在全球气候变化和城市化进程加速推进的背景下，城市人居环境的恶化和能源紧缺问题已危及居民的工作生活与城市的建设发展。严寒地区幅员辽阔，加之恶劣的气候条件以及近年频发的极寒与高温天气对严寒地区城市提出了更加严峻的挑战。住区作为城市居民居住生活的聚居地，其空间形态直接影响到居民的生活质量以及住宅建筑的能耗水平。因此，亟待针对严寒地区城市住区空间形态的复杂性与气候的特殊性，开展改善住区热环境、降低建筑能耗的相关研究。本文旨在研究住区空间形态对室外热环境及建筑能耗的影响规律，并建立综合优化设计方法，以提升住区热环境与建筑节能综合性能为目标，寻求住区空间形态参数的最优化组合方式。
　　本文通过卫星影像、图纸资料和现场测绘相结合的方式对哈尔滨市近20年建造的156个住区进行调研分析，掌握了住区空间形态现状与设计特点；基于对典型住区空间室外热环境的现场实测，通过对比不同季节气候条件下住区热环境特征及不同空间类型热环境差异，得出住区空间形态对热环境存在显著影响。针对冬夏两季气候特征从热环境质量与建筑节能的角度构建能够平衡冬季气候和夏季气候的住区空间形态优化设计模型。以此为导向，对住区空间形态参数与热环境评价指标及建筑采暖制冷能耗的量化关系展开深入研究。
　　首先，选取风速、空气温度及热舒适指标（生理等效温度、通用热气候指数）作为热环境评价指标，针对住区空间形态参数与热环境评价指标的量化关系展开研究。基于156个住区案例空间形态的实际情况，运用ENVI-met软件进行建模及冬夏典型计算日的室外热环境模拟计算。基于热环境模拟结果，通过统计分析方法，确定了冬夏两季住区空间形态参数对热环境评价指标的敏感性，揭示了建筑群体平面组合形式对热环境评价指标影响的差异性；基于敏感性分析结果，通过曲线估计方法判定热环境评价指标与对其具有显著影响的空间形态参数的曲线关系，并利用逐步回归分析建立基于住区空间形态参数的热环境评价指标预测模型。
　　其次，针对住区空间形态参数与建筑能耗的量化关系展开研究。将住区热环境模拟结果作为能耗计算的气象边界条件，运用DesignBuilder软件对156个住区案例典型计算日的建筑采暖能耗与制冷能耗进行模拟计算。基于能耗模拟结果，运用统计分析方法，确定了住区空间形态参数对建筑采暖能耗与制冷能耗的敏感性，揭示了建筑群体平面组合形式对建筑采暖与制冷能耗影响的差异性；基于敏感性分析结果，运用曲线估计方法判定空间形态参数与能耗的曲线关系，并利用逐步回归分析建立了住区单位建筑面积采暖能耗与制冷能耗的预测模型。
　　最后，采用多目标粒子群优化算法，基于冬季住区热环境质量、夏季住区热环境质量、冬季住区建筑采暖能耗、夏季住区建筑制冷能耗所占权重，构建了综合衡量其表现性能的住区空间形态优化设计模型，并运用Matlab软件实现程序编制及优化运算，得出以住区热环境与建筑节能综合性能最优为目标的空间形态参数组合，为严寒地区城市住区综合性能提升及空间形态优化设计提供参考。
　　论文的创新性成果如下：（1）揭示了严寒地区城市住区空间形态参数对冬夏两季室外热环境的敏感性，并建立了其相互间的量化关系；（2）揭示了严寒地区城市住区空间形态参数对建筑采暖、制冷能耗的敏感性，并建立了其相互间的量化关系；（3）构建了以住区热环境与建筑节能综合性能优化为目标的住区空间形态设计模型。
　　本研究能够为设计人员开展严寒地区城市住区热环境与建筑节能综合性能优化设计提供指导，对于改善严寒地区城市人居环境，减少能源消耗，指导城市住区规划、建筑设计向科学化、精细化发展具有重要价值和科学意义。