紧跟我国高速经济发展脚步的是,国内大中型城区的快速扩张与演变,而其结构在水平维度上的空间形态演替已无法匹配当下国情、民情等等现实条件的要求与限制,城市三维化趋势的愈发强烈,故就此角度关于城市空间立体增长模拟等相关领域的研究急待充实,更为切合现实发展走向的实质性城市演变规律急待开发,其意义尤为深远、关键。本文的研究对象为以层高分布为核心的城市建筑群,架构三维指标系统来详尽描述城市立体空间内的形态更替,探求城市立体空间发展转化的内在规律,运用XGBoost-CA模型以大连市内中山、西岗、沙河口三区做样板模拟大连市主城区的立体空间发展,之于城市高维空间形态研究的促进与推动拥有着不可或缺的借鉴意义。简要内容与结论如下:（1）构建基于极限梯度提升树算法（XGBoost）的元胞自动机城市立体演化模型。基于元胞自动机,通过对城市形态演变特点的简化和理解,基于元胞自动机理论,梯度提升树分类算法,并辅以局部气候分区理论（Local Climate Zones,LCZ）,构建了以元胞自动机为基础的城市立体演化模拟预测模型（XGBoost-CA）,详尽阐述了有关模型内部影响因子、邻域及限定个体元胞状态的转换规则。首先依获取得到的主城区建筑二维空间分布加之建筑高度及其密度,通过XGBoost-CA模型来计算出在不同的影响因子共同作用下,各个建筑地块类型之间的相互转化概率;然后进行模拟结果与实际的对比,即验正模型精度,证明其模拟计算能力可较为准确地为近十到二十年内,以大连为代表的复杂地形类滨海城市主城区进行建筑群分布、层级演变等城市立体形态方面的预测研究;最后在成品模拟模型的应用基础上,针对五年后的大连主城三区立体空间形态演替展开预估。通过运用XGBoost-CA模拟模型模拟出了2020年中山、西岗、沙河口三区的建筑物布局分布以及建筑物综合类型的时空演变,并且对于其2025年的区域内建筑物的布局分布以及建筑物综合类型进行预测。（2）通过以建筑物层高为探究的基础进行对于城市立体趋势面的建构,对大连市城区立体空间形态演替的特征指标进行分析研究,并且总结了其总体的发展规律。依靠着针对于城区建筑群的区域空间格局分布的计算分析,有效表现反映出了各类别建筑物的空间格局分布特点。并进一步结合引入研究区内建筑物的层高,以及基面面积架构起了城市空间形态景观测度方法,对于城市立体空间形态的演变提供了定量分析的依据。主要成果以及意义如下,计算统计了大连市主城三区立体空间形态各参数指标在时间维上的演变过程,创建划分出规则渔网以对于大连市主城三区立体空间形态各参数指标的尺度敏感性进行了检验,并分析了大连市主城三区立体空间形态演替的时间空间分异性。（3）大连市主城中山、西岗、沙河口三区在2010年至2015年的五年间城市空间形态在纵向垂直方向呈显著的增长趋势,与此同时高层及以上类型的建筑物总量也呈现出明显的激增态势。而主城三区在2015年至2020年五年间的城市立体空间形态指标均拥有着尺度敏感性,紧跟着研究尺度的不断扩大,同时由城市立体空间形态指标反映出来的各类区域性差异也在不断增加。随着研究区内部的差异愈发趋于显著,大连市城市立体空间形态景观各区域之间的相似性伴随着时间进程的推进而不断渐渐衰减。