随着城镇化进程的不断推进,城市规模不断扩大。一方面,这促进了城市集聚经济的发展,另一方面,人们不断增加的出行需求和城市交通基础设施供给能力不足的矛盾也日益凸显。优化城市交通基础设施的建设、合理地控制城市规模成为当前城市和交通规划所面临的重大问题之一。因此,本文基于城市交通与土地利用的相互作用机制,将集聚效应和环境效应纳入分析框架,探讨城市交通基础设施建设与城市规模优化问题,以期为实现集聚经济和城市规模的良性互动、引导城市可持续发展提供理论参考。首先,本文考虑集聚经济和交通拥挤两种外部性,构建了一个具有内生城市人口数量的两区域城市模型。通过求解社会福利最大化模型的出行均衡和居住均衡,研究了在存在集聚经济效应的情况下,引入拥挤的轨道交通和优化道路容量对城市规模和城市空间均衡的影响。结果表明,投资引入轨道交通可以增加城市人口规模,提高社会福利,使城市结构更加紧凑。其次,从城市区域布局的角度,本文进一步考虑了环境污染效应,研究了在一个具有内生城市数量经济体中的城市规模优化问题。该模型将环境效应纳入到效用函数中,从而研究同时存在环境外部性的情况下,轨道交通的引入和道路容量的优化对城市系统均衡的影响。结果显示,在该模型下,引入一条拥挤的轨道交通将提高社会福利,使城市结构更加分散,但城市人口规模和环境质量的变化还与是否优化道路容量有关。最后,本文进一步考虑了城市间存在污染溢出效应,对比研究了污染溢出效应对城市系统一般均衡的影响。结果表明,相比不考虑污染溢出效应,考虑城市间存在污染溢出效应情况下的城市规模更小,但是环境污染和效用水平的相对高低与该经济体总人口数量有关。