基于三维可视化的城市规划管理方法优化研究

摘 要：城市规划管理是一项系统工程，传统的二维技术手段已难以满足精细化管理的需求。在梳理三维可视化技术特征的基础上，分析现有规划管理方法的不足，提出优化对策，包括引入高精度遥感与实景建模、构建多尺度多维度的规划信息模型、融合虚拟现实技术进行方案仿真以及开发基于Web的三维规划公示平台等。这些策略有助于提升规划编制的精度，拓展规划表达的广度，深化规划审批的力度，畅通规划参与的渠道，为新时期城市规划管理变革提供新思路与新方法。

关键词：城市规划；三维可视化；规划信息模型

随着城市化进程的快速推进，城市规划管理面临着空间数据采集与处理效率低下、二维规划信息表达能力有限、规划方案缺乏动态模拟与评估、公众参与度低且信息传递不畅等诸多挑战。三维可视化技术以其直观、真实、可交互等优势为破解这些难题提供了新思路。因此，探讨基于三维可视化的城市规划管理方法具有重要意义。

一、三维可视化技术概述

三维可视化技术是计算机图形学与地理信息科学交叉融合的前沿领域，其核心在于通过三维建模、渲染、交互等技术手段，实现复杂空间数据的高效组织、逼真表达与智能分析。在数据获取层面，三维激光扫描、倾斜摄影测量、合成孔径雷达干涉测量等技术可快速获取高精度的点云、模型与地表形变信息，点云密度可达每平方米数百至数千个，精度优于5厘米。在数据处理方面，正射校正、模型简化、纹理优化等算法能够去除数据冗余，提升场景加载与渲染效率。例如，基于八叉树索引的网格简化f23I9NR26xaxNW1mdUqEzv7mf+VMPaXU6enl14kzxcI=方法可在保证可视化效果的前提下，将模型面数降低80%以上[1]。在可视化表达方面，光照模型如BRDF模型，阴影算法如阴影映射和阴影体，可以模拟逼真的光影效果；粒子系统、体绘制等技术可生动模拟水流、烟雾、爆炸等动态场景。此外，VR/AR、体感交互、语音识别等技术为三维场景交互提供了崭新的路径，如采用头盔式显示器搭配数据手套，可实现沉浸式的场景漫游和操作。三维可视化技术已广泛应用于多个领域，展现出巨大的应用价值和发展潜力。

二、传统城市规划管理方法应用存在的问题

（一）空间数据采集与处理效率低下

城市规划管理工作对空间数据的时效性、精准度有着较高要求，然而传统的数据采集与处理技术却难以有效满足这一需求。当前，在大比例尺地形图测绘中，虽已广泛采用了GPS-RTK、全站仪等先进测量设备，但受限于操作模式，外业采集效率仍难以突破每平方公里数小时的瓶颈。以三维建筑物模型重建为例，即使采用车载激光雷达扫描技术，也难以直接获得符合LOD2级精度要求的模型，往往需投入大量人工进行孔洞修补、几何优化等处理[2]。在不同坐标系、不同比例尺的规划数据整合中，由于缺乏统一的空间参考框架，各图层间的叠合分析、变化更新等操作十分耗时。在海量异构空间数据挖掘方面，传统的人工目视解译方式更是难以适应千平方公里量级的数据规模，急需借助人工智能、深度学习等前沿技术实现关键要素的自动化提取与识别。

（二）二维规划信息表达能力有限

城市规划管理是一项复杂的系统工程，涉及土地利用、交通组织、环境保护等诸多专项规划。然而，受制于传统的二维制图技术，各专项规划成果难以有机融合，全面表达城市“立体化”的时空特征。以控制性详细规划为例，现有的技术规范虽对用地性质、容积率、建筑高度等要素的表达内容与形式进行了细致规定，但仅局限于平面向度，难以准确刻画城市开发强度在垂直方向的差异变化，易导致规划蓝图与实际建设相脱节。在立交桥、高架路等复杂交通设施规划中，二维方案难以直观表达上下层车流的穿插组织关系，不利于多方案比选和工程协调。在城市设计中，二维的总平面图、鸟瞰图等表现手法无法准确传递街道尺度、天际轮廓等关乎城市品质的关键要素[3]。此外，在地下管线规划中，由于缺乏三维空间位置、埋深等信息，二维图件难以支撑精细化的竖向设计与工程施工，进而造成管线反复迁改、空间资源浪费等问题。

