本發(fā)明涉及城市規(guī)劃設(shè)計(jì)領(lǐng)域,尤其是涉及一種基于城市智能模型的輔助設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù):
當(dāng)前應(yīng)用于城市規(guī)劃建模計(jì)算的技術(shù)工具主要是基于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具(cad)在城市規(guī)劃與建設(shè)管理領(lǐng)域的應(yīng)用,基于現(xiàn)有的技術(shù)方法已經(jīng)有可能對城市規(guī)劃中各種特定方面進(jìn)行模擬或評價,從而實(shí)現(xiàn)更加智能和可持續(xù)的城市規(guī)劃設(shè)計(jì)。這些技術(shù)工具主要分為三類:
第一類技術(shù)方法是用于在計(jì)算機(jī)中繪制平面圖形和三維模型。在這一階段,依據(jù)經(jīng)驗(yàn)和審美的傳統(tǒng)城市設(shè)計(jì)思想占主導(dǎo),這些工具的出現(xiàn)是為了滿足設(shè)計(jì)師將其設(shè)計(jì)思想和方案圖形化的需求,智能化程度較低。從手工繪制圖紙到計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(cad),規(guī)劃效率得以提升。相應(yīng)的技術(shù)工具包括:autocad,sketchup,3dsmax,等等。
第二類技術(shù)方法包括城市分析和模擬工具,是用于通過更加科學(xué)和量化的方法來評價方案或是預(yù)測未來情景。在這一階段,規(guī)劃師更加注重規(guī)劃的客觀性,通過對于多個方案進(jìn)行科學(xué)分析或模擬來避免武斷決策或是錯誤判斷。這些工具的出現(xiàn)是為了滿足理性分析的需求,智能化程度相比于單純的建模工具有所提高。從依靠主觀判斷來進(jìn)行方案設(shè)計(jì)到通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行評價或預(yù)測來幫助選擇最優(yōu)方案,規(guī)劃的質(zhì)量和科學(xué)性得以提升。相應(yīng)的技術(shù)工具包括:ecotect,matlab,envimet,karalitcfd,arcgis,以及sketchup、autocad的一些插件等等。
第三類技術(shù)方法是將設(shè)計(jì)邏輯抽象,通過預(yù)設(shè)的算法和條件來自動生成方案,從而獲得理性的設(shè)計(jì)結(jié)果,將人的主觀因素影響降到最小。在這一階段,設(shè)計(jì)邏輯的重要性得到重視,空間形態(tài)的重要性被削弱,設(shè)計(jì)過程由計(jì)算機(jī)自動完成,設(shè)計(jì)結(jié)果與預(yù)設(shè)目標(biāo)具有高度的匹配度,智能化程度較高。從設(shè)計(jì)師控制形態(tài)到設(shè)計(jì)師控制算法的轉(zhuǎn)變?nèi)匀惶幱谠囼?yàn)期,相應(yīng)的技術(shù)工具包括:rhino,pro/engineer,ugnx,catia,solidworks,cityengine等等。
這三類技術(shù)方法的主要問題是,即便已經(jīng)應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)和建設(shè)管理領(lǐng)域,仍然未能持續(xù)積累城市數(shù)據(jù),僅僅是針對特定建設(shè)項(xiàng)目的輔助方法;無法對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行模擬優(yōu)化,因此難以有效地輔助設(shè)計(jì)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于城市智能模型的輔助設(shè)計(jì)方法。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
一種基于城市智能模型的輔助設(shè)計(jì)方法,包括以下步驟:
1)根據(jù)城市空間數(shù)據(jù)構(gòu)建城市智能模型;
2)通過干預(yù)結(jié)合反饋的方式對城市建模進(jìn)行評價,具體包括以下步驟:
21)確定城市管理領(lǐng)域設(shè)計(jì)的預(yù)期指標(biāo),包括交通狀況指標(biāo)、城市管理描述指標(biāo)和空間質(zhì)量指標(biāo),所述的交通狀況指標(biāo)包括可達(dá)性、交通流量和城市連接度,所述的城市管理描述指標(biāo)包括容積率、人口數(shù)、人均住宅面積和綠地率,所述的空間質(zhì)量指標(biāo)包括開敞度、建筑能耗和日照小時數(shù);
