CommunityViz软件在城市规划中的应用研究

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  摘要: 当前地理信息系统已经成为城市规划应用中的一项重要技术,CommunityViz作为地理信息系统的扩展模块在北美也已经得到广泛应用。本文详细介绍了CommunityViz软件的主要技术路线,也介绍了其在其他国家的实际应用规划案例。它可以弥补我国传统规划方法的缺陷,可以在今后的规划中发挥重要的作用。
  
  关键词: 规划支持系统,CommunityViz,地理信息系统,城市规划
  
  CommunityViz and its Applications in Urban Planning
  Yuan Li, Yanjie Ding
  (School of Architecture and Civil Engineering, Xiamen University)
  
  Abstract: In Urban Planning domain, Geographic Inforamtion System (GIS) is an important technique for supporting decision making of urban problems. A typical planning support software, namely CommunityViz, has been served as an extension of GIS and commonly used in western countries. In this paper, we introduce the main functions of CommunityViz and its applications in urban planning of different countries. It concludes that CommunityViz provides a guideline for further development of Chinese planning support system.
  KeyWords: Planning Support System; CommunityViz; GIS; Urban Planning
  
  1.引言
  目前规划支持系统(planning support system ,PSS) 被认为是计算机辅助规划系统的研究热点和未来的主要发展方向(李渊, 2010)。主要的规划支持系统有INDEX、WHAT IF?、CommunityViz、CITYgreen 、GB2QUEST、Nature Serve Vista 、WEAP、AEZWIN、WadBOS、RAMCO、Expert Choice 、DEFINITE、以及BLMePlanning 等。本文主要介绍CommunityViz及其主要应用。
  目前在世界各地的40多个国家,有大量研究人员正在使用,它已成为做规划的一种新工具和新方式。CommunityViz是基于GIS的决策支持系统,有时也被称为地理设计系统。 CommunityViz因为其强大的分析功能和易于理解的可视化演示受到规划者的喜爱。
  2.规划支持系统综述
  PSS 的概念最初由Harris于1960 年提出(Harris, 1989),经历了20多年的历史,出现了一些代表性的人物和思想,其中重要的是四本专著的出版(Brail和Klosterman, 2001; Geertman和Stillwell, 2003; Brail, 2008; Geertman和Stillwell, 2009),目前已经开发了一些具体软件用于规划实践。在我国,2005年杜宁睿, 李渊详细阐述了规划支持系统的含义、规划支持软件工具“WHAT IF ?”的概念模型,并结合实例探讨了“WHAT IF ?”在实践中的应用(杜宁睿和李渊, 2005)。2006年钮心毅对规划支持系统的渊源、规划支持系统在国内城市规划中的应用进行了展望(钮心毅, 2006)。2007年王睿通过对情景规划的研究,结合我国城市规划的特征,探索适应新形势需要的方法和手段,根据现有的情景规划一般构建方法,提出了基于情景规划方法的城市总体规划编制流程,以期提高城市总体规划的工作效率和工作质量,合理确定城市发展方向,优化城市空间形态和功能布局(王睿, 2007)。