數(shù)字規(guī)劃技術(shù)發(fā)展與實踐探索總結(jié)

王浩然 吳運超

摘 要：本文介紹了數(shù)字規(guī)劃出現(xiàn)的背景，通過回顧數(shù)字規(guī)劃的發(fā)展歷程，總結(jié)當(dāng)今學(xué)者的研究熱點，將數(shù)字規(guī)劃發(fā)展總結(jié)為四個階段，即CAD技術(shù)應(yīng)用到規(guī)劃的數(shù)字規(guī)劃萌芽階段，以3S及3D技術(shù)加入的數(shù)字規(guī)劃起步階段，以規(guī)劃一體化思想為主的數(shù)字規(guī)劃成熟階段，以及以規(guī)劃全局化和整體化為目的、以地理設(shè)計和CIM（城市智慧模型）研究為主的新模式探索階段。通過對這四個階段數(shù)字規(guī)劃技術(shù)及應(yīng)用案例的分析，提出數(shù)字規(guī)劃技術(shù)的應(yīng)用建議：首先規(guī)劃信息化工作者應(yīng)時刻關(guān)注全球信息技術(shù)發(fā)展動向，找到新技術(shù)與規(guī)劃工作的結(jié)合點，其次，將已有數(shù)字規(guī)劃技術(shù)進行集成應(yīng)用，以便產(chǎn)生更大的作用。

關(guān)鍵詞：數(shù)字規(guī)劃 發(fā)展歷程 新模式 探索

中圖分類號：TU986 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）04（c）-0000-00

1.引言

2008年美國IBM公司提出的“智慧地球”（Smarter Planet）概念已得到各國的普遍認(rèn)可。智慧地球孕育出智慧城市，近幾年，我國智慧城市的建設(shè)風(fēng)潮席卷全國。智慧城市的建設(shè)是一項及其復(fù)雜的工作，智慧規(guī)劃則是其不可或缺的重要支撐條件之一。智慧規(guī)劃的技術(shù)主線是信息技術(shù)，而數(shù)字規(guī)劃恰好滿足了智慧規(guī)劃的技術(shù)需求。數(shù)字規(guī)劃服務(wù)智慧城市的建設(shè)，智慧城市的建設(shè)又促進數(shù)字規(guī)劃的發(fā)展，兩者相輔相成。為了更好的運用數(shù)字規(guī)劃服務(wù)智慧城市建設(shè)，我們有必要回顧數(shù)字規(guī)劃的發(fā)展歷程，對其實踐和探索進行總結(jié)，使我們對數(shù)字規(guī)劃有更全面的認(rèn)識。

2.數(shù)字規(guī)劃背景

1998年1月31日，美國副總統(tǒng)戈爾在加利福尼亞科學(xué)中心所做的“數(shù)字地球——認(rèn)識21世紀(jì)我們這顆星球”的講演中首次提出“數(shù)字地球”的概念。數(shù)字地球概念的提出，推動了全球又一次信息化建設(shè)的高潮。我國十分注重信息技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，建設(shè)部在“十五”期間，組織實施了國家科技攻關(guān)計劃“城市規(guī)劃、建設(shè)、管理與服務(wù)的數(shù)字化工程”項目，開展了數(shù)字城市、城市建設(shè)管理信息化、城市規(guī)劃管理信息化等示范工程建設(shè)，取得了大量高水平的示范成果。在2008年1月1日起施行的《中華人民共和國城鄉(xiāng)規(guī)劃法》總則第十條中寫明“國家鼓勵采用先進的科學(xué)技術(shù)，增強城鄉(xiāng)規(guī)劃的科學(xué)性，提高城鄉(xiāng)規(guī)劃實施及監(jiān)督管理的效能?！彪S著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，規(guī)劃工作的不斷深入，數(shù)字規(guī)劃的概念出現(xiàn)在規(guī)劃人員面前。

2000年，簡逢敏先生提出數(shù)字城市規(guī)劃的概念，他認(rèn)為數(shù)字城市規(guī)劃是以數(shù)字地圖為基礎(chǔ)，集成經(jīng)濟、社會和人口統(tǒng)計等信息來描述城市空間形態(tài)的過去、現(xiàn)在和未來[1]。

