伴随城市快速发展,空气污染问题已经成为全球环境共性问题,中国大气污染问题突出,亟需被重视。同时新型城镇化战略推进城市趋向产城融合发展。京津冀城市群作为中国大气污染最严重的区域之一,同时面临产城融合政策要求与大气污染问题的挑战。建立大气环境承载能力科学评估基础上的产城融合优化方法体系,是在城市规划角度解决此问题的关键。在此背景下,论文提出大气安全阈值概念,以此表征空气质量良好目标下包含经济、能源、环境等多方面因子的综合性指标阈值,作为产城融合优化的约束条件。本文通过相关研究综述,确定了运用数理统计模型进行区域产城融合协调发展测度与大气污染特征描述,运用系统动力学（SD）模型测算大气安全阈值,运用多智能体系统（MAS）模型模拟产城空间布局扩张,从而分别得出城市发展路径优化、发展指标优化、发展空间优化策略的研究思路。首先,通过构建城市产城融合协调发展模型,从“产-城”协调与发展角度测度京津冀各城市现状产城融合发展情况,同时以一般环境统计数据进行京津冀大气污染的空间特征描述,进而将二者建立空间联系,进行空间格局的综合分析。在此基础上对各类评价制定优劣标准,梳理各城市发展特点,总结城市发展类型,并选择出下文研究对象——天津市。其次,构建系统动力学模型,根据城市复杂系统之间内在联系与发展规律,结合现状与历史发展趋势,对污染防控达到一定标准的前提下的未来发展指标进行科学合理的预测,分析讨论不同发展情景下得到的阈值差异。最后,在城市整体大气安全阈值控制下,以产城融合为导向,构建多智能体系统模型,以不同发展主体视角,模拟产城空间扩张,探讨不同优化目标指导下的产城用地扩张结果。最终,在城市规划角度,将三大板块分析结果对应指导三大层面优化策略,分别提出路径建议、指标约束、空间意向发展参考。