Wat is de beste vorm van een stad? Modellering van het effect van stedelijke vorm op de reisafstand

Samenvatting

De stedelijke vorm speelt een cruciale rol bij het bepalen van transportpatronen, toegankelijkheid, de voorziening van diensten en energieverbruik, naast vele andere factoren. Deze studie onderzoekt de relatie tussen de stedelijke vorm en het energieverbruik in het transport door middel van de ontwikkeling van een parametrisch model dat stedelijke vormen en hun impact op reisafstanden simuleert.

Het onderzoek verkent verschillende morfologieën, waaronder:

  • Uitgestrekte steden (sprawling);
  • Langgerekte steden;
  • Compacte steden.

De studie definieert het profiel van de stad, waarbij rekening wordt gehouden met de heterogeniteit en de ruimtelijke distributie van gebouwhoogtes. Hierbij zijn vijf stedelijke profielen onderscheiden:

  1. Naald (needle)
  2. Piramide (pyramid)
  3. Pannenkoek (pancake)
  4. Kom (bowl)
  5. Ring (ring)

Op basis van deze parametrische benadering zijn een interactieve visualisatie en een rekenmodule ontworpen. Dit biedt een intuïtief kader om systematisch de afwegingen tussen verschillende stedelijke vormen te analyseren. De resultaten suggereren dat het profiel van de stad, samen met stedelijke uitbreiding (sprawl) en langrekking, de meest invloedrijke factoren zijn bij het bepalen van de totale reisafstand in een stad.

Beschikbaarheid van gegevens

De broncode voor de implementatie van het model is openbaar beschikbaar op https://github.com/TobiasBat/Cities-Morphology. Deze repository bevat alle materialen die nodig zijn om de in deze studie beschreven experimenten te reproduceren, inclusief de implementatie van het parametrische stadsmodel en de broncode voor het visualisatieplatform Cities Morphology. Daarnaast biedt het de nodige middelen om simulaties uit te voeren voor andere steden dan die in dit werk zijn geanalyseerd.

