外向型和向上型建筑：全球建筑存量的三维分析（英）2024

授权公开披露 授权公开披露 政策研究工作文件10866 外向和向上施工 全球建筑存量的三维分析 托马斯·埃施·克劳斯·迪宁格·雷米·杰德瓦布·丹妮拉·帕拉西奥斯 -洛佩兹 发展经济学发展研究小组2024年8月 政策研究工作文件10866 Abstract 发展中国家在前所未有的规模上构建结构以适应人口增长和城市化。这种“大规模建设趋势”导致的建筑存量的水平和垂直结构对城乡贫困、可持续性、韧性以及生活质量有着强烈的影响。然而，由于数据限制，全球范围内尤其是发展中国家的三维建筑模式如何变化以及为何变化的问题知之甚少。本研究揭示了全球三维建筑模式的新型事实，探讨了这些模式与发展进程之间的关系。为此，本研究采用了新的高分辨率数据，详细记录了全球建筑存量的面积、高度和体积。 各种在不同空间领域进行的分析结果相辅相成。结果显示，人均建筑存量随收入呈凸性增加，但收入仅能解释国际总量差异的三分之二。此外，尽管垂直化建设系统地推动了国际总量差异，低层建筑仍主导着建设模式。城市化趋势倾向于减少人均空间消耗，因为城市居民的体积消费少于农村居民。最后，对建筑偏好的分析可能有助于评估发展中非洲、亚洲和拉丁美洲的建设需求，通过预测这些地区的体积需求来评估建设需求。 本报告系发展研究部、发展经济学部之产物。它构成了世界银行致力于开放获取其研究成果、并为全球发展政策讨论做出贡献的更大努力的一部分。相关政策研究工作论文亦可在网址http://www.worldbank.org/prwp上查阅。作者联系方式如下：thomas.esch@dlr.de；kdeininger@worldbank.org；jedwab@email.gwo.edu；以及daniela.palacioslopez@dlr.de。 政策研究工作论文系列发布正在进行工作中的研究成果，以促进发展议题的观念交流。该系列的目标是快速传播这些成果，即使在呈现上可能不够完美。论文会列出作者姓名，并应据此引用。本论文中表达的观点、解释和结论完全属于作者。它们不一定代表国际复兴开发银行/世界银行及其附属机构的观点，也不代表世界银行执行董事或他们所代表政府的看法。 由研究支持团队制作 外向和向上建设：全球建筑存量的三维分析 托马斯·埃施(DLR-DFD)克劳斯·迪宁格(世界银行) *RemiJedwab(GWU)丹妮拉·帕拉西奥斯-洛➴兹(DLR-DFD) 关键词：三维世界建筑环境；建设；垂直与水平扩展；全球社会经济演变；城市化；住房；贫困；可持续性 对*应作者： 1.Introduction 在不确定的环境中实现稳定的市场份额增长。 现在我给你的英文是：Capturingthe3Dcharacteristicsofthebuildingstockplaysakeyroleinthedevelopmentofsustainableandinclusivegrowthpolicies.Ontheonehand,acompleteandaccuratequantificationofthebuildingvolumeanddensityisessentialtoassesstheefficiency,sustainability,andresilienceofsettlementdevelopmentandurbangrowth(你： 抓住建筑物存量的三维特性在制定可持续和包容性增长政策中扮演着关键角色。一方面，全面且精确地量化建筑体积和密度对于评估区域发展和城市扩张的效率、可持续性和韧性至关重要。Mahendra和Seto, 2019;Bibri等人。,2020;世界银行,2023b实现“城市和人类定居点包容、安全、韧性与可持续发展”是联合国可持续发展目标（SDG）11。此外，建筑数量和密度对当地气候有重大影响。郭等人。, 2022)、碳足迹(Sun等人。,2022)、交通和移动性(罗德等人。