基于GIS的竖向规划设计新思路

蒋立琨 梁 悦

(天津大学城市规划设计研究院，天津 300073)

0 引言

竖向设计的主要任务是合理地选择建设用地的地面形式，在满足平面布局要求的同时确定建设场地上各部分的高程关系，使之适应使用功能要求，达到工程量少、投资省、建设速度快、综合效益佳的效果。由于竖向规划涉及到整个规划场地三维空间的通盘设计，不可避免的要面临多方诉求以平衡各方面的需求。然而，这种平衡模式在以往的传统竖向规划中很难满足。因此，在规划设计和城市管理过程中，高效准确的竖向规划新思路显得尤其重要。

GIS是地理信息系统的简称，其以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，运用系统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供管理、决策等所需信息的技术系统。近年来随着高新技术的迅猛发展，GIS技术已被广泛应用于城市规划及相关领域，本文结合天津大学新校区修建性详细规划——竖向工程专项规划，运用GIS空间分析的技术方法，探讨其在现状分析、土石方平衡、竖向设计等专题中的应用。

1 研究背景和研究对象概述

天津大学是教育部直属国家重点大学，是教育质量和科研水平居国内一流、在国际上有较大影响的高水平研究型大学。为了促进学校内涵式发展，天津市在海河教育园区内为学校选址2.5 km2建设新校区，总体目标是打造成为具有国际尖端科技的示范性绿色生态校园。新校区处于海河中游南部，属海积冲积低平原地区，位于天津平原主体范围内，所在津南区地势低平。

2 天津大学新校区现状分析

2.1 现状地形条件分析

天大新校区基地现状地势与津南区基本一致，先锋河、卫津河河堤及百万公路高程4 m～5 m，为基地内最高；清河村、建明村及百万公路以东部分村庄高程3 m～3.5 m；其余大部分用地为农田、坑塘，高程多为2 m～2.5 m，部分低洼地在2 m以下。坡度、坡向分析表明基地内部不存在陡坡，现状地面比较平坦，坡度基本在1%～2%；且基地未经过统一规划建设，地表坑洼分散不规则，整体地形走向不明显。

通过对地形、地貌的整体分析得出：

1)新校区基地及周边地形比较平坦，无明显起伏，利于未来开发建设以及对土方量的控制；

2)场地内坑洼、沟渠较多且分散，需进行平整处理；

3)基地内现状村落及大堤路的高程，对推测该区域近年来的防洪防涝竖向标高设计有一定借鉴意义，新校区竖向可考虑控制在3.0 m以上。

2.2 现状土壤及地下水条件分析

津南区境内河系纵横密布，坑、塘、洼、淀较多。土壤由海积与河流冲击物形成，以重盐化潮土和盐化潮湿土为主。根据天津市规划局资料，津南地区地下水位一般为0.8 m～1.5 m，校区建设基地内部平均地下水位为1.4 m，地下水矿化度较高。基于规划区土壤、地下水现状情况，基地场地需整体提升。根据地面高程应高于地下水位1.5 m以上的标准，结合地形分析结论，新校区内部平均高程宜控制在3.0 m以上，同时校区周边地坪不可低于2.3 m。

2.3 现状河道水系条件分析

新校区基地内部现有卫津河、先锋河两条主要河道。卫津河现状宽10 m，河底高程为0.36 m～0.6 m，穿过规划范围内的河道部分长约2 km。根据新校区建设需求，卫津河需改道，改道后绕行于基地北侧及东侧，成为护校河系统的一部分。先锋河为污水河，现状宽20 m，河底高程为0.36 m～0.6 m，穿过规划范围内的河道部分长约2.4 km。未来需要改道，改道后绕行基地北侧及南侧，不纳入护校河系统。

先锋河、卫津河改道后，原河道需要填土处理，具体填方量需要根据新校区内部竖向规划方案而定。根据海河园提供资料，规划改道后的卫津河最高水位2.5 m，常水位2.0 m，枯水位0.9 m。作为护校河系统的一部分，卫津河规划水位与新校区排水规划、桥梁净空设计等都有着直接的关系，同时对新校区内部临近护校河区域的竖向控制也提出了条件。