Referenties

  • Aiello LM, Vybornova A, Juhász S, et al. (2025) Urban highways are barriers to social ties. Proceedings of the National Academy of Sciences 122(10): e2408937122.
  • Bar-Yosef A, Martens K, Benenson I (2013) A model of the vicious cycle of a bus line. Transportation Research Part B: Methodological 54: 37–50.
  • Batty M, Carvalho R, Hudson-Smith A, et al. (2008) Scaling and allometry in the building geometries of greater London. The European Physical Journal B 63(3): 303–314.
  • Berrill P, Nachtigall F, Javaid A, et al. (2024) Comparing urban form influences on travel distance, car ownership, and mode choice. Transportation Research Part D: Transport and Environment 128: 104087.
  • Bibri SE, Krogstie J, Kärrholm M (2020) Compact city planning and development: emerging practices and strategies for achieving the goals of sustainability. Developments in the Built Environment 4: 100021.
  • Biljecki F, Chow YS (2022) Global building morphology indicators. Computers, Environment and Urban Systems 95: 101809.
  • Bramley G, Dempsey N, Power S, et al. (2009) Social sustainability and urban form: evidence from five British cities. Environment and Planning A: Economy and Space 41: 2125–2142.
  • Brelsford C, Martin T, Hand J, et al. (2018) Toward cities without slums: topology and the spatial evolution of neighborhoods. Science Advances 4(8): eaar4644.
  • Bruno M, Monteiro Melo HP, Campanelli B, et al. (2024) A universal framework for inclusive 15-minute cities. Nature Cities 1(10): 633–641.
  • Carra G, Barthelemy M (2019) A fundamental diagram of urbanization. Environment and Planning B: Urban Analytics and City Science 46(4): 690–706.
  • Cervero R (1998) The Transit Metropolis: A Global Inquiry. Island Press.
  • Cervero R, Kockelman K (1997) Travel demand and the 3ds: density, diversity, and design. Transportation research part D: Transport and environment 2(3): 199–219.
  • Corburn J, Karanja I (2016) Informal settlements and a relational view of health in Nairobi, Kenya: sanitation, gender and dignity. Health Promotion International 31(2): 258–269.
  • Dalde MC, Nitivattananon V, Sharma D, et al. (2025) Effects of urban form and socio-economic factors on transport-related carbon dioxide emissions: a structural equation approach. International Journal of Transportation Science and Technology 21: 191–207.
  • Duque JC, Lozano Gracia N, Patino J, et al. (2019) Urban form and productivity: what is the shape of Latin American cities? World Bank Policy Research Working Paper 1: 8697.
  • Echenique MH, Hargreaves AJ, Mitchell G, et al. (2012) Growing cities sustainably: does urban form really matter? Journal of the American Planning Association 78(2): 121–137.
  • Ewing R (1997) Is Los Angeles-style sprawl desirable? Journal of the American Planning Association 63(1): 107–126.
  • Ewing R, Hamidi S (2015) Compactness versus sprawl: a review of recent evidence from the United States. Journal of Planning Literature 30(4): 413–432.
  • Fan T, Chapman A (2022) Policy driven compact cities: toward clarifying the effect of compact cities on carbon emissions. Sustainability 14(19): 12634.
  • Faria JR, Ogura LM, Sachsida A (2013) Crime in a planned city: the case of Brasília. Cities 32: 80–87.
  • Foraboschi P, Mercanzin M, Trabucco D (2014) Sustainable structural design of tall buildings based on embodied energy. Energy and Buildings 68: 254–269.
  • Frank L, Engelke P (2001) The built environment and human activity patterns: exploring the impacts of urban form on public health. Journal of Planning Literature 16: 202–218.
  • Godoy-Shimizu D, Steadman P, Hamilton I, et al. (2018) Energy use and height in office buildings. Building Research & Information 46(8): 845–863.
  • Gössling S (2020) Why cities need to take road space from cars - and how this could be done. Journal of Urban Design 25(4): 443–448.
  • Hamilton I, Evans S, Steadman P, et al. (2017) All the way to the top! the energy implications of building tall cities. Energy Procedia 122: 493–498.
  • International Energy Agency (2018) World Energy Outlook 2018. OECD.
  • Jacobs J ([1961] 1992) The Death and Life of Great American Cities. Vintage Books.
  • Kaza N (2020) Urban form and transportation energy consumption. Energy Policy 136: 111049.
  • Kenworthy JR, Newman PW (1990) Cities and transport energy: lessons from a global survey. Ekistics: 258–268.
  • Kropf K (2018) The Handbook of Urban Morphology. John Wiley & Sons.
  • Kung KS, Greco K, Sobolevsky S, et al. (2014) Exploring universal patterns in human home-work commuting from mobile phone data. PLoS One 9(6): e96180.
  • Lall S, Lebrand M, Park H, et al. (2021) Pancakes to pyramids: city form to promote sustainable growth. World Bank.
  • Langer M, Durán-Rodas D, Pajares E (2023) Exploring a quantitative assessment approach for car dependence: a case study in Munich. Journal of Transport and Land Use 16(1): 87–104.
  • Legeby A (2010) Urban Segregation and Urban Form: From Residential Segregation to Segregation in Public Space. PhD Thesis. KTH.
  • Lemoine-Rodríguez R, Inostroza L, Zepp H (2020) The global homogenization of urban form. An assessment of 194 cities across time. Landscape and Urban Planning 204: 103949.
  • Lenzi C, Perucca G (2023) Economic inequalities and discontent in European cities. Npj Urban Sustainability 3(1): 26.
  • Longley PA, Batty M, Shepherd J (1991) The size, shape and dimension of urban settlements. Transactions of the Institute of British Geographers 16: 75–94.
  • Lynch K, Rodwin L (1958) A theory of urban form. Journal of the American Institute of Planners 24(4): 201–214.
  • Marchetti C (1994) Anthropological invariants in travel behavior. Technological Forecasting and Social Change 47(1): 75–88.
  • Mashhoodi B, Muñoz Unceta P (2024) Urban form and surface temperature inequality in 683 European cities. Sustainable Cities and Society 113: 105690.