此后，數(shù)字規(guī)劃引起更多學(xué)者的重視，但大家對數(shù)字規(guī)劃的概念及理論的認(rèn)知還未達(dá)到一致。一種觀點認(rèn)為數(shù)字規(guī)劃是以數(shù)字化的手段來實現(xiàn)對城市空間資源的有效配制與合理安排，是一種可持續(xù)的、適應(yīng)城市發(fā)展變化的有效手段，它涵蓋城市規(guī)劃業(yè)務(wù)的每個方面。另一種觀點則認(rèn)為數(shù)字城市規(guī)劃是傳統(tǒng)城市規(guī)劃理論與方法和現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展相結(jié)合的必然產(chǎn)物，是在實際應(yīng)用中逐步形成的城市規(guī)劃理論和方法，以及在此基礎(chǔ)上形成的計算機應(yīng)用系統(tǒng)，是數(shù)字城市中的一個重要的組成部分[2]。雖然數(shù)字規(guī)劃的概念還未統(tǒng)一，但是我們可以看出，在規(guī)劃工作中運用數(shù)字規(guī)劃技術(shù)是數(shù)字規(guī)劃的本質(zhì)。

近年來，數(shù)字規(guī)劃技術(shù)的應(yīng)用得到越來越多規(guī)劃單位的重視，2013年為加快各類新技術(shù)的轉(zhuǎn)化應(yīng)用，完善數(shù)字規(guī)劃人才隊伍建設(shè)，天津市城市規(guī)劃設(shè)計研究院規(guī)劃科技信息中心加掛“數(shù)字技術(shù)研究中心”，從而更大限度地實現(xiàn)數(shù)字規(guī)劃技術(shù)與規(guī)劃編制和管理的融合。武漢市規(guī)劃研究院亦下設(shè)數(shù)字規(guī)劃研究中心，負(fù)責(zé)信息化建設(shè)工作，主要從事GIS、城市仿真等技術(shù)在城市規(guī)劃中的應(yīng)用和開發(fā)，為將武漢院建設(shè)成為“數(shù)字化規(guī)劃院”提供技術(shù)平臺和支撐。

3 數(shù)字規(guī)劃發(fā)展歷程

本文將數(shù)字規(guī)劃發(fā)展歷程概括為四個階段，分別對各個階段數(shù)字規(guī)劃技術(shù)應(yīng)用及實踐進行分析及總結(jié)。

3.1 數(shù)字規(guī)劃萌芽階段

數(shù)字規(guī)劃萌芽階段就是以CAD技術(shù)為代表的規(guī)劃設(shè)計成果的輔助制圖階段。為了推進CAD技術(shù)在規(guī)劃設(shè)計行業(yè)的應(yīng)用，1994年建設(shè)部推行“甩圖板”工程，規(guī)劃人員徹底拋掉了水彩筆和圖板。CAD技術(shù)的應(yīng)用，使規(guī)劃人員對設(shè)計成果的編制效率大大提高，使規(guī)劃設(shè)計成果更加精確和詳細(xì)，通過計算機對規(guī)劃成果的處理與渲染，使規(guī)劃成果的表達(dá)更加直觀。且和傳統(tǒng)的紙質(zhì)成果相比較，CAD電子成果更加容易保存。

3.2 數(shù)字規(guī)劃起步階段

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，3S及3D技術(shù)進入規(guī)劃行業(yè)，數(shù)字規(guī)劃迎來起步階段。

3.2.1. 遙感

1983年，由北京市政府和地質(zhì)礦產(chǎn)部、城鄉(xiāng)建設(shè)部聯(lián)合組織的北京航空遙感綜合調(diào)查正式啟動。項目成果為城市規(guī)劃人員利用遙感技術(shù)服務(wù)規(guī)劃工作創(chuàng)造了成功的經(jīng)驗，且對城鄉(xiāng)規(guī)劃、建設(shè)、決策、管理和立法等方面具有重大意義，社會效益十分明顯[3]，為遙感技術(shù)今后在規(guī)劃工作中的應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。

