蔣立琨 梁 悅

(天津大學(xué)城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，天津 300073)

0 引言

豎向設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是合理地選擇建設(shè)用地的地面形式，在滿足平面布局要求的同時(shí)確定建設(shè)場地上各部分的高程關(guān)系，使之適應(yīng)使用功能要求，達(dá)到工程量少、投資省、建設(shè)速度快、綜合效益佳的效果。由于豎向規(guī)劃涉及到整個(gè)規(guī)劃場地三維空間的通盤設(shè)計(jì)，不可避免的要面臨多方訴求以平衡各方面的需求。然而，這種平衡模式在以往的傳統(tǒng)豎向規(guī)劃中很難滿足。因此，在規(guī)劃設(shè)計(jì)和城市管理過程中，高效準(zhǔn)確的豎向規(guī)劃新思路顯得尤其重要。

GIS是地理信息系統(tǒng)的簡稱，其以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)軟硬件的支持下，運(yùn)用系統(tǒng)工程和信息科學(xué)的理論，科學(xué)管理和綜合分析具有空間內(nèi)涵的地理數(shù)據(jù)，以提供管理、決策等所需信息的技術(shù)系統(tǒng)。近年來隨著高新技術(shù)的迅猛發(fā)展，GIS技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于城市規(guī)劃及相關(guān)領(lǐng)域，本文結(jié)合天津大學(xué)新校區(qū)修建性詳細(xì)規(guī)劃——豎向工程專項(xiàng)規(guī)劃，運(yùn)用GIS空間分析的技術(shù)方法，探討其在現(xiàn)狀分析、土石方平衡、豎向設(shè)計(jì)等專題中的應(yīng)用。

1 研究背景和研究對象概述

天津大學(xué)是教育部直屬國家重點(diǎn)大學(xué)，是教育質(zhì)量和科研水平居國內(nèi)一流、在國際上有較大影響的高水平研究型大學(xué)。為了促進(jìn)學(xué)校內(nèi)涵式發(fā)展，天津市在海河教育園區(qū)內(nèi)為學(xué)校選址2.5 km2建設(shè)新校區(qū)，總體目標(biāo)是打造成為具有國際尖端科技的示范性綠色生態(tài)校園。新校區(qū)處于海河中游南部，屬海積沖積低平原地區(qū)，位于天津平原主體范圍內(nèi)，所在津南區(qū)地勢低平。

2 天津大學(xué)新校區(qū)現(xiàn)狀分析

2.1 現(xiàn)狀地形條件分析

天大新校區(qū)基地現(xiàn)狀地勢與津南區(qū)基本一致，先鋒河、衛(wèi)津河河堤及百萬公路高程4 m～5 m，為基地內(nèi)最高；清河村、建明村及百萬公路以東部分村莊高程3 m～3.5 m；其余大部分用地為農(nóng)田、坑塘，高程多為2 m～2.5 m，部分低洼地在2 m以下。坡度、坡向分析表明基地內(nèi)部不存在陡坡，現(xiàn)狀地面比較平坦，坡度基本在1%～2%；且基地未經(jīng)過統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)，地表坑洼分散不規(guī)則，整體地形走向不明顯。

通過對地形、地貌的整體分析得出：

1)新校區(qū)基地及周邊地形比較平坦，無明顯起伏，利于未來開發(fā)建設(shè)以及對土方量的控制；

2)場地內(nèi)坑洼、溝渠較多且分散，需進(jìn)行平整處理；

3)基地內(nèi)現(xiàn)狀村落及大堤路的高程，對推測該區(qū)域近年來的防洪防澇豎向標(biāo)高設(shè)計(jì)有一定借鑒意義，新校區(qū)豎向可考慮控制在3.0 m以上。

2.2 現(xiàn)狀土壤及地下水條件分析

津南區(qū)境內(nèi)河系縱橫密布，坑、塘、洼、淀較多。土壤由海積與河流沖擊物形成，以重鹽化潮土和鹽化潮濕土為主。根據(jù)天津市規(guī)劃局資料，津南地區(qū)地下水位一般為0.8 m～1.5 m，校區(qū)建設(shè)基地內(nèi)部平均地下水位為1.4 m，地下水礦化度較高?；谝?guī)劃區(qū)土壤、地下水現(xiàn)狀情況，基地場地需整體提升。根據(jù)地面高程應(yīng)高于地下水位1.5 m以上的標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合地形分析結(jié)論，新校區(qū)內(nèi)部平均高程宜控制在3.0 m以上，同時(shí)校區(qū)周邊地坪不可低于2.3 m。