（三）规划方案缺乏动态模拟与评估

城市是一个高度动态变化的复杂系统，各类规划方案的实施往往会引发连锁反应，对城市形态、功能、品质产生深远影响，但是传统的规划编制流程缺乏必要的动态模拟与量化评估环节，难以科学预判规划实施效果，易导致规划方案与城市发展实际相脱节。以交通规划为例，在研究道路网络优化调整时，现有的方法主要依赖静态的小时交通量预测与分配，难以准确模拟车流在时变路网中的动态选择行为，无法评估交通组织方案对路网通行能力的影响，进而造成规划方案难以有效缓解交通拥堵等问题。在城市更新项目规划中，由于缺乏长期、动态的效益测算，规划的公共服务设施规模、布局等往往难以适应人口结构变化趋势，甚至出现“规划刚建成即饱和”的尴尬局面。此外，在防灾减灾规划中，由于缺乏突发事件的动力学演化模型，传统的基于历史数据的灾损评估方法难以准确预测重大灾害的影响范围和损失程度，不利于应急避难、救援物资等关键资源的优化配置[4]。

（四）公众参与度低且信息传递不畅

城市规划作为一项关乎公共利益的事业，理应广泛吸纳民意、接受社会监督，但受传统的技术手段和管理模式制约，现有的规划编制和实施流程往往缺乏有效的公众参与机制和信息公开渠道。以规划公示为例，虽然《城乡规划法》明确要求对城市总体规划草案进行公示，并采纳公众合理意见，但实际操作中，公示期往往仅有30天，公示方式也局限于在指定地点张贴纸质文本，鲜少与公众深入互动交流，难以真正发挥民主监督的作用[5]。在控制性详细规划等专项规划编制中，规划方案的技术性、专业性较强，采用传统的问卷调查、座谈会等形式很难使公众准确理解规划内容，表达意见建议，导致公众参与流于形式。在重大市政工程项目推进中，由于规划批前公示缺位，加之信息发布滞后，公众难以及时了解工程进展，更谈不上有效参与工程监督。在日常规划管理中，违法建设、擅自改变规划用途等行为时有发生，但由于缺乏便捷高效的信息举报渠道，基层执法难以及时开展工作。

三、基于三维可视化的城市规划管理方法优化对策

（一）引入高精度遥感与实景三维建模技术

为解决当前城市规划管理中空间数据采集与处理效率低下的问题，可从数据获取、处理、建模、应用等环节入手，构建基于高精度遥感与实景三维建模技术的精细化规划编制与管理流程。第一，在数据获取阶段，应综合利用高分辨率卫星遥感、低空无人机倾斜摄影、车载移动测量系统等多平台的数据采集手段，并借助谱段优化、多角度成像等策略，在获取广覆盖影像数据的同时提升数据质量，确保数据集的空间分辨率优于0.2米，位置精度优于0.5米，满足大比例尺地形图测绘要求。第二，在数据处理环节，应加强人工智能技术的研发与集成应用，如采用基于注意力机制的深度卷积神经网络，实现对建筑物、道路、地类等关键地物要素的高精度自动化提取，并嵌入知识图谱推理模型，实现不同地物间空间关系的自动构建，进而大幅提升数据入库效率。第三，在三维建模方面，应立足多源异构数据融合，探索发展多尺度、多风格的模型生成技术，既可通过城市设计草图速建矢量化白模，也可利用实景三维重建软件由点云数据生成精细化实景模型，并运用VR/AR等交互式设计工具，支撑规划设计方案的动态模拟和优化。第四，在模型应用层面，应着眼全生命周期管理，加快三维规划审批、工程验收、设施运维等管理流程的数字化转型，形成“空间规划数据库—三维规划模型库—应用场景库”的规划信息资源体系，助力提升规划管理效能。

（二）构建多尺度、多维度的规划信息模型

针对二维规划信息表达能力不足这一难题，构建多尺度、多维度的规划信息模型不失为一剂良方。首先是夯实数据基础，可充分利用倾斜摄影测量技术，通过无人机搭载多镜头传感器对建筑立面、街巷空间进行全方位、高清晰度的影像采集，再运用多视角影像匹配、点云拼接等算法生成逼真的城市三维实景模型。特别对于在建工程、施工现场等动态变化区域，可引入四维激光扫描技术，通过连续多次扫描获取不同时间点的高精度点云数据，并利用点云配准、变化检测等算法揭示城市肌理、地物状貌的动态演变规律。在数据采集的同时，可嵌入智能算法，实现空间基础信息的自动提取与分类，进而形成室内外一体化、动静结合的城市数字副本。

其次是深化跨维关联，充分挖掘各专项规划的共性信息，如在控规阶段即对学校、医院、公园等各类公共服务设施提出建筑信息模型（BIM）的硬性要求，并借助IFC、CityGML等标准规范BIM模型的创建，使其能与城市信息模型（CIM）无缝衔接、互为补充。再比如在管线综合中，可依托高精度三维地质模型，在BIM设计阶段即完成管线的竖向排布、断面优化，而后利用管线智能铺排算法实现管线路由的自动生成，让“下得去、接得通”成为现实。

