美国城市设计实践中的城市模型技术应用调查

城市模型技术在城市规划领域应用已有了较长的历程。在城市设计中，一般观点都认为数字技术为支撑的城市模型技术尚不能直接对设计过程产生影响，在城市设计实践中的应用有限。也有文献认为数字技术支持下的可视化表达在城市设计实践中应能起到重要作用，其它城市模型技术并没有起到应有作用。在美国各城市的城市设计实践中，城市模型技术应用状况究竟如何，国际学术期刊《Environment and Planning B:Planning and Design》刊登了一篇研究论文，对目前美国城市设计实践中的城市模型技术应用状况进行了研究和分析。

这一研究是针对美国的费城、芝加哥、纽约、波士顿、密尔沃基、匹兹堡等6个城市，共8个城市设计实践项目展开调查。采用问卷方式进行数据收集，一共发放了63份问卷。这8个城市设计项目的规模具有可比性，均是城市分区尺度或市中心区尺度的城市设计。调查内容聚焦在城市模型技术在城市设计中各个工作阶段的应用范围、如何支持设计过程、产生的影响。研究主要目标有两个。第一，明确在美国大城市的城市设计实践中城市模型技术作为支持工具的应用范围。第二，研究城市模型技术在设计过程中发挥作用的程度。这一研究得出的主要结论包括三个方面。

首先，将城市设计中应用的城市模型技术划分为若干类型，分别是沟通交流类功能、可视化表达类功能、分析类功能、操作维护类功能。调查中分别对上述各个类型功能中的每一类采用 6级评分，分别是不合适、不应用、极少用、一般、应用较多、应用非常多。调查结果表明对各类功能的评价有明显差异。沟通交流类型功能的整体使用率达到了71.7%，表明在城市设计中沟通交流类功能得到较为广泛使用，其中使用2D或3D方式进行信息交流是最普遍的应用。可视化类型功能的整体使用率达到了61.4%。可视化最主要用于给设计师提供观察虚拟城市环境。研究发现，某些可视化功能如VRML应用较少。这与GIS和VR等工具之间需要进一步整合有关。分析类型功能的整体使用率为46.2%。其中应用最少的是叠合分析功能，应用较多的是3D景观分析、天际线模拟、土地使用分析、选址等。这一调查结果与原先的预估比较接近。尤其在核心设计过程，分析类型功能并没有得到广泛使用。这需要进一步改进各种模型与GIS等分析工具之间的整合。维护类型功能的整体使用率为39.1%，是应用较少的功能。尤其是其中的情景分析、影响分析、车辆和步行模拟等功能使用率最低。大多数问卷的回复都给出了不适合、极少使用的评价。调查发现目前的城市模型技术在这一方面有缺陷，需要从多方面进行改进。例如，将实时城市模拟、虚拟现实技术与维护类型功能整合，用以展示建设项目的容积率、建筑密度等变化后产生的影响。

其次，该项调查将城市设计划分为7个设计阶段，分别对每个设计阶段使用城市模型技术进行了调查分析。调查中分别对上述各阶段的应用程度采用5级评分，分别是不影响、低度影响、中度影响、高度影响、不适用。调查结果也表明各个阶段的使用情况有差异。在城市设计的概念方案生成阶段，城市模型技术起到的作用最显著。其次是对策比较阶段、概念方案深化、概念方案转化为规划方案阶段等阶段。城市模型技术应用最少的是规划目标生成阶段。这表明城市模型技术应用在城市设计的方案阶段起到的作用要比设计初始阶段要深入。

随后，调查继续对城市模型技术在城市设计核心设计过程中的应用进行了比较。在核心设计过程的各项任务中，问卷调查将城市模型技术在其中的认可程度划分为6个等级，分别是强烈认可、认可、一般、不认可、强烈不认可、不适用。调查发现城市模型技术在不同工作任务中获得的认可程度有较大差异。其中，基地分析是认同程度最高的，达到95.7%。其次是专业人士之间的交流沟通、设计概念表达、数据获取、用分析内容支撑规划方案等工作任务。

