随着城镇化的不断进行,城市建筑系统不仅积累了大量的资源,而且还产生了大量固体废弃物,造成了土地资源占用、空气质量的恶化等一系列环境问题,是城市系统资源环境问题发生的主要“热点”。为有效地监测和管理建筑系统资源的使用和废弃物的处理、实现城市可持续发展,本研究通过对城市建筑系统物质存量和流量分析,刻画城市建筑系统物质的时空分布格局,揭示建筑系统物质代谢规律,探索城市建筑系统演变路径,识别建筑物质存量变化驱动因素,估算建筑物质环境影响,最后提出城市资源环境管理以及城市可持续发展建议。本研究基于2003年、2010年和2017年卫星遥感图像,结合4d-GIS模型和物质存量核算方法,编制了济南市历下区建筑物质存量数据库,分析了城市建筑系统物质存量和流量的分布格局和演变规律;基于驱动力分析,探索了建筑物质存量变化背后的驱动因素;并基于文献调研,结合碳排放因子法,构建历下区生命周期单位建筑面积物质碳排放模型,估算了济南市历下区建筑系统内物质产生的碳排放现状,进而采用情景分析方法,探索不同情景下对建筑系统物质产生碳排放的影响,寻找建筑系统减少碳排放的途径。研究结果表明,2017年历下区建筑物质存量为142.31 Mt,相较于2003年的84.46 Mt,物质存量增长了69%。在所有建筑使用功能类型中,住宅始终是历下区最主要的建筑类型。在2003-2017年,钢混结构建筑物质存量迅速增加,2017年超过砖混结构存量成为最主要的结构类型。建筑物质存量增长的背后是对建筑材料的巨大需求,在15年内历下区对钢铁、水泥、石灰和玻璃的需求呈直线上升,增长率超过了150%。从空间分布来看,历下区建筑物质增长呈现出从中西部向东和向南扩张的趋势。新老城区建筑物质存量呈现出不同的演变路径,老城区建筑物质存量趋于饱和,而新城区则经历了惊人的扩张。历下区建筑物质流入和流出量存在较大的差距,流入建筑系统的量约是流出物质量的四倍。在2003-2017年,人口效应、经济效应、城镇化效应和技术效应对建筑物质存量增长的累计贡献率分别是22.92%、427.59%、115.24%和-15.24%。对于历下区建筑系统来讲,单位建筑面积物质产生的碳排放在不同建筑使用功能和建筑类型上有着较大的差异,并且通过有效的回收建筑拆除阶段建筑固废以及选择绿色环保的建筑结构类型都能够显著降低整个建筑系统的环境影响,以2017年为例,开展建筑废弃物的有效回收和建筑修建时选择低碳结构分别可以减少8.09 t CO2 eq和8.25 t CO2 eq的排放。基于对城市建筑物质存量、流量和碳排放的研究,针对当前建筑系统在可持续发展中呈现的问题,提出以下建议:城市建筑系统可持续发展涉及政府管理者、企业、社会组织和公众等多元利益相关主体,因此,需要从各利益相关主体的角度考虑城市建筑系统可持续发展的思路。即通过创新多元利益相关主体的合作模式,形成以政府为主导、建筑行业带头、社会组织和机构积极参与、公众大力支持的良性协调互动的城市建筑系统可持续发展模式。宏观政策层面,政府通过加强建筑物质管理、合理制定空间规划等方面推动城市建筑系统可持续发展。微观应用层面,企业使用绿色建筑材料、创新建筑施工方式等方面促进城市建筑系统可持续发展。组织机构层面,可以通过发挥高等院校作用、培养创新型人才等方面加快城市建筑系统可持续发展。最后,对于公众个人层面,可以通过倡导绿色消费、树立低碳观念支持城市建筑系统可持续发展。