Trong bối cảnh hàng tỉ người sẽ đổ về các khu vực đô thị trong vài thập kỷ tới, các thành phố trên khắp thế giới đang phải quyết định sẽ phát triển ở đâu và như thế nào.

Một số đại đô thị phát triển nhanh nhất đã phải đối mặt với tình trạng tắc nghẽn giao thông không ngừng khi quá trình phát triển lan rộng ra bên ngoài. Một nghiên cứu mới đưa ra lời khuyên khác: hãy phát triển tập trung vào trung tâm.

Nghiên cứu này phát hiện ra rằng một số hình dạng thành phố giúp việc đi lại tốt hơn, đặc biệt là khi xét đến tính bền vững. Hình dạng tốt nhất là một kim tự tháp tròn, nơi chiều cao các tòa nhà giảm dần khi đi xa khỏi trung tâm. Những thành phố này có quãng đường di chuyển ngắn nhất, so với các thành phố trải dài và bằng phẳng.

Ví dụ, tại một thành phố hình kim tự tháp như Chicago, người dân có thể có quãng đường đi làm ngắn hơn khi họ di chuyển đến một vài tòa nhà cao tầng ở trung tâm để làm việc hoặc đi học. Ngược lại, một thành phố hình "cái bát" như Vienna, nơi các tòa nhà cao hơn ở vành đai, có thể yêu cầu người dân phải đi xuyên qua một trung tâm ít tiện ích trước khi đến đích. Quãng đường di chuyển ngắn hơn không nhất thiết là nhanh hơn; điều đó còn phụ thuộc vào hạ tầng giao thông và tình trạng tắc nghẽn. Nhưng nó làm tăng khả năng một số chuyến đi có thể được thực hiện bằng cách đi bộ, xe đạp hoặc phương tiện công cộng thay vì ô tô.

"Chúng ta cần tìm hiểu thế nào là một hình dạng thành phố tốt," để các thành phố tiếp theo được xây dựng "theo cách tốt nhất có thể," tác giả chính của bài báo, ông Rafael Prieto-Curiel, người nghiên cứu về sự dịch chuyển của con người và phát triển đô thị tại Complexity Science Hub ở Vienna, cho biết.

Ông Prieto-Curiel lưu ý rằng công trình của nhóm ông có thể có liên quan ở châu Phi, nơi hình dạng của nhiều thành phố mới và đang phát triển nhanh chóng vẫn chưa được định hình đầy đủ. Đến năm 2050, dân số đô thị của lục địa này dự kiến sẽ tăng gấp đôi, trong khi diện tích đất đô thị có thể tăng gần gấp ba lần, theo một báo cáo từ Tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế.

Chiến lược đó có những giới hạn đối với các thành phố đã được xây dựng, hoặc các khu dân cư đã được phát triển. "Bạn không thể giải tỏa mọi thứ và di dời người dân vào trung tâm rồi xây các tòa nhà cao tầng, điều đó rất tốn kém," ông Gashaw Aberra, quản lý giao thông công cộng và điện khí hóa tại Viện Chính sách Giao thông và Phát triển, khu vực châu Phi, cho biết.

Ông Prieto-Curiel và nhóm của mình đã xem xét hiệu quả di chuyển qua năm hình dạng đô thị. Ở hai thái cực là bố cục hình nhẫn và hình kim, trong đó các tòa nhà rất cao được giới hạn tương ứng ở vùng ngoại ô hoặc trung tâm đô thị của thành phố. Ngoài ra còn có bố cục hình bánh kếp, trong đó chiều cao các tòa nhà được phân bổ đều khắp nơi. Nhưng các nhà nghiên cứu cho biết hình dạng của hầu hết các thành phố hiện tại nằm đâu đó giữa hình cái bát, nơi các tòa nhà cao hơn nằm gần vành đai, và hình kim tự tháp.

Nhóm đã sử dụng một mô hình kỹ thuật số để tạo ra các thành phố ảo giống với những hình dạng này, mỗi thành phố khác nhau về chiều cao trung bình của tòa nhà, quy mô dân số, mức độ dàn trải và việc chúng được quy hoạch theo dạng tuyến tính hay dạng tròn. Bằng cách thay đổi từng tham số một, họ đã mô phỏng 100.000 hành trình giữa các điểm được tạo ngẫu nhiên cho mỗi thành phố được tạo ra và tính toán khoảng cách trung bình.

