【摘要】城市大多依水而建，隨著城市空間的拓展，尤其是高強(qiáng)度開發(fā)帶來了城市濱水界面的極大變化，在如今以存量提質(zhì)為主的城市發(fā)展新時(shí)期，包括濱水界面、城市天際線、山水通廊和城市歷史城區(qū)風(fēng)貌的品質(zhì)提升成為了各地城市更新工作中一項(xiàng)重要議題。結(jié)合項(xiàng)目中實(shí)際遇到的關(guān)于視域分析的需求，主要采用了包括QGIS和Blender兩個(gè)開源軟件，并嘗試探討兩種方法的異同與優(yōu)劣，進(jìn)而給出在不同需求時(shí)的視域分析方法運(yùn)用建議。

【關(guān)鍵詞】視域分析； QGIS； Blender； 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

【中圖分類號(hào)】TP317.4【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

［定稿日期］2023-06-07

［作者簡(jiǎn)介］文毅（1983—），男，碩士，工程師，注冊(cè)城鄉(xiāng)規(guī)劃師，從事城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)工作；朱彥臻（1996—），女，碩士，工程師，從事城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)工作；莫燦（1998—），女，碩士，助理工程師，從事城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)工作；楊瀅鈺（1995—），女，碩士，助理工程師，從事城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)工作；胡仙雅（1997—），女，碩士，研究方向?yàn)轱L(fēng)景園林規(guī)劃與設(shè)計(jì)。

0 引言

“仁者樂山”“智者樂水”——中國城市歷來與山水相伴相生，山、水、城的關(guān)系維護(hù)也是城市發(fā)展的主要課題之一，尤其是將大尺度上的空間關(guān)系管控需求轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行的管理政策，成為了越來越多地方的管理需求。包括北京、重慶、香港、佛山［1］、日本京都、國內(nèi)外眾多城市都開展了相關(guān)的工作，較為成熟的是在城市歷史城區(qū)保護(hù)方面，相關(guān)研究探索已經(jīng)轉(zhuǎn)化為了相關(guān)的政策文件［2］。

2013年12月在北京舉行的中央城鎮(zhèn)化工作會(huì)議，更是明確指出：“要依托現(xiàn)有山水脈絡(luò)等獨(dú)特風(fēng)光，讓城市融入大自然；讓居民望得見山、看得見水、記得住鄉(xiāng)愁?！睂⒆匀簧剿畬?duì)塑造展現(xiàn)城市山水景觀，提升城市的形象，改善人居環(huán)境發(fā)揮重要作用給予了明確［3］。根據(jù)民政部的數(shù)據(jù)，截至2021年，我國共有地級(jí)行政區(qū)劃單位333個(gè)，縣級(jí)行政區(qū)劃單位 2 843 個(gè)［4］。其中沒有山的城市屈指可數(shù)［5］，沒有河流的城市（指城市中心區(qū)域無河流）更是鳳毛麟角。過去數(shù)十年的城市高速拓展，極大改變了中國城市與山、水的空間關(guān)系。帶來了包括濱水界面、城市天際線、山水視線通廊和城市歷史城區(qū)風(fēng)貌等空間形象的巨大變化。

1 現(xiàn)有分析方法簡(jiǎn)述

對(duì)于正處在城市化轉(zhuǎn)型關(guān)口的中國城市，對(duì)重要景觀界面進(jìn)行視域分析，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為建筑高度控制的政策工具成為了常態(tài)化的需求。目前運(yùn)用較多的建筑高度控制方法主要有三種：（1）分區(qū)控制法，常見于傳統(tǒng)城區(qū)的保護(hù)；（2）眺望控制法，常用于視線通廊控制；（3）天際線控制法，常用于海岸線、河岸線等濱水空間的規(guī)劃研究分析［6］。但是傳統(tǒng)的分析方式（尤其是二維平面、二維剖面上的分析），隨著分析對(duì)象空間尺度的擴(kuò)大，分析對(duì)象數(shù)量的增多，工作量迅速增加，也難以充分考慮山體、建筑物、建構(gòu)筑物遮擋（尤其是高層建筑），地面高差變化等因素的影響。

2 兩種新的分析方法概述

隨著計(jì)算機(jī)硬件算力的快速提升和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用的日新月異，以ArcGIS和QGIS為代表的地理信息系統(tǒng)軟件和以Sketchup、Rhino和Blender為代表的三維設(shè)計(jì)軟件在城市規(guī)劃工作中得到越來越多的運(yùn)用。使得傳統(tǒng)的二維平面的分析方法邁向三維化有了軟件支撐。更貼近實(shí)際的城市空間狀況，也能夠適應(yīng)更多的分析節(jié)點(diǎn)聯(lián)合分析。

