城市建成环境为人类活动提供了居住、交通等基本服务的物理空间。随着城市化进程加速，建筑和基础设施物质积累给城市带来了资源需求、能源消费、温室气体排放、建筑废弃物管理等可持续性挑战。理解城市建成环境物质存量的时空规律，可以提供人口、土地视角之外度量和理解城市化的第三物理维度，也对指导城市规划、资源与废物管理、循环经济和应对气候变化战略至关重要。

然而，由于数据精度和广度的局限性，目前对建成环境物质存量格局的研究多集中在区域或国家尺度，特别是不同建材（如钢和水泥）和部门（如建筑和交通）物质存量的动态变化。聚焦高分辨率单个城市内部和大规模不同城市间建成环境物质存量时空规律的科学研究尚十分有限。

北京大学城市与环境学院刘刚教授团队联合北京大学遥感与地理信息系统研究所等多家单位，综合运用产业生态、遥感和地理大数据、深度学习等技术，为弥补这一研究空白做出重要尝试，实现了对中国50个主要城市建成环境物质存量的高空间分辨率刻画，揭示了中国城市扩张的“立体化”趋势以及城市建成环境物质存量“集中-分散-集中”的空间发展路径。研究以“Big Geodata Reveals Spatial Patterns of Built Environment Stocks Across and Within Cities in China”为题，发表在中国工程院院刊英文版《Engineering》（期刊2022-2023年影响因子12.834，在工程综合期刊领域位列全球第二）。

研究发现，中国近几十年来以房地产和基础设施驱动的城市化发展模式下，中国主要城市建成环境人均物质存量已接近发达国家城市水平。对比不同中国城市，建成环境物质存量与人口、面积、GDP等社会经济因素及城市形态、城市功能区等密切关联。中国各城市建成环境物质存量呈现出地域性分布差异：城市建成环境物质存量主要集中在经济发展较快的华东、华北和西南地区，尤其是江浙沪和京津冀等主要城市群。在城市内部，中国城市的建筑物质存量在500米网格层面表现出若干聚类特征，且空间分布经历了单中心集中、多中心分散、多中心集中三个阶段。中国城市的建成环境物质存量呈现出"均衡-失衡-均衡"的发展路径；目前，有22个城市处于失衡状态，亟需优化城市建成环境物质存量规划，推动城乡协调发展。未来，面对“双碳目标“和”无废城市“等资源环境约束和高质量发展要求，中国进一步城市化发展亟需通过统筹技术创新、提高材料效率、延长建筑使用寿命和优化空间规划等途径推动城市绿色、循环、低碳发展。

图1：中国50个城市建成环境物质存量分布。不同颜色轮状图分别代表中国7个地区(华北、东北、华东、华南、华中、西南、西北)总物质存量，轮状图内部显示了该区域各个城市的建筑和基础设施物质存量比例，其中外圈表示该地区各城市的城市建成环境总物质存量，内圈表示每个城市建筑和基础设施物质存量所占比例。

本研究由北京大学城市与环境学院刘刚教授团队联合北京大学地球与空间科学学院遥感与地理信息系统研究所、中国科学院对地观测与数字地球科学中心、中国地质大学（武汉）、华东师范大学等团队完成。文章第一作者为黄舟研究员、鲍毅博士、毛睿昌博士，通讯作者为黄舟研究员、郭华东院士和刘刚教授。本文预印版上线后，新华社进行了报道，相关新闻浏览量超过115万。

上述研究成果是刘刚教授团队围绕从物质存量角度刻画城市化进程和分析城市化资源环境影响所开展系列工作的延续。团队聚焦建成环境存量刻画方法创新、中国和欧洲主要城市案例研究、城市物质存量蓄积时空规律与资源环境影响等，近五年在Environmental Science & Technology等期刊发表论文二十余篇（ES&T, 2024,58,7: 3224–3234; ES&T, 2022, 56, 22: 16369–16381; ES&T, 2021, 55, 5: 3368–3379; ES&T, 2020, 54, 9: 5345–5355; ES&T, 2020,54, 7: 4675–4685; ES&T, 2019, 53, 15: 8499–8515; ES&T, 2019, 53, 8:4128-4139），相关研究获数字化建成环境大会 Best Research 奖等。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.eng.2023.05.015