城市規(guī)劃管理技術(shù)規(guī)定的自動(dòng)化核查方法研究

劉新新

（廣州城市規(guī)劃技術(shù)開(kāi)發(fā)服務(wù)部有限公司，廣東 廣州 510000）

1 核查系統(tǒng)

1.1 以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)的核查系統(tǒng)

BIM技術(shù)是一種建筑虛擬建模的技術(shù)，也就是根據(jù)輸入的各項(xiàng)建筑物數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行建筑物的虛擬建模。但是在進(jìn)行自動(dòng)化核查方法的研究時(shí)，BIM技術(shù)的應(yīng)用主要是對(duì)報(bào)件的各項(xiàng)建筑信息進(jìn)行建模，然后再進(jìn)行合規(guī)性的檢查，這種模式是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。目前已有的以IFC模型為基礎(chǔ)的自動(dòng)核查平臺(tái)是應(yīng)用C+和對(duì)象庫(kù)的模式，在應(yīng)用時(shí)只需要從IFC模型中獲取想要的算法，再采用相關(guān)對(duì)象及函數(shù)[1]。將語(yǔ)言規(guī)則轉(zhuǎn)譯為程序語(yǔ)言，就可以進(jìn)行自動(dòng)化的核查，但是其缺點(diǎn)也非常明顯，主要是開(kāi)放性較差，需要用戶進(jìn)行編程才能根據(jù)需要定制規(guī)則編寫(xiě)系統(tǒng)。

1.2 以二維圖紙為基礎(chǔ)的核查系統(tǒng)

在應(yīng)用二維圖紙進(jìn)行報(bào)件的核查時(shí)，因?yàn)槭褂玫娜藬?shù)眾多，所以存在著普遍性，核查的時(shí)候?qū)ξ募奶幚磔^為簡(jiǎn)單。目前的二維圖紙核查系統(tǒng)主要應(yīng)用CAD技術(shù)進(jìn)行核查。例如，廣州城市信息研究所有限公司在研究城市規(guī)劃管理技術(shù)時(shí)，研發(fā)出了規(guī)劃編審成果管理系統(tǒng)，廣州市城市規(guī)劃自動(dòng)化中心研發(fā)出了“三通軟件”，這些系統(tǒng)和軟件應(yīng)用的就是CAD插件，擁有功能分區(qū)、指標(biāo)計(jì)算等簡(jiǎn)單的核查功能。

2 城市規(guī)劃管理技術(shù)規(guī)定的自動(dòng)化核查方法的技術(shù)設(shè)計(jì)

2.1 包含二、三維設(shè)計(jì)的描述方法

城市規(guī)劃管理技術(shù)中，無(wú)論二維設(shè)計(jì)描述方式還是三維設(shè)計(jì)描述方式，都是通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行建筑方案設(shè)計(jì)的方法，它們的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)都很明顯。首先，二維的設(shè)計(jì)方法是二維的圖紙CAD文件與數(shù)據(jù)表文件的結(jié)合，是應(yīng)用平面設(shè)計(jì)的方式進(jìn)行建筑物的設(shè)計(jì)，從而描述建筑的方式。二維的設(shè)計(jì)方法可以準(zhǔn)確的描述出水平的地面和正交的外墻以及屋頂這樣的建筑，還能減小文件規(guī)模，便于瀏覽和傳閱，能夠使用各種標(biāo)準(zhǔn)文檔進(jìn)行表述，并滿足報(bào)送時(shí)的審核標(biāo)準(zhǔn)，因此使用的人數(shù)較多。但是這種方法也有缺點(diǎn)，那就是在描述具有連續(xù)的坡的地面、不是垂直或者水平的屋頂或者不是垂直的墻角時(shí)，表達(dá)的方式較為麻煩。

三維的設(shè)計(jì)方法是在BIM模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，但是這種方式會(huì)導(dǎo)致文件的規(guī)模較大，對(duì)于設(shè)備的要求也較高，但是其能進(jìn)行建筑物的建模和整體性的數(shù)據(jù)，還能高效地表達(dá)建筑物的各種造型，即使是不規(guī)則的造型也可以準(zhǔn)確地進(jìn)行描述，因此未來(lái)的發(fā)展前景較為廣闊。