可獲取大范圍數(shù)據(jù)資料、獲取信息的速度快，周期短、受制條件較少可概括為遙感技術(shù)的特點。遙感技術(shù)在規(guī)劃工作中的應(yīng)用首先解決了部分?jǐn)?shù)據(jù)源的獲取問題，通過遙感技術(shù)可快速獲取城市現(xiàn)狀數(shù)據(jù)。其次，利用遙感數(shù)據(jù)更便于規(guī)劃人員分析城市問題，如利用不同年份遙感數(shù)據(jù)研究城市增長問題，利用夜間燈光遙感界定城市建成區(qū)等。

近些年無人機遙感技術(shù)迅猛發(fā)展，因其獲取數(shù)據(jù)速度快、分辨率高且成本較低，被應(yīng)用于小區(qū)域航空攝影測量。

3.2.2. 地理信息系統(tǒng)

地理信息技術(shù)起源于上世紀(jì)60年代，到90年代后期進入規(guī)劃行業(yè)。雖然CAD技術(shù)提供了強大的繪圖功能，但是在數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析方面有所欠缺，而GIS正好彌補了CAD的空白，它能夠為規(guī)劃設(shè)計者提供一定的輔助分析和決策的手段。而且規(guī)劃成果由CAD格式存儲轉(zhuǎn)為GIS數(shù)據(jù)庫形式存儲，更加便于對成果的規(guī)范化管理。因GIS的強大的空間數(shù)據(jù)分析能力，各個規(guī)劃單位開始注重規(guī)劃決策支持系統(tǒng)的建設(shè)工作，如北京市城市規(guī)劃設(shè)計研究院立足規(guī)劃行業(yè)信息技術(shù)應(yīng)用的全新視角，開展了城鄉(xiāng)規(guī)劃決策支持平臺的建設(shè)工作。

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和移動技術(shù)的發(fā)展，WEBGIS和移動GIS應(yīng)運而生且進入規(guī)劃領(lǐng)域。通過網(wǎng)絡(luò)對空間數(shù)據(jù)進行地圖服務(wù)發(fā)布，規(guī)劃人員在局域網(wǎng)內(nèi)可方便瀏覽查詢所需要的數(shù)據(jù)，在保證數(shù)據(jù)安全性的前提下提升了便捷度。互聯(lián)網(wǎng)的普及，使得WEBGIS應(yīng)用在規(guī)劃公眾參與領(lǐng)域，公眾可直觀的查看規(guī)劃設(shè)計方案并反饋合理的建議。移動GIS則運用在規(guī)劃移動辦公領(lǐng)域，提升規(guī)劃人員辦公的便捷程度。

3.2.3. 三維可視化

2000年前后，三維可視化技術(shù)快速發(fā)展，隨后被引入規(guī)劃工作。開展相關(guān)工作較早的當(dāng)屬武漢市。2006年，武漢市三維數(shù)字地圖系統(tǒng)開始建設(shè)，目前已建設(shè)完成國內(nèi)首個特大城市級的“三維數(shù)字城市”模型及信息平臺，且總結(jié)提煉出國內(nèi)首個城市三維建模方面的國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并形成了數(shù)據(jù)生產(chǎn)、管理、更新與應(yīng)用的一體化循環(huán)體系[4]。

將城市模型建立在一個虛擬的三維環(huán)境中，規(guī)劃人員可直觀的看到一個立體可交互的虛擬城市。城市現(xiàn)狀及規(guī)劃成果的展示由以往的二維變?yōu)槿S展現(xiàn)，且在三維系統(tǒng)中可進行科學(xué)的模擬及預(yù)測，如通過三維系統(tǒng)對不同規(guī)劃方案建筑高度和視域的分析，可及時發(fā)現(xiàn)方案存在的問題，亦可快速選取眾多方案中最優(yōu)的一個。