调查还对城市模型技术在不同设计类型中的应用进行了比较。在各项设计类型中，问卷调查也将其划分为5个等级，分别是无影响、低度影响、中度影响、高度影响、不适用。调查发现城市模型技术在不同类型设计影响也有较大差异。其中，城市形态（3D）设计、城市景观、历史风貌区等设计类型的作用最为明显。问卷中给上述类型设计给出了高度影响、中度影响评分的占80%以上。最高的是城市景观类型设计，达到了89.8%。获得评分比较低的是能源可持续发展、公共社会领域类型的城市设计。研究认为，城市模型技术没有在这些设计类型中发挥作用的原因有多方面。这些设计中的人文、技术因素与目前城市模型技术不匹配，在这些方面也缺少使用城市模型技术的经验。

上述对8个城市设计实践项目的调查，反映了美国当前城市设计实践中城市模型技术应用状况。总体上，这项调查显示城市模型技术已经有力地支持了设计过程，完善了设计成果。在每一个阶段，城市模型技术所能支持程度、发挥的作用与该技术的功能直接相关。最后，该项研究也对城市设计中的城市模型技术做了展望。研究认为，网络支持下的动态可视化可能会推动城市模型技术发展，使其成为城市设计中支持公共倡议的工具、决策支持的工具。

来源：Al-DOURI F. Assessment of the methods and extents of the usage of urban modeling in urban design practice in US cities[J]. Environment and Planning B: Planning and Design, 2013, 40(3): 523-549.

绿地服务范围的计算方法

英国的城市绿地系统规划采用简单定量标准来计算城市绿地服务范围。这些标准都采用最大出行距离计算，有的采用6-8min步行时距，也有的采用300m或400m的步行距离。以上标准均是以绿地为中心，计算直线距离的缓冲区作为绿地服务范围。事实上，居民到达绿地的出行过程会受到许多因素影响，例如，道路拥挤、地形坡度、无法通行的私有土地阻隔等，导致实际出行距离、出行时间大于直线距离标准。考虑到这些影响，也有方法采用缩小直线距离数值，如将400m减为280m，用于模拟真实出行时间。尽管如此，在绿地服务范围评价中，尚没有考虑绿地功能类型的多样性、不同类型使用者使用绿地存在的差异性。

为弥补上述不足，有学者提出了一种计算绿地服务范围的新方法，并将该方法用于城市绿地系统规划布局。这一方法以最小成本距离分析为基础，兼顾了绿地功能类型的不同，也考虑了居民到达绿地方式、使用绿地方式的差异。这一方法以苏格兰城市Kirkintilloch为案例进行了应用研究。按照当地的规划标准，该地的绿地系统规划布局应达到绿地300m服务范围覆盖每一户居民家庭。这一计算服务范围的新方法是将城市绿地作为一个绿化系统网络进行评价，评价过程由四个步骤组成。

步骤一是准备空间数据。空间数据是来源于当地的规划管理机构EDPA，包括了以下数据。第一，绿地数据，包含了绿地布局、绿地面积等属性；第二，绿地质量属性，包含了绿地功能、绿地品质等属性数据。绿地质量是由EDPA按1-5级进行评分。绿地质量评分结果用来对绿地服务范围进行加权。五级绿地分别评为0.8、0.9、1.0、1.1、1.2加权值。高品质的绿地，对服务范围面积进行大于1的正值加权；品质较差的绿地，对其服务范围进行小于1的负向加权。第三，绿地入口数据。每一处绿地都要确定其入口位置，采用点要素表达。第四，步行道数据。步行道是居民前往绿地的通道。其中，部分步行道也是绿化系统的组成部分，称作“核心通道”。

步骤二是准备绿地使用者数据。绿地使用者数据来自于对使用核心通道居民的调查。整个调查工作共对500个16岁以上的成人进行了问卷。根据问卷结果，将核心通道使用者划分为两种类型。第一种使用者是休闲活动者，这些人以休闲和健康锻炼为目的使用绿地。第二种使用者是实用型活动，这些人途径绿地，另有明确出行目的地，例如或去购物、上班等。依据调查结果，生成了两类使用者的数据。

