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维度提升在新时代道路规划设计中的应用

发表时间：2021/4/12 来源：《基层建设》2020年第32期作者：王佳康

[导读] 摘要：维度，又称维数，是数学中独立参数的数目。随着计算机图形技术、地球空间信息技术、大规模数据存储技术的蓬勃发展，推动了设计行业由二维走向多维的转变，其解决具体问题能力、表达思路方法能力以及模拟蓝图落地的能力都将带动行业走向新的纪元。

        广东省城乡规划设计研究院有限责任公司广东广州 510290
        摘要：维度，又称维数，是数学中独立参数的数目。随着计算机图形技术、地球空间信息技术、大规模数据存储技术的蓬勃发展，推动了设计行业由二维走向多维的转变，其解决具体问题能力、表达思路方法能力以及模拟蓝图落地的能力都将带动行业走向新的纪元。
        关键词：维度；道路竖向规划；一体化设计
        引言
        鉴于此，我们引入道路规划设计中的实际问题，利用现有多维技术的仿真能力，打破传统制图中所表现出的局限性，从而阐述维度提升在新时代道路规划设计中的应用。
        01.传统道路规划设计中存在问题
        1、问题一：制图中表达能力受限，仅使用投影技术来表达三维实体。
        大学课程中工程制图最早让我们认识到用投影法解析空间几何，我们使用截面视图的方式来对立体的图形进行描述，例如道路填挖交界处的处理方式，我们将主视图的填挖用线段符号来表示，用切出来的截面来展示道路横断面，这样的表达能力相当依赖我们的空间几何想象力。
        2、问题二：地形不够直观，工程无法落地。
        在道路规划设计过程中，复杂的水系和地形只以抽象的高程数字来表示，特别是在山地地区，大填大挖不仅让业主对工程费用头疼，而且较高的填方挖方导致侵占地块工程无法落地实施的情况也时有发生。对于片区中的现状涵洞、立交、堤坝等多重控制点则需要人工反复核对，人们对数字的敏感度远不及三维查看来的更直观准确。
        3、问题三：工程量统计不准确，计算体积时多采用估算方式。
        目前二维的软件对于工程中的工程量表的统计多采用截面乘以长度的算法。对于截面插值的统计方法，当插值的间距越大对于工程量的估算的误差也就越大。工程量的误差会造成概算和预算不准确，导致政府投资将产生错误估计或不必要的浪费。
        02.升维设计的必然趋势
        1、维度提升在新时代道路规划设计中应用的必要性
        《华为创新》是一本揭秘华为式创新实践与方法，深度剖析任正非创新思维与哲学的著作。书中提出企业创新的思路就是：为用户创造价值的创新才是真正意义的创新。华为正是凭借创新驱动力才能成为行业翘楚。
        目前，新一轮国土空间规划正在火热开展，规划设计行业都处在摸索阶段。在开展之初都处于没有标准的时期，谁能做出创新性的让人满意的效果，谁就能成为行业中的标杆。这就需要集中资源致力于产品创新，良好的规划更需要实际效果的支撑，利用数字模型展现规划改造后的施工效果，让项目落地效果真实可信，将切实提高业主满意度。
        2、维度提升在新时代道路规划设计中应用的意义
        对传统二维数据的地形图、管线等进行立体化，在三维的基础上进行规划设计，从规划到施工落地往往存在很长一段时间空档期，这就容易造成规划难以落地，而市政绘图到施工完成见到效果又需要很长时间。为了改变以往的生产模式，提高生产效率，需采用一体化创新设计，实现规划到落地的“最后一公里”。以往的生产模式是规划指导市政设计，设计指导施工，业主最终见到的施工效果并不是规划人的初衷，规划人见到实际效果也往往差强人意。
        此外，随着城市现代化的推进，汽车保有量的急剧增加已经对城市交通造成了严重困扰，上下班以及节假日的交通拥堵问题已经影响了社会经济发展和居民生活质量。单纯的三维设计也只能从表达和感官上进行提升，随着人工智能的火热发展，未来的规划设计必然对软件的分析能力提出更高要求，只有足够真实的模拟，才会切实解决交通拥堵的问题。这就需要让二维平面图不仅站起来，而且要活起来，变成一个全要素动态的交互分析。
        03.国内升维设计案例分析
        1、基于GIS的BIM技术在路网优化设计中的应用研究[1]
        地理信息系统（GIS）有着输入、存储、查询、分析和显示空间地理数据的功能，简而言之，是对地球上存在的现象和发生的事件进行成图和分析。建筑信息模型(BIM)是对工程项目中单体模型精细化设计并采用三维形式的展示效果。