2.3 現(xiàn)狀河道水系條件分析

新校區(qū)基地內(nèi)部現(xiàn)有衛(wèi)津河、先鋒河兩條主要河道。衛(wèi)津河現(xiàn)狀寬10 m，河底高程為0.36 m～0.6 m，穿過規(guī)劃范圍內(nèi)的河道部分長約2 km。根據(jù)新校區(qū)建設(shè)需求，衛(wèi)津河需改道，改道后繞行于基地北側(cè)及東側(cè)，成為護(hù)校河系統(tǒng)的一部分。先鋒河為污水河，現(xiàn)狀寬20 m，河底高程為0.36 m～0.6 m，穿過規(guī)劃范圍內(nèi)的河道部分長約2.4 km。未來需要改道，改道后繞行基地北側(cè)及南側(cè)，不納入護(hù)校河系統(tǒng)。

先鋒河、衛(wèi)津河改道后，原河道需要填土處理，具體填方量需要根據(jù)新校區(qū)內(nèi)部豎向規(guī)劃方案而定。根據(jù)海河園提供資料，規(guī)劃改道后的衛(wèi)津河最高水位2.5 m，常水位2.0 m，枯水位0.9 m。作為護(hù)校河系統(tǒng)的一部分，衛(wèi)津河規(guī)劃水位與新校區(qū)排水規(guī)劃、橋梁凈空設(shè)計(jì)等都有著直接的關(guān)系，同時(shí)對新校區(qū)內(nèi)部臨近護(hù)校河區(qū)域的豎向控制也提出了條件。

3 天津大學(xué)新校區(qū)豎向規(guī)劃

3.1 規(guī)劃理念

天大新校區(qū)豎向規(guī)劃工作本著安全、經(jīng)濟(jì)、人性、美觀的總體理念來開展。

1)安全：結(jié)合排水規(guī)劃、水系規(guī)劃方案，解決地表排水與防洪排澇問題，并滿足地下水位要求；

2)經(jīng)濟(jì)：以盡可能減少土方為原則，對校區(qū)整體規(guī)劃地形進(jìn)行方案評估，估算土方總量，對豎向方案進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)；

3)人性：結(jié)合道路、橋梁、景觀等相關(guān)規(guī)劃統(tǒng)籌考慮，為師生營造一個(gè)安全、便捷、舒適、優(yōu)美的出行環(huán)境；

4)美觀：根據(jù)現(xiàn)有地形條件和建筑布局，設(shè)計(jì)學(xué)校景觀主軸、人性化濱水空間及微地形，打造特色校園景觀。

3.2 豎向規(guī)劃方案

3.2.1排水分區(qū)劃分

本次豎向規(guī)劃以安全、經(jīng)濟(jì)為首要原則，合理組織地面排水，分區(qū)域使雨水分散就近排入水體及雨水管道。豎向規(guī)劃根據(jù)雨水工程排水分區(qū)，對地面雨水排放進(jìn)行合理組織，并設(shè)置了地面排水分區(qū)(見圖1)：一區(qū)為地面雨水直接排往周邊水系；二區(qū)為雨水由管道收集排往泵站；中心島區(qū)由植草溝和管道收集相結(jié)合的方式排往景觀水體。豎向規(guī)劃保證地面雨水通暢的排入雨水管道或者植草溝，避免場地積水，并實(shí)現(xiàn)雨水循環(huán)利用。

3.2.2道路豎向規(guī)劃方案

本次規(guī)劃方案以地下水水位以及周邊控規(guī)道路標(biāo)高為主要依據(jù)，結(jié)合周邊水系防洪條件，確定規(guī)劃區(qū)內(nèi)最低高程控制在3.0 m以上。道路豎向規(guī)劃與道路的平面規(guī)劃同時(shí)進(jìn)行，與道路兩側(cè)用地的豎向規(guī)劃相結(jié)合，并考慮排水和冬季防滑要求；道路縱坡結(jié)合地形滿足道路交通的要求，并做到車輛均能到達(dá)建筑物一側(cè)；考慮到地面排水及防洪、排澇的要求，由于規(guī)劃道路縱坡大部分小于0.2%,應(yīng)采用多坡向和管線措施排水；過河橋梁和涵洞標(biāo)高滿足凈空要求。

