地理信息系統(tǒng)在規(guī)劃設(shè)計(jì)課程中應(yīng)用
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摘要:在數(shù)字化時(shí)代，掌握GIS基礎(chǔ)理論和技術(shù)技能對(duì)城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)學(xué)生非常重要。通過對(duì)目前城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)設(shè)計(jì)類課程現(xiàn)狀進(jìn)行分析，結(jié)合社會(huì)對(duì)專業(yè)人才的需求分析，將GIS課程融入城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)總體規(guī)劃和詳細(xì)規(guī)劃設(shè)計(jì)課程中，在課程設(shè)計(jì)中通過分析技術(shù)嵌入，課程內(nèi)容整合不斷提升學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)和畢業(yè)后的發(fā)展能力，從而推進(jìn)城鄉(xiāng)規(guī)劃GIS課程的改革與創(chuàng)新。
關(guān)鍵詞:GIS課程;規(guī)劃設(shè)計(jì)類課程;城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)
0引言
隨著智慧城市、數(shù)字城市等新的城市理念的提出以及“多規(guī)合一”國土空間規(guī)劃時(shí)代的來臨，信息技術(shù)在城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)的應(yīng)用愈加廣泛，并且對(duì)規(guī)劃師提出更高的技能要求。城鄉(xiāng)規(guī)劃以城鄉(xiāng)物質(zhì)空間為核心，主要處理城市發(fā)展過程中的空間關(guān)系，而信息技術(shù)中75%數(shù)據(jù)具有某種形式的空間信息。地理信息系統(tǒng)GIS(GeographicInformationSystem)是一種重要的空間信息技術(shù)系統(tǒng)，能夠處理整個(gè)或部分地球表層(包括大氣層)空間中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)，具有很強(qiáng)的進(jìn)行采集、儲(chǔ)存、管理、運(yùn)算、分析、顯示和描述的能力，因此未來城市規(guī)劃的手段和方法必將深受其影響。近年來，很多規(guī)劃類科研院所和高等院校越來越重視GIS的教學(xué)和研發(fā)，而且重點(diǎn)對(duì)于這些和規(guī)劃緊密相關(guān)的技術(shù)，更加注重的是在規(guī)劃領(lǐng)域如何有效利用這些技術(shù)，并輔助解決特定的規(guī)劃問題。我國的城市規(guī)劃體系主要包括城市總體規(guī)劃和詳細(xì)規(guī)劃兩大層面，城市規(guī)劃設(shè)計(jì)類課程教學(xué)包括總體規(guī)劃和詳細(xì)規(guī)劃相關(guān)的核心課程，因此將GIS相關(guān)技術(shù)引入在此類專業(yè)主干課程教學(xué)有著典型的引導(dǎo)意義。
1城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)設(shè)計(jì)類課程現(xiàn)狀和需求
城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)設(shè)計(jì)類課程在課程體系中所占比例很大，主要是針對(duì)實(shí)踐的設(shè)計(jì)案例，展開設(shè)計(jì)和規(guī)劃編制，具體包括《城市總體規(guī)劃設(shè)計(jì)》《控制性詳細(xì)規(guī)劃設(shè)計(jì)》《居住區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)》等課程［1］。全國高等學(xué)校城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)教育評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)指出，學(xué)生應(yīng)掌握信息技術(shù)類課程中CAD和GIS的基本知識(shí)，初步具有計(jì)算機(jī)操作的基本技能，并使用相關(guān)專業(yè)軟件進(jìn)行規(guī)劃圖紙繪制。標(biāo)準(zhǔn)的提出是讓學(xué)生掌握相關(guān)信息技術(shù)手段來輔助規(guī)劃設(shè)計(jì)，并加深對(duì)專業(yè)課程的理解，但是在實(shí)際教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，首先單一的信息技術(shù)類課程并未與核心設(shè)計(jì)課程做好銜接，教學(xué)效果較差。