2010年龙瀛、毛其智对PSS的定义、发展目标进行介绍,并给出适合中国规划新技术发展现实的,以地理系统分析理论、地理信息技术、专业规划模型和可视化技术等为主要构成要素的PSS框架体系,作为适应于一般规划编制的、具有一定普适性的PSS 框架体系,可以用于指导具体的PSS 的设计和开发(龙瀛 等, 2011)。2010年5月,周杰在国内首次详细介绍了CommunityViz規划支持系统的应用技术。2011年,周杰结合案例介绍了CommunityViz软件中的Build- Out分析在城市规划中的应用(周杰, 2010)。
  3.Communityviz软件介绍
  3.1发展背景
  在20世纪90年代末,CommunityViz只是Noel Fritzinger和Lyman Orton的一个想法,他们是规划委员会的成员,他们设想了一个软件工具,可以使规划过程中参与更多的普通公民(Placeways, 2012)。形成的Orton家族基金会后,他们与开发者联手开发软件,使他们的设想变成现实。到了2001年,他们已经开发了“CommunityViz 1.2版”,包含三个独立的ArcView 3.x的扩展功能。新软件在规划界一炮而红。CommunityViz创作者在实践中努力对原设计进行改进和补充,陆续推出新版本。新的设计CommunityViz更容易获得更广泛的观众,并迅速得到普及。到2009年,软件引入全新的3D技术,并且正在成为标准的规划实践的一部分。
  3.2概况
  现有版本CommunitvViz软件由两个运行于ARCGIS环境中的工具条插件组成:Scenario360和Scenario 3D。Scenario 360是基于GIS的决策支持软件,它是ArcGIS的一个扩展模块,增加了互动的分析工具和决策框架的ArcGIS平台。Scenario 3D可以直接把二维地图转为三维场景,实现ArcGIS中地图向虚拟现实直接转换的软件。作为ArcGIS Desktop的一个扩展模块,它可以将Scenario 360中的二维地图转化为逼真的三维场景。CommunityViz既灵活又强大,它支持情景规划,草图规划,3D可视化,适宜性分析,影响评估,生长模型和其他流行的技术。
  3.3决策分析
  3.3.1适宜性分析
  城市规划中的很多问题和土地利用性质有关,包括对土地用途的适宜性分析、建设用地选址。通过土地适宜性分析可以使我们得到最佳方案。CommunityViz的适宜性分析运用多准则决策分析,规划者可以综合考虑选择多种因素,结合GIS软件生成各个因素的分析图层,再确定权重,权重反映各个因素之间的相对重要程度。每一个规划地块在不同因素下得到的评分,最后综合评价得分。CommunityViz将权重值动态化,用户可以根据需要不断改变权重值,可以得到权重值改变后的不同分析结果。
  3.3.2 Build- Out分析
  Build-Out分析是对城市未来拟建建筑物数量、位置的预测和三维景观可视化模拟。Build- Out分析可以让规划师估计建筑的数量和位置。Build- Out分析提供了一个对未来规划的参考,因为它代表了一种理论上的最大扩张状态,它包含3个步骤:
  3.3.2.1数值Build-out分析
  输入土地利用规划图,输入研究区域控制性详细规划中的相关控制内容:容积率、建筑密度、建筑物密度和有效因子,估算区域内拟新建的建筑物数量。
  3.3.2.2空间Build-out分析
  在考虑规划区域的建筑物布局模式和建筑物最小间距等要求对拟建筑物进行定位。 提供3种建筑物布局模式:随机模式、网格模式和沿道路模式。
  3.3.2.3可视化Build-out分析
  在Scenario 3D中建立三维建筑模型进行浏览。
  3.3.3 TimeScope分析
  TimeScope分析是模拟随着时间推移未来城市建设情况的发展和变化,通常是在Build-out分析的预测完成后进行。新建的建筑在将来不可能同时建成,需要有一个建设周期,TimeScope分析就是模拟建设周期内任意时间节点的建设情况。
  3.3.4Common Impacts分析
  Common Impacts分析提供了对住宅建筑和商业建筑的影响评价分析。 Common Impacts分析的结果是用单栋建筑物信息的统计数值(如每栋建筑平均消耗的电力和水量数值)来估算研究区域内所有建筑物对经济、环境、社会等方面产生的影响,这些数值可以在一定范围内修改,以满足不同研究区域的情况。
