Нелинейная связь между формой городского планирования и энергоэффективностью

Почему форма города важна для энергии и климата

Большинство из нас воспринимают форму города не задумываясь: долгие поездки из отдалённых пригородов, переполненные вагоны метро или прохладная тень высоких зданий в жаркий день. В этом исследовании задаётся кажущимся простым, но важным для климата вопрос: как именно планировка города — его плотность, сеть улиц и смешение функциональных зон — влияет на количество энергии, необходимое для его функционирования? На примере почти 300 китайских городов авторы показывают, что связь между градостроительной формой и энергоэффективностью нелинейна: она описывается трехфазной S-образной кривой, которая может либо замкнуть город в высокоуглеродном будущем, либо помочь ему стать чище и устойчивее.

Оценить форму города единым показателем

Чтобы уйти от расплывчатых понятий вроде «компактный» или «разбросанный», исследователи создают единый показатель формы города — Интегрированный индекс городской формы. Он объединяет три характеристики, которые обычно обсуждают по отдельности: насколько плотно размещены люди и здания (компактность), насколько хорошо сеть улиц связывает разные части города (связность) и насколько разнообразны виды использования территории — жилые, рабочие и сервисные функции, смешанные между собой (сложность). На основе детализированных данных по 285 городам за 2011–2023 годы эти компоненты переводятся в статистически обоснованный балл, отражающий, насколько «зрелой» или интегрированной стала планировка города. Этот индекс затем сопоставляют с расширенной мерой того, насколько эффективно каждый город превращает труд, капитал и энергию в экономический результат при ограничении выбросов углерода.

S-образный путь от расточительности к эффективности

При построении графика зависимости формы города от энергоэффективности авторы обнаруживают характерную S-образную кривую вместо плавно возрастающей линии. На низких уровнях компактности и связности улучшения планировки оказывают неожиданно слабое влияние: редко застроенные города, застрявшие в автозависимом разрастании, получают лишь скромные выгоды — «латентная» стадия, где ранние улучшения сталкиваются с сильным трением. Как только города пересекают первую точку перегиба, изменения формы начинают давать быстрый эффект. Сокращаются расстояния поездок, общественный транспорт работает лучше, возникают плотные кластеры активности, и энергоэффективность быстро растёт в стадии «ускорения». Однако этот всплеск не продолжается бесконечно. За второй границей дальнейшая компактность и интенсификация всё ещё приносят некоторую пользу, но растут пробки, перегрев и другие побочные эффекты, поэтому выгоды ослабевают в фазе «насыщения», а не растут без предела.

Как улицы и кластеры формируют кривую

За этой S-образной кривой стоят два взаимосвязанных фактора. Первый — то, как планировка города формирует повседневные перемещения. Более компактные и связные кварталы делают пешие и велосипедные поездки и общественный транспорт более привлекательными, сокращая расход топлива на транспорт; разрозненная застройка и сверхширокие дороги действуют наоборот. Второй — экономическое кластерирование: когда виды деятельности сконцентрированы, общая инфраструктура, такая как районные отопительные системы, транспортные узлы и системы отходов, работает эффективнее, а обмен знаниями и услугами происходит легче. Статистические модели показывают, что и транспортная экономия, и выгоды от кластеров усиливаются по мере перехода города в стадию ускорения, а затем начинают конфликтовать в сверхгустонаселённых мегаполисах, где пробки и теснота съедают часть выгод. Такое сочетание усиливающих и конкурирующих эффектов объясняет, почему кривая сначала поднимается, а затем выравнивается.

Разные города — разные приоритеты в проектировании

Поскольку города находятся в разных точках на этой S-образной траектории, единый рецепт дизайна не сработает повсеместно. Небольшим и средним городам, которые часто остаются в ранней «латентной» зоне, нужны стратегии, которые решительно приведут их к первому порогу. Это означает избегать малоплотного разрастания, концентрировать новый рост вдоль транспортных коридоров и смешивать жильё с рабочими местами и сервисами, чтобы устойчивые модели передвижения укоренялись на ранней стадии. Напротив, крупные и мегагорода, находящиеся рядом с точкой насыщения или за ней, уже не могут полагаться на простое добавление зданий и населения. Для них приоритет смещается на реорганизацию уже существующей застройки: снижение давления на перегруженные центры через полицентричные сети субцентров, улучшение локальной доступности с помощью пешеходных «районов за 15 минут» и интеграцию зелёных и водных пространств в плотные участки для снижения теплового и загрязняющего воздействия.

Что это значит для будущих низкоуглеродных городов

Проще говоря, исследование показывает: то, как растёт город, не менее важно, чем его размер. Продуманная компоновка плотности, уличной сети и смешения использования земли может существенно повысить энергоэффективность — но только если город пересечёт ключевые пороги, и только до определённого предела. На ранних этапах роста города должны целенаправленно избегать ориентации на автомобиль, чтобы не застрять в высокоуглеродной модели. Позднее, когда город уже плотный, необходимо тонко регулировать и перестраивать структуру, а не просто уплотнять застройку. Раскрывая полный S-образный путь от расточительного разрастания к эффективным, но потенциально напряжённым мегаполисам, это исследование даёт городским планировщикам карту действий — как соотнести проектные решения с этапом развития каждого города, помогая снижать выбросы и одновременно создавать пригодную для жизни и устойчивую городскую среду.

Цитирование: 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

Ключевые слова: форма города, энергоэффективность, планирование городов, компактные города, низкоуглеродное развитие