田 峰

1 三維規(guī)劃管理系統(tǒng)的發(fā)展

當(dāng)前城市規(guī)劃正面臨著從靜態(tài)規(guī)劃向動(dòng)態(tài)規(guī)劃、從物質(zhì)規(guī)劃向社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展綜合規(guī)劃、從專家評(píng)審到公眾參與、從行政管理到法制化管理等方面的重大轉(zhuǎn)變，同時(shí)也需要通過(guò)形象手段向不具備專業(yè)知識(shí)的社會(huì)大眾進(jìn)行信息公開(kāi)及溝通交流，這些都對(duì)城市規(guī)劃和管理技術(shù)手段智能化、可視化等提出了新要求。

傳統(tǒng)的規(guī)劃管理方法是對(duì)總平面及平面、立面、剖面圖紙等建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)文件進(jìn)行審查。伴隨著土地資源越來(lái)越稀缺，城市不斷由高度、深度向綜合性立體化空間利用發(fā)展，多類型城市綜合體項(xiàng)目、綜合交通樞紐項(xiàng)目和地下交通樞紐日益增多，由此帶來(lái)的日照計(jì)算、景觀通視、天際線、地下空間管理等問(wèn)題僅靠二維平面數(shù)據(jù)是無(wú)法解決的，這就對(duì)規(guī)劃管理提出了更高的要求。因此發(fā)展三維規(guī)劃管理系統(tǒng)勢(shì)在必行。

在發(fā)達(dá)國(guó)家，三維城市技術(shù)應(yīng)用已非常廣泛，如日本在國(guó)土、工程、環(huán)保等領(lǐng)域普遍使用三維數(shù)據(jù)。在國(guó)內(nèi)，如深圳、廣州、天津等城市都積極開(kāi)展了三維規(guī)劃管理系統(tǒng)的建設(shè)，上海也在積極研究推進(jìn)。

一般來(lái)講，三維規(guī)劃管理系統(tǒng)以三維方案審批系統(tǒng)為核心，使用現(xiàn)有較成熟的三維地理信息技術(shù)，構(gòu)建三維數(shù)字城市場(chǎng)景模型，主要實(shí)現(xiàn)城市現(xiàn)狀仿真和新建項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)方案審批兩大功能，目的是實(shí)現(xiàn)管理方式從單一項(xiàng)目審批到對(duì)城市空間形態(tài)統(tǒng)籌研究、從簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)方案評(píng)審到全面分析城市空間、相鄰關(guān)系和界面結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，除向管理部門(mén)提供可視化的管理和決策支持平臺(tái)，還可向社會(huì)大眾展示城市風(fēng)貌、描繪未來(lái)發(fā)展藍(lán)圖。

2 建筑業(yè)信息化背景下三維規(guī)劃管理系統(tǒng)

建筑工程項(xiàng)目從項(xiàng)目策劃、建筑方案設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)水電設(shè)計(jì)、施工管理到后期物業(yè)運(yùn)營(yíng)等經(jīng)歷多個(gè)環(huán)節(jié)、多個(gè)專業(yè)，綜合性強(qiáng)，是各專業(yè)工種相互協(xié)作的結(jié)果，在各專業(yè)合作的過(guò)程中進(jìn)行了多次的數(shù)據(jù)交換，相應(yīng)產(chǎn)生大量圖紙等設(shè)計(jì)文件，如圖1所示。

作為設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的一部分，規(guī)劃管理部門(mén)依法對(duì)建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案圖紙的審查和許可是建設(shè)項(xiàng)目方案能否成立的關(guān)鍵因素之一。建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案審核是對(duì)建設(shè)工程項(xiàng)目進(jìn)行《建設(shè)工程規(guī)劃許可證》審核過(guò)程的重要前提，是判斷是否滿足核提規(guī)劃設(shè)計(jì)條件的關(guān)鍵步驟，也是進(jìn)行后繼建設(shè)工程施工圖設(shè)計(jì)的關(guān)鍵依據(jù)。不難理解，建立在三維平臺(tái)的規(guī)劃方案審批系統(tǒng)是三維規(guī)劃管理系統(tǒng)的關(guān)鍵。目前國(guó)內(nèi)已建成的三維規(guī)劃管理系統(tǒng)，基于Skyline、Uniscope、CityMaker等平臺(tái)，通過(guò)新建項(xiàng)目建筑物立面風(fēng)格比選、景觀影響分析等輔助分析，從建筑物體量、空間形態(tài)、空間影響等方面整體分析和考察設(shè)計(jì)方案，如圖2所示。

