Form and function: Benchmarking real and ideal cities

Abstract

Cities are complex systems, places of increasing population concentration, wealth generation, and social and economic interactions. However, cities are also places where large amounts of energy are consumed and pollution is produced. The development and evolution of a city must consider issues of sustainability, resiliency, and equity, prioritizing the quality of life of its residents. This development is directly related to its form, i.e., its physical characteristics such as size, transportation network’s structure, land use, spatial arrangement, and its function, related to society, including social and economic factors and all activities that take place in its space. The form and function of cities are essential concepts for defining a city and should enable a conscious decision-making process about the evolution of its urban space.This research aims to contribute to the development of indicators and methodologies to quantitatively gauge the performance of the form and function of cities, analyzing and comparing real cities and concepts of ideal cities that have influenced urban planning in the last century. Different concepts of cities have been developed and put into practice, in part or in their entirety, in cities around the world. However, to the best of the author's knowledge, there are no quantitative analyses on the comparison of the various forms and functions presented by different concepts of cities and real cities. This thesis summarizes the research carried out by the candidate to fill that literature gap.A quantitative benchmark requires developing indicators that can be used in this analysis. Six were developed, based on spatial characteristics, and selected for the purpose of this thesis: accessibility, active modal share, transport energy consumption, route directness, mixed land use, and pleasantness. For each indicator, a quantitative analysis of the performance of a real city (Coimbra, Portugal) was carried out and compared to spatial reconfigurations of Coimbra according to five ideal city concepts and an urban planning strategy (the infill).Finally, a multicriteria analysis was conducted to compare the performance of the real city and the six city layouts based on the six developed indicators. A Geographic Information System (GIS) was used for storing, managing, and spatially represent information, as well as for the implemention of analytical capabilities tailored to the analysis’ needs.The results, providing objective and quantifiable answers, are enlightening about the performance attributable to each of the tested urban forms, and suggest that the more compact forms have an efficiency edge over the other layouts. The aim of the results is to contribute towards guidelines, urban planning strategies, and policies that can be directly applied in current urban areas. Results can be taken into consideration in the context of expansion programs, urban regeneration projects, and, in general, for the adaptation of urban planning policies and strategies to make cities more sustainable, resilient, and equitable.The presented work is divided into two volumes: Volume I has a total of ten chapters, eight of which correspond to scientific papers already published or submitted to ISI/WoS international journals. Volume II contains all relevant supplementary material.

As cidades são sistemas complexos, com um crescimento exponencial de concentração de população, de criação de riqueza e de interações sociais e económicas. Contudo, também é nas cidades que um grande parte da energia global é consumida e da poluição é gerada. O desenvolvimento de uma cidade deve, assim, ter em consideração questões de sustentabilidade, resiliência e equidade, tendo como principal objetivo a qualidade de vida dos seus habitantes. Este desenvolvimento está diretamente relacionado com a sua forma, isto é, com as suas características físicas, a sua dimensão, a estrutura das redes de transporte, o uso do solo e configuração espacial, mas também com a sua função: a forma como a sociedade está estruturada e organizada, o que incluiu, as características sociais e económicas e todas as atividades que ocorrem no espaço da cidade. A forma e a função das cidades são, por isso, conceitos essenciais na definição da cidade, e deverão possibilitar uma tomada de decisão consciente sobre a evolução do espaço urbano.A presente investigação tem como objetivo contribuir para o desenvolvimento de indicadores e metodologias de análise quantitativa do desempenho da forma e função das cidades, analisando e comparando cidades reais e modelos de cidades ideais que influenciaram o planeamento urbano no último século. De facto, são vários os modelos de cidade que têm vindo a ser utilizados e sujeitos a debate, em parte ou na íntegra por todo o mundo. Contudo, e tanto quanto é do conhecimento do autor, nunca foram desenvolvidas análises de desempenho quantitativas que possibilitem uma avaliação e comparação formal e objetiva entre cidades reais e as várias formas e funções preconizadas pelos diferentes modelos de cidades. Esta tese resume a investigação efetuada pelo candidato no sentido de colmatar essa lacuna da literatura.Uma análise de desempenho de natureza quantitativa requer o desenvolvimento de indicadores adequados a serem usados na avaliação. Nesse sentido, foram concebidos seis indicadores baseados em características espaciais urbanas: acessibilidade, repartição modal dos transportes ativos, consumo de energia dos transportes, permeabilidade da rede, uso misto do solo e agradabilidade. Para cada um destes indicadores foi efetuada, de forma quantitativa, a análise do desempenho entre uma cidade real (Coimbra, Portugal) e seis reconfigurações espaciais desta, baseadas em cinco modelos de cidade ideal e uma estratégia particular de (re)planeamento urbano (o infill).Por último, foi efetuada uma análise multicritério agregadora, com o objetivo de comparar o desempenho da cidade real e das suas seis reconfigurações, tendo por base os seis indicadores. Foi usado um Sistema de Informação Geográfica (SIG) para armazenar, gerir e representar espacialmente toda a informação, bem como para a implementação de capacidades analíticas adaptadas às necessidades da análise e representação dos resultados desta.Os resultados, fornecendo respostas objetivas e quantificáveis, são esclarecedores sobre o desempenho de cada uma das formas urbanas testadas, apontando para uma maior eficiência dos modelos mais compactos. Pretende-se contribuir para o desenvolvimento de diretrizes, estratégias e políticas de planeamento urbano que possam ser aplicadas diretamente em áreas urbanas atuais no contexto de programas de expansão, ou de ações de regeneração urbana, e que conduzam ao desenvolvimento de cidades mais sustentáveis, resilientes e equitativas.O trabalho apresentado está dividido em dois volumes: o volume I possui um total de dez capítulos, dos quais oito correspondem a artigos científicos já publicados (seis) ou submetidos (dois) a revistas internacionais ISI/WoS. O volume II contém todo o material suplementar relevante.