因此，在兼容二維和三維的描述方法時(shí)，可以將二維的CAD文件與數(shù)據(jù)表文件通過(guò)自動(dòng)轉(zhuǎn)化的方式轉(zhuǎn)化為三維的建筑數(shù)據(jù)，利用內(nèi)部三維建筑數(shù)據(jù)的接口，就能實(shí)現(xiàn)二、三維的融合，從而實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)的未來(lái)發(fā)展。

2.2 自動(dòng)化核查方法的流程

目前已有的報(bào)建文價(jià)審核包括預(yù)審和正式審批兩個(gè)階段，預(yù)審的周期由于具體情況的不同時(shí)間的長(zhǎng)短并不能固定，而且需要消耗專(zhuān)業(yè)人員的大量精力。正是審批工作相較于預(yù)審就要簡(jiǎn)單很多，而且流程是固定的，只需要完成行政類(lèi)的報(bào)備和流轉(zhuǎn)就可以。自動(dòng)化核查方式更多地在預(yù)審階段展開(kāi)服務(wù)，而且由于編制單位和審核部門(mén)的互相流轉(zhuǎn)而形成了設(shè)計(jì)的閉環(huán)形式。

報(bào)件的編制單位需要做的工作有：首先，由設(shè)計(jì)人員進(jìn)行報(bào)建文件的設(shè)計(jì)與編制，這個(gè)時(shí)候設(shè)計(jì)的是CAD文件，審核只需要判斷正確與否，此標(biāo)準(zhǔn)是照顧到了人類(lèi)與互相的條件，一方面保證繪制的內(nèi)容被機(jī)器識(shí)別，另一方面保證計(jì)算機(jī)的后續(xù)輸出也可以被人類(lèi)識(shí)別。其次，機(jī)器要對(duì)報(bào)件的形式進(jìn)行自檢，確定報(bào)建文件能否符合形式要求的標(biāo)準(zhǔn)，如果通過(guò)了自檢就可以減少被退回的概率。最后，工作人員在提交報(bào)件的時(shí)候可以采用在線的方式或者離線的方式，并對(duì)版本進(jìn)行管理，防止被篡改[2]。

審核部門(mén)的工作流程有：首先，使用機(jī)器對(duì)報(bào)件進(jìn)行自檢，確認(rèn)其符合編制，然后進(jìn)行人與機(jī)器的互動(dòng)目檢，這一步并非是必須的，而是要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。接著，要對(duì)法條進(jìn)行自動(dòng)的核算，機(jī)器按照人類(lèi)設(shè)置的程序，對(duì)報(bào)件的內(nèi)容進(jìn)行自動(dòng)核算，相關(guān)結(jié)果可以在二、三維的界面中顯示出來(lái)，并配上專(zhuān)業(yè)的文字說(shuō)明。最后，要進(jìn)行未能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的法條的核查，最終完成預(yù)審的全部過(guò)程。自動(dòng)化核查方式的流程如圖1所示。