其次，在實(shí)踐項(xiàng)目操作中傳統(tǒng)的CAD平臺(tái)仍是首選，CAD擁有強(qiáng)大的制圖表現(xiàn)能力，但不具備空間分析功能，因此在面對(duì)復(fù)雜的規(guī)劃決策、分析問題時(shí)，不能提供相應(yīng)支持。目前城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)對(duì)于此類信息技術(shù)類課程的教學(xué)還基本停留在課程本身，想要取得更好的教學(xué)效果，應(yīng)當(dāng)與其他課程進(jìn)行融合［2］。本文試圖探討設(shè)計(jì)類課程與GIS的融合，使得原本單一的課程能在規(guī)劃設(shè)計(jì)和規(guī)劃研究中得以延續(xù)，特別是總體規(guī)劃和詳細(xì)規(guī)劃類課程［3］?？梢試L試對(duì)專業(yè)核心設(shè)計(jì)課進(jìn)行“模塊化”劃分，以專業(yè)設(shè)計(jì)課程為主模塊，將GIS技術(shù)作為子模塊，穿插到主模塊的設(shè)計(jì)和分析中，一方面加強(qiáng)學(xué)生對(duì)子模塊的練習(xí)，另一方面，也加深了對(duì)設(shè)計(jì)課程的理解。
2城市總體規(guī)劃應(yīng)用
城市總體規(guī)劃是城市在一定時(shí)期內(nèi)發(fā)展的機(jī)會(huì)和各項(xiàng)建設(shè)的總體部署，是規(guī)劃編制工作的首要階段，也是后續(xù)詳細(xì)規(guī)劃編制的依據(jù)［4］。總體規(guī)劃具有戰(zhàn)略性的指導(dǎo)意義，主要進(jìn)行城市未來發(fā)展方向、規(guī)模、性質(zhì)等城市布局問題的分析、評(píng)價(jià)和預(yù)測，這和GIS在某些功能上是類似的，而且GIS強(qiáng)大的空間分析功能還能為總體規(guī)劃提供新的思路和方法，因此在總體規(guī)劃教學(xué)過程中讓學(xué)生掌握新的規(guī)劃分析的技術(shù)方法非常重要［5］。
2．1城市地理數(shù)據(jù)采集
在總體規(guī)劃的過程中，數(shù)據(jù)采集是前提，城市用地的規(guī)劃和建設(shè)離不開各種地理數(shù)據(jù)的支持，而GIS技術(shù)可以有效從多種途徑獲取較準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)資料［6］。在教學(xué)過程中，可以引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)從多種渠道獲取多源數(shù)據(jù)，也可以對(duì)常見數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換使用，例如學(xué)習(xí)CAD數(shù)據(jù)和GIS數(shù)據(jù)互相轉(zhuǎn)換，或者進(jìn)行帶有坐標(biāo)信息的非空間數(shù)據(jù)(Excel等文本數(shù)據(jù))的空間化。也可以配合遙感影像來分析城市布局的合理性，并進(jìn)一步計(jì)算建筑容量、人口密度等各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，更加有效確定用地性質(zhì)。
2．2數(shù)字地形建立
地形分析在總體規(guī)劃中是一項(xiàng)基礎(chǔ)工作，是合理進(jìn)行城市空間布局的前提，目前規(guī)劃人員大多基于二維環(huán)境開展此項(xiàng)工作，隨著技術(shù)的進(jìn)步，在三維環(huán)境中開展規(guī)劃也越來越普遍。GIS的DEM(DigitalElevationMode，簡稱DEM)數(shù)字高程模型就是一種可以快速構(gòu)建地形地貌、建筑和空間環(huán)境的方法，具有很大的優(yōu)勢，這基于傳統(tǒng)的CAD是很難實(shí)現(xiàn)的。在構(gòu)建好規(guī)劃區(qū)的數(shù)字模型后，還可以利用后續(xù)各種高程分析工具讓學(xué)生對(duì)規(guī)劃區(qū)進(jìn)行深度的分析和把握。
2．3地物影響范圍分析
GIS中的緩沖區(qū)分析是指在根據(jù)點(diǎn)、線、面地理要素實(shí)體，自動(dòng)建立周圍一定范圍的多邊形，用于表征實(shí)體對(duì)鄰域的影響范圍，一般有點(diǎn)緩沖區(qū)、線緩沖區(qū)和面緩沖區(qū)三類。這樣的量化分析能夠很好解決諸如計(jì)算公共設(shè)施的服務(wù)半徑，劃定高壓線、河流等保護(hù)區(qū)范圍和綠地范圍等規(guī)劃問題。
2．4用地適宜性評(píng)價(jià)
