地理信息系统在规划设计类课程中的应用探索★

许 璟，朱国兴

（1．黄山学院建筑工程学院，安徽 黄山 245021； 2．黄山学院旅游学院，安徽 黄山 245021）

0 引言

随着智慧城市、数字城市等新的城市理念的提出以及“多规合一”国土空间规划时代的来临，信息技术在城乡规划专业的应用愈加广泛，并且对规划师提出更高的技能要求。城乡规划以城乡物质空间为核心，主要处理城市发展过程中的空间关系，而信息技术中75%数据具有某种形式的空间信息。地理信息系统GIS（Geographic Information System） 是一种重要的空间信息技术系统，能够处理整个或部分地球表层（包括大气层） 空间中的有关地理分布数据，具有很强的进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的能力，因此未来城市规划的手段和方法必将深受其影响。近年来，很多规划类科研院所和高等院校越来越重视GIS 的教学和研发，而且重点对于这些和规划紧密相关的技术，更加注重的是在规划领域如何有效利用这些技术，并辅助解决特定的规划问题。我国的城市规划体系主要包括城市总体规划和详细规划两大层面，城市规划设计类课程教学包括总体规划和详细规划相关的核心课程，因此将GIS 相关技术引入在此类专业主干课程教学有着典型的引导意义。

1 城乡规划专业设计类课程现状和需求

城乡规划专业设计类课程在课程体系中所占比例很大，主要是针对实践的设计案例，展开设计和规划编制，具体包括《城市总体规划设计》《控制性详细规划设计》《居住区规划设计》等课程［1］。全国高等学校城乡规划专业教育评估标准指出，学生应掌握信息技术类课程中CAD 和GIS 的基本知识，初步具有计算机操作的基本技能，并使用相关专业软件进行规划图纸绘制。标准的提出是让学生掌握相关信息技术手段来辅助规划设计，并加深对专业课程的理解，但是在实际教学过程中发现，首先单一的信息技术类课程并未与核心设计课程做好衔接，教学效果较差。其次，在实践项目操作中传统的CAD

平台仍是首选，CAD 拥有强大的制图表现能力，但不具备空间分析功能，因此在面对复杂的规划决策、分析问题时，不能提供相应支持。目前城乡规划专业对于此类信息技术类课程的教学还基本停留在课程本身，想要取得更好的教学效果，应当与其他课程进行融合［2］。本文试图探讨设计类课程与GIS 的融合，使得原本单一的课程能在规划设计和规划研究中得以延续，特别是总体规划和详细规划类课程［3］。可以尝试对专业核心设计课进行“模块化”划分，以专业设计课程为主模块，将GIS 技术作为子模块，穿插到主模块的设计和分析中，一方面加强学生对子模块的练习，另一方面，也加深了对设计课程的理解。

2 城市总体规划应用

城市总体规划是城市在一定时期内发展的机会和各项建设的总体部署，是规划编制工作的首要阶段，也是后续详细规划编制的依据［4］。总体规划具有战略性的指导意义，主要进行城市未来发展方向、规模、性质等城市布局问题的分析、评价和预测，这和GIS 在某些功能上是类似的，而且GIS 强大的空间分析功能还能为总体规划提供新的思路和方法，因此在总体规划教学过程中让学生掌握新的规划分析的技术方法非常重要［5］。

2．1 城市地理数据采集

在总体规划的过程中，数据采集是前提，城市用地的规划和建设离不开各种地理数据的支持，而GIS 技术可以有效从多种途径获取较准确的数据资料［6］。在教学过程中，可以引导学生学习从多种渠道获取多源数据，也可以对常见数据进行转换使用，例如学习CAD 数据和GIS数据互相转换，或者进行带有坐标信息的非空间数据（Excel 等文本数据） 的空间化。也可以配合遥感影像来分析城市布局的合理性，并进一步计算建筑容量、人口密度等各项技术经济指标，更加有效确定用地性质。

2．2 数字地形建立

地形分析在总体规划中是一项基础工作，是合理进行城市空间布局的前提，目前规划人员大多基于二维环境开展此项工作，随着技术的进步，在三维环境中开展规划也越来越普遍。GIS 的DEM（Digital Elevation Mode，简称DEM） 数字高程模型就是一种可以快速构建地形地貌、建筑和空间环境的方法，具有很大的优势，这基于传统的CAD 是很难实现的。在构建好规划区的数字模型后，还可以利用后续各种高程分析工具让学生对规划区进行深度的分析和把握。

2．3 地物影响范围分析

GIS 中的缓冲区分析是指在根据点、线、面地理要素实体，自动建立周围一定范围的多边形，用于表征实体对邻域的影响范围，一般有点缓冲区、线缓冲区和面缓冲区三类。这样的量化分析能够很好解决诸如计算公共设施的服务半径，划定高压线、河流等保护区范围和绿地范围等规划问题。

2．4 用地适宜性评价

城市用地适宜性评价是总体规划一项非常重要的前期工作，主要对交通、地质、经济和环境等因子进行单项用地适宜性评价，然后利用叠加技术综合生成最后的评价性结果，在规划领域，俗称“千层饼模式”。单项用地适宜性评价过程中，涉及地形、交通等多个评价项目，借助GIS 的相关空间分析方法例如坡度、坡向分析，重分类分析等是可以快速在软件平台上得出单项的评价图，进一步综合分析提取出适宜建设的用地，对城乡建设用地的选择具有直接指导意义。