本文基于兩個(gè)實(shí)際項(xiàng)目的工作情況，采用開源軟件QGIS和Blender來進(jìn)行視域分析，并嘗試探討兩種方式的異同與優(yōu)缺點(diǎn)。方法一：以QGIS為主要工具，主要使用其中的GRASS插件和Visibility Analysis插件，進(jìn)行基于DEM數(shù)據(jù)的視域分析。方法二：以QGIS和Blender為主要工具，主要使用其中的GDAL（QGIS）模塊和EEVEE（Blender）模塊，進(jìn)行基于城市體塊模型，使用光照模擬視線的可視范圍進(jìn)行視域分析。

3 兩種分析方法的實(shí)證運(yùn)用

3.1 基于QGIS的視域分析——以宜賓三江六岸區(qū)域?yàn)槔?/p>

3.1.1 研究對(duì)象概況

宜賓素有“長江首城·中國酒都·中華竹都”的美譽(yù)，金沙江、岷江在市區(qū)匯流，正式成為傳統(tǒng)地理意義上的長江。宜賓市傳統(tǒng)的地標(biāo)如白塔山、翠屏山、夾鏡樓、長江地標(biāo)廣場(chǎng)、冠英古街和新建的重要節(jié)點(diǎn)如長江公園、三江口CBD、國際會(huì)議中心均位于三江口區(qū)域［7］。歷史城區(qū)、生態(tài)核心、新城區(qū)三個(gè)空間要素在三江六岸區(qū)域匯聚，三者如何協(xié)調(diào)，如何識(shí)別重要的空間區(qū)域，為地方規(guī)劃建設(shè)管理主管部門提供決策依據(jù)成為一個(gè)重要課題。為回答這一問題，筆者所在的項(xiàng)目組結(jié)合掌握的基礎(chǔ)信息資料，主要使用QGIS開展了分析工作。

3.1.2 研究方法步驟

（1）獲取基礎(chǔ)DEM數(shù)據(jù)：從地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站（http//www.gscloud.cn）獲取宜賓市三江六岸區(qū)域的30 m精度DEM數(shù)字高程數(shù)據(jù)，結(jié)合行政區(qū)劃邊界，使用按掩膜圖層裁剪柵格功能裁切出與研究范圍相適宜的DEM數(shù)據(jù)作為視域分析的空間基底（圖1）。

（2）獲取研究建筑輪廓和高度數(shù)據(jù)：基于實(shí)地調(diào)研和天地圖網(wǎng)站（http：//map.tianditu.gov.cn）的矢量地圖和衛(wèi)星影像，結(jié)合OSM下載對(duì)應(yīng)區(qū)域的建筑輪廓和高度數(shù)據(jù)，補(bǔ)充完善建筑高度等屬性信息，形成具有建筑高度屬性的建筑輪廓矢量數(shù)據(jù)（Shapefile格式）（圖2～圖3）。

（3）構(gòu)建包含建筑體塊的柵格地表面：在確保建筑輪廓矢量數(shù)據(jù)與DEM數(shù)據(jù)的投影坐標(biāo)系一致后，利用QGIS的GRASS模塊工具集進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。由于相關(guān)工具對(duì)輸入數(shù)據(jù)模型的嚴(yán)格要求，需先將DEM數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為TIN數(shù)據(jù)，再將TIN數(shù)據(jù)與建筑輪廓矢量數(shù)據(jù)分別轉(zhuǎn)換為像元大小一致的柵格數(shù)據(jù)，由此得到柵格地表面和柵格建筑。利用QGIS空間分析擴(kuò)展模塊中的工具集，判斷研究范圍中是否為建筑所在區(qū)域，若“是”，則柵格值取柵格建筑的值，否則取柵格地表面的值，以此實(shí)現(xiàn)了建筑輪廓矢量數(shù)據(jù)與空間基底DEM數(shù)據(jù)的疊合，生成了一個(gè)具有建筑高度信息的全新柵格地表數(shù)據(jù)，完成了2D要素向3D要素的轉(zhuǎn)換（圖4～圖6）。