Theo nghiên cứu, việc di chuyển các tòa nhà cao tầng từ vùng ngoại ô vào gần trung tâm đô thị là hiệu quả nhất trong việc rút ngắn quãng đường đi lại trung bình. Ngay cả một thay đổi vừa phải theo hướng hình kim tự tháp hơn cũng có thể giảm khoảng cách di chuyển tới một phần tư. Nghiên cứu cho biết, các tòa nhà cao tầng có thể đặt nhiều dịch vụ hơn - như cửa hàng tạp hóa, nơi làm việc, căn hộ - trong một diện tích đất nhỏ hơn, làm giảm khoảng cách di chuyển để thực hiện các công việc hàng ngày.

Trong khi đó, việc kéo dài hình dạng của một thành phố từ một vòng tròn hoàn hảo thành một hình bầu dục nhẹ có thể làm tăng khoảng cách di chuyển khoảng 25%.

Lấy Vienna - một thành phố đặc trưng bởi kiến trúc thấp và trung tầng trên khắp nơi - làm ví dụ, các nhà nghiên cứu đã xem xét việc thay đổi hình dạng của một thành phố có thể thay đổi tỷ lệ các chuyến đi có thể đi bộ hoặc đi xe đạp như thế nào. Nhóm nghiên cứu coi các chuyến đi dưới 1 km (0,62 dặm) là có thể đi bộ, và dưới 3,8 km là có thể đi xe đạp. Theo tiêu chí đó, và không tính đến hàng dặm cơ sở hạ tầng cho người đi bộ và đi xe đạp mà Vienna đã xây dựng trong nhiều thập kỷ, chỉ 1% hành trình có thể đi bộ và 10% có thể đi xe đạp.

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng việc bổ sung các tòa nhà cao hơn vào trung tâm có thể làm tăng theo cấp số nhân các chuyến đi không dùng ô tô: tỷ lệ các chuyến đi bộ có thể đạt gần một phần ba khi thành phố tiến gần hơn đến hình dạng kim tự tháp, trong khi tỷ lệ các chuyến đi xe đạp có thể tăng hơn gấp đôi.

Thực tế, gần như tất cả các chuyến đi trong một thành phố có cùng dân số và diện tích đất như Vienna đều có thể đi xe đạp nếu thành phố được bố trí theo hình kim, nhưng thiết kế cực đoan như vậy đi kèm với những đánh đổi khác có thể ảnh hưởng đến tổng mức sử dụng năng lượng và chất lượng cuộc sống của thành phố.

Ông Prieto-Curiel chỉ xem xét lượng khí thải từ giao thông, chiếm khoảng 30% nhu cầu năng lượng toàn cầu. Nhưng một nghiên cứu trước đó chỉ xem xét lượng khí thải từ các tòa nhà - chiếm khoảng 34% nhu cầu năng lượng toàn cầu - đã đi đến một kết luận khác: một bố cục đô thị dày đặc với các tòa nhà trung tầng hiệu quả hơn một bố cục chật cứng các tòa nhà chọc trời.

"Trong một thành phố thẳng đứng, quãng đường đi lại ngắn hơn vì bạn đã ở đó rồi," ông Prieto-Curiel nói, "nhưng có lẽ việc xây dựng một tòa nhà siêu cao lại rất tốn kém và đòi hỏi nhiều vật liệu."

Các tác giả của nghiên cứu về giao thông đã phát hành một công cụ mà bất kỳ ai cũng có thể sử dụng để khám phá những thay đổi trong cảnh quan thành phố của họ có thể tác động đến khoảng cách di chuyển như thế nào, điều này đặc biệt hữu ích cho các nhà quy hoạch không có quyền truy cập vào phần mềm định vị địa lý. Ông Aberra cho biết, các nguyên tắc đằng sau công cụ này đã định hình việc vận động và phát triển ở các thành phố châu Phi bắt đầu từ con số không. "Chúng tôi đang yêu cầu các thành phố thay đổi cách làm hiện tại và hướng tới các mô hình phát triển tương tự như những gì công cụ này đề xuất, một hệ thống nhỏ gọn hơn."