3 城市详细规划应用

城市详细规划相对于总体规划而言是处于微观层面的，在总体规划的基础上，需要对不同性质的用地做具体的组合安排和规划设计，并对规划区的各个地块的如用地性质、建筑密度、容积率等各项控制性指标做详细规定，进一步为未来规划管理提供具体技术支持。在详细规划的编制中，传统的CAD 在技术方面已经相当成熟，在此基础上，若能让学生恰当应用GIS 技术作为补充，可以起到事半功倍的作用，并且大幅度提高学习效率。

3．1 公共服务设施选址

选址问题一直以来是规划关注的重点问题，规划中的选址对象范围非常广泛，随着经济社会的发展，越来越多的因素会影响选址的结果，如何科学确定选址对象也变得越来越重要。结合GIS 空间方法选址，可以将与选址相关的空间数据与属性数据结合，迅速灵活地对这些数据进行分析，从而降低选址分析的难度，进一步提高选址工作的效率。

3．2 开发强度指标计算

在详细规划编制过程中，需要计算大量的经济技术指标，例如建筑密度、容积率、建筑高度和绿地率等，传统方法耗时耗力，若可以借助GIS 空间数据库和属性表的计算功能，能够方便快速的得到统计结果。在实际教学中，可以选取一种经济技术指标，例如重点对比CAD 和GIS 两种方法计算容积率的过程，让学生实际操作，对比感知两种方法的优缺点。

3．3 三维空间场景模拟

GIS 的优势在于快速的大范围的场景模拟，提供的二维半建模的方式可以快速、大规模地拉升出立体建筑。因为在数据格式方面可以很好的兼容传统建模软件，所以可以尝试让学生和熟悉的建模软件结合使用，共同分析在整体方案中的角色。

3．4 视域分析

利用GIS 视域分析功能，规划人员可以分析点的市域范围，以及点的可视情况。此项功能不仅可以用于建筑上，还可以很好的应用于景观规划中，让学生感受三维GIS 技术可以极大提高规划的科学性。除去“模块化”的学习以外，在设计课程一开始就应有意识安排融入GIS 的制图和建库城乡规划编制的各阶段成果主要是图件、图表和文字资料三种类型，一般情况下，图件数据由CAD+PS共同完成，图表等由Excel 软件分析，文字资料主要用Word 进行处理。这些传统手段具有很强的针对性，但是从另一个方面看，数据的整合和管理是相对独立的，在后续的分析过程中也不是很方便。相比传统方法，GIS 可以构建图形和属性数据相结合的模式。同时GIS 制图还有其他独特的优势，例如图例的自动生成和更新，自动标注的快速实现等，基于GIS 平台对传统数据例如CAD 数据能够很好兼容，在此基础上，充分应用其制图优势，实现规划成果的创新。通过建立总体规划和详细规划的数据库，统一各规划要素和现状要素图层数据到同一坐标系下，并导入相应的法定图则，实现规划“一张图”系统。

4 应用实例

控制性详细规划中经常需要对现状容积率进行统计计算，用来辅助规划容积率的计算，这项工作若在传统CAD 平台进行效率很低且费时费力，借助GIS 技术可以较轻松高效完成，大大提高工作效率。具体的分析思路如下：

1） 导入建筑CAD 数据并赋予其层数属性。使用“要素转面”工具，设置合适的闭合容差，将CAD 数据中的面要素转换为GIS 中可以处理的shapefile 格式，注意需要根据空间位置传递CAD 数据的标注属性，即层数标记。

2） 叠加建筑和地块图层，计算建筑面积。统计每个地块的容积率，需要知道每个地块内有哪些建筑，使用叠加分析下的“相交”工具，求建筑和地块要素的交集部分，相交的结果共同拥有两个要素的所有属性，基于属性表计算功能，利用基底面积和层数计算总建筑面积。

3） 计算地块的容积率。相交后的建筑具有现状地块的编号属性，使用属性表分类求和可以计算各类建筑的建筑面积，进一步汇总每一个地块的总建筑面积。连接地块属性表，通过总建筑面积和地块面积计算容积率，最后用可视化的形式表达出来。

在教学过程中，经常会有学生反映，按照给定的步骤一步步实施可以顺利的完成一项规划分析任务，但一旦脱离步骤就记不住具体的分析流程，还有一部分学生反映，根据案例中提供的分析问题和数据知道该如何解决，但是更换数据之后就不知道该如何分析。出现这些问题的根源在于没有掌握解决规划分析问题的真正思路，所以要强调的是解决问题的思路比解决步骤重要。首先在原理类课程中讲授与编制规划成果相关的概念和应用范畴，在信息技术类课程中实际演练基本操作步骤和设计，最后，在专业设计类课程中融入相关技术，指导学生使用新技术方法完成规划设计，实现规划成果的创新。

5 结语

在新形势下城乡规划教学面临新的机遇和挑战，GIS以其强大的空间分析能力为规划教学提供新的技术和思路，上述应用实例很好的说明了GIS 为规划教学和学习提供了一个理性分析的平台。对教师而言合理的GIS 空间分析技术的“模块化”穿插教学，帮助学生加深对规划相关知识的理解，有效地提高了教学的质量和效果，而从学生角度出发，打破常规的技术方法大大提高了学习兴趣，能够打开思路深入思考、分析方案的合理性和科学性。就GIS 这门学科本身而言，是一个知识点繁杂，体系庞大的体系，专业要求的不同必然导致学习重点的差异，因此引导学生在传统设计类课程中构建“GIS+CAD”城乡规划新技术，掌握解决问题的思路方法，培养科学理性的思维方式尤为重要。这是如今城乡规划教育领域探索和努力的方向，也是新时代对城乡规划专业教育的必然要求。