（4）設(shè)定觀察者點(diǎn)：使用QGIS中的創(chuàng)建觀察者點(diǎn)工具（Create observer points），新建Shapefile格式的觀察者點(diǎn)要素圖層，創(chuàng)建事先選定的三個(gè)關(guān)鍵觀察點(diǎn)（選點(diǎn)位置分別為合江門廣場(chǎng)、長江公園、國際會(huì)議中心），并在屬性表中為其添加“高度”字段，利用3D分析模塊的相關(guān)工具，將3個(gè)關(guān)鍵觀察點(diǎn)所處的地表高度數(shù)據(jù)賦予對(duì)應(yīng)的點(diǎn)要素，再補(bǔ)充觀察者自身的視點(diǎn)高度，以此獲得較準(zhǔn)確的觀察點(diǎn)實(shí)際高程信息，將該點(diǎn)要素文件作為視域分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（圖7）。

（5）視域范圍分析：使用視域分析工具（Viewshed）對(duì)3個(gè)觀察點(diǎn)分別進(jìn)行可見性計(jì)算（Visibility Calcualtion），得到每一個(gè)觀察點(diǎn)的可見性分布范圍（圖8～圖11）。

（6）可見性綜合分析：使用柵格計(jì)算工具，將上述步驟中得到的3個(gè)點(diǎn)的可見性分布圖做條件運(yùn)算和疊加計(jì)算，區(qū)分出能夠同時(shí)被1個(gè)、2個(gè)和3個(gè)觀察點(diǎn)看到的區(qū)域，從而識(shí)別出對(duì)于選定的3個(gè)觀察點(diǎn)（假定權(quán)重相同）來說最需要關(guān)注的區(qū)域，為后續(xù)主管部門的工作提供決策支持。

小結(jié)：從上述方法的工作流程和分析結(jié)果來看，本方法可以較為直觀地展現(xiàn)視域分析的結(jié)論，進(jìn)而指導(dǎo)城市公共界面的品質(zhì)提升工作的重點(diǎn)。

3.2 基于QGIS+Blender的視域分析——以廣元兩江四岸區(qū)域?yàn)槔?/p>

3.2.1 研究對(duì)象概述

廣元，古稱利州，是中國歷史上唯一女皇帝武則天的出生地，地處嘉陵江從山地向盆地的過渡地帶，使得古利州成為重要的驛道節(jié)點(diǎn)。地處嘉陵江和南河交匯處利州老城也就同時(shí)擁有了大江與小河兩種不同的濱水空間。作為城市地標(biāo)的皇澤寺、鳳翔樓、老鐵橋、鳳凰樓、天成廣場(chǎng)、琴臺(tái)廣場(chǎng)和鳳臺(tái)賓館等坐擁廣元兩江四岸重要的濱水界面［8］。隨著城市的不斷更新，廣元的濱水界面這些地標(biāo)相互之間的關(guān)系如何完善？在面臨以自平衡為主的有機(jī)更新需求下，老城內(nèi)插花狀態(tài)的高層建筑與周邊建筑的天際線如何管控？為回答這一問題，筆者所在的項(xiàng)目組結(jié)合掌握的基礎(chǔ)信息資料，使用QGIS和Blender開展了分析工作。

3.2.2 研究方法步驟

（1）獲取基礎(chǔ)DEM數(shù)據(jù)：從地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站獲取廣元市兩江四岸區(qū)域的30 m精度DEM數(shù)字高程數(shù)據(jù)，結(jié)合行政區(qū)劃邊界，使用QGIS按掩膜圖層裁剪柵格功能裁切出與研究范圍相適宜的DEM數(shù)據(jù)作為視域分析的空間基底（圖12）。

（2）導(dǎo)出研究范圍地形和衛(wèi)星影像：使用QGIS的GADL模塊的等高線計(jì)算功能，從前述DEM數(shù)據(jù)中獲取等高線數(shù)據(jù)，然后導(dǎo)出為DWG文件；加載同范圍的天地圖遙感影像，導(dǎo)出為PNG文件（圖13）。

（3）建立地形模型：在Blender中將前述等高線的DWG文件合并成地形，將遙感影像作為材質(zhì)賦予地形。用以輔助建筑體塊的位置配準(zhǔn)（圖14）。

（4）建立建筑體塊模型：根據(jù)項(xiàng)目組獲取的建筑輪廓資料，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和百度街景的數(shù)據(jù)，分區(qū)分片整理出建筑輪廓和建筑高度信息。將建筑輪廓按照高度建立成體塊，進(jìn)一步補(bǔ)充橋梁等大型建構(gòu)筑物，與地形模型合并為相對(duì)完整的城市三維模型（圖15）。

