城市空间是人类进行各种社会经济活动的重要场所,然而随着我国城市建设的快速发展,城市功能空间结构日趋复杂,使交通拥堵、资源分配不均、环境破坏等一系列城市问题不断涌现,这些现象严重制约着城市由高速发展向高质量发展转型。因此,迫切需要对城市功能空间结构进行研究,以指导城市空间结构调整与优化的规划实践工作。随着大数据时代的到来,带有空间位置和属性信息的POI数据为城市功能空间结构研究带来了新的数据源,同时也对传统的城市功能空间结构研究方法带来了新的挑战。为此,本文在梳理有关城市功能空间结构国内外研究现状的基础之上,以城市空间结构理论、功能复合理论、功能分区理论、多中心理论等作为理论基础,以济南市中心城区作为研究对象,利用POI数据展开实证研究,采用基于密度表面生成与热点分析的城市功能区识别法、基于密度阈值与参量替代的城市功能关系分析法和基于区位熵与要素叠加分析的城市功能复合分析法为主要研究方法,从功能空间分异、功能中心关系、功能要素复合三个角度对济南市中心城区的居住、办公、商业、休闲4种功能空间结构进行研究,在对其功能空间结构评价的基础上,提出系统的优化建议。研究结论如下:（1）各类城市功能空间结构要素总体呈现不均衡的分布状态。从整体看,济南市中心城区居住、办公、商业、休闲四类功能要素的空间分布呈现集聚特征;从各功能空间角度看,居住空间的聚集特征最为显著,商业空间与休闲空间的聚集特征相对较为显著,办公空间的分布最为均匀。（2）各类城市功能空间中心能级结构差异较大,多中心特征显著,且不匹配现象明显。居住空间、休闲空间、商业空间发展较为成熟,而办公中心发展相对比较缓慢,等级低,数量少;居住中心与各类功能中心之间的联系较为密切,体现出明显的职住分离特征,且通勤联系密切是否密切与功能中心的位置以及等级有很密切的关系。（3）各类城市功能复合度异质性显著,各个街道间功能要素发展水平差异大;各类城市功能类型兼容性不同,其中居住功能有最高的复合水平,其次是休闲,办公和商业的复合水平较低;各类城市功能空间总体聚集在城市中心区域,但部分功能空间已经出现郊区化的趋势,功能要素的聚集与分散同时存在。（4）提升城市功能空间发展的均衡度与复合度是目前济南市城市空间结构发展的重要任务与关键所在。要对老城区的城市功能向外围地区进行疏解;东西城区应当加强办公与商业基础设施的建设,增强区域的复合性发展;进一步推进公共交通设施建设,提升各区域通勤的顺畅程度,形成多中心共同发展的均衡布局。