基于實景三維的建設工程規劃設計方案輔助構建及審查

范 煒，朱 燁，王會影，沈 健

（1.蕪湖市灣沚區征地和土地整理開發復墾中心，安徽 蕪湖 241199；2.南京國圖信息產業有限公司，江蘇 南京 210036）

0 引言

國土空間規劃是國家空間發展的指南、可持續發展的空間藍圖、各類開發保護建設活動的基本依據[1]。如何建立與之匹配的技術手段，高效支撐有序的規劃實施及精準的規劃審查，對于充分發揮規劃引領作用具有極其重要的影響[2-3]。傳統的規劃數據及規劃審查工作主要基于二維可視化技術和管理手段[4-5]，隨著城市快速發展，二維國土空間規劃和審查難以滿足現代應用需求，二維數據的平面性、單一性難以反映現實的立體城市風貌，易造成景觀不協調、空間管控難實現、人居體驗差等問題[6-7]。

三維地理信息系統（GIS）技術作為展現空間形態的最直接手段，是實現國土空間規劃業務數字化轉型的必然選擇，能夠有效支撐規劃成果展示立體化、規劃設計方案審查標準化，對于提升城市管理和開發利用水平具有重要意義[8-9]，國內外學者開展了三維GIS 手段輔助國土空間規劃基礎數據管理、規劃編制及實施監督等維度的相關研究[10-13]。結合國土空間規劃“五級三類”的管理體系，面向總體規劃、詳細規劃、專項規劃等不同類型的規劃，三維GIS 的融合應用對規劃數據治理、規劃編制實施、規劃評估監督等工作具有重要作用。例如，基于傾斜攝影、精細模型等構建的基礎底圖數據，可以提供更加真實且直觀的數據基礎，能夠在總體規劃、詳細規劃等規劃編制過程中綜合兼顧地區風貌，合理劃分功能分區、設置管控指標等。三維參數化建模、三維空間分析等技術方法有助于快速、高效地構建更小尺度下的核心區城市設計、單個建設工程規劃設計的動態化三維方案，并通過三維空間分析實時評價設計方案合規性，助力實現日益精細化、體系化的空間要素管控。

近年來，《實景三維中國建設技術大綱（2021版）》《自然資源部辦公廳關于全面推進實景三維中國建設的通知》等文件[14-15]相繼發布，為實景三維數據的采集、管理及應用提供了統一的標準規范。在此背景下，灣沚區結合現有規劃相關業務的迫切需求，研究并實現了基于實景三維的建設工程規劃設計方案輔助構建及審查；采用構建的地形級、城市級、部件級等實景三維數據，結合國土空間規劃數據及建設工程規劃設計方案的構建和審查需求，開展了總體思路、架構設計、技術體系、服務功能等方面設計與實現，提供規劃成果全方位展示、三維規劃設計方案構建與對比、方案立體化評審、規劃設計輔助決策等多維應用。以實際應用需求為導向，助力灣沚區建設工程規劃設計方案的全方位、多層次、數字化展示和評審，充分發揮了實景三維成果的價值，有效提升了數智化的服務效能和服務水平。

1 需求分析

建設工程規劃設計方案審查結果是建設工程規劃許可證核發的重要依據，為貼合場景應用，本文對灣沚區建設工程規劃設計方案審查的核心業務需求進行了具體分析，全面梳理了灣沚區審查過程中用地性質、規劃指標、建筑造型、風貌管控等方面的要求，促進三維參數化建模、三維空間分析、三維空間數據可視化等專項技術與業務場景的深度融合。

（1）規劃設計方案靈活構建的需求?，F有的規劃設計方案構建主要基于二維圖紙，存在平面化、不直觀等缺點；基于專業建模軟件的三維構建方案存在耗時且專業操作性強、缺少空間位置信息等問題，并且仍需在規劃底圖中進行數據轉換、坐標設置等操作，難以滿足日常工作中三維規劃設計方案快速、便捷構建的應用需求。

（2）評審指標智能審核的需求。建設工程規劃設計方案評審的指標體系較豐富，包括了空間管控類、評價類及環境類等維度指標。以往的審核及分析過程主要依靠人工，易造成分析不全面、結果不準確等問題，亟需結合業務實際需求將審核指標數字化和規則化，以支撐智能輔助指標的自動審查，從而執行更規范、高效的規劃實施監督。

