规划规则计算校验方案指标，如高、密、容等规划指标计算并与控规指标校核、停车位是否和功能匹配，使城市布局更合理、功能组织更优化，如图9所示。

图9 参数化模型指标计算校验

3.3.3 建筑方案管理

在建筑方案管理中，多方案可快速入库管理，方案可基于DWG、SHP等直接生成体块方案，也可以直接导入SKP、MAX、OSG等三维模型，并支持RVT格式的BIM模型方案植入。建筑方案模型植入平台，以二三维管控要素为依据，平台可自动审查建筑高度、退线、景观视线等方面是否符存在问题并提醒，以保障建筑方案符合规划设计意图。平台提供丰富的编辑功能，可在方案审查中随时编辑修改方案模型，如图10所示。

图10 建筑方案自动审查

对街墙控制线及道路沿线的建筑物，通过贴线率或对位率计算，判断建筑方案是否满足街墙控制要求，辅助管控和营造街墙的规整度和秩序感。

平台还提供了丰富的辅助建筑方案分析评审功能，可根据需要组合使用，如通过多屏比对，开展人眼视角下的方案比选；通过视线、视域分析，辅助保障城市视线的通透性和视域的开阔性；针对不同的方案和视角，生成沿街立面图；通过景观分析，在不同的观景点，审查建筑方案对城市景观的影响，优化塑造良好的城市景观；通过天际线分析，辅助营造城市美观的天际轮廓线。如图11所示。

图11 建筑方案景观分析视点

4 结 语

本文基于现状三维GIS的城市设计综合管理平台建立了城市设计二三维信息化管控体系，形成了一套图管理，实现了全程化、精细化管控，创新了城市设计管理技术方法，使城市规划管理从二维平面转变到三维空间形态的精准管控上来，促进了管理方式和水平的跨越提升。同时使一般公众也能看懂规划，提前体会规划设计建成后的空间环境和效果，共同参与规划治理，丰富了新时期城市设计管理的理论体系，为其他城市提供实践经验。

南京将借助城市双修和城市设计双试点城市的政策东风，充分发挥平台的作用，保护历史文化和自然环境风貌，充分彰显南京古都文化特色、滨江城市特色、 人文绿都特色和“山、水、城、林”融为一体的城市空间特色，优化人的空间体验，为市民营造高品质的居住生活环境。