  • Maupu JL, Stransky V (2017) Mieux agencer les lieux et les circulations pour lutter contre le réchauffement climatique: avec les principes de la ville creuse? Norois 1(245): 75–88.
  • Meijers E (2008) Measuring polycentricity and its promises. European Planning Studies 16(9): 1313–1323.
  • Mihigo ED, John L (2022) Effects of urban sprawl on service provision and transport accessibility in peri-urban areas: the case of Rwanda. ASRIC Journal on Social Sciences and Humanities 3(1): 1–13.
  • Miles R, Coutts C, Mohamadi A (2012) Neighborhood urban form, social environment, and depression. Journal of Urban Health 89: 1–18.
  • Mokhtarian PL, Chen C (2004) TTB or not TTB, that is the question: a review and analysis of the empirical literature on travel time (and money) budgets. Transportation Research Part A: Policy and Practice 38(9-10): 643–675.
  • Monteiro J, Sousa N, Coutinho-Rodrigues J, et al. (2024) Challenges ahead for sustainable cities: an urban form and transport system review. Energies 17(2): 409.
  • Moreno C, Allam Z, Chabaud D, et al. (2021) Introducing the “15-Minute city”: sustainability, resilience and place identity in future post-pandemic cities. Smart Cities 4(1): 93–111.
  • Mouratidis K (2019) Compact city, urban sprawl, and subjective well-being. Cities 92: 261–272.
  • Oliveira V (2016) The urban book series. In: Urban Morphology. Springer International Publishing.
  • Osorio B, McCullen N, Walker I, et al. (2017) Understanding the relationship between energy consumption and urban form. Athens Journal of Sciences 4(2): 115–141.
  • Pajares E, Büttner B, Jehle U, et al. (2021) Accessibility by proximity: addressing the lack of interactive accessibility instruments for active mobility. Journal of Transport Geography 93: 103080.
  • Pierce G (2017) Why is basic service access worse in slums? A synthesis of obstacles. Development in Practice 27(3): 288–300.
  • Prieto-Curiel R, Barroso F (2025) The growing dominance of cars in suburban areas. Transportation Research Interdisciplinary Perspectives 32: 101559.
  • Prieto-Curiel R, Kondor D (2023) Arguments for building the circle and not the line in Saudi Arabia. Npj Urban Sustainability 3(1): 35.
  • Prieto-Curiel R, Ospina JP (2024) The ABC of mobility. Environment International 185: 108541.
  • Prieto-Curiel R, Patino JE, Anderson B (2023) Scaling of the morphology of African cities. Proceedings of the National Academy of Sciences 120(9): e2214254120.
  • Prieto-Curiel R, Luengas-Sierra P, Borja-Vega C (2025) Urban sprawl is associated with reduced access and increased costs of water and sanitation. Nature Cities 2: 1–12.
  • Rabinovitch J (1992) Curitiba: towards sustainable urban development. Environment and Urbanization 4(2): 62–73.
  • Resch E, Bohne RA, Kvamsdal T, et al. (2016) Impact of urban density and building height on energy use in cities. Energy Procedia 96: 800–814.
  • Ribeiro FL, Li Y, Born S, et al. (2024) Analytical solution for the long-and short-range every-pair-interactions model. Chaos, Solitons & Fractals 183: 114771.
  • Rossi-Hansberg E, Sarte PD, Owens iii R (2009) Firm fragmentation and urban patterns. International Economic Review 50(1): 143–186.
  • Schläpfer M, Lee J, Bettencourt L (2015) Urban Skylines: Building Heights and Shapes as Measures of City Size. arXiv preprint arXiv:1512.00946.
  • Seto KC, Sánchez-Rodríguez R, Fragkias M (2010) The new geography of contemporary urbanization and the environment. Annual Review of Environment and Resources 35(1): 167–194.
  • Sharifi A (2016) From Garden city to Eco-urbanism: the quest for sustainable neighborhood development. Sustainable Cities and Society 20: 1–16.
  • Sharifi A (2019) Resilient urban forms: a macro-scale analysis. Cities 85: 1–14.
  • Stadt Wien (2023) Gebäude und Wohnungen Statistiken - offizielle Statistik der Stadt Wien.
  • Stadt Wien (2024) Registerzählung (3) - Gebäude - Zählbezirke Wien - Data. gv.at.
  • Statistik Austria (2023) Commuter statistics by distance and territorial structure 2023.
  • Stead D, Marshall S (2001) The relationships between urban form and travel patterns. an international review and evaluation. European Journal of Transport and Infrastructure Research 1(2): 113–141.
  • Su H, Han G, Li L, et al. (2021) The impact of macro-scale urban form on land surface temperature: an empirical study based on climate zone, urban size and industrial structure in China. Sustainable Cities and Society 74: 103217.
  • Talen E (2013) Zoning for and against sprawl: the case for form-based codes. Journal of Urban Design 18(2): 175–200.
  • Toth FL, Videla ML (2012) Energy for development: a key to long-term sustainability. In: Energy for Development: Resources, Technologies, Environment. Springer, pp. 1–24.
  • Tsai YH (2005) Quantifying urban form: compactness versus’ sprawl. Urban Studies 42(1): 141–161.
  • Urech PR, Mughal MO, Bartesaghi-Koc C (2022) A simulation-based design framework to iteratively analyze and shape urban landscapes using point cloud modeling. Computers, Environment and Urban Systems 91: 101731.
  • Vermeulen T, Kämpf JH, Beckers B, et al. (2013) Urban form optimization for the energy performance of buildings using citysim. Proceedings of CISBAT 2013 Cleantech for Smart Cities and Buildings.
  • Watson V (2009) The planned city sweeps the poor away: urban planning and 21st century urbanisation. Progress in Planning 72(3): 151–193.
  • Zhang P, Ghosh D, Park S (2023) Spatial measures and methods in sustainable urban morphology: a systematic review. Landscape and Urban Planning 237: 104776.
  • Zhou B, Rybski D, Kropp JP (2013) On the statistics of urban heat island intensity. Geophysical Research Letters 40(20): 5486–5491.
  • Zhou Y, Li X, Chen W, et al. (2022) Satellite mapping of urban built-up heights reveals extreme infrastructure gaps and inequalities in the global south. Proceedings of the National Academy of Sciences 119(46): e2214813119.