3 天津大学新校区竖向规划

3.1 规划理念

天大新校区竖向规划工作本着安全、经济、人性、美观的总体理念来开展。

1)安全：结合排水规划、水系规划方案，解决地表排水与防洪排涝问题，并满足地下水位要求；

2)经济：以尽可能减少土方为原则，对校区整体规划地形进行方案评估，估算土方总量，对竖向方案进行进一步优化设计；

3)人性：结合道路、桥梁、景观等相关规划统筹考虑，为师生营造一个安全、便捷、舒适、优美的出行环境；

4)美观：根据现有地形条件和建筑布局，设计学校景观主轴、人性化滨水空间及微地形，打造特色校园景观。

3.2 竖向规划方案

3.2.1排水分区划分

本次竖向规划以安全、经济为首要原则，合理组织地面排水，分区域使雨水分散就近排入水体及雨水管道。竖向规划根据雨水工程排水分区，对地面雨水排放进行合理组织，并设置了地面排水分区(见图1)：一区为地面雨水直接排往周边水系；二区为雨水由管道收集排往泵站；中心岛区由植草沟和管道收集相结合的方式排往景观水体。竖向规划保证地面雨水通畅的排入雨水管道或者植草沟，避免场地积水，并实现雨水循环利用。

3.2.2道路竖向规划方案

本次规划方案以地下水水位以及周边控规道路标高为主要依据，结合周边水系防洪条件，确定规划区内最低高程控制在3.0 m以上。道路竖向规划与道路的平面规划同时进行，与道路两侧用地的竖向规划相结合，并考虑排水和冬季防滑要求；道路纵坡结合地形满足道路交通的要求，并做到车辆均能到达建筑物一侧；考虑到地面排水及防洪、排涝的要求，由于规划道路纵坡大部分小于0.2%,应采用多坡向和管线措施排水；过河桥梁和涵洞标高满足净空要求。

规划后地形整体地势西高东低，坡度差别不大。外部标高最低点为3.0 m，为控规道路设计标高；校内主次干道控制点最低为3.15 m，最高为3.3 m。本次竖向规划将维持控规外部道路标高，校内标高与之衔接。道路地面排水根据地面排水分区就近排入水体或管道。

3.2.3场地竖向规划方案

场地的规划标高应比周边道路的最低路段标高至少高出0.2 m以上，并且应高于多年平均地下水水位标高。规划区整体地势低洼，地势较高的东部区域及现状路基、河堤将适当做挖方处理，使得低洼区域能够与之方便衔接。地势低洼区域非建设用地宜保持现状，建设用地宜进行填方，整体规划标高建议控制在3.22 m～3.5 m之间。整个规划场地分片区式设计，其中中心岛和校前区中部地块，设计标高较高，在3.25 m～3.5 m之间，其中图书馆地块最高，形成景观主轴线。

3.2.4土方量估算

新校区竖向设计尽可能根据现有地形，以减少土方量为原则进行设计，考虑到与地面排水、防洪安全以及地下水等因素的关系，场地要进行一些土方处理，粗略估算本次规划总土方量约为填方83万m3(见表1)。

表1 土方量计算

3.2.5方案评估

1)场地平整效果评估。

经过规划设计后，基地整体地形平整，高程控制在3 m～3.5 m，满足地下水、土壤等自然条件要求；坡向有规律，地面径流按照排水分区要求规律地排往水系及管道中，满足了新校区防洪、防涝及排水等要求(见图2)。

2)场地景观效果评估。

结合新校区场地、建筑、绿地、水系等要素，利用GIS对新校区进行整体3D景观模拟(见图3)，并选取景观控制点进行视线分析(见图4)，通过直观的视觉效果为下一步竖向设计提供参考依据。

4 结语

与通常的建筑辅助设计软件相比，GIS将数据与图形紧密联系在一起，因而在处理类似地形等复杂设计因素时具有独特的优势。本文介绍了GIS在竖向设计中的应用，但其应用不仅仅局限于地形，GIS还可以处理其他多种设计因素，例如土地级差、日照环境、可达性、可视性等问题；同时，其分析尺度不仅仅局限于城市，亦可以触及微观的建筑空间。总之，运用GIS将有助于提高城市规划设计的科学性。

GIS在城市规划中的应用一直以来是业内认识研究的焦点，鉴于其在地理信息处理上的强大功能，为现代城市规划提供了更具科学性、效率更高的决策依据。本次规划将GIS的技术方法结合到规划设计中，在城市规划的排水组织、竖向设计、土石方平衡等方面进行尝试与探讨。结果表明这种新的规划设计思路能够在结合现有地形、地下水、河道、土壤等基础上，为竖向规划设计提供高效准确的指导，为未来我国竖向规划设计提供一条行之有效的新途径。