圖1 自動(dòng)化核查方式的流程

2.3 在二維圖紙上進(jìn)行三維重建的標(biāo)準(zhǔn)與算法

在具體的操作中，需要設(shè)計(jì)出一個(gè)能夠有效融合二、三維圖紙的建筑描述方式并建立相關(guān)的重建算法，從而實(shí)現(xiàn)城市規(guī)劃管理的自動(dòng)化核查。在設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)相關(guān)原則進(jìn)行遵守，原則有兩個(gè)，一個(gè)是這個(gè)設(shè)計(jì)應(yīng)能滿足某種功能，另一個(gè)是這個(gè)設(shè)計(jì)應(yīng)具有適用的意義。也就是說(shuō)，一方面這個(gè)算法應(yīng)該能夠描述出相關(guān)建筑各個(gè)部位與其他部位的關(guān)系，例如平行、垂直、相鄰等，而且要保證這種算法所描述的關(guān)系可以被計(jì)算機(jī)在核查時(shí)精準(zhǔn)識(shí)別；另一方面這個(gè)算法應(yīng)用簡(jiǎn)單、方便，符合大多數(shù)繪圖人的繪圖習(xí)慣，不能給工作人員增加工作量，要易于理解、方便記憶和應(yīng)用。就目前而言，在定義需要核查的建筑時(shí)，通常會(huì)采用圖層加二維線段加標(biāo)注的方式。在二維圖紙空間中，更是應(yīng)用了接近的原則，或利用引出線搭建二維線段與標(biāo)注之間的關(guān)系。具體的三維圖像則使用單平面相互組合成的多平面進(jìn)行描述，可以應(yīng)對(duì)各樣的復(fù)雜情形。此外，在設(shè)計(jì)時(shí)，還為這個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)行了自動(dòng)補(bǔ)齊功能，例如在設(shè)計(jì)者忽略了標(biāo)注的時(shí)候，機(jī)器可以對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)齊。在三維重建的立體圖形中，圖元和相關(guān)圖層具有一定的關(guān)聯(lián)關(guān)系，其內(nèi)部三維數(shù)據(jù)還具有法條核查的具體屬性，而這種三維數(shù)據(jù)在本質(zhì)上還是BIM數(shù)據(jù)，如圖2所示。其中，圖2（a）為設(shè)計(jì)師的二維表達(dá)；圖2（b）為算法的三維重建。

圖2 總平面圖中存在非垂直的復(fù)雜建筑形體

3 城市規(guī)劃管理技術(shù)規(guī)定的自動(dòng)化核查方法的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 關(guān)鍵概念需可計(jì)算

建筑間距是城市規(guī)劃管理技術(shù)規(guī)定中的一項(xiàng)復(fù)雜的核查內(nèi)容，在對(duì)建筑間距進(jìn)行核查時(shí)，如果使用人工進(jìn)行核查就會(huì)花費(fèi)大量的時(shí)間，而且核查的過(guò)程較為緩慢，還容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。因此采用自動(dòng)化的核查方式不僅有利于提高核查的效率，還有利于增加核查的準(zhǔn)確性。在進(jìn)行示范時(shí)，可以選擇對(duì)建筑間距進(jìn)行核查，有一定的示范意義。在具體的自動(dòng)化核查研究中，需要具有面向人類(lèi)的法條文字的相關(guān)描述，而且還要對(duì)關(guān)鍵概念進(jìn)行處理，使其可計(jì)算化，并將相關(guān)的關(guān)鍵概念作個(gè)定義，使其成為滿足一定要求的幾何圖形、屬性以及關(guān)系，這樣在后續(xù)的核算中就能夠?qū)Ψl進(jìn)行有效的核查[3]。例如，在進(jìn)行建筑間距這個(gè)法條的文字進(jìn)行核查時(shí)，可以顯示出平面圖形中出現(xiàn)的相關(guān)關(guān)鍵概念，第一個(gè)是矩形的概念，第二個(gè)是朝向的概念，第三個(gè)是平行、垂直、相鄰、沒(méi)有構(gòu)成正側(cè)面的間距等的關(guān)系概念。例如，我們?cè)谘芯窟@些法條文字中的相鄰關(guān)系時(shí)，在進(jìn)行主體建筑與客體建筑的關(guān)系的判斷時(shí)，可以將其作為建筑間距的自動(dòng)核查依據(jù)。在進(jìn)行核查時(shí)，可以將主體建筑物簡(jiǎn)化為一個(gè)矩形，然后再將主體建筑的四條邊延長(zhǎng)管形成8個(gè)象限，再根據(jù)象限判斷客體的位置，如圖3所示。

圖3 客體位于主體8個(gè)象限的不同情況

在這個(gè)象限中，象限的分割線就是矩形的各個(gè)邊的延長(zhǎng)線，而且其高度大概是主體建筑和客體建筑二者中較高的建筑的高度的1.5倍。如果客體建筑的位置正好和象限A的區(qū)間有重疊的部分，那么就說(shuō)明客體在主體的正面，二者之間的關(guān)系就根據(jù)主朝向的夾角進(jìn)行確定，如果角度小于45°就是平行，大于45°就是垂直。如果客體建筑的位置正好和象限B區(qū)間重疊，那么就說(shuō)明客體在主體的側(cè)面，二者之間根據(jù)主朝向夾角的大小確定關(guān)系，小于45°就是山墻相鄰的關(guān)系，大于45°就是垂直的關(guān)系。如果客體和象限C重疊，那么二者之間就不構(gòu)成正側(cè)面的間距。