22)針對城市空間數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)干預(yù),即對城市智能模型數(shù)據(jù)進(jìn)行修改,首先從初始狀態(tài)的空間數(shù)據(jù)模型開始,對于空間模型進(jìn)行干預(yù)得到干預(yù)方案,然后開始反饋過程,城市智能模型對干預(yù)方案進(jìn)行快速評價和判斷,并將結(jié)果反饋;
23)對每個城市管理領(lǐng)域的預(yù)期指標(biāo)進(jìn)行評價,并將評價的結(jié)果進(jìn)行反饋,若干預(yù)方案的評價結(jié)果不符合設(shè)計(jì)指標(biāo),則繼續(xù)進(jìn)行干預(yù)得到新的干預(yù)方案,直到符合預(yù)期指標(biāo),若評價結(jié)果符合預(yù)期指標(biāo),則記錄該干預(yù)方案;
3)對符合評價指標(biāo)的干預(yù)方案模型進(jìn)行輸出并展現(xiàn)。
所述的步驟1)具體包括以下步驟:
11)建立城市智能模型的數(shù)據(jù)底板,所述的數(shù)據(jù)底板內(nèi)容為統(tǒng)一坐標(biāo)系的地形模型;
12)根據(jù)現(xiàn)狀地形圖及城市規(guī)劃設(shè)計(jì)方案在地形模型中導(dǎo)入道路、建筑、綠化市政實(shí)施數(shù)據(jù);
13)結(jié)合城市建設(shè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)圖紙,對城市智能模型進(jìn)行實(shí)時更新,進(jìn)行城市智能模型數(shù)據(jù)的累積;
所述的步驟1)中,統(tǒng)一坐標(biāo)系的地形模型包括山體和水體模型。
所述的步驟13)中,城市智能模型數(shù)據(jù)的累積包括建筑形態(tài)、建筑位置、建筑功能、建筑面積和建筑細(xì)節(jié)數(shù)據(jù),所述的建筑形態(tài)數(shù)據(jù)包括長度、寬度和高度數(shù)據(jù),所述的建筑細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)包括建筑結(jié)構(gòu)和建筑材料。
所述的步驟13)中,更新的依據(jù)為該城市建設(shè)項(xiàng)目是否通過審批。
所述的步驟23)中,具體包括以下步驟:
對于可達(dá)性:以選定的住宅區(qū)對象為主體,根據(jù)通過尋徑獲取的沿著城市道路網(wǎng)絡(luò)向外延伸,對不同的出行方式形成分層化的覆蓋范圍,并以可視化的方式將各層的覆蓋范圍呈現(xiàn)在城市智能模型中,并且統(tǒng)計(jì)各層覆蓋范圍內(nèi)的公共服務(wù)設(shè)施類型;
對于開敞度:以選定的觀察點(diǎn)為中心向各個方向的視線投影在半徑為r的球狀表面上,根據(jù)每個方向的仰角所產(chǎn)生的遮擋范圍,獲取該選定觀察點(diǎn)的開敞度,從而統(tǒng)計(jì)城市智能模型中各個主要公共空間的開敞度;
對于容積率:所述的容積率far為單位面積用地上的建筑總面積,其計(jì)算公式為:
其中,gfa為總建筑面積,s(plot)為地塊總面積。
所述的可達(dá)性的指標(biāo)參數(shù)值為:任意住宅區(qū)步行5min能達(dá)到商業(yè)服務(wù)設(shè)施,開敞度的指標(biāo)參數(shù)值為:開敞度為0.5以上的空間區(qū)域至少達(dá)到30%,容積率的指標(biāo)參數(shù)值為:住宅地塊容積率不高于2。
所述的步驟3)中,干預(yù)方案模型的輸出和展現(xiàn)形式包括干預(yù)方案模型的三維可視化視圖和評價結(jié)果的可視化視圖。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
一、本發(fā)明提供城市的全信息建模,在現(xiàn)有的方法中,城市信息僅僅局限于建設(shè)項(xiàng)目自身的信息,其作用僅僅體現(xiàn)在論證規(guī)劃方案的優(yōu)劣,但是在本發(fā)明的方法中,城市信息是全過程的,并且不斷續(xù)學(xué)習(xí),隨著整個設(shè)計(jì)過程中的每一次方案調(diào)整產(chǎn)生作用,因此有助于城市空間數(shù)據(jù)的持續(xù)累積。
二、本發(fā)明將城市設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變成為一個迭代的過程,沿著可控的方向循序漸進(jìn)的達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo),因此,本發(fā)明可以用于針對城市規(guī)劃方案進(jìn)行模擬優(yōu)化,因此可以應(yīng)用于輔助設(shè)計(jì)。
