近70年来,随着中国城镇化进程稳步推进,如何提升城镇化发展质量和城市空间品质成为新型城镇化建设的核心任务。城市通风与空气质量、居民健康、建筑能耗、人体热舒适息息相关,因此有必要提出科学性和普适性较强的城市通风优化设计方法,并将其落实到具体设计项目,从而为高品质的城市空间规划和精细化的空间治理提供支撑。本文整合城市规划学、气象学、运筹管理学、统计学等多个学科的理论和技术,以广州市为实验场域,就多种典型设计情景下的城市街区通风优化设计方法展开探索。首先,本文提出了基于代理模型的街区通风优化设计方法。在街区通风设计中,设计人员普遍采用风洞实验或计算流体动力学（CFD）模型对设计方案的风环境进行评价,从而获得具有优良通风效果的街区布局方案。然而通风实验计算复杂度高、实验成本居高不下,导致在短时间内仅能比较有限个方案的通风效能。而代理模型则基于少量样本方案数据来拟合街区形态与通风潜力的关系,可以替代高精度通风分析工具对方案进行快速评估、对比和筛选。将代理模型与优化算法结合后,可引导优化过程高效收敛到局部乃至全局最优方案。其次,本文建立了面向街区通风设计问题的情景归类模式和附属于优化设计方法各功能模块的备选工具库。将代理模型优化法分解为设计方案采样、样本通风性能检验、代理模型建构和设计方案优化四个功能模块。参考现有的大量研究成果,分别在各功能模块下引入多种备选工具,构成各模块的备选工具库。对于每个特定的通风设计问题,依据“联系气候生态、依托空间背景、综合政策标准、维护公共利益、考虑建设实际”五个价值导向维度和“聚焦核心变量、从单体到整体、约束复合参数”三个原则,确定其设计目标、设计变量和约束条件。下一步,根据设计问题的目标数量、采样需求等特征信息,对其进行情景归类。在情景分类图指引下从各模块备选工具库中选择最适宜使用的工具,将各模块下的工具连接形成完整、有针对性的工作路径。最后,本文通过三个典型案例验证代理模型优化法在不同设计情景下的实用性。案例一是在街区更新背景下,探索如何尽量减小局部改造项目对街区风环境的负面作用。研究以广州某老旧街区为例,在其内部拆建地块上新建一栋建筑,通过调整建筑面宽、进深、高度和朝向四个设计变量优化设计方案。首先使用Box-Behnken方法对采样方案进行规划,以响应曲面模型拟合新建建筑设计变量与平均风速的关系。然后引入整体错误率和满意度函数来调控方案的鲁棒水平,以遗传算法筛选方案,从而确保优化设计方案切实可行。案例二以同一街区更新项目作为实验场域,探索了以提升街区内部数个人群密集活动点位的局部风舒适性、风安全性为目标的风环境优化问题。在该案例中研究结合拉丁超立方体采样法和高斯过程回归模型对建筑形态和多个测点处风速的关系进行拟合,将冬、夏季风环境局部舒适度和代理模型预测质量作为优化目标,最终使用多目标优化算法获取不同鲁棒水平控制下的优化设计方案。案例三以某居住街区开发项目为案例,探索了以提升夏季通风环境和项目利润为目标的新开发街区的通风设计问题。研究使用参数化方法生成400个样本方案,对样本进行风场模拟后,使用高斯过程回归和渐进梯度回归树模型对街区形态参数与风环境指标的关系进行拟合;考虑到街区空间布局的复杂性,建立了多精度代理模型以平衡运算量和求解准确性,并利用进化算法对方案进行迭代,生成最终优化设计方案。以上三个案例在设计参数和优化目标等方面均存在明显差异,但是均取得了较好的优化效果和鲁棒水平。这表明对于具有不同通风诉求、不同设计条件的街区通风问题,本研究所提出的通风优化设计方法具备一定的适应能力,特别是在情景归类模式的指引下,能够根据设计问题特征有针对性地在各功能模块下选取合理的工具并生成高质量的优化方案。同时,各类优化方案对于生态导向下的城市街区设计也具有较强的参考和借鉴意义。