規(guī)劃后地形整體地勢西高東低，坡度差別不大。外部標(biāo)高最低點(diǎn)為3.0 m，為控規(guī)道路設(shè)計(jì)標(biāo)高；校內(nèi)主次干道控制點(diǎn)最低為3.15 m，最高為3.3 m。本次豎向規(guī)劃將維持控規(guī)外部道路標(biāo)高，校內(nèi)標(biāo)高與之銜接。道路地面排水根據(jù)地面排水分區(qū)就近排入水體或管道。

3.2.3場地豎向規(guī)劃方案

場地的規(guī)劃標(biāo)高應(yīng)比周邊道路的最低路段標(biāo)高至少高出0.2 m以上，并且應(yīng)高于多年平均地下水水位標(biāo)高。規(guī)劃區(qū)整體地勢低洼，地勢較高的東部區(qū)域及現(xiàn)狀路基、河堤將適當(dāng)做挖方處理，使得低洼區(qū)域能夠與之方便銜接。地勢低洼區(qū)域非建設(shè)用地宜保持現(xiàn)狀，建設(shè)用地宜進(jìn)行填方，整體規(guī)劃標(biāo)高建議控制在3.22 m～3.5 m之間。整個(gè)規(guī)劃場地分片區(qū)式設(shè)計(jì)，其中中心島和校前區(qū)中部地塊，設(shè)計(jì)標(biāo)高較高，在3.25 m～3.5 m之間，其中圖書館地塊最高，形成景觀主軸線。

3.2.4土方量估算

新校區(qū)豎向設(shè)計(jì)盡可能根據(jù)現(xiàn)有地形，以減少土方量為原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，考慮到與地面排水、防洪安全以及地下水等因素的關(guān)系，場地要進(jìn)行一些土方處理，粗略估算本次規(guī)劃總土方量約為填方83萬m3(見表1)。

表1 土方量計(jì)算

3.2.5方案評估

1)場地平整效果評估。

經(jīng)過規(guī)劃設(shè)計(jì)后，基地整體地形平整，高程控制在3 m～3.5 m，滿足地下水、土壤等自然條件要求；坡向有規(guī)律，地面徑流按照排水分區(qū)要求規(guī)律地排往水系及管道中，滿足了新校區(qū)防洪、防澇及排水等要求(見圖2)。

2)場地景觀效果評估。

結(jié)合新校區(qū)場地、建筑、綠地、水系等要素，利用GIS對新校區(qū)進(jìn)行整體3D景觀模擬(見圖3)，并選取景觀控制點(diǎn)進(jìn)行視線分析(見圖4)，通過直觀的視覺效果為下一步豎向設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

4 結(jié)語

與通常的建筑輔助設(shè)計(jì)軟件相比，GIS將數(shù)據(jù)與圖形緊密聯(lián)系在一起，因而在處理類似地形等復(fù)雜設(shè)計(jì)因素時(shí)具有獨(dú)特的優(yōu)勢。本文介紹了GIS在豎向設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，但其應(yīng)用不僅僅局限于地形，GIS還可以處理其他多種設(shè)計(jì)因素，例如土地級(jí)差、日照環(huán)境、可達(dá)性、可視性等問題；同時(shí)，其分析尺度不僅僅局限于城市，亦可以觸及微觀的建筑空間?？傊?，運(yùn)用GIS將有助于提高城市規(guī)劃設(shè)計(jì)的科學(xué)性。

GIS在城市規(guī)劃中的應(yīng)用一直以來是業(yè)內(nèi)認(rèn)識(shí)研究的焦點(diǎn)，鑒于其在地理信息處理上的強(qiáng)大功能，為現(xiàn)代城市規(guī)劃提供了更具科學(xué)性、效率更高的決策依據(jù)。本次規(guī)劃將GIS的技術(shù)方法結(jié)合到規(guī)劃設(shè)計(jì)中，在城市規(guī)劃的排水組織、豎向設(shè)計(jì)、土石方平衡等方面進(jìn)行嘗試與探討。結(jié)果表明這種新的規(guī)劃設(shè)計(jì)思路能夠在結(jié)合現(xiàn)有地形、地下水、河道、土壤等基礎(chǔ)上，為豎向規(guī)劃設(shè)計(jì)提供高效準(zhǔn)確的指導(dǎo)，為未來我國豎向規(guī)劃設(shè)計(jì)提供一條行之有效的新途徑。