三、本發(fā)明彌補(bǔ)城市設(shè)計(jì)的局限性,現(xiàn)有技術(shù)方法已經(jīng)應(yīng)用部分計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)來幫助設(shè)計(jì)師進(jìn)行判斷,設(shè)計(jì)方案仍然受到設(shè)計(jì)師有限的知識和經(jīng)驗(yàn)的限制。應(yīng)用城市智能模型的方法,則存在更多的可能性,可以任意調(diào)整方案進(jìn)行嘗試,直到出現(xiàn)符合預(yù)期的設(shè)計(jì)結(jié)果就可以結(jié)束迭代。
附圖說明
圖1為智能化反饋的基本模型。
圖2為對城市建模進(jìn)行評價的流程圖。
圖3為符合評價指標(biāo)的設(shè)計(jì)模型。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
實(shí)施例
城市智能模型(cim)用于城市建模的方法:本發(fā)明提供的方法可以有效的積累城市數(shù)據(jù)。本發(fā)明提供城市智能模型的統(tǒng)一建模標(biāo)準(zhǔn),從模型精度、建模范圍、模型體塊、模型細(xì)節(jié)、模型數(shù)據(jù)、層級結(jié)構(gòu)、命名方式、材質(zhì)貼圖、渲染規(guī)程9個方面提出建模細(xì)節(jié)。由于各建設(shè)項(xiàng)目采用統(tǒng)一的建模標(biāo)準(zhǔn),可以在同一個平臺中持續(xù)加載數(shù)據(jù),因而可以實(shí)現(xiàn)城市數(shù)據(jù)的不斷累積,城市智能模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)具體見附表。工具使用為autocad/3dsmax/cityengine,方法是單體或群組建模后導(dǎo)入cim,模型數(shù)據(jù)可在cityengine或是cim平臺中。
cim用于城市計(jì)算的方法:本發(fā)明提供的方法可以基于空間數(shù)據(jù)進(jìn)行有效計(jì)算,因此可以輔助設(shè)計(jì)。反饋?zhàn)鳛槌鞘兄悄苣P偷幕居?jì)算模塊,其本質(zhì)是人與計(jì)算機(jī)的智能交互。在智能模型平臺中,用戶對城市規(guī)劃進(jìn)行干預(yù),計(jì)算機(jī)對于用戶的干預(yù)行為可以做出智能反應(yīng),對調(diào)整后的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行快速評價和判斷,并將分析結(jié)果反饋給用戶。從而完成一個基本循環(huán)。從方案步驟n到下一個方案步驟n+1之間,可能會完成大量的基本循環(huán),如果評價結(jié)果得到改善,用戶可以繼續(xù)調(diào)整方案,反之用戶可以選擇回到之前的方案步驟重新進(jìn)行嘗試??蛇@個基本模型反映設(shè)計(jì)過程中的一個反饋環(huán)節(jié),在設(shè)計(jì)過程中通過反復(fù)的智能化反饋,不斷對方案進(jìn)行評價和干預(yù),從而確保每一個方案步驟比上一個步驟進(jìn)步,因此隨著迭代次數(shù)的增加,方案將逐步提升、接近規(guī)劃目標(biāo)。方案干預(yù)的結(jié)果以三維模型的形式表達(dá)。智能化反饋的基本模型如圖1所示。
本發(fā)明具體的設(shè)計(jì)流程為:
1、根據(jù)城市空間數(shù)據(jù)進(jìn)行城市建模,具體包括以下步驟:
(1)建立城市智能模型的數(shù)據(jù)底板,數(shù)據(jù)內(nèi)容包括:統(tǒng)一坐標(biāo)系的地形模型(含山體、水體)
(2)根據(jù)現(xiàn)狀地形圖及規(guī)劃設(shè)計(jì)方案在模型中導(dǎo)入建筑、道路、綠化、市政設(shè)施數(shù)據(jù)
(3)結(jié)合工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)圖紙,對城市模型進(jìn)行持續(xù)更新,更新的標(biāo)準(zhǔn)為通過項(xiàng)目審批流程,在這一過程中持續(xù)累積城市數(shù)據(jù),具體包括建筑形態(tài)數(shù)據(jù)(長、寬、高)、建筑位置、建筑功能、建筑面積、建筑細(xì)節(jié)(結(jié)構(gòu)、材料等)。
2、通過人為判斷結(jié)合反饋的方式對城市建模進(jìn)行評價,如圖2所示,具體方法包括以下步驟:
(1)明確設(shè)計(jì)預(yù)期,即分析參數(shù)的目標(biāo)值,以可達(dá)性和開敞度為例,可以設(shè)置可達(dá)性的目標(biāo)為:任意住宅區(qū)步行5min能達(dá)到商業(yè)服務(wù)設(shè)施、開敞度為0.5以上的空間區(qū)域至少達(dá)到30%。
(2)針對城市空間模型進(jìn)行設(shè)計(jì)干預(yù),從初始狀態(tài)的空間模型(方案1)開始,用戶對于空間模型進(jìn)行干預(yù)得到方案1.n(n=1,2,3…)
(3)反饋的過程開始,計(jì)算機(jī)對于方案1.n進(jìn)行快速評價計(jì)算,并將結(jié)果反饋給用戶。