,2017)，或对自然灾害和气候变化的适应性(人居署,2020）。因此，这些措施对SDG12(负责任的消费和生产)和1另3(一气方候面行动，)随也着很世重界要上。许多发展中地区的人口继续快速增长(UN,2017），有关居民可获 得的建筑物体积的详细信息对于提供住房至关重要（Adetooto等人。,2022)，宜居城市的 保护(Lall等人。,2021)，促进经济发展(Adabre等人。,2020此外，对未来建设需求的证据同样关键，因为房地产（即建筑物）占全球财富的三分之二。麦肯锡,2021)和五分之二的碳排放量(人居署,2020)。此外，住房代表最大的消费项目(世界银行,2023a)和住房的缺乏是城市贫困的主要因素之一，如果不是主要因素的话(人居署,2020). 如今，通过卫星影像和计算机技术，我们可以基于横向范围和/或垂直范围的测量来绘制和分析定居点的三维物理形态、紧凑度和建成密度。Angel等人。,2012;Mahttaetal.,2019;Angel等人。,2021; Blei和天使,2021;Jedwab等人。,2021b;Frolking等人。,2022这对于缺乏行政能力 生成和维护地产登记册的发展中国家城市尤为重要，尽管这些对于城市规划和发展至关重要。Erba和Piumetto,2016).最近,Eschetal.(2022),李等人。(2022),Pesaresi和Politis(2022)and 周等人。(2022生成了全球建筑环境的三维数据，提供了关于全球已建成高度和体积模式的洞察。然而，尽管取得了这一近期进展，全球范围内仍缺乏与三个问题相关的足够数据和知识。 首先，现有的三维研究仅反映了建成区的一般形态特征（包括建筑物、道路及其他铺设区域）。对于许多应用而言，关键信息是精确且一致的三维建筑存量知识（例如，用于估算经济产出、人口分布或能源消耗）。 其次，据我们所知，目前全球可用的关键统计数据大多基于几何分辨率粗略为500米至1000米的输入数据或分析内核得出。Frolking等人。,2022;李等人。,2022;周等人。,2022). 第三点，在从数百到一千个选定的城市区域之间进行的系统三维分析中，通常会得出水平和垂直沉降范围的数据。Jedwab等人。,2021b;Lall等人。,2021;李等人。,2022;周等人 。,2022因此，得出的经验证据倾向于支持城市地区的特征，尤其是大型城市，主要集中在发达国家而非发展中国家，后者才是数据需求的主要来源。 为了应对这些限制，本研究着重于几个主要改进。基于世界定居点足迹3D（WSF3D）栅格层提供的广域独特信息，Eschetal.,2022)，具有高层建筑Emporis点数据库的卓越精度(Emporis,2022),一个新的数据集（WSF3Dv2）生成，包含了全球当前建筑存量在区域、高度和体积方面的详细信息。由于数据不依赖于本地行政数据，因此较不发达经济体系的数据容量有限并未限制我们的分析。同时，当我们利用的数据来源有限时，我们的数据最为有用，这恰恰描述了较贫穷经济体系的情况。 本研究获取了全球范围内的建筑面积和高度信息，几何分辨率达到了12m*12m。通过这种方法，避免了因过度依赖发达国家数据、地区选择（如样本区域的选择）或定居类型（如大城市）等因素导致的收入状态等方面的偏差。确保了分析和发现的完整性、代表性以及普遍有效性。为了满足德国的数据安全法规要求，采取了一系列措施来保护数据隐私和安全。Palacios-Lopez等人 。,2021为了开放发布新型WSF3Dv2数据及其衍生结果，并确保广泛的传播，最终提供的成果以90m×90m网格形式呈现，包含了区域统计数据（建筑面积、建筑高度和建筑体积）。 然后我们利用数据来探讨经济发展在建筑业中的作用。人均国民建筑存量随收入呈凸性增加。低收入与较低收入中等经济体之间观察到的差异较小，只有当国家发展成为中等收入经济体（即人均GDP达到）时，这种差异才变得明显。