论文标题：Big Geodata Reveals Spatial Patterns of Built Environment Stocks Across and Within Cities in China

期刊：Engineering

DOI：https://doi.org/10.1016/j.eng.2023.05.015

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由北京大学、可持续发展目标大数据国际研究中心、南丹麦大学、清华大学等多所高校及科研机构研究人员组成的科研团队在中国工程院院刊《Engineering》发表题为 “Big Geodata Reveals Spatial Patterns of Built Environment Stocks Across and Within Cities in China” 的研究性文章。该研究利用多源地理大数据、机器学习和自下而上的存量核算方法，对中国城市间及城市内部建成环境存量的空间模式进行了深入探究，为城市规划和可持续发展提供了关键信息。黄舟、鲍毅、毛睿昌为共同第一作者，黄舟、郭华东、刘刚为通讯作者。

城市化进程的加速，使得建筑和基础设施中的物质材料大量积累，然而，由于高空间分辨率数据的匮乏，人们对城市建成环境存量模式的了解极为有限。中国作为全球城市化的重要实践场，对其城市建成环境存量的研究意义重大。该研究旨在填补这一知识空白，为城市可持续发展提供有力支持。

图1. 中国50 个城市500 m 细粒度建成环境存量特征的研究设计和工作流?MCI: 材料构成系; POIs: 兴趣点; MS: 材料存量; GDP: 国内生产总 值; ML: 机器学习; DBSCAN: 基于密度的聚类算法?

研究团队选取了中国 50 个具有代表性的城市，涵盖省会城市以及经济、文化和地理上重要的城市。这些城市占据中国所有城市 GDP 的 50%、人口的 32% 和建成区的 15%。研究收集了多源地理数据，包括建筑轮廓、建筑年龄、土地利用、兴趣点、交通基础设施、网格化人口和社会经济发展数据等，并建立了材料构成系数（MCI）数据库。通过自下而上的存量核算和机器学习方法，计算出 50 个城市在 500m 细粒度水平上的建筑和基础设施材料存量，进而揭示其空间发展模式。

研究结果显示，2018 年中国 50 个城市的城市建成环境存量达 110Gt，建筑和道路是主要的建筑材料存量来源。中国许多城市的人均建成环境存量（平均为 261t）与西方城市基本处于同一水平，这主要归因于过去几十年中国的建设热潮和以建筑、基础设施驱动的经济发展模式。城市建成环境存量在不同社会经济发展水平的城市中分布不均，东部、北部和西南部城市的存量较大，且与城市规模、人口、GDP 等社会经济因素密切相关。同时，中国城市的建筑与道路（BtR）存量比平均为 5.47，高于欧洲城市和工业化国家，表明中国城市扩张更倾向于 “垂直” 发展。

在城市内部建成环境存量的空间细化模式方面，研究发现中国城市建筑材料存量发展呈现 “集中-分散-集中” 的路径，与之对应的是 “均衡-非均衡-均衡” 的发展过程。通过对建筑材料存量和网格人口的分析，发现两者呈线性相关，且在不同人口规模的网格间存在断点，城市化初期需要投入更多材料。

该研究为城市规划者和政策制定者提供了重要参考。通过了解城市建成环境存量的时空模式，能更好地设定建设速度，协调建筑与基础设施发展，制定合理的空间规划和资源管理方法，促进城市系统工程向循环低碳城市转型。不过，研究也存在一定局限性，如数据缺口导致绝对存量结果存在不确定性，数据收集过程可能引入误差，排放核算可能低估等。未来，相关模型框架有望在更多城市扩展和验证，为城市化发展带来更多启示。

文章信息：

Zhou Huang, Yi Bao, Ruichang Mao, Han Wang, Ganmin Yin, Lin Wan, Houji Qi, Qiaoxuan Li, Hongzhao Tang, Qiance Liu, Linna Li, Bailang Yu, Qinghua Guo, Yu Liu, Huadong Guo, Gang Liu. Big Geodata Reveals Spatial Patterns of Built Environment Stocks Across and Within Cities in China. Engineering, 2024, 34(3): 143?153

开放获取论文：

https://doi.org/10.1016/j.eng.2023.05.015

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