（5）用燈光模擬觀察點(diǎn)：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研評(píng)估出10余處重要觀察點(diǎn)，每一個(gè)觀察點(diǎn)用Blender中的燈光模擬。關(guān)閉燈光的漫（反）射，增大燈光的強(qiáng)度［9］，選用平行投影的方式，采用頂視角和軸測(cè)視角，使用EEVEE模塊渲染，逐個(gè)獲得選定觀察點(diǎn)的可視性模擬分析。疊加地類分析圖來看，可以非常直觀地判讀出從各觀察點(diǎn)與城市、山體、水體之間的可見性（圖16）。

（6）將獲取的可見性分析結(jié)論加載進(jìn)入QGIS，用二值方式重分類，然后進(jìn)行疊加計(jì)算?？梢詺w納整理出各個(gè)重要觀察點(diǎn)和被觀察點(diǎn)的現(xiàn)狀視線通廊。為下一步建筑高度分區(qū)管控，城市界面管控政策制定提供了一定的技術(shù)支撐（圖17）。

從前述分析方法的工作流程和分析結(jié)論和表達(dá)來看，本方法可以較為直觀地展現(xiàn)視域分析的結(jié)論，進(jìn)而指導(dǎo)城市空間管制工作與管制政策的指定。

4 兩種分析方法的對(duì)比

兩種分析方法的比較見表1。

5 小結(jié)

本文提到兩種方法，均是已有的視域分析理論框架下的眾多技術(shù)實(shí)現(xiàn)途徑之一，限于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)生成的過程，其數(shù)據(jù)精度，完整程度均在現(xiàn)勢(shì)性方面有不足，需要投入較多資源進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研作為補(bǔ)充，也就導(dǎo)致了分析結(jié)論在顆粒度上的固有缺陷。但是面向有限時(shí)間內(nèi)、限定研究對(duì)象的規(guī)劃設(shè)計(jì)工作，這兩種方法均不失為總體規(guī)劃（國土空間規(guī)劃）階段或者控制性詳細(xì)規(guī)劃（城市設(shè)計(jì)）階段常規(guī)城市空間格局分析工作的補(bǔ)充工具。

隨著城市規(guī)劃管理和設(shè)計(jì)工作與計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合，從簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（如AutoCAD、湘源控規(guī)）到城市地理信息系統(tǒng)（國土空間規(guī)劃），再到城市信息模型（CIM）、數(shù)字孿生城市。加上無人機(jī)、傾斜攝影等新技術(shù)手段的普及，城市規(guī)劃設(shè)計(jì)管理工作隨著計(jì)算機(jī)軟硬件的升級(jí)，工作手段得到不斷拓展，但是核心依然應(yīng)當(dāng)是是以人為本，為城市高質(zhì)量發(fā)展賦能，為中國城市在山、水、城關(guān)系的提升方面發(fā)揮更大的價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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［2］ 范躍虹，李紫妍，賴奕堆，等.古都景觀視線通廊保護(hù)方法研究：以京都為例［C］//面向高質(zhì)量發(fā)展的空間治理，2020中國城市規(guī)劃年會(huì)論文集，成都：2021.

［3］ 項(xiàng)晶.基于山水視線分析的規(guī)劃區(qū)綠地布局方法研究：以遷西縣為例［D］.南京：南京林業(yè)大學(xué)，2019.

［4］ 2021年民政事業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)［R］.中國人民共和國民政部，2021.

［5］ xiang浩看世界.中國連一座山都沒有的十個(gè)城市，一望無際、一馬平川，有你家鄉(xiāng)嗎［EB/OL］.URL：https：//baijiahao.baidu.com/s？id=1745489193223318201amp;wfr=spideramp;for=pc.

［6］ 張耀文.基于GIS視線分析的山地城市建筑高度控制方法及其應(yīng)用——以黃龍縣老城區(qū)為例［J］.城市建設(shè)理論（電子版），2019（34）：14-15.

［7］ 宜賓市文化廣播電視和旅游局.長江首城、宜人宜賓［EB/OL］.URL：https：//isite.baidu.com/site/wjzdkqcm/4c00d455-5221-4eef-9f4a-388de57f8936？wid=5c2dc3ee4e334423992b0d9c06e0da7f_0_0.

［8］ 廣元市人民政府.印象廣元［EB/OL］.URL：https：//www.cngy.gov.cn/single/show/20160712145640222.html.

［9］ LovseYi. 10分鐘內(nèi)搞定一張漂亮的景觀規(guī)劃視線分析［EB/OL］.URL：https：//www.bilibili.com/video/BV1H7411M7tL.