步骤三是建立绿地系统模型。根据当地相关规定，此模型中设定绿地服务范围的最大距离值为300m。模型将中依据通行程度难易程度设定了出行成本，设置了阻力值表达通道是否易于通行。阻力值倒数作为距离折减系数。出行成本越大，设置阻力值也越大。绿地服务范围距离值依据出行成本做相应折减。例如，儿童游戏场、墓地、公共花园等最易于通过的通道，阻力设置为1，折减后的距离值为300/1。铁路、网球场等的阻力值设置为10，折减后距离值为300/10，废弃物填埋场阻力值设置为100，折减后距离值为300/100。不可通行的区域将阻力值设置为1000。为鼓励居民使用核心通道达到绿地，将核心通道的阻力值设置为0.5，折减后的距离值为300 /0.5。

对于两类不同的使用者分别创立不同绿地模型。对于实用型使用者，在绿地系统网络的基础上增加商店、学校、邮局等出行目的地。休闲型使用者直接使用绿地系统网建立模型。上述绿地系统模型均采用分辨率为1m的栅格数据模型。

步骤四是将模拟成果与常规直线距离方法进行比较。规划部门当前使用的常规方式是计算300m直线距离的缓冲区范围。比较两者绿地服务范围内的居民数量、比较绿地服务范围内的居民空间分布。模拟结果显示，当采用常规方法计算所有各种绿地的直线距离缓冲区300m服务范围时，该地区服务面积覆盖率是100%。仅计算公园绿地的直线距离缓冲区服务面积覆盖率也达到58.3%。如果使用本方法计算最小成本距离，绿地服务面积覆盖率大大降低。其中，针对休闲型使用者的覆盖率仅为18.6%，实用型使用者的覆盖率仅为8.2%。然后，从居民出行可达性角度出发，计算处于服务覆盖范围内的居民家庭数量和比例。当采用常规方法计算所有各种绿地的直线距离缓冲区300m服务范围时，居民家庭服务率是100%。仅计算公园绿地的直线距离缓冲区时，居民家庭的服务率也达到84%。如果使用本方法计算最小成本距离，居民家庭服务率也会降低。针对休闲型使用者的服务率为72.6%，实用型使用者的覆盖率仅为41.9%。

从比较结果看出，常规的缓冲区方法简单、易于使用，但并不反映绿地使用实际服务水平。本方法能有效地反映绿地的真实可达性程度，也能进一步区分绿地对不同使用类型人群的服务水平差异。这一方法是一种采用最小成本距离计算城市绿地系统的服务水平方法。方法本身并不复杂，对数据来源的要求也符合英国当地实际情况，易于当地规划部门中推广使用。在城市绿地服务范围计算中，这一方法优于常规方法。

来源：MOSELEY D, MARZANO M, CHETCUTI J, WATTS K. Green networks for people: application of a functional approach to support the planning and management of greenspace[J]. Landscape and Urban Planning, 2013, 116(1): 1-12.

应对气候变化土地使用政策的可视化技术

在当前的土地使用规划决策支持中，往往对土地使用政策进行模拟，采用可视化方式表达政策实施的结果，作为规划参与各方进行交流沟通的技术平台，为相关决策提供技术支持。近些年来，在西方规划学界，应对气候变化的相关研究不断出现。其中，很多研究关注土地使用及其相关政策如何应对气候变化。气候变化形成降水变化、气温上升、海平面上升，相应会改变土地适宜性、地表的景观，对土地使用造成影响。相关土地使用政策如何应对气候变化趋势，这需要有适合技术平台支持这一领域的可视化模拟和表达，支持这一领域的多方参与规划，提供决策支持。墨尔本大学的学者研究了适用于应对气候变化的土地使用政策可视化技术，采用可视化工具表达气候变化对土地使用的影响，用于协助关心气候变化的各方人士进行交流和沟通。

这一研究以澳大利亚维多利亚州西南区域为研究对象。研究区域面积约4万km2。研究建立了一个应对气候变化的土地使用政策可视化技术平台。这一平台是基于谷歌地球的API，整合了多种可视化工具开发。该系统的可视化界面提供了多个可视化功能，主要包括以下内容。