城市用地適宜性評(píng)價(jià)是總體規(guī)劃一項(xiàng)非常重要的前期工作，主要對(duì)交通、地質(zhì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境等因子進(jìn)行單項(xiàng)用地適宜性評(píng)價(jià)，然后利用疊加技術(shù)綜合生成最后的評(píng)價(jià)性結(jié)果，在規(guī)劃領(lǐng)域，俗稱“千層餅?zāi)Ｊ健?。單?xiàng)用地適宜性評(píng)價(jià)過程中，涉及地形、交通等多個(gè)評(píng)價(jià)項(xiàng)目，借助GIS的相關(guān)空間分析方法例如坡度、坡向分析，重分類分析等是可以快速在軟件平臺(tái)上得出單項(xiàng)的評(píng)價(jià)圖，進(jìn)一步綜合分析提取出適宜建設(shè)的用地，對(duì)城鄉(xiāng)建設(shè)用地的選擇具有直接指導(dǎo)意義。
3城市詳細(xì)規(guī)劃應(yīng)用
城市詳細(xì)規(guī)劃相對(duì)于總體規(guī)劃而言是處于微觀層面的，在總體規(guī)劃的基礎(chǔ)上，需要對(duì)不同性質(zhì)的用地做具體的組合安排和規(guī)劃設(shè)計(jì)，并對(duì)規(guī)劃區(qū)的各個(gè)地塊的如用地性質(zhì)、建筑密度、容積率等各項(xiàng)控制性指標(biāo)做詳細(xì)規(guī)定，進(jìn)一步為未來規(guī)劃管理提供具體技術(shù)支持。在詳細(xì)規(guī)劃的編制中，傳統(tǒng)的CAD在技術(shù)方面已經(jīng)相當(dāng)成熟，在此基礎(chǔ)上，若能讓學(xué)生恰當(dāng)應(yīng)用GIS技術(shù)作為補(bǔ)充，可以起到事半功倍的作用，并且大幅度提高學(xué)習(xí)效率。
3．1公共服務(wù)設(shè)施選址
選址問題一直以來是規(guī)劃關(guān)注的重點(diǎn)問題，規(guī)劃中的選址對(duì)象范圍非常廣泛，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，越來越多的因素會(huì)影響選址的結(jié)果，如何科學(xué)確定選址對(duì)象也變得越來越重要。結(jié)合GIS空間方法選址，可以將與選址相關(guān)的空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)結(jié)合，迅速靈活地對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而降低選址分析的難度，進(jìn)一步提高選址工作的效率。
3．2開發(fā)強(qiáng)度指標(biāo)計(jì)算
在詳細(xì)規(guī)劃編制過程中，需要計(jì)算大量的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，例如建筑密度、容積率、建筑高度和綠地率等，傳統(tǒng)方法耗時(shí)耗力，若可以借助GIS空間數(shù)據(jù)庫和屬性表的計(jì)算功能，能夠方便快速的得到統(tǒng)計(jì)結(jié)果。在實(shí)際教學(xué)中，可以選取一種經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，例如重點(diǎn)對(duì)比CAD和GIS兩種方法計(jì)算容積率的過程，讓學(xué)生實(shí)際操作，對(duì)比感知兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。
3．3三維空間場景模擬
GIS的優(yōu)勢在于快速的大范圍的場景模擬，提供的二維半建模的方式可以快速、大規(guī)模地拉升出立體建筑。因?yàn)樵跀?shù)據(jù)格式方面可以很好的兼容傳統(tǒng)建模軟件，所以可以嘗試讓學(xué)生和熟悉的建模軟件結(jié)合使用，共同分析在整體方案中的角色。
3．4視域分析
利用GIS視域分析功能，規(guī)劃人員可以分析點(diǎn)的市域范圍，以及點(diǎn)的可視情況。此項(xiàng)功能不僅可以用于建筑上，還可以很好的應(yīng)用于景觀規(guī)劃中，讓學(xué)生感受三維GIS技術(shù)可以極大提高規(guī)劃的科學(xué)性。除去“模塊化”的學(xué)習(xí)以外，在設(shè)計(jì)課程一開始就應(yīng)有意識(shí)安排融入GIS的制圖和建庫城鄉(xiāng)規(guī)劃編制的各階段成果主要是圖件、圖表和文字資料三種類型，一般情況下，圖件數(shù)據(jù)由CAD+PS共同完成，圖表等由Excel軟件分析，文字資料主要用Word進(jìn)行處理。這些傳統(tǒng)手段具有很強(qiáng)的針對(duì)性，但是從另一個(gè)方面看，數(shù)據(jù)的整合和管理是相對(duì)獨(dú)立的，在后續(xù)的分析過程中也不是很方便。相比傳統(tǒng)方法，GIS可以構(gòu)建圖形和屬性數(shù)據(jù)相結(jié)合的模式。同時(shí)GIS制圖還有其他獨(dú)特的優(yōu)勢，例如圖例的自動(dòng)生成和更新，自動(dòng)標(biāo)注的快速實(shí)現(xiàn)等，基于GIS平臺(tái)對(duì)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)例如CAD數(shù)據(jù)能夠很好兼容，在此基礎(chǔ)上，充分應(yīng)用其制圖優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)規(guī)劃成果的創(chuàng)新。通過建立總體規(guī)劃和詳細(xì)規(guī)劃的數(shù)據(jù)庫，統(tǒng)一各規(guī)劃要素和現(xiàn)狀要素圖層數(shù)據(jù)到同一坐標(biāo)系下，并導(dǎo)入相應(yīng)的法定圖則，實(shí)現(xiàn)規(guī)劃“一張圖”系統(tǒng)。