Biografieën

Tobias Batik beschikt over een masterdiploma in Media and Human-Centered Computing en een bachelordiploma in Media Informatics and Visual Computing van de Technische Universiteit Wenen. Hij is bijzonder geïnteresseerd in opkomende benaderingen van mens-computerinteractie, computationele geometrie, Virtual Reality en datavisualisatie.

Guillermo Prieto-Viertel is sinds september 2024 PhD-kandidaat aan het Complexity Science Hub (CSH). Hij heeft een master in Engineering and Policy Analysis van de TU Delft. Zijn onderzoek bevindt zich op het snijvlak van complexiteitswetenschap, stedelijke veerkracht en demografische veranderingen, uitgevoerd in samenwerking met de Vienna University of Economics and Business (WU).

Jiaqi Liang is een onderzoeker gespecialiseerd in Smart Cities, stedelijke duurzaamheid en transport. Ze behaalde haar master in Regional Planning aan Cornell University (2023). Haar onderzoek richt zich op datagestuurde adaptieve planningsmethoden voor stedelijke duurzaamheid en transport.

Liuhuaying Yang trad in september 2021 in dienst bij het visualisatieteam van het Complexity Science Hub, waar ze momenteel de leiding heeft. Ze behaalde haar Master of Fine Arts in informatie- en datavisualisatie aan de Northeastern University in Boston in 2018. Haar expertise ligt in het ontwerp en de front-end ontwikkeling van interactieve datavisualisaties.

Dániel Kondor sloot zich in mei 2021 aan bij het Complexity Science Hub als PostDoc. Daarvoor werkte hij bij het Senseable City Lab aan het MIT en bij SMART FM in Singapore. Hij behaalde in 2015 een PhD in de natuurkunde met een focus op netwerk- en datawetenschap aan de Eötvös Loránd University in Boedapest.

Rafael Prieto-Curiel is docent aan het Complexity Science Hub (CSH), waar hij in mei 2022 begon als postdoctoraal onderzoeker. Bij CSH onderzoekt hij de dynamiek van georganiseerde misdaad naast patronen van menselijke mobiliteit, migratiestromen en stedelijke ontwikkeling, met een focus op demografische trends in Afrikaanse steden.