“GIS+BIM”的山地城市路网优化应用

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我国山地面积占全国总土地面积2/3 以上,山地城镇数占全国城镇总数近1/2。山地城市地形、地貌、地质条件复杂,土地被江河、丘谷分割,路网的安全、畅通及优化设计显得尤为重要。

山地城市

大部分土地分布于山地区域的城市,形成与平原地区迥然不同的城市形态与生境。我国重庆、美国丹佛、瑞士苏黎世、匈牙利布达佩斯、巴西巴西利亚都是著名的山地城市。

山地城市——苏黎世

随着计算机技术不断发展,道路规划设计正迈向三维、集景、动态的世界。在传统山地城市路网规划设计的基础上引入“GIS+BIM”技术进行山地城市路网优化设计。将相关基础条件、自然条件、规划方案等不同类型的空间信息与属性数据进行一体化管理,使整个设计过程都处在一个可视化的环境中。同时可根据需要对这些数据进行实时查询、分析与模拟,快速实现多方案比选与工程方案优化,从而大大提高山地城市路网规划设计的效率,缩短设计周期,提高城市路网设计的科学性与合理性。


“GIS+BIM”规划设计技术体系

GIS高精度三维虚拟环境构建

高精度虚拟地理环境作为开展山地城市规划设计的工作环境,包括地形地貌、建构筑物、地下管线、区域地质等自然地理空间信息和人口、教育等空间化的社会经济信息。

山地城市虚拟地理环境通过综合构建地理空间数据获取、建模、集成、表达、分析技术体系,实现设计区域的高度虚拟化还原。

  • 数据获取:通过空、天、地等方式,开展多源地理空间数据获取和采集

  • 数据建模:通过语义化、参数化的建模方式丰富和拓展传统测绘地理信息空间建模方法

  • 数据集成:突破现有地表空间对象集成方法,开展大规模、分布式、地上地下一体化、室内室外一体化、水上水下一体化空间数据集成

  • 数据表达:通过图层叠加、透视、剖切、专题图渲染等方式,实现虚拟地理环境的多角度展示与表达

  • 场景分析:结合山地城镇地形地貌特色,支持多种空间分析和地形交互式编辑功能


GIS-BIM规划设计技术体系流程

“GIS+BIM”路网优化设计

GIS软件集成成CAD绘制、BIM参数化设计,能为山地城市路网整体优化提供参数化、智能化支撑手段。

集成“GIS+BIM”技术的规划设计软件主要包括:

  • 通过CAD扩展GIS分析功能,为规划软件增加空间数据分析能力,如ArcCAD、ArcGIS for AutoCAD

  • 在GIS中增加设计功能,如ArcSketch、CityEngine、INDEX

  • 研发地理设计软件平台,如AutoDesk Infraworks、清华地理设计平台、集景三维地理设计平台


尽管支持整体设计流程的平台还不多见,但GIS-BIM技术优势的新一代软件已在生态保护、土地利用、景观设计等领域展示了巨大的发展前景。


“GIS+BIM”路网优化优势

GIS高精度地理环境和BIM参数化设计模拟构建渐进式规划设计流程,提高了片区路网设计整体协同性。

和传统规划设计方式相比,“GIS+BIM”路网优化设计方法优势主要体现:

  • 信息交互层面:解决了和后续规划之间信息共享、流转的技术障碍,促进了不同规划设计之间的集成、交互与协同

  • 将GIS分析、评估和模拟嵌入到设计工作中,减少了对外部工具的依赖

  • 减轻了多方案设计的工作强度,通过参数化设计和建模工具提高了设计效率,规划设计人员将主要精力放在方案设计和推敲上,减少了繁琐的制图工作

  • 方便设计师对方案的修改深化工作

  • 方便项目业主、公众等非专业人士对规划设计意图的理解和交流


俯瞰巴西利亚路网


路网优化案例

我国重庆市位于中梁山和铜锣山之间,嘉陵江和长江流经的河谷、台地、丘陵地带。城市依山而建,建筑错落有致,是我国最著名的山城,其路网规划及设计难度极大。


远眺重庆

以重庆港城工业园区项目为例,该项目所在区域地形起伏大,遍布山头与沟谷,区域范围内有5条铁路线路,分别为渝怀铁路线、在建渝利铁路、在建渝万铁路及2条铁路货运专线。传统路网规划设计在面对山地城市复杂的基础条件时,由于缺乏精确的数据支撑与可视化三维动态分析,可实施性较差。


使用“GIS+BIM”技术分析地形,可确定地形高程变化特征。结合高速路选线,重塑场地,确定主要建设台地。

由于复杂的地形地貌,路网存在大量深填高挖现象,且由于高压线、铁路的存在,内部路网与两者冲突较突出。通过集成现状地理信息(GIS)与道路等建构筑物信息(BIM),直观展示矛盾并提供合理的优化解决思路:

  • 使用GIS对区域现状的地形及管线进行三维建模,直观掌握规划设计时所需基础数据,同时利用重庆市勘测院研发的集景-道路BIM软件,集成道路BIM与地理信息模型,实现信息的可视化与结构化。

  • 充分分析现状地形、地貌与水文地质条件,优化路网对外交通,使规划区域路网与周边路网顺接;优化内部交通,对路网的平、纵、横均进行优化设计

  • 该区域有较多铁路与高压线,充分考虑两者相互关系,尽可能降低该区域基础设施建设对铁路、高压线路的影响

  • 节约用地与节省工程投资。保证区域内外交通功能的前提下,减少土石方开挖;减少工程投资;大幅提升区域用地的价值


优化后交通路网


优化后路网及建(构)筑物信息

围绕基于三维地理环境的设计成果的三维可视化展示、道路路线三维交互式调整、平纵横可视化设计和道路实时三维模拟、基于三维道路模型的分析与评价等多个方面进行研究,实现道路设计各项指标自动计算和设计成果的三维可视化表现,为道路设计方案评价提供科学的依据,将为道路规划设计工作提供了全新的思路和技术手段。


工程设计与周边地理信息环境紧密相关,通过整合三维地理信息环境,集成工程设计、GIS与BIM技术,将工程设计与测绘地理信息两大领域协同创新,在三维地理信息环境下开展工程设计工作,大大提高了在复杂环境下山地城市路网规划设计的科学性与可实施性。


参考文献:

熊桂开,等.《GIS-BIM技术在山地城市路网优化设计中的应用》.

喻建,等.《山地城市道路网规划的思考》.

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