4應(yīng)用實(shí)例
控制性詳細(xì)規(guī)劃中經(jīng)常需要對(duì)現(xiàn)狀容積率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，用來輔助規(guī)劃容積率的計(jì)算，這項(xiàng)工作若在傳統(tǒng)CAD平臺(tái)進(jìn)行效率很低且費(fèi)時(shí)費(fèi)力，借助GIS技術(shù)可以較輕松高效完成，大大提高工作效率。具體的分析思路如下:1)導(dǎo)入建筑CAD數(shù)據(jù)并賦予其層數(shù)屬性。使用“要素轉(zhuǎn)面”工具，設(shè)置合適的閉合容差，將CAD數(shù)據(jù)中的面要素轉(zhuǎn)換為GIS中可以處理的shapefile格式，注意需要根據(jù)空間位置傳遞CAD數(shù)據(jù)的標(biāo)注屬性，即層數(shù)標(biāo)記。2)疊加建筑和地塊圖層，計(jì)算建筑面積。統(tǒng)計(jì)每個(gè)地塊的容積率，需要知道每個(gè)地塊內(nèi)有哪些建筑，使用疊加分析下的“相交”工具，求建筑和地塊要素的交集部分，相交的結(jié)果共同擁有兩個(gè)要素的所有屬性，基于屬性表計(jì)算功能，利用基底面積和層數(shù)計(jì)算總建筑面積。3)計(jì)算地塊的容積率。相交后的建筑具有現(xiàn)狀地塊的編號(hào)屬性，使用屬性表分類求和可以計(jì)算各類建筑的建筑面積，進(jìn)一步匯總每一個(gè)地塊的總建筑面積。連接地塊屬性表，通過總建筑面積和地塊面積計(jì)算容積率，最后用可視化的形式表達(dá)出來。在教學(xué)過程中，經(jīng)常會(huì)有學(xué)生反映，按照給定的步驟一步步實(shí)施可以順利的完成一項(xiàng)規(guī)劃分析任務(wù)，但一旦脫離步驟就記不住具體的分析流程，還有一部分學(xué)生反映，根據(jù)案例中提供的分析問題和數(shù)據(jù)知道該如何解決，但是更換數(shù)據(jù)之后就不知道該如何分析。出現(xiàn)這些問題的根源在于沒有掌握解決規(guī)劃分析問題的真正思路，所以要強(qiáng)調(diào)的是解決問題的思路比解決步驟重要。首先在原理類課程中講授與編制規(guī)劃成果相關(guān)的概念和應(yīng)用范疇，在信息技術(shù)類課程中實(shí)際演練基本操作步驟和設(shè)計(jì)，最后，在專業(yè)設(shè)計(jì)類課程中融入相關(guān)技術(shù)，指導(dǎo)學(xué)生使用新技術(shù)方法完成規(guī)劃設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)規(guī)劃成果的創(chuàng)新。
5結(jié)語
在新形勢下城鄉(xiāng)規(guī)劃教學(xué)面臨新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，GIS以其強(qiáng)大的空間分析能力為規(guī)劃教學(xué)提供新的技術(shù)和思路，上述應(yīng)用實(shí)例很好的說明了GIS為規(guī)劃教學(xué)和學(xué)習(xí)提供了一個(gè)理性分析的平臺(tái)。對(duì)教師而言合理的GIS空間分析技術(shù)的“模塊化”穿插教學(xué)，幫助學(xué)生加深對(duì)規(guī)劃相關(guān)知識(shí)的理解，有效地提高了教學(xué)的質(zhì)量和效果，而從學(xué)生角度出發(fā)，打破常規(guī)的技術(shù)方法大大提高了學(xué)習(xí)興趣，能夠打開思路深入思考、分析方案的合理性和科學(xué)性。就GIS這門學(xué)科本身而言，是一個(gè)知識(shí)點(diǎn)繁雜，體系龐大的體系，專業(yè)要求的不同必然導(dǎo)致學(xué)習(xí)重點(diǎn)的差異，因此引導(dǎo)學(xué)生在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)類課程中構(gòu)建“GIS+CAD”城鄉(xiāng)規(guī)劃新技術(shù)，掌握解決問題的思路方法，培養(yǎng)科學(xué)理性的思維方式尤為重要。這是如今城鄉(xiāng)規(guī)劃教育領(lǐng)域探索和努力的方向，也是新時(shí)代對(duì)城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)教育的必然要求。
作者:許璟 朱國興 單位:黃山學(xué)院旅游學(xué)院 黃山學(xué)院建筑工程學(xué)院