(4)評價計(jì)算的內(nèi)容是城市管理領(lǐng)域的指標(biāo),以可達(dá)性和開敞度為例:
可達(dá)性。其計(jì)算方法為:以特定的對象為主體,采用尋徑算法,計(jì)算沿著城市道路網(wǎng)絡(luò)向外延伸300m(3min步行),500m(5min步行),2.5km(出租車)的最遠(yuǎn)范圍,形成分層的各類出行方式覆蓋范圍,并以可視化的方式呈現(xiàn)在三維模型中。基于統(tǒng)計(jì)可達(dá)性范圍內(nèi)的公共服務(wù)設(shè)施類型,可以評價特定對象的公共服務(wù)便利性。
開敞度。地面上任意一觀察點(diǎn)能看見的天空(ω)的比例,該指標(biāo)可以反映建筑的密集以及對于地面的視線遮擋程度。其計(jì)算方法為:通過觀察點(diǎn)向各個方向的視線投影在半徑為r的球狀表面上,可以計(jì)算得出每個方向的仰角di所產(chǎn)生的遮擋范圍γi,進(jìn)而計(jì)算ω的比例,svf=s(ω)/s(whole)?;诮y(tǒng)計(jì)城市中各個主要公共空間的開敞程度,可以評價城市建設(shè)中開敞空間的程度。
(5)用戶根據(jù)計(jì)算反饋的結(jié)果進(jìn)行判斷。
a.若分析結(jié)果仍然不符合設(shè)計(jì)預(yù)期,用戶可以選擇繼續(xù)對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行干預(yù)得到新的方案1.n+1,新的反饋過程開始,以此類推;
b.若分析結(jié)果符合預(yù)期,則可記錄為方案2(較方案1優(yōu)),開始新的一輪循環(huán)迭代。
(5)經(jīng)過循環(huán)演進(jìn)得到符合預(yù)期的設(shè)計(jì)方案。
(6)在實(shí)際項(xiàng)目中,計(jì)算的內(nèi)容可以由用戶根據(jù)需要自行設(shè)定。
3、對符合評價指標(biāo)的模型進(jìn)行輸出并展現(xiàn)。如圖3所示,包含以下內(nèi)容:
(1)三維城市模型的可視化視圖;
(2)計(jì)算結(jié)果的可視化展現(xiàn)。
展現(xiàn)形式包括三種可能性:
第一類是完全通過計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)的。在軟件中整合城市數(shù)據(jù),建立虛擬的方案模型,并且在建模的過程中由計(jì)算機(jī)同步完成分析、模擬并實(shí)現(xiàn)反饋。這種智能平臺軟件可以采用虛擬的二維或三維模型作為輸入端,其關(guān)鍵突破點(diǎn)是對城市分析、模擬的軟件技術(shù)的優(yōu)化和集成,以及具有反饋功能的交互平臺的研發(fā)。
第二類是將虛擬模型轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)體模型,相比于第一類產(chǎn)品更加人性化?,F(xiàn)代科技的應(yīng)用可以進(jìn)一步改善這種基于實(shí)體模型的設(shè)計(jì)方法,一項(xiàng)試驗(yàn)性的研究產(chǎn)品被稱為“模擬桌(simulationdesk)”。其的工作原理是:在一個真實(shí)的桌面上放置著設(shè)計(jì)方案的實(shí)體模型,當(dāng)模型中一個或多個體塊被改變或是旋轉(zhuǎn),通過可移動光源、小型風(fēng)機(jī)以及其他微環(huán)境模擬裝置,可以直觀的反饋視覺可達(dá)性、陰影覆蓋范圍及其他環(huán)境指標(biāo)的變化,并通過可視化的效果反饋給設(shè)計(jì)師,因此設(shè)計(jì)師可以根據(jù)反饋信息更準(zhǔn)確的優(yōu)化方案。通過感應(yīng)裝置將真實(shí)模型的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)樘摂M信息,并傳輸?shù)接?jì)算機(jī)軟件中作為輸入?yún)?shù)來激活反饋過程。
第三類是將物理模型進(jìn)一步轉(zhuǎn)變成全息投影模型,通過虛擬影像在現(xiàn)實(shí)空間中創(chuàng)造模型,用戶以通過相應(yīng)的手勢或肢體動作來調(diào)整虛擬影像,相比于第二類產(chǎn)品,這種“智能全息投影平臺”更加節(jié)省材料、空間,可以隨時隨地的進(jìn)行設(shè)計(jì),并且可以在影像模型中反映更多的數(shù)據(jù)信息。依靠兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn):第一個技術(shù)是三維全息投影技術(shù)(holographic3d),該技術(shù)可以通過真實(shí)和虛擬信息的相互轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互,城市模型通過虛擬投影的方式呈現(xiàn)出來。第二個技術(shù)是體感技術(shù),該技術(shù)使得用戶可以做出手勢或肢體動作對虛擬模型進(jìn)行調(diào)整。