圖1 作為交流媒介的設(shè)計(jì)文件（筆者根據(jù)Paul Se letsky繪制）

圖2 三維規(guī)劃方案審批系統(tǒng)示意

筆者認(rèn)為，受制于數(shù)據(jù)來(lái)源和制作方式，目前三維規(guī)劃管理系統(tǒng)多為仿真、可視化表現(xiàn)用途。

城市基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是現(xiàn)有地形、地貌的三維建模仿真，多以機(jī)載激光測(cè)繪（LIDAR）成果為基礎(chǔ)，對(duì)激光掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理后構(gòu)建建筑物體框模型，制作成三維數(shù)字地形，如圖3所示。其中對(duì)重點(diǎn)區(qū)域城市標(biāo)志性建筑、歷史性建筑、重要景觀，還需要進(jìn)一步人工構(gòu)建精細(xì)模型，并添加綠化及小品等進(jìn)行精確刻畫(huà)。

圖3 三維建模過(guò)程示意

新建項(xiàng)目多使用3dmax軟件建模、貼圖賦材質(zhì)，置入大尺寸背景地形中的制作方式。問(wèn)題是使用3dmax軟件，模型只是帶有貼圖材質(zhì)的網(wǎng)格（MESH）幾何體，沒(méi)有數(shù)據(jù)庫(kù)支持，只能用于渲染表現(xiàn)，僅能抽取模型中高度、長(zhǎng)度等有限的簡(jiǎn)單幾何信息，其中沒(méi)有建筑構(gòu)件及分層面積等建筑信息，無(wú)法將模型賦予真實(shí)性質(zhì)進(jìn)行計(jì)算，例如對(duì)窗戶進(jìn)行建筑日照分析，因此max模型在本質(zhì)上無(wú)法作為可復(fù)用成果傳輸?shù)较乱粋€(gè)環(huán)節(jié)，也無(wú)法生成分層平面圖紙，不能保證與紙質(zhì)圖紙的數(shù)據(jù)完全一致，更無(wú)法為規(guī)劃管理下階段的建設(shè)工程施工圖提供審查參考依據(jù)。

同時(shí)，明明在建筑方案設(shè)計(jì)階段已經(jīng)存在的建筑外形、構(gòu)件等與結(jié)構(gòu)、設(shè)備計(jì)算相關(guān)的重要信息，卻不能隨模型文件傳遞給結(jié)構(gòu)工程師，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)計(jì)算、給排水、暖通設(shè)計(jì)等工作階段還需要重新建模以建立相關(guān)建筑信息，重復(fù)建模工作量巨大。

單純?yōu)槿S規(guī)劃方案審批目的進(jìn)行的三維建模，實(shí)際上是一個(gè)信息孤島，既無(wú)法保證數(shù)據(jù)的一致性、準(zhǔn)確性和完整性，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)管理系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)的共享。數(shù)據(jù)前后不一致、不可重復(fù)利用的問(wèn)題，反映了在建設(shè)項(xiàng)目全壽命周期不同階段用可視化技術(shù)改善信息管理過(guò)程中，如何實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化和無(wú)遺漏、無(wú)重復(fù)傳遞和處理信息的問(wèn)題。

出于商業(yè)及技術(shù)等種種原因，在三維規(guī)劃管理系統(tǒng)中使用合適的方法技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換、信息共享的可能性被有意無(wú)意的忽略了。筆者認(rèn)為，使用BIM方法，對(duì)新建項(xiàng)目的數(shù)據(jù)來(lái)源進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的規(guī)范和高效率的信息抽取，可以保證數(shù)據(jù)的一致性，提高可利用性，大幅減少重復(fù)性建模勞動(dòng)。