∼（以4000美元为例），人均空间消耗随收入显著增加。接下来，我们依据全球估算的体积-收入关系来量化全球建筑需求。 亚洲、拉丁美洲和加勒比(LAC)的发展中国家分别占∼60%and∼20%of电流全球建设需求（南亚解释了发展中亚洲的大部分差距）。非洲国家没有大的建设缺口，因为它们的收入较低 ，且在这样的收入水平下，人均空间消费量的变动并不显著。 发展中的亚洲约占未来五年展望期内驱动增长的全球建筑需求。在发展中的亚洲地区，人口增长和收入增长相互叠加影响显著。尽管非洲国家拥有较低的收入和经济增长率，在排名中并不显眼，但其快速的人口增长仍然值得关注。 增长（发展LAC的贡献也相对较小）。最后，着眼于到2050年的未来建筑需求，并仅考虑人口增长，目前发展中的非洲、亚洲和LAC分别占到了∼50%,∼25%and∼5%of电流全球建设需要。 然后我们利用数据来解析横向建设（建筑面积）和垂直建设（建筑高度）如何共同解释全球观察到的体积与收入关系。我们发现，垂直扩张是国际间体积差异的主要驱动力，因为它占据了主导地位。∼全球范围内的体积-收入关系中，包括发展中国家，占到了60%。低于50米的低层建筑所占比重较小，而非高层建筑，则占据了更大的份额。∼90%的贡献向上建设。 鉴于城市居民的人均空间消耗量少于农村居民，城市化进程倾向于降低人均消费，因此无法解释发展程度较高的经济体中的人均空间消耗较高现象。我们发现，相较于城市区域，农村地区与小城镇之间的空间消耗量差异在各国之间更为显著，这主要是由于农村地区与小城镇之间的差异所致。∼国际业务量差异中，60%由其构成。最后，两种类型区域内的向上建设与低层建筑推动了国际业务量的差异。 最后，我们采用残差化处理方法将具有相似经济发展水平的大国和大都市分类为“高度友好”与“面积友好”，以及“高层建筑友好”与“低层建筑友好”。亚洲国家和大都市更倾向于“高度友好”，而非洲或拉丁美洲（LAC）的国家和大都市则更倾向于“面积友好”。在高层建筑方面，LAC的偏好更为明显，而非洲则更倾向于“低层建筑友好”。亚洲的整体高度分布更为均衡。东欧对“高度友好”的倾向比西欧或北美更强（它们在各自的高层建筑领域都表现出“高度友好”）。 从政策角度来看，这些结果表明：（i）经济发展并不能完全解释国际间体积差异，因为三分之一的体积差异可归因于其他因素，可能包括土地使用规定如高度限制和城市控制政策（例如绿色地带和城市增长边界）；（ii）低收入国家中空间消耗水平变化不大，因此土地使用规定可能不如在这些国家不那么重要；（iii）随着世界上某些地区（如非洲和南亚）持续经历快速人口增长，现有的土地使用规定在未来可能会变得更为约束；（iv）具有相似收入水平的国家和城市在向上发展与向外扩展的专业化方面存在差异，再次强调了高度限制和城市控制政策的重要作用；（v ）满足建筑需求可能对环境产生重要影响，因为建筑业占用了大量的资源和能源。∼40%的碳排放量(UNEP, 2022同样地，一个国家或城市向外或向上的专业化也可能对环境产生影响，如果蔓延发展或摩天大楼的碳排放不成比例地增多（例如，无论是由于汽油车还是所使用的建筑材料）。这可能涉及到因汽油车辆产生的碳排放或是用于建设的材料导致的碳排放量显著增加。世界银行,2023b). 除了关于建筑模式在世界区域、国家、 我们在城市和城市化方面的工作为全球城市化进程以及发展中国家的特定城市化进程提供了文献贡献。仅城市地区就占了∼全球40%的交易量和国际交易量差异。考虑到城市居民的人均空间消耗通常少于农村居民，城市化应当导致人均空间消耗减少。同时，许多国家和城市的人均空间消耗水平较低，这表明它们可能需要建造更多垂直或水平的建筑。研究显示了众多发展中国家城市历史上有多么拥挤。Castells-Quintana,2017; Jedwab等人。,2017;Jedwab和Vollrath,2019).许多发展中国家也在“城市化而不增长” (费伊和蛋白石,2000;Fox,2