3.3 數(shù)字規(guī)劃成熟階段

2000年之前，數(shù)字規(guī)劃技術(shù)主要是以單項應(yīng)用為主，在2000年后，規(guī)劃人員逐漸發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的技術(shù)已不能滿足日常工作的需要，如何將各項數(shù)字規(guī)劃技術(shù)集成應(yīng)用以發(fā)揮更大作用，成為亟待解決的問題。2006年，北京市城市規(guī)劃設(shè)計院提出“規(guī)劃一體化”思想，開展了城市規(guī)劃設(shè)計領(lǐng)域信息整合-共享-發(fā)布一體化方法研究工作，數(shù)字規(guī)劃進入成熟階段。

一體化方案實施的核心是整體設(shè)計架構(gòu)采用CAD技術(shù)、GIS技術(shù)、WebGIS技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)融合運用的方法，通過系統(tǒng)配置為實際應(yīng)用中不同的需求對象提供多平臺松散的應(yīng)用模式，實現(xiàn)不同的應(yīng)用策略，同時運用技術(shù)融合方法巧妙的將信息整合和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范實施融入到日常輔助規(guī)劃工作中去，從而解決了信息的整合、組織、共享、再利用等關(guān)鍵技術(shù)之間的關(guān)系問題。

3.4 數(shù)字規(guī)劃新模式探索階段

在規(guī)劃一體化的背景下，學(xué)者們正探尋數(shù)字規(guī)劃新的模式，這種模式更傾向于規(guī)劃全局化、整體化，主要包括地理設(shè)計和CIM（城市智慧模型）兩個方向。

3.4.1 地理設(shè)計

2008年“GIS與設(shè)計中的空間概念”（Spatial Conceptsin GIS and Design）會議在美國召開，會議強調(diào)應(yīng)重新審視GIS和設(shè)計之間的聯(lián)系并首次提出地理設(shè)計的概念[4]。地理設(shè)計是一種把規(guī)劃設(shè)計活動與實時的（或準(zhǔn)實時的）以地理信息系統(tǒng)為基礎(chǔ)的動態(tài)環(huán)境影響模擬緊密結(jié)合在一起的決策支持方法論[5]。

將地理大環(huán)境納入評估范疇，借助GIS實現(xiàn)設(shè)計過程的實時評估與反饋是地理設(shè)計的最大特點。近年，地理設(shè)計吸越來越多規(guī)劃學(xué)者的關(guān)注。金賢鋒等（2014年）總結(jié)了地理設(shè)計在城鄉(xiāng)規(guī)劃中的應(yīng)用，他認(rèn)為地理設(shè)計依托地理信息的地理分析，借助評估模型的動態(tài)評估與即時反饋，涵蓋“規(guī)劃委托—規(guī)劃編制—成果報批—規(guī)劃實施—規(guī)劃修編—規(guī)劃委托”的整個過程。

清華大學(xué)周文生等（2014年）在地理設(shè)計理念的指導(dǎo)下設(shè)計并開發(fā)了清華地理設(shè)計平臺（THGeoDesign），該平臺的設(shè)計目標(biāo)是構(gòu)建一個覆蓋規(guī)劃設(shè)計全過程，即從現(xiàn)狀數(shù)據(jù)采集、現(xiàn)狀分析、規(guī)劃方案設(shè)計、規(guī)劃方案評估、模擬、規(guī)劃方案展示到規(guī)劃成果輸出等的規(guī)劃設(shè)計支持平臺。平臺主要由系統(tǒng)配置管理、屬性數(shù)據(jù)處理、圖形數(shù)據(jù)處理、規(guī)劃分析、規(guī)劃設(shè)計、規(guī)劃評價、地理模擬以及專題制圖8個子系統(tǒng)組成。THGeoDesign已在中國大運河保護與管理規(guī)劃、大慶市總體城市設(shè)計、大慶市西城區(qū)分區(qū)性規(guī)劃、昆明滇池流域景觀風(fēng)貌保護體系研究以及城市公共安全應(yīng)急響應(yīng)動態(tài)地理模擬模型及其在城市公共安全規(guī)劃中的應(yīng)用等項目中得到應(yīng)用并取得良好的應(yīng)用效果。

