从世界城镇化发展历程看,大都市区是主要的人口承载地,也是地区乃至国家的经济发展引擎。对中国特大城市而言,机动化运输模式正由道路交通主导向轨道交通主导转变,空间组织机理正发生重大改变,在轨道交通支撑下,大都市区化特征日趋明显,与此同时,日渐扩大的城市规模使得长距离通勤交通不断增长、出行时耗不断延长,严重地影响了人们生活幸福感的提升。从国际发展经验来看,通过城市轨道交通线网的完善和土地空间结构的优化,提高人口、产业等经济要素与交通的匹配效率,是提升大都市区空间功效的重要途径。本文即在上述理论与现实背景下展开,主要研究了以下内容。首先,在大都市区概念不够清晰的背景下,研究了基于通勤率指标的范围界定问题,认为当轨道交通主导时,其空间范围在3500km~2~1.2万km~2左右。基于上述空间规模展开相关文献的梳理与研究进展的追踪,认为大都市区作为城市发展到高级阶段的空间地域形式,其本质仍具有城市属性特征。其次,在梳理国外大都市区发展历程和总结普遍规律的基础上,建立评价中国问题的标杆,对我国大都市空间演化与轨道交通同步发展中存在的主要问题进行了系统梳理和辨识。发现在同一时期内,国内近似规模城市轨网规划建设呈现的问题具有高度趋同的特征,并从空间发展规划、轨网规划及两者协同发展层面进行了致因剖析。第三,深入研究了东京都市圈、首尔大都市区和巴黎大区的空间演化规律,着重研究了人口规模增长历程与分布特征、就业岗位及中心体系的规模与分布特征等内容。认为大都市区人口规模增长具有明显的“顽固性”特征,在轨道交通等快捷交通工具的支撑下,职住分离是普遍规律,大都市区能级较高的中心均在中心城区范围内,与都市快轨和轨道环线的关系密切。对三个大都市区空间结构模式进行了建构,着重从时代背景等角度进行了分析;建立了大都市区空间结构演进的机制模型,轨道交通对大都市区空间结构演进起重要的支撑力作用。最后,分别从土地空间和轨道交通两个层面研究了三个大都市区空间结构的优化策略,为中国大都市区空间结构优化提供借鉴。第四,较为系统地分析了国内外大都市区空间结构共性和差异特征,研究了其形成机理,认为可达性是重要的空间影响因子,都市区中心与轨道环线、都市快轨关系密切,存在明显的网络结构效能机理、网络布局结构机理、轨道出行行为机理和都市快轨组织机理;分析了核心致因,认为空间结构趋同和存在差异与都市所在的地理环境、发展历程、行政管理等紧密相关。第五,研判了我国大都市区空间发展趋势和典型特征,认为我国特大城市建立轨道交通导向的大都市区空间结构是必然选择。以空间组织功效提升为具体目标,综合考虑外部约束条件,提出我国大都市区构建3~4级中心体系的设想。根据中央活动区(CAZ)与新兴CBD的空间距离关系,将大都市区划分为相邻型和分离型两类,分别建构了相应的空间结构模式,空间结构模式更加关注都市快轨在空间组织中的作用,强调都市快轨对CAZ、CBD和大型对外枢纽的支撑作用。第六,以空间结构特征与案例城市相似,且空间效能较低、研究紧迫性较强、空间可塑性较大的典型团状大都市区——西安为例,在基本模式的基础上,结合西安大都市区目标定位、发展基础等约束条件,同时考虑优化策略的科学性和操作性,提出了西安大都市区土地空间和轨道交通优化策略。利用ArcGIS评价了优化前后轨网的出行时耗分布特征和可达性特征,发现新增的都市快轨系统有力地支撑了大都市区空间拓展和地铁2号线所在的南北主轴线的定位和发展,中心城区范围内的可达性明显提高,整个大都市区轨道网络的可达性是优化前的1.12倍。最后,从土地空间规划视角提出了相应的保障建议。