3 使用BIM方法，保證數(shù)據(jù)一致性、提高可利用性，促進(jìn)三維規(guī)劃管理系統(tǒng)發(fā)展

隨著“節(jié)能低碳”綠色建筑的興起，對(duì)設(shè)計(jì)提出了更高的要求。建筑全壽命周期（Life Cycle）包含了建筑物材料構(gòu)件生產(chǎn)、規(guī)劃與設(shè)計(jì)、建造與運(yùn)輸、運(yùn)行與維護(hù)、拆除與處理這一完整的全循環(huán)過(guò)程，研究表明，建筑全壽命周期費(fèi)用主要取決于設(shè)計(jì)方案階段。

與此相應(yīng)，建筑信息模型（Building Information Model，簡(jiǎn)稱BIM）方法應(yīng)運(yùn)而生。BIM通過(guò)構(gòu)造建筑數(shù)字虛擬模型，存放建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電、熱工、聲學(xué)、材料、價(jià)格、采購(gòu)、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)等各種專業(yè)信息，信息可在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等各個(gè)階段對(duì)建筑物進(jìn)行分析、模擬、可視化、施工圖、工程量統(tǒng)計(jì)等工作，核心是一個(gè)創(chuàng)建、收集、管理、應(yīng)用信息的過(guò)程，如圖4所示。BIM設(shè)計(jì)軟件發(fā)展很快，例如Graphisoft 公司的ArchiCad、Bentley公司的MicroStation Trif roma，Autodesk公司的Revit等軟件①美國(guó)國(guó)家建筑科學(xué)協(xié)會(huì)（National Institute of Building Sciences）對(duì)BIM定義如下：BIM是在開(kāi)放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)下對(duì)設(shè)施的物理和功能特性及其相關(guān)的項(xiàng)目全壽命周期信息的可計(jì)算可運(yùn)算的形式表現(xiàn)，從而為決策提供支持，以更好地實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的價(jià)值。。

圖4 BIM模型示意（Graphisoft）

以BIM為核心的設(shè)計(jì)方法極大地改變了設(shè)計(jì)過(guò)程、設(shè)計(jì)流程以及設(shè)計(jì)信息的利用方式，將建筑設(shè)計(jì)從基于幾何元素的二維設(shè)計(jì)變?yōu)榛贐IM的數(shù)字化三維設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)工作量前移，創(chuàng)建設(shè)計(jì)文件和協(xié)調(diào)的工作量大大減輕。BIM一經(jīng)建立，將為整個(gè)生命周期提供服務(wù)，并產(chǎn)生極大的價(jià)值，如在設(shè)計(jì)階段的方案論證、業(yè)主決策、多專業(yè)協(xié)調(diào)、結(jié)構(gòu)分析、造價(jià)估算、能量分析、光照分析等建筑物理分析和設(shè)計(jì)文檔生成等工作，在施工階段的可施工性分析、施工圖紙生成、工程量計(jì)算、施工預(yù)算、進(jìn)度分析和施工平面布置等工作，在運(yùn)營(yíng)階段的設(shè)施管理、布局分析（產(chǎn)品、家具等）和用戶管理等工作，如圖5所示。

使用BIM，審核建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案三維模型，可從中抽取設(shè)計(jì)方案審批相關(guān)信息，能夠保證與后繼工程規(guī)劃許可證審批環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)的一致性。同時(shí)模型數(shù)據(jù)能夠利用于建筑全壽命周期中，有效避免時(shí)間和資金浪費(fèi)，提高數(shù)據(jù)可利用性。

BIM方法可通過(guò)IFC技術(shù)實(shí)現(xiàn)，IFC為跨平臺(tái)之間數(shù)據(jù)交換提供了可能。目前IFC日趨成熟，國(guó)內(nèi)已發(fā)布行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)并開(kāi)發(fā)了建筑工程信息共享IFC模型平臺(tái)②IFC(In d u s t r y F o u n d a t i o n Cl a s s e s)是國(guó)際協(xié)作 聯(lián)盟組織（IAI） 定義的三維 建筑信息交 換標(biāo)準(zhǔn)， 通過(guò)為建筑 業(yè)定義通行語(yǔ)言，建 立一個(gè)共享 的模型來(lái)描 述建筑物 對(duì)象和建筑 流程中的必要信息 ，從而為不 同軟件之間 實(shí)現(xiàn)建筑 信息的交換 與共享提供了基 礎(chǔ)。目前I FC日趨成 熟，在國(guó) 內(nèi)，2 0 0 7年建設(shè)部發(fā)布了中國(guó) 的IFC行 業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建 筑對(duì)象數(shù) 字化定義J G/T1 9 8-2 0 0 7》 ，中國(guó)建筑 科學(xué)研究院 也開(kāi)發(fā)了 建筑工程信 息共享IF C模型平臺(tái)。。