3.2 相關(guān)法條的選用邏輯

使用計(jì)算機(jī)將相關(guān)法條中的關(guān)鍵概念定義之后，就要對(duì)文字所表示的法條選用邏輯進(jìn)行詳細(xì)的梳理，從而明了其中的跳轉(zhuǎn)邏輯。工作人員在操作時(shí)是憑借經(jīng)驗(yàn)對(duì)總平面圖中的建筑間距進(jìn)行核查，并在核查時(shí)選用最為嚴(yán)苛的法條，計(jì)算機(jī)會(huì)將建筑物都當(dāng)做主體進(jìn)行自動(dòng)核查，再將對(duì)應(yīng)的建筑物作為客體，這樣就會(huì)將所有的情況都考慮到，從而提高核查的科學(xué)性[4]。例如，在廣東省廣州市城市管理技術(shù)規(guī)劃中，規(guī)定建筑間距是指兩個(gè)建筑物外墻表面之間的水平距離，高層居住建筑的高度在10層或10層以上，南北向是指建筑物的布置是正南北向的布置，或者是南偏西或者偏東45°以內(nèi)，東西向則是建筑物的布置正南北向或者偏南或偏北45°以內(nèi)。如圖4所示，如果兩個(gè)建筑物都是居住建筑用地，同時(shí)還都是高層居住建筑，而且都能滿足光照的需求的時(shí)候，如果兩個(gè)建筑物正好一個(gè)位于北側(cè)，一個(gè)位于南側(cè)，那么他們之間的建筑間距的邏輯法條需按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行確定。

圖4 總平面圖中的簡(jiǎn)單建筑形體

3.3 自動(dòng)核查的過(guò)程

在將關(guān)鍵的概念進(jìn)行定義、對(duì)邏輯法條的相關(guān)選用邏輯都明了之后，工作人員就可以進(jìn)行自動(dòng)核查的相關(guān)程序的設(shè)定，在實(shí)際操作中可以利用計(jì)算機(jī)的圖形學(xué)函數(shù)構(gòu)建各種法條，從而完成程序的設(shè)定，從而使自動(dòng)核查的方法更加科學(xué)。在自動(dòng)化核查的過(guò)程中，首先需要對(duì)核查的文件進(jìn)行選擇，如果不使用文件夾還可以直接選擇需要核查的相關(guān)建筑的輪廓圖，再直接點(diǎn)擊開(kāi)始計(jì)算，就可以啟動(dòng)自動(dòng)化的核查算法，只需要等待幾秒鐘的時(shí)間界面上就能顯現(xiàn)出核查的結(jié)果，其中包括：三維Rhino視圖中的重建后的三維體量、Grasshopper界面上顯示出的非常詳細(xì)、標(biāo)準(zhǔn)的文字報(bào)告。在進(jìn)行報(bào)件的預(yù)審和正式審批時(shí)，這些結(jié)果都是可以直接得出結(jié)果的，但是對(duì)于概念設(shè)計(jì)而言，在Rhino的環(huán)境中可以短時(shí)間內(nèi)調(diào)整圖形建筑的位置，計(jì)算間距，并輔助進(jìn)行優(yōu)化布局的相關(guān)工作[5]。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，在政府部門(mén)對(duì)城市規(guī)劃進(jìn)行管理時(shí)，可以應(yīng)用自動(dòng)化核查方法檢測(cè)報(bào)件的準(zhǔn)確性，從而提升城市規(guī)劃的科學(xué)性。在具體的操作中，基于二維圖紙和數(shù)據(jù)表的自動(dòng)化核查方法對(duì)提升相關(guān)工作的效率有重要的意義，掌握此項(xiàng)工作的基本方法，對(duì)政府利用此項(xiàng)技術(shù)的深度與廣度有決定性作用。