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GIS与BIM的集成运用既能够克服BIM技术对外部宏观环境把握不足的缺点，又能够发挥BIM直观的表达能力。
        方法上首先使用地形资料建立数字地形模型作为规划设计底板，将规划路网导入集成周边GIS信息的模板中，实现地形、路网、水系、景观的集成分析，然后进行实例操作，并对方案出现的大填方放坡进入河道范围线的问题进行了调整，最后通过修改路网既增强了规划的落地性，又降低了后期的开发成本，解决了传统二维方式在竖向衔接和立体关系上交互较弱的问题，该模式可运用于新区的国土空间规划中。
        2、三维GIS建筑物和道路实体模型与地形模型匹配方法[3]
        在二维设计进入三维时代的推进过程中最引人关注的问题就是视觉效果。眼睛作为人体最灵敏的感官，占据了为大脑提供信息的绝大部分。
        三维建筑物、道路、水文、地形的集成过程中往往出现不相容不匹配的现象，这就造成了道路飘在空中和钻进地下的影像，这种与客观事实不符的情况大大降低了视觉效果。为解决此问题，采用了道路变坡点为转折点的方法，将道路切割成若干子段，由各子段首尾高程点参与到地形构网，就能够映射出符合实际的不同纹理，提升了三维数字环境的可视化效果。
        04.维度提升在新时代道路规划设计中应用的实践分享
        1、功能探索-软件集成
        在新时代道路规划设计中需要考虑的因素众多，这就需要软件集成以下能力：三维仿真能力
        例如把现状各种管线进行三维数字化，同时可以在道路路面下更直观的展现出来。
        交通仿真能力
        （1）根据交通量及现状调查资料，初步确定各个方向进出口车道数量。
        （2）进行交通量预测分析，确定较为合理的交通组织、渠化方案。
        （3）导入至3D模型，同步进行道路方案演示。
        集成化能力
        在规划设计中的三维仿真软件多使用单独一个工程作为载体，这样只是单独建立了一个模型，并不能对区域性的规划有所帮助。软件不仅需要存储、查询和显示空间地理数据的功能还需要有数据分析的能力。当前的市政设计平台应该与规划设计的平台相结合，既能使用三维市政的精细化设计又能集成GIS等平台的宏观分析能力。
        2、技术探索
        目前已有多个软件具备了二次开发的能力，程序员擅长技术开发但往往并不明白用户需求，这时候就需要大数据分析、市政、规划等多个专业融合进来共同开发。对于设计师来说，业主就是客户。工欲善其事必先利其器，要真正做出令业主满意的设计，那么设计师有一个得心应手的工具是必不可少的步骤。
        3、平台探索
        基于维度提升在设计行业中大的趋势，这里提出以线性道路为载体，规划市政多维一体化设计的方式。
        平台一体化不仅方便了各个专业之间的交流，而且让数据分析的种类更趋于多样化。多维的空间效果也能将改造内容及效果多视点查看，更直观的展现给业主。此外可用于不同方案比选，借助模型进行不同方案的效果对比，根据效果进行实时调整，同时三维模型可实现传统二维出图，做到表里如一，模型效果即规划落地效果。围绕为客户创造价值去进行设计方式创新、生产模式创新，构建可运用于产品全过程的一体化数字模型平台将会让日后的数字化成果交付成为可能。
        结语
        目前规划和市政设计都在积极探索智慧化管理以及大数据可视化研究，未来将是智能化和数据化的时代。维度的提升以及多专业一体化的融合，必将成为技术革新的重要趋势。
        参考文献：
        [1]罗睿,黄凯.基于GIS的BIM技术在路网优化设计中的应用研究[J].城市道桥与防洪,2019(11):160-163+184+19.
        [2]李昆冈,程生平,李瑛.BIM在道路提升改造工程设计中的应用[J].城市道桥与防洪,2019(02):183-185+215+22.
        [3]王爱爱,张锦.三维GIS建筑物和道路实体模型与地形模型匹配方法[J].测绘通报,2012(06):84-86+89.