  这些数值包括汽车污染排放影响(CO,CO2, NOx,碳氢化合物)、商业能源消耗、商业建筑面积、商业工作岗位数量、岗位住宅比、劳动力、学生数量 、人口总量、住宅单位数量、住宅能源消耗、住宅用水量、汽车每天行驶距离。
  4.Communityviz应用实例介绍
  4.1美国马萨诸塞州科德角
   Communityviz曾运用于美国马萨诸塞州科德角,(Cape Cod, Massachusetts)。马萨诸塞州科德角是一个受旅游者和新居民欢迎的目的地,因为该地区提供美丽的自然风景和清洁的海岸线。当地和地区规划机构要保护该地区独特的品质,原始的环境和自然资源。2010年,一个跨部门工作的联邦机构小组选择了科德角作为试点来测试一个新的规划方法。目标是审视传统方法如交通、土地利用、环境规划来理解他们相互的影响。特别是强调减少交通中温室气体的排放,估计气候变化在土地使用和交通基础设施方面的影响。
  该团队围绕CommunityViz创建了一组情景规划,这项工作始于一个关于该区域的广泛数据,包括现有的交通基础设施、土地覆盖和土地使用、海平面、环境敏感区、灾害的脆弱性, 运用TransCAD运输建模软件制作的交通数据。
  除了模拟现有的条件,该团队还使用CommunityViz创建了未来场景。一方案使用人口增长预测、现有土地利用和交通运输规划描绘了科德角20以后的未来。而另一个选择方案看重组合开发,运输系统的发展,和几乎不改变运输分散的运输项目,非常紧凑地规划和扩展运输发展。
  该团队开发了一组CommunityViz指标用于测量每个模拟场景产生的影响。重点领域是规划的特定影响,基于行驶里程和温室气体的替代交通方式。其他类别列举的是水质指标,区域可达性,危害漏洞,保存现有的自然生态系统,保护具有历史意义的角色。每一种使用适当的影响模型的指标,来自一系列的科學实证研究以及更多简单的地理空间测量。由于开发密度、街道和人行道设计、利用多样化、目的地可达性、距离运输等的改变,模型估计了可能减少的行驶里程。
   4.2美国缅因州达马瑞斯哥塔
  达马瑞斯哥塔(Damariscotta)是一个有历史意义的村庄,靠近缅因州的达马瑞斯哥塔湖源头。当地人口刚刚超过2000,但城镇是一个面对缅因州中海岸9000居民和成千上万游客的服务中心。2007年村庄开始讨论土地利用问题,2009年,村庄举办一个设计专家研讨会议,探讨选择新的发展方式,并且得到了影响未来发展的评价因素。他们使用CommunityViz分析不同的设计和开发场景。以下是项目的评价因素。
  本地工作情况和当地日益增长的企业。
  能够承受居住和消费的本地生活。
  社区参与---人们参与学校、机构、教堂、社区活动和节日。
  亲近的文化和自然环境---例如可以在步行距离内看到一只海豹、一只麋鹿、还有餐厅、艺术画廊、当地剧场和一个图书馆。
  容易获得商品、服务、当地政府和信息的可达性社区
  人们相互信任、有安全感的强烈的社区意识。
  基于这些信息,这个团队开发了可量化的复合指标,用于比较CommunityViz的不同场景。 两个尺度的计划被用来测试和阐述替代方案如何就确定评价值执行。首先,CommunityViz 团队把这些评价值的映射方法使用在一个叫Piper Commons的区域(一个主要的接近市中心地块), 它可能在不久的将来发展。测试了两个场景:一个构建场景使用当前的趋势和政策,第二个场景通过专家研讨会议发展。同样,这种方法是用在包括沿主要商业路线和市中心土地的研究区。在每种情况下,团队可以衡量价值的关键因素,得出每个场景就确定评价分数。
  4.3 CommunityViz在澳大利亚的应用
  规划师在澳大利亚寻找创新的方法来处理在整个北美地区的同样问题:增长的压力;如何评估和可视化提出的改变;哪里投资天然资源最好以及如何最好地让公众参与。
  4.3.1农村地区的经济选择,蒙特维尔,昆士兰州东南部
  一个新的区域规划已经有效地遏制了农村土地细分,该地区的土地利用也受到植被法律与准则的影响。由于这些限制,许多农村地主想检查从他们的土地上产生的经济效益。澳大利亚/美国CommunityViz的合作团队用CommunityViz评估经济选择,也考虑到监管环境以及众多的物理和经济因素。该小组评估了三个方案:现状情况,build-out空置地块,build-out集群化发展。他们通过CommunityViz SiteBuilder3D开发了3D场景,展示了法规和发展控制对个人财产的影响。可以通过3D 模拟结果阐释对个人财产的影响。这会影响地主和政府官员对未来经济发展的洞察力。