系统采用了基于谷歌地球的动画方式，用于显示维多利亚州未来每年平均气温变化的预测结果。气候预测是依据已有气候变化模型得出。系统采用了5Km×5Km的点阵，以可视化的方式表达年度气温和降水量分布。系统中还提供了一个农场的3维模型，采用动画方式展示农场状况。采用地图方式表达该农场目前所处的周边环境、气候变化后2070年所处的周边环境，便于使用者比较农场及其周边土地使用变化。此外，还采用单一观察点的360度全景渲染方式表达土地使用现状和预测中的2070年土地使用状况。系统还采用动画方式演示Portland镇的海平面上升过程，并与第三方网站链接，将全球变暖造成海平面上升的模拟结果在网站上发布。

此外，该系统还能采用二维地图方式进行土地适宜性制图。按四种土地用途类型，分别进行2010年、2070年的土地适宜性分析，得到的土地适宜性分析结果可以在谷歌地球上进行显示。随后可以在预定地点，采用全景模拟方式反应由于土地适宜性变化所导致的该地的地表景观变化。

本研究的另一个目的是对各种可视化工具在类似应用中所能发挥的作用进行评估，评价可视化工具是否能在应对气候变化领域有效地用于支持各方交流和沟通，从而对土地使用政策的决策发挥作用。该研究采用了对使用者进行调查的方式进行评估。

首先，在使用该系统前先询问参与者一些问题，以便考察参与者对气候变化及其对维多利亚州西南部区域可能造成后果的了解程度。这一步大致用10min时间。随后，用20min时间，给参与者演示该系统用户界面的使用方法，对所有可能使用到的系统功能、系统工具都进行介绍。在正式开始实验前，参与者还可以试用一下该系统。实验开始后，要求参与者全面、深入地使用本系统去探究这一地区气候变化、土地使用及其相关政策的后果。每一参与者大致有60min时间来完成系统使用。

在参与者完成系统使用后，开始对参与者进行询问调查。调查内容包括两个方面。一个是对该系统本身的各种工具、功能、数据表达方式使用的体会。另一个是对气候变化、土地使用及其相关政策的认识是否有变化。这一次询问调查时间大致是15min。共有26人参与了这个实验。这些参与者均来自于与土地使用直接相关的机构，包括该研究领域的科学家，直接参与气候变化政策制定部门、农业部门等。

总体上，参与实验的26人事先都对气候变化对土地使用影响都已有一定的了解和关注。每一个参与者需要回答13个关于气候变化对土地使用影响的问题，用于检验这个实验系统使用效果。这些问题答案都能通过使用该系统可视化功能找到。对这些问题的回答平均准确率是77%。这说明在所有需要本系统传递的知识中，参加者掌握了其中的大多数。

该实验按关注程度的不同，从低到高采用1-5分评分。使用本系统进行可视化模拟之后，参与者对气候变化关注程度都有上升。其中，气候变化对全球影响的关注程度平均值从3.7分上升到3.8分，气候变化对维多利亚州本地影响的关注程度平均值从3.4分上升到3.8分。通过使用本系统，参与者增加了对气候变化将对维多利亚州西南区的影响、气候变化将会对土地使用、以及相关政策的影响等方面的认识。

实验参与者也对系统的可视化功能本身进行了评价。按对功能评价从低到高，也采用1-5分评分。各个可视化功能得到的评分也有差异。得分最高的是动画方式制图、点阵数据表达、洪水淹没模拟等，平均评分在4.0以上。全景模拟方式得到评价得分较低为3.3分。这说明不同可视化功能的实际使用效果之间存在差异。

这一研究的特点是采用了多种可视化工具表达气候变化对土地使用的影响，用于协助关心气候变化的各方人士进行交流和沟通。研究中建立的可视化技术平台，起到了向参与者传递有气候变化、土地使用及其政策之间关系的知识。研究对建立这一领域的可视化模拟技术平台进行了有益的探索，也为这一领域的多方参与规划、提供决策支持进行了有益的探索。

来源：BISHOP I, PETTIT C, SHETH F,et al. Evaluation of data visualisation options for land-use policy and decision making in response to climate change[J]. Environment and Planning B: Planning and Design 2013, 40(2): 213-233.