最后是拓展智能应用，可充分利用人工智能优势，在三维规划模型中植入群智感知、迭代优化等算法，动态模拟规划方案实施后的人流、物流、信息流时空分布，评估对居住、出行、消费等活动的影响，并支持在虚拟环境中与利益相关方沟通、博弈，让规划成果经受住反复推敲与论证的考验，从而走向科学化、精细化、人本化。

（三）融合虚拟现实技术进行规划方案仿真

规划方案犹如一枚硬币，静态的蓝图只是一面，动态的模拟评估才能看到另一面的真实价值。引入虚拟现实技术，让规划蓝图跃然纸上，活灵活现。以交通规划为例，可先将规划道路网络、交叉口平面、公交线路等要素在三维场景中复现，再通过网络仿真模拟连续多日的车流走廊分布、交通流量变化，并结合VISSIM等微观仿真工具模拟个体车辆的跟驰、变道等行为，从而客观评价路网通行能力、拥堵缓解效果。在此基础上，可进一步植入群体决策模型，在虚拟环境中模拟不同车辆群体在多种诱导策略下的动态路径选择，探索车流引导的最优方案。又如在消防安全规划中，可充分利用BIM信息构建装配式建筑的精细三维模型，并整合物联网数据反映建筑材料特性、可燃物分布等，在虚拟现实场景中模拟火灾扩散、烟气蔓延的动态过程，结合人员逃生模拟分析疏散路径设置、避难空间布局的合理性，并为后续智慧消防系统的研发提供科学支撑。面向重大危机事件，可充分发挥元宇宙的虚实交互优势，让各部门、各专业在虚拟孪生的城市中开展跨场景联合推演，及时发现应急预案在人员协同、信息共享等方面的缺陷，并通过头盔、数据手套等交互设备记录决策行为，形成沉浸式应急培训的素材库。

（四）开发基于Web的三维规划公示平台

规划公示不应是“暗箱操作”，而应借助Web技术打造“透明盒子”。首先，用好用活三维规划成果，以Web三维GIS为载体，构建集二三维一体、全流程集成的规划信息发布平台。如在前期调研阶段，可通过无人机倾斜摄影、激光扫描获取现状建筑物、地形地貌的实景三维模型，生动再现规划片区的空间环境，并支持公众通过浏览器、手机App随时随地浏览漫游，沉浸感知城市肌理、天际轮廓。而后随着规划方案的深化，各专业的BIM模型可实时发布到Web平台中，让城市设计、景观设计、市政工程等专业规划的关键界面呈现在公众面前，接受随时随地品评把脉。其次，用活用透互联网思维，积极拥抱移动社交媒体，开辟规划公示的新阵地。如在规划方案公示期，可借助“云直播”功能面向社会公众开展方案说明会，通过视频连线、屏幕共享等方式与利益相关方“面对面”交流，让规划师现场解惑释疑、听取意见建议。针对公众普遍关注的话题，可通过话题标签、弹幕评论等方式引导社会舆论的聚焦与互动，并运用文本挖掘、情感分析等自然语言处理技术客观归纳网民诉求，将其作为规划优化的“风向标”。当然，要将互联网参与常态化、制度化，可搭建在线“规划众包”平台，定期发布城市设计、街道美化等任务，鼓励社会公众积极献计献策，众智众力，让规划成果更“接地气”。

综上所述，城市规划管理既面临难得的发展机遇，也面临严峻的变革挑战，以三维可视化技术为代表的时空大数据分析、人工智能等新兴技术的崛起，为破解规划编制、表达、实施、评估、公示等环节的堵点难点提供了新思路、新路径。未来，随着数字孪生城市建设的纵深推进，全域全要素的实景三维模型、跨空间尺度的城市信息模型、横跨规划设计施工管理全生命周期的智能化应用将水到渠成。展望未来，城市规划管理的数字化转型之路方兴未艾、道阻且长，亟须政产学研多方协同发力，聚焦关键核心技术攻关，健全数据共享开放机制，完善标准规范体系建设，打造跨部门跨领域的协同创新生态。

参考文献：

[1]廖山.如何实现城市规划的信息化管理[J].城市建设理论研究（电子版），2024（6）：28-30.

[2]白禹东.城市规划与城市建设管理的研究[J].中华建设，2023（12）：46-48.

[3]黄毅勇.编制城市规划管理技术规定的策略探析：以漳州市实施细则为例[J].城市建筑，2023（18）：96-99.

[4]刘德政.未来无人机在城市规划、管理、运营中的应用探讨[J].未来城市设计与运营，2023（7）：42-44.

[5]华鹏.论城市规划管理过程中控规的困境及优化路径[J].城市建设理论研究（电子版），2023（12）：1-3.