  4.3.2阳光海岸腹地,昆士兰东南部
  当地政府在一个中等规模城镇的边缘获得了一个奶牛场。当地在这块土地的用途意见上有分歧,建议包括不发展、发展植物园、发展高尔夫球场与住宅。澳大利亚/美国CommunityViz的协作团队评价了以下这四种情况:现状条件;开放的空间和花园;混合的土地使用;带紧凑型住宅群和开放空间的高尔夫球场。Common Impacts wizard被应用于大范围的假设。通过对某个地点的适宜性评价分析测定可建设用地和明显的约束限制;对水的成本和污水基础设施也进行了评估。通过CommunityViz的 SiteBuilder3D创建了一个 3D的虚拟漫游。通过每个场景创造了可观的利益。最终的土地用途还在考虑中。
  5.Communityviz软件在中国的适用性分析
  目前,国内的城市规划主要基于CAD和湘源控制性详细规划软件,少量研究人员使用ArcGIS和Communityviz。事实上,Communityviz在美国的应用比较多,还没有在中国的实际应用实例。
  传统规划更多的时候是使用绘图工具,规划师通过使用用地平衡表反应地图信息进行规划分析,地理信息系统改进了这一技术,它使土地利用规划属性与数据库相关,Scenario 360整个构建过程更加自动化。而且CommunityViz可以表达人们的愿望,它不仅可以表达传统的指标,还可以表达人们需要的其他重要评价因素,赋予规划“心脏和灵魂的东西”。这使CommunityViz成为一个和传统规划有很大差别的工具。
  Communityviz还可以建立持续性的监测机制,分析规划方案所产生的影响,发现潜在问题,调整原有情景规划模拟方案,形成动态调整的编制进行。对于政府和规划建设部门来说,Communityviz是一个用于模拟土地利用变化影响的良好的工具。
  Communityviz可以构建情景规划,这是一种长期规划工具,面对未来城市发展的多种可能,构建出若干模拟方案,每个模拟方案描述的都是一个地区或城市在未来可能出现的一种空间形态。情景规划模拟可以促进规划者和决策者的讨论沟通,这种讨论可以帮助识别可选方案的优劣,有利于综合各方面信息,提供公众参与,为最终决策提供依据。
  中国城市的快速发展,会造成各种城市发展、生态环境等问题,也是急需Communityviz这样的规划支持系统对城市土地利用、城市发展方向进行量化地研究,并为各种城市发展政策的制定提供科学地指导。
  6.展望
  Communityviz的应用已经深入到城市发展的各领域,包括土地利用、城市扩张、人口统计、城市环境和气候、城市交通、旅游、经济等。中国高速的城市扩展进程需要像Communityviz之类的规划支持系统对其发展规模、发展方向等进行科学地量化分析。但是CommunityViz能做到的也有限,现在GIS和3D技术的也在快速发展,我们也应该充分利用和借鉴。今后的目标是吸收Communityviz在城市规划中积累的经验和优势,再结合其他规划应用技术,不断努力,创造符合我国体制与决策机制的规划支持系统。
  
  基金项目:中央高校基金(2012121033)资助。
  
  参考文献:
  
  [1] Brail, R. K. (2008). Planning Support Systems for Cities and Regions. Cambridge, MA, Lincoln Institute of Land Policy.
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  [10] 钮心毅 (2006). "规划支持系统:一种运用计算机辅助规划的新方法." 城市规划学刊 162(2): 96-101.
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  [12] 周杰 (2010). 基于 CommunityViz 的规划支持系统应用研究. 上海, 华东师范大学. 硕士论文.
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