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      上海數慧  數據與智慧的橋梁!

      解決方案    The Solution
      數字化城市設計
      現狀背景

      中國城鎮化進程,正經歷“從數量增長到質量提升”的新階段,而從低品質到高品質的城市空間塑造轉型,則需高水平城市設計的價值創造。特別是2015 年中央城市工作會議召開后,城市設計及其在城市發展中的作用和戰略地位都得到了空前重視,在全國掀起了一輪城市設計熱潮。

      近20 年來,數字技術也在深刻改變著城市設計專業。2018 年底,東南大學發布“十大科學與技術問題”,將數字化城市設計作為重要科學技術問題??梢灶A見,城市設計的發展即將全面進入王建國院士提出的第四代“數字化城市設計”范型階段。

      數字化城市設計解決方案,旨在城市設計政策新要求以及數字技術的驅動之下,全面應用數字技術,實現城市設計技術方法的跨越式迭代發展。


      業務需求

      隨著國家空間規劃體系的構建,規劃與建設管理的銜接問題,將在地方層面凸顯,如何在空間規劃管控要求的同時,有效指導城市建設與精細管理,是規劃實施面臨的一個重要挑戰。自然資源的空間管控遵循的是底線思維,城市空間品質塑造則需要城市設計引導。因而如何實現面向實施的數字化城市設計與管理,提升城市空間治理能力是一個重要課題。

      面對城市空間治理能力提升的高要求,城市設計業務在其編制、管理以及管控等階段均需要實現提升,并借助技術手段實現方法和技術上的共同跨越。具體來說,主要面臨的需求和挑戰包括:

      1.成果規范難

      現有的國家、省、市各級城市對城市設計編制成果內容及深度的要求標準不夠完善,導致現階段的城市設計編制成果千差萬別,這對城市設計成果的評判以及規劃管理帶來很大的不便。同時,目前各區域的城市設計由不同的設計單位、公司進行設計,成果內容各異,成果之間不能兼容或者貫通利用,造成后期規劃項目建設也不能實現最大化城市設計的管控與指導作用。因此,亟需通過技術手段來推動城市設計成果的規范化。

      2.成果審查難

      對于城市設計方案的評判,規劃管理部門需要根據不同層次的設計內容以及不同側重的審查體系進行審查。加之往往需要對于多個設計方案進行比選,城市決策者需要借助多手段對方案進行審查和決策最優方案。此審查過程中存在的問題是,對如何判斷方案優劣時的衡量尺度存在很大的主觀性,可能會造成對方案的誤判或是審查不夠。因此,在城市設計方案審查階段,亟需對成果審查的要求進行規范化,并以技術手段來加強。

      3.成果管控難

      在實施管控階段,城市設計成果往往難以落實。一方面,城市設計是非法定規劃,如何與各層次規劃管控之間相銜接是長期存在的矛盾。亟需借助技術手段,建立城市設計與各層規劃之間清晰的邏輯性關聯以及有效管控機制。另一方面,城市設計精細謀劃的三維空間往往無法精準轉換為實際管控,設計成果藍圖中包含的多種空間形態專項,在實際的管控中卻被壓為高度、出入口、容積率這樣的定量指標。因此,需要建構有效路徑,并充分運用技術手段,實現從設計語言到管理語言的無損轉換。



      解決方案

      數字化城市設計解決方案,通過構建城市設計數字化譜系以及規則管控體系,綜合運用數據模型、分析計算、協作互動、數據可視化相結合的技術體系,建立一套城市設計數字化平臺,為設計編制單位、城市決策部門、規劃管理部門提供規劃建設管理全過程的數字化城市設計編制、決策、管理與實施評估應用,形成以數字化城市設計為基礎的,向上承接空間規劃、向下貫穿規劃建設管理的新規劃實施體系。

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      數字化城市設計解決方案

      1.從三維空間到三維數字化空間

      通過構建數字化譜系、數字化規則體系以及一系列數字化規范,將城市設計精細謀劃的三維空間無損轉變為三維數字化空間。

      (1)構建城市設計數字化譜系

      城市設計數字化譜系,以城市設計目標為導向,鏈接現有城市設計成果,將城市設計成果內容進行細分。通過數字化譜系的構建,對城市設計內容進行多維度解構,并將城市設計的空間要素轉譯為管理語言,制定城市設計數字化標準體系。

      在譜系結構基礎上,制定一系列城市設計數據標準規范約束城市設計成果。面向城市設計編制單位,制定《城市設計二維成果制圖規范》、《城市設計三維成果制作規范》;面向規劃管理單位, 制定《城市設計數據庫標準》;面向建設單位,制定《建筑方案報建標準》。

      (2)形成數字化城市設計數據庫

      依據數字化譜系以及數字化標準體系,實現城市設計要素的數字化轉譯,并形成以數字化城市設計成果為核心的包含基礎地理數據、規劃編制數據的綜合數據庫。

      (3)構建城市設計數字化管控體系

      三維數字化空間的價值體現不僅在于實體數字化,更在于虛擬空間內運行規則的數字化。構建城市設計數字化規則體系,將城市設計描述性的設計意圖以及管控意圖進行逐級梳理,形成管控大- 小類二級的管控體系,并突出各類的管控要素以及管控強度。屬性約束對要素的屬性進行規則化,如建筑立面材質等進行管控;空間度量約束對要素的空間拓撲關系、空間尺度進行約束;自定義模型約束類對于復雜的管控規則,構建復雜模型進行約束。在管控強度上,一方面通過剛性規則來反映城市設計成果評估的底線,另一方面通過彈性規則定義城市成果評估的上限。