（3）建筑風貌立體管控的需求。隨著城市規劃建設管理水平的持續提升，城市建筑風貌的品質日益受到重視。傳統的二維規劃數據無法直觀展示規劃的實際可視化效果，制約了管理人員對數字化環境視域長廊、天際線等的精準把控?；诘匦?、遙感影像、傾斜攝影等二維和三維數據構建更加豐富、真實的底圖，對于支撐城市建筑風貌建立、強化建筑風貌品質至關重要。

2 技術路線

2.1 總體思路

圍繞灣沚區建設工程規劃設計方案構建及審查的應用特點和迫切需求，本文以灣沚區現有的二維和三維時空數據為基礎，融合地形、遙感影像、傾斜攝影、白模等多源數據，支撐三維現實空間抽象后的實景化、立體化表達，構建三維“一張圖”，為業務應用提供高質量的底圖支撐?；趨祷＜夹g研究規劃設計方案的在線構建方法，管理人員能夠輸入建筑高度、建筑朝向等基本信息，在“一張圖”場景中自動生成規劃設計方案，通過構建便捷化方案促進三維GIS 技術在輔助規劃中的深度應用。同時，數字化規劃要素的業務屬性、指標規則等信息，依據國土空間規劃的管控要求，面向規劃設計方案的自動審查、三維空間分析等功能形成數據驅動的智能決策支持能力，實現數字化、平臺化服務模式創新，總體思路如圖1所示。

圖1 總體思路

2.2 架構設計

結合《自然資源部信息化建設總體方案》《實景三維中國建設技術大綱（2021 版）》等建設要求，灣沚區建設工程規劃設計方案輔助構建及審查應用主要基于實景三維國土空間基礎信息平臺建設，以平臺匯聚的各類二、三維數據為基礎，總體上遵循基礎設施層、數據資源層、平臺支撐層、應用服務層和用戶層的架構設計，構建“數據+平臺+應用”的模式，平臺總體架構如圖2 所示。通過在平臺數據體系中抽取、匯總規劃專題的二、三維數據集，依托國土空間基礎信息平臺的資源管理、智能分析、可視化、統一認證等功能，聚焦建設工程規劃設計方案評審業務需求，研發提供規劃成果全方位展示、規劃設計方案構建、規劃設計方案對比、三維立體化評審、規劃設計輔助決策等功能，為開展全面高效的業務提供數智化的服務支撐。

圖2 總體架構

2.3 技術體系

為保障系統的可擴充性、易維護性、開放性和統一性，本文以資源集中利用、核心能力復用共享為目標，充分利用微服務、知識規則、新一代三維GIS 等技術，統籌整合業務應用與服務的技術體系，以數據引擎、服務引擎、可視化引擎、知識引擎為支撐，實現業務應用與服務的統一部署與分發，通過多端、多模式形成不同終端用戶的業務應用。具體技術體系如圖3 所示。

圖3 技術體系

（1）數據引擎。為滿足多源異構數據的統一管理和應用共享，激發各類數據蘊含的潛力，基于平臺匯聚的二、三維數據，采用多源、多尺度、結構化和非結構化等數據融合技術，支持三維地形、建筑白模、產權體、傾斜攝影、建筑信息模型（building information modeling，BIM）等多類型、全要素、多服務標準的數據融合和管理，能夠適應不同數據的特點，滿足集中應用需求。

（2）服務引擎。針對地形級、城市級、部件級等數據類型，提供矢量瓦片、空間三維模型（spatial 3D model，S3M）、Web 要素服務（web feature service，WFS）、Web 地圖服務（web map service，WMS）等服務，通過構建的服務引擎對外提供統一服務，能夠面向多端、多平臺的服務需求，實現無插件與跨平臺的二、三維一體化數據服務集成發布能力。

（3）可視化引擎。采用數據壓縮、跨域并發請求、渲染優化等方式，實現了支撐大場景、高效率、低延時的三維GIS 可視化技術方案，能夠有效增強基礎數據、規劃專題等數據的可視化表達能力，可根據不同的應用需求顯示不同細節層次的模型，為高效的可視化和數據分析提供便利。

（4）知識引擎。通過構建豐富的分析算子，提供三維場景、三維建筑模型等數據的可視域、通視、天際線等三維空間分析，并基于指標庫、規則庫、模型庫構建智能決策體系，能夠支撐三維空間上計算規劃設計方案指標，形成面向具體場景的輔助決策能力。