3.4.2 城市智慧模型

建筑信息模型（BIM，Building Information Modeling）是一種應(yīng)用于工程設(shè)計建造管理的建模技術(shù)，將各種項目信息納入建筑模型之中，可應(yīng)用于項目設(shè)計、實施及維護全生命周期。2015年中國BIM應(yīng)用價值研究報告中預(yù)測，未來兩年我國運用BIM的施工企業(yè)總數(shù)增長速率將超過世界平均水平。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部分別于2011年、2014年和2015年發(fā)文鼓勵推進BIM技術(shù)的應(yīng)用，由此可見BIM擁有良好的發(fā)展前景。BIM目前在城市規(guī)劃中有一些簡單的應(yīng)用，但是不能夠解決城市問題。

城市智慧模型（CIM，City Intelligent Model）是同濟大學(xué)吳志強教授（2015年）在“從BIM到CIM，從增量建設(shè)到智慧協(xié)同”演講中提出的概念，他認(rèn)為城市不僅是機器，更是生命體。所有的智能建造，意識，構(gòu)建，全部整合起來，形成一個新體系，城市要以單體建筑為基礎(chǔ)，走向全系統(tǒng)運行管理。

CIM的研究重點是介于建筑單體之間的聯(lián)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)，例如交通流、氣流等等。城市的單體建筑是固定的，但是他們之間的連接網(wǎng)絡(luò)是每天變化的，通過對這些網(wǎng)絡(luò)的研究，我們便可以發(fā)現(xiàn)城市中的問題。CIM將BIM作為城市的細(xì)胞，把時空數(shù)據(jù)接入CIM，實現(xiàn)對突發(fā)事件的預(yù)警和城市未來藍(lán)圖的模擬。

無論是地理設(shè)計還是城市智慧模型，兩者都是把整個城市納入到模型系統(tǒng)中進行模擬及評估，更加注重規(guī)劃的全局性和整體性。這兩種方法目前還處于研究階段，在實際規(guī)劃工作中應(yīng)用不多，但隨著研究的不斷深入，很可能成為數(shù)字規(guī)劃服務(wù)規(guī)劃工作新的方式。

4總結(jié)

通過對數(shù)字規(guī)劃技術(shù)發(fā)展回顧，我們不難發(fā)現(xiàn)，由最初啟蒙階段發(fā)展到新模式探索階段的過程中，數(shù)字規(guī)劃技術(shù)深深影響著我們的規(guī)劃方式。為了讓數(shù)字規(guī)劃技術(shù)更好的服務(wù)于智慧城市的建設(shè)，我們要做到以下兩點：（1）首先我們要做到數(shù)字規(guī)劃技術(shù)集成應(yīng)用。數(shù)字規(guī)劃技術(shù)的簡單應(yīng)用，已經(jīng)不能滿足日常規(guī)劃工作中的需求，分析各項數(shù)字規(guī)劃技術(shù)特點、挖掘其應(yīng)用潛力并進行集成應(yīng)用，才能發(fā)揮出巨大作用。（2）其次我們要把握技術(shù)發(fā)展方向。當(dāng)今社會信息技術(shù)日新月異，我們應(yīng)該及時掌握新技術(shù)的發(fā)展方向，將有潛力的新技術(shù)引入規(guī)劃領(lǐng)域，使其與規(guī)劃工作相結(jié)合。

數(shù)字規(guī)劃技術(shù)的運用，不僅提升規(guī)劃工作人員的效率，而且使得規(guī)劃成果更加科學(xué)化。數(shù)字規(guī)劃技術(shù)未來必將幫助我們解決更多的城市問題。

參考文獻(xiàn)

[1] 簡逢敏.從數(shù)字地球到數(shù)字城市規(guī)劃：兼論上海城市規(guī)劃信息系統(tǒng)[J] 上海城市規(guī)劃，2000（4）：23-32

[2] 黨安榮，毛其智，史慧珍. 數(shù)字城市規(guī)劃中空間信息技術(shù)集成研究背景與內(nèi)容分析[J] 上海城市規(guī)劃，2007（5）：49-53

[3] 張其昆 從北京航空遙感綜合調(diào)查談遙感在城鄉(xiāng)規(guī)劃中的作用[J] 城市規(guī)劃，1988（1）：20-24