La relación no lineal entre la forma del diseño urbano y la eficiencia energética

Por qué la forma de la ciudad importa para la energía y el clima

La mayoría de nosotros percibimos la forma de la ciudad sin pensar en ello: largos trayectos desde suburbios lejanos, vagones de metro abarrotados o la sombra fresca de edificios altos en un día caluroso. Este estudio plantea una pregunta aparentemente simple con grandes implicaciones climáticas: ¿cómo afecta realmente la disposición de una ciudad —su densidad, la red de calles y la mezcla de usos— a la cantidad de energía necesaria para hacerla funcionar? Centrándose en cerca de 300 ciudades chinas, los autores muestran que el vínculo entre el diseño urbano y la eficiencia energética no es una línea recta, sino que sigue una curva en forma de S de tres etapas que puede tanto encerrar a las ciudades en futuros de altas emisiones como ayudarlas a volverse más limpias y resilientes.

Unificando la forma de la ciudad en un único indicador

Para ir más allá de ideas imprecisas como “compacta” o “difusa”, los investigadores construyen una medida única de la forma urbana llamada Índice Integrado de Forma Urbana. Combina tres rasgos que los planificadores suelen tratar por separado: cómo de densas son las personas y los edificios (compacidad), qué tan bien conecta la red de calles las distintas áreas (conectividad) y cuán variada es la mezcla de usos del suelo, como viviendas, empleos y servicios entrelazados (complejidad). Usando datos detallados de 285 ciudades entre 2011 y 2023, traducen estos elementos en una puntuación estadísticamente fundamentada que captura cuán “maduro” o integrado está el trazado físico de una ciudad. Este índice se compara luego con una medida amplia de cuán eficientemente cada ciudad transforma trabajo, capital y energía en producción económica mientras limita las emisiones de carbono.

Un trayecto en forma de S desde el derroche hasta la eficiencia

Cuando los autores trazan la forma urbana frente a la eficiencia energética, encuentran un patrón distintivo en forma de S en lugar de una línea ascendente suave. En niveles bajos de compacidad y conectividad, mejorar el trazado tiene sorprendentemente poco impacto: las ciudades de baja densidad atrapadas en la expansión dependiente del coche obtienen solo ganancias modestas, una etapa “latente” donde las primeras mejoras enfrentan fricciones importantes. Sin embargo, una vez que las ciudades cruzan un primer punto de inflexión, las mejoras en la forma empiezan a dar frutos rápidamente. Las distancias de viaje se reducen, el transporte público funciona mejor y emergen concentraciones densas de actividad, impulsando la eficiencia con rapidez en una etapa de “aceleración”. Pero este auge no continúa indefinidamente. Más allá de un segundo umbral, una mayor congestión y intensificación aún ayudan en cierta medida, pero el tráfico, el sobrecalentamiento y otros efectos secundarios aumentan, por lo que los beneficios se atenúan en una fase de “saturación” en lugar de seguir subiendo sin límite.

Cómo las calles y los clústeres impulsan la curva

Detrás de esta curva en S hay dos fuerzas entrelazadas. La primera es la manera en que el diseño de la ciudad moldea los desplazamientos cotidianos. Barrios más compactos y bien comunicados hacen que caminar, ir en bicicleta y usar el transporte público sean más atractivos, reduciendo el consumo de combustible en el transporte; manzanas dispersas y vías sobredimensionadas hacen lo contrario. La segunda fuerza es el aglutinamiento económico: cuando las actividades están próximas, la infraestructura compartida —como calefacción de distrito, intercambiadores de transporte y sistemas de gestión de residuos— se vuelve más eficiente, y el intercambio de conocimientos y servicios es más fácil. Mediante modelos estadísticos, el estudio muestra que tanto los ahorros de viaje como los beneficios del aglomeramiento se refuerzan a medida que las ciudades entran en la etapa de aceleración, y luego comienzan a chocar en megaciudades muy densas donde la congestión y la aglomeración erosionan parte de las ganancias. Esta mezcla de efectos reforzadores y competitivos explica por qué la curva se inclina primero hacia arriba y luego se aplana.

Diferentes ciudades, prioridades de diseño distintas

Dado que las ciudades se sitúan en distintos puntos de este recorrido en S, una receta de diseño única para todas no funcionará. Las ciudades pequeñas y medianas, que con frecuencia permanecen en la zona temprana “latente”, necesitan estrategias que las empujen de manera decidida más allá del primer umbral. Eso implica evitar la expansión de baja densidad, concentrar el nuevo crecimiento a lo largo del transporte público y mezclar viviendas con empleos y servicios para que patrones de viaje sostenibles arraiguen desde el principio. En cambio, las ciudades grandes y megaciudades cerca o más allá del punto de saturación ya no pueden confiar en simplemente añadir más edificios y personas. Para ellas, la prioridad pasa a reorganizar lo ya construido: aliviar la presión sobre centros sobrecargados mediante redes policéntricas de subcentros, mejorar el acceso local con distritos caminables de “15 minutos” e integrar espacios verdes y azules en zonas densas para mitigar el calor y la contaminación.

Qué significa esto para las ciudades bajas en carbono del futuro

En términos sencillos, el estudio muestra que cómo crece una ciudad importa tanto como cuán grande se vuelve. Un diseño cuidadoso de la densidad, las calles y la mezcla de usos del suelo puede mejorar drásticamente la eficiencia energética, pero solo cuando una ciudad cruza umbrales clave y solo hasta cierto punto. Al principio de su crecimiento, las ciudades deben alejarse deliberadamente de la expansión orientada al coche para no quedarse atrapadas en un molde alto en carbono. Más tarde, cuando ya son densas, las ciudades deben afinar y reequilibrar en lugar de simplemente apilar más desarrollo. Al revelar el recorrido completo en forma de S desde la expansión derrochadora hasta megaciudades eficientes pero potencialmente estresadas, esta investigación ofrece a los planificadores una hoja de ruta para ajustar las decisiones de diseño al estadio de cada ciudad, ayudándoles a reducir emisiones mientras construyen entornos urbanos habitables y resilientes.

Cita: Lyu, S., Yan, F. The nonlinear relationship between urban design form and energy efficiency. Sci Rep 16, 11178 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41779-7

Palabras clave: forma urbana, eficiencia energética, planificación urbana, ciudades compactas, desarrollo bajo en carbono