3 服務功能

3.1 規劃成果全方位展示

為支撐規劃設計成果的立體化、真實化表達，本文結合已有的數字高程模型（digital elevation model，DEM）、數字正射影像圖（digital orthophoto map，DOM）、傾斜攝影等實景三維地理場景類數據，融合區域內的規劃數據，形成服務于建設工程規劃設計方案輔助構建及審查的三維場景，在地圖中進行全方位展示。例如，針對總體規劃方案展示，在三維場景下以不同顏色渲染展示地塊的規劃用地類型，支持查看三維控制性詳細規劃，可以根據地塊控高、容積率等對地塊進行三維高度拉升，形成相應的控制性詳細規劃盒子，從三維體塊角度查看控制性詳細規劃，并能夠查看不同地塊的控制性詳細規劃指標要求。

3.2 規劃設計方案構建

本文采用參數化建模方法，實現在三維場景中快速構建規劃設計方案，滿足實時動態調整、及時展現方案效果的應用需求，規劃設計方案構建如圖4 所示。通過系統模型庫中預置的建筑模型或建筑基地輪廓線繪制和相應參數設置的方式，快速構建三維規劃設計方案，可以對目標單體建筑的層數、方位、朝向、材質和任意層的參數進行實時調整，能夠有效提高方案的設計效率。

圖4 規劃設計方案構建

3.3 規劃設計方案對比

針對規劃設計方案構建過程中的多方案比較需求，本文提供了多屏對比功能，可對多個設計方案或不同的調整結果進行比較，從中選擇較優方案。同時，支持對每個分屏下規劃項目的位置、高度、朝向、體量、形態等屬性進行靈活調整，并在對比場景中融入了河流、湖泊、道路等不同粒度的實景三維地理實體，便于用戶從不同維度對方案的空間形態、建筑風貌、業務合規性等進行統籌考慮，輔助城市規劃決策。

3.4 三維立體化評審

面向項目設計方案與規劃指標的符合度評審，本文構建了三維立體化評審體系，為建設方案提供定性和定量的輔助分析手段，從空間形態、指標參數等方面佐證方案。提供不同類型的三維空間分析工具，包括控制性詳細規劃盒子分析、限高分析、貼線率計算、天際線分析、通視分析等，從三維空間計算建設項目設計方案的經濟技術指標，并以直觀的形式將分析結果立體可視化，滿足規劃設計方案各類指標的高效、精確評審需求。

3.5 規劃設計輔助決策

結合項目智能選址、合規性分析等規劃決策應用場景，本文構建了分析算子，能夠進行自動化分析，并通過多維統計圖表、智能報告與實景三維場景相結合的方式可視化結果，為規劃設計方案提供決策依據。例如，項目智能選址支持通過用地性質及控制性指標查詢符合條件的地塊，并可對選中的地塊進行合理性分析和評估。同時，還提供了合規性分析，檢查項目的擬選址范圍是否符合國土空間規劃的管控要求，為項目生成及用地審批提供參考。還包括待開發用地指標分析，能夠統計分析各類待開發用地情況，支持自定義范圍內的拆遷影響情況分析并可計算拆遷成本等。

4 結語

如何通過三維手段輔助更科學的空間要素管控，對于城市建設和發展具有重要意義。本文面向灣沚區建設工程規劃設計方案構建及審查的業務需求，實現了多類場景應用，有效提升了規劃管控水平。（1）對規劃地塊進行了全方位、立體化展示，實現一圖清晰概覽全區各類用地分布，為灣沚區項目引進提供了資源底圖。（2）基于設定的三維建筑模型，能夠從三維空間計算設計方案的經濟技術指標，從而判斷項目設計方案與規劃指標的符合度，輔助城市風貌管控。（3）通過三維規劃輔助分析實現智能選地，自動分析展示符合條件的地塊，打造資源配置的“最強大腦”，并可通過指標分析支撐精準安排用地計劃，助力大美灣沚建設。

三維GIS 技術在國土空間規劃領域的應用融合仍有巨大的價值潛力。下一步，本文將持續研究三維場景下的地下空間規劃審查及虛擬現實（virtual reality，VR）、增強現實（augmented reality，AR）技術支撐下的規劃項目展示和評估等內容，仍需持續探索全面的三維國土空間規劃實踐，從而推動建立全方位、全鏈條的數智化規劃管控體系。