圖5 作為數(shù)據(jù)核心的BIM模型（筆者根據(jù)Paul Se letsky繪制）

4 結(jié)語(yǔ)

在建設(shè)三維規(guī)劃管理系統(tǒng)過(guò)程中，在建筑業(yè)信息化的更廣視角下，將三維GIS和BIM技術(shù)結(jié)合，可以促進(jìn)建設(shè)項(xiàng)目全壽命周期各階段之間信息的無(wú)遺漏，無(wú)重復(fù)傳遞和處理及管理，更加有效地使用可視化技術(shù)改善各階段之間的信息溝通。BIM與建設(shè)項(xiàng)目電子報(bào)建結(jié)合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)抽取、計(jì)算機(jī)輔助審核，新加坡在這方面已有實(shí)例。

由于單體建筑與城市規(guī)劃尺度和規(guī)模的差異，BIM可能由于模型細(xì)致導(dǎo)致數(shù)據(jù)量過(guò)大，這可以借鑒虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中LOD模型的方法適當(dāng)簡(jiǎn)化。在如何簡(jiǎn)化模型，提高三維模型數(shù)據(jù)讀取和表現(xiàn)速度方面可能還有大量的工作要做。盡管目前國(guó)內(nèi)BIM方法和IFC技術(shù)的完善與實(shí)用化還需要一定的時(shí)間，但隨著研究和認(rèn)識(shí)的不斷加深，人們會(huì)越來(lái)越多地使用這種方法。筆者相信，通過(guò)新建項(xiàng)目中BIM方法的運(yùn)用，可以促進(jìn)信息共享交流，避免重復(fù)性勞動(dòng)，有效提高建設(shè)項(xiàng)目規(guī)劃管理的科學(xué)性和效率。隨著國(guó)內(nèi)研究和認(rèn)識(shí)的不斷加深，其應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛。

[1]Paul Seletsky,2005.Digital Design and the Age of Building Simulat ion, ht tp://www.aecbytes.com/viewpoint/2005/issue_19.html

[2]丁士昭.建設(shè)工程信息化導(dǎo)論[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2005.10.

[3]互聯(lián)網(wǎng)資源：http://www.aecbytes.com/viewpoint/.

[4]互聯(lián)網(wǎng)資源：http://www.archicad.cn/.

[5]互聯(lián)網(wǎng)資源：http://www.autodesk.com.cn/.

[6]互聯(lián)網(wǎng)資源：ht tp://www.bca.gov.sg/index.html.

[7]互聯(lián)網(wǎng)資源：ht tp://www. bent ley.com.cn/.

[8]互聯(lián)網(wǎng)資源：http://www.buildingsmartal liance.org/index.php/nbims/.

[9]互聯(lián)網(wǎng)資源：ht tp://www.iai-intemational.org/.

[10]邱奎寧,王磊.IFC標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)方法[J].建筑科學(xué),2004,20(3):76-78.

[11]王守清,劉申亮.IT在建設(shè)工程項(xiàng)目中的應(yīng)用和研究趨勢(shì)[J].項(xiàng)目管理技術(shù),2004(2):19-22.

[12]曾旭東,趙昂.計(jì)算機(jī)輔助建筑設(shè)計(jì)(CAAD)的發(fā)展趨勢(shì)[J].重慶建筑大學(xué)學(xué)報(bào),2006(1):21-24.

[13]曾旭東,趙昂.基于BIM技術(shù)的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)用研究[J].重慶建筑大學(xué)學(xué)報(bào),2006(2):33-35.

田 峰

博士，上海市規(guī)劃和國(guó)土資源管理局