论文标题：Global Mapping of Three-Dimensional (3D) Urban Structures Reveals Escalating Utilization in the Vertical Dimension and Pronounced Building Space Inequality

期刊：Engineering

DOI：https://doi.org/10.1016/j.eng.2024.01.025

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近日，中山大学广东省城市化与地理环境空间模拟重点实验室许晓聪研究团队取得一项重要科研成果。其研究论文 “Global Mapping of Three-Dimensional (3D) Urban Structures Reveals Escalating Utilization in the Vertical Dimension and Pronounced Building Space Inequality”（全球城市三维结构制图揭示了城市垂直维度利用的增强和显著的建筑空间不平等）在中国工程院院刊《Engineering》上发表，刘小平、吴欣昕为共同第一作者。

研究团队在该成果中发布了全球首套 500 米分辨率的城市三维建筑结构数据集（GUS-3D）。这一数据集为城市研究打开了一扇全新的大门，为科研人员和城市规划者们带来了前所未有的视角。在过去，城市研究大多集中在二维层面，对于城市的垂直维度关注甚少。研究团队克服数据收集和模型校准难题，构建高精度制图模型，成功研制 GUS-3D 数据集，涵盖建筑体积、高度和占地面积等关键信息。GUS-3D 数据集的出现，填补了这一空白，让人们能够从三维的角度去重新审视城市的发展和演变，为后续的城市研究工作奠定了坚实的数据基础。

图 1. GUS-3D数据集中建筑高度和体积模型框架。区域模型详见附录A的表S3和S4。R：相关系数；RMSE：均方根误差；MAE：平均绝对误差。

研究显示，2015 年全球建筑总体积超 1 万亿立方米。1985—2015 年间，三维建筑体积增长幅度略有增加，而二维建筑占地面积和城市范围扩张幅度显著减少，这表明城市土地垂直维度利用强度在不断增强。从全球地理分布来看，城市三维建筑体积和垂直建筑高度呈现明显空间分异，北半球中低纬度地区集中了大部分建筑体积，如北美、东亚和欧洲的大都市区。中国、美国、日本等国的建筑体积位居全球前列。

图2. 全球三维建筑体积和高度的地理分布。(a) 全球建筑体积概览，沿经度和纬度轴绘制了不同范围建筑体积的直方图。(b) 纽约（美国）、伦敦（英国）和上海（中国）城市的3D建筑体积和高度的放大视图。

研究发现，全球城市间建筑空间供给和不平等存在显著异质性。通过计算人均建筑体积（BVPC）和基尼系数，研究人员发现欧洲和北美发达国家的 BVPC 远高于全球平均水平，而印度、巴西等部分国家则低于平均水平，居民面临建筑空间不足问题。在建筑空间不平等方面，东亚、东南亚和南亚许多人口稠密城市表现突出，尽管这些地区部分城市人均收入不平等性相对较低，但人均三维建筑空间不平等状况显著，如韩国华城、中国天津等城市。与之形成对比的是，南美部分国家虽人均收入不平等性较高，但人均建筑空间相对均衡。

图3. 城市人均建筑体积的供给和不平等性。(a) 前25个建筑体积最大国家的人均建筑体积（下）和人均建筑占地面积（上），虚线表示全球平均值。(b) 全球城市群的城市级别基尼系数。颜色越暖表示BVPC不平等程度越高。

GUS-3D 数据集为城市研究提供了重要数据支撑，有助于量化全球建筑空间形态指标，识别多样城市形态，在能源消耗、空气污染等城市可持续发展研究领域具有巨大应用潜力。不过，该数据集也存在一定局限性，如全球南方国家参考数据不足，500 米分辨率数据无法直接用于城市微气候分析等，后续研究可基于现有模型框架进行改进。这一成果为政策制定者和城市规划者提供了有价值的参考，有望推动城市可持续发展目标的实现。

文章信息：

Global Mapping of Three-Dimensional (3D) Urban Structures Reveals Escalating Utilization in the Vertical Dimension and Pronounced Building Space Inequality

全球城市三维结构制图揭示了城市垂直维度利用的增强和显著的建筑空间不平等

作者：

刘小平, 吴欣昕, 李雪草, 许晓聪*, 廖威林, 焦利民, 曾振中, 陈广照, 黎夏

引用信息：

Xiaoping Liu,Xinxin Wu,Xuecao Li,Xiaocong Xu,Weilin Liao,Limin Jiao,Zhenzhong Zeng,Guangzhao Chen,Xia Li. Global Mapping of Three-Dimensional (3D) Urban Structures Reveals Escalating Utilization in the Vertical Dimension and Pronounced Building Space Inequality. Engineering

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https://doi.org/10.1016/j.eng.2024.01.025

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