基于多主体的城市三维空间增长驱动机制及情景模拟

The three-dimensional urban growth plays an important role in the transition from blind expansion to three-dimensional intensive expansion in urban development. It is also an effective way to enhance the utilization efficiency of urban space and address the problem of space shortage. In this study, we study the three-dimensional urban space instead of traditional two-dimensional urban space. In particular, using Yangzhou as a case study, we construct a database, and apply GIS spatial analysis, multivariate statistical analysis and multi-agent modeling approach, to reveal the driving mechanism of three-dimensional urban growth and to explore the way to optimize and regulate the growth from the perspective of multi-agent interactions. Our main contributions are as follows: Firstly, we build decision models for different types of agents, analyze the process of interactions among multiple agents, and reveal the driving mechanism of the urban three-dimensional growth. Secondly, we build a model of urban three-dimensional growth, and simulate the three-dimensional urban growth in future by setting reasonable scenarios. Finally, we provide suggestions for orderly development of urban three-dimensional space. This study not only contributes to the evolution of urban space research from two-dimensional to three-dimensional, but also provides practical instructions for the intensive utilization of urban space.

城市三维空间增长是提升城市空间利用效率、破解空间资源短缺、实现城市发展从“摊大饼式”向“三维立体式”转变的有效途径。本项目突破传统的城市二维空间研究视角，以城市三维空间为研究对象，选取扬州市为案例，通过构建数据库，综合运用GIS空间分析、多元统计分析和多主体建模等方法，从微观主体交互作用的角度揭示城市三维空间增长的驱动机制并探寻其有序发展路径。研究内容包括：建立不同类型微观主体行为决策模型，剖析各主体之间的交互作用过程，揭示基于微观主体的城市三维空间增长驱动机制；基于此建立城市三维空间增长模型（3DUM），设定城市空间增长情景模拟预测未来演化方向，提出城市三维空间有序开发建议。本项目不仅有助于推进城市空间研究理论与方法体系由二维向三维的演进，并可以为城市空间集约利用提供实践指导。

随着中国经济体制改革的不断深化和全球经济的不断嵌入，中国城市化进入快速发展阶段，城市发展对空间的需求越来越大，城市发展与建设面临越来越大的空间扩张压力。城市三维空间增长是提升城市空间利用效率、破解空间资源短缺、实现城市发展从“摊大饼式”向“三维立体式”转变的有效途径。本项目突破传统的城市二维空间研究，以城市三维空间为研究对象，以微观主体空间决策行为及相互作用为研究视角，选取扬州市为案例城市，测度了不同时间阶段城市三维空间增长形态；揭示了城市三维空间增长驱动机制；建立了城市三维空间增长模型；设定合理的城市空间增长情景，通过情景模拟预测未来演化方向，提出城市三维空间有序开发的对策建议。本研究的重要结果为：(1) 将二维空间增长的特征值法，数理统计法，分形维数法拓展至三维，构建了城市三维空间增长的测度指标体系，并测度了2003, 2012, 2020三个时间段城市三维空间形态的演变。(2) 依据不同利益主体自身的价值体系（如需求、利益）和空间认知能力及与环境相互作用，建立了居民主体，企业主体，开发商主体的空间决策模型。(3) 融合多主体空间决策模型，从微观主体相互作用角度探索了城市三维空间增长机制，从而解析城市三维空间增长的过程，即确定城市平面空间的开发区位与开发属性，以及垂直空间建筑高度的过程。(4) 建立了基于主体空间决策行为和交互作用城市三维空间增长模型 (3DUM)，以扬州市为例，设定了旧城改造和外围扩展两种增长的情景，模拟预测了扬州市2030年城市三维空间增长。得出旧城改造为主的情景与外围扩展的情景相比，很大程度上提高了城市空间利用的集约性，为扬州市三维城市规划与建设提供了参考。本项目不仅有助于推进城市空间研究理论与方法体系由二维向三维的演进，并可以为城市空间集约利用提供实践指导