      (4)形成城市設計數字化規則庫

      依托數字化管控規則體系,對整個城市設計方案的管控內容進行逐條梳理,形成對城市空間管控的數字化規則庫,為進一步數字化管控應用提供權威依據,并完善三維數字化空間的內涵。

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      數字化城市設計規則體系

      2.從城市設計到規劃管理全環節

      在三維數字化空間的基礎上,建構面向實踐的城市設計數字化平臺,共包含5 個基礎版應用系統,分別為城市設計空間基礎沙盤系統、報建系統、輔助決策系統、監測與管控系統以及過程式參與系統。通過完備的數字化規則與標準形成強有力的基礎技術支撐,系統性地將城市設計的全生命周期整合起來,使城市設計能夠真正有效地運用到規劃管理全環節。

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      城市設計數字化平臺

      (1)建成城市設計空間基礎沙盤系統,將與城市設計相關的多源空間基礎數據進行融合,為設計單位、規劃管理部門、城市決策者提供統一的工作沙盤。

      (2)建成城市設計數字化報建系統,為城市設計數字化成果提供標準化工具,保證其按照標準進行組織,并能夠融合到城市設計數字化沙盤中,為規劃管理提供有效服務。

      (3)建成城市設計數字化輔助決策系統,一方面輔助規劃管理部門和城市決策者按照城市設計編制技術規則對城市設計成果自身進行審查,另一方面提供諸如多方案比對、全規則評估、全視角評估等輔助決策支撐功能。

      (4)建成城市設計數字化監測與管控系統,滿足規劃管理部門的管控需求,從宏觀角度對城市設計的實施情況進行監測。一方面為相關規劃或者土地出讓出具技術要點,另一方面滿足基于管控規則對建設項目進行審批的需求。

      (5)建成城市設計過程式參與系統,面向公眾開放,使公眾參與到城市設計的全過程之中。依托空間基礎沙盤,公眾可隨時隨地分享自己的生活故事,對城市空間與生活圈提出自己的設計構想;并在方案評價和實施評估階段對設計方案與建成空間給予評價和反饋。  


      技術架構

      數字化城市設計解決方案,強調全面應用數字技術,實現城市設計技術方法的跨越式迭代發展。通過構建城市設計數字化平臺,運用新一代二三維一體化分析計算技術,研發基于SOA 架構下的城市設計數據庫和應用平臺,賦予城市設計全流程的數字化能力,保障數字化城市設計解決方案的有效落地。

      上海數慧城市設計數字化平臺總體架構設計分為五層,包括基礎設施層、數據服務層、計算服務層、應用支撐層、設備層。底層的基礎設施層,作為實現平臺功能的基礎環境,包括三維引擎等底層組件庫。平臺選用超圖三維組件SuperMap iObjects .Net 9D 作為三維可視化底層,其二三維一體化技術、多源三維數據融合技術,滿足數字化城市設計多元的應用需求。

      第二層是數據服務層,根據城市設計業務對數據應用的需求,以及數據自身的特性, 平臺采用PostgreSQL、MongoDB 兩類數據庫來保障數據和業務規則的存儲工作。其中,PostgreSQL 數據庫實現UDB/UDD等現狀數據、業務規則庫和常用表單等數據的存儲;MongoDB 數據庫實現傾斜攝影等海量瓦片數據的存儲。

      第三層是計算服務層,作為平臺的運算單元,支撐數字化城市設計的核心業務應用。計算服務獨立于應用端之外,旨在減輕應用端計算負擔,提高計算效率。

      第四層是應用支撐層,是實現數字化城市設計業務功能模塊的基礎。根據具體應用需求,構建了面向3 類用戶的5 個基礎版應用系統、2 個擴展版應用系統,貫穿城市設計全周期,最大化城市設計的管控與指導作用。

      最上一層是設備層,城市設計數字化平臺以PC 端、移動端等常見設備為載體,滿足不同場景的使用需求。

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      城市設計數字化平臺架構圖


      技術特性

      1.多源數據的二三維一體化融合

      針對城市設計數據異源異構的特性,采用獨特的數據引擎,融合傾斜攝影、Sketchup、GIS、BIM 等數據,真正實現三維室內室外一體化、宏觀微觀一體化,空天/ 地表/ 地下一體化,賦能平臺全空間數據融合能力。

      2.靈活隨需的管控規則配置

      針對復雜的城市設計管控規則,構建規則管理引擎,實現規則的靈活配置,支持自然規劃語言到計算機規則模型的轉化,落實城市設計的管控。

      3.尺度城市設計的體系聯動

      建立全尺度下的城市設計大模型,實現宏觀、中觀、微觀層面的城市設計要素分級顯示,以及不同尺度下城市設計意圖的無損傳導與聯動。

      4.基于并行計算的大數據可視化集成

      利用分布式存儲與并行計算技術,實現互聯網、物聯網數據的處理、存儲、分析、展示,并與時空數據進行融合,實現城市設計的大數據支撐。


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