随着我国城市化水平的不断提升和城市建设及改造的不断发展，城市内部高层建筑、高密度建筑群日益增多，导致城市通风性能受到巨大的影响。而伴随高速城市化而来的许多城市大气环境污染问题，由于没有良好的城市内部通风性能，局地的高浓度污染物、热量等得不到及时的缓释，在局地造成了严重的环境污染和生态危害。随着地理信息系统的不断发展，三维城市模型（3DCM）的增值应用已经逐步成为当下地理信息系统发展的一大热点，而三维城市模型应用的拓展更是成为三维城市模型发展走向深入的瓶颈。本文以导师李朝奎教授的国家自然科学基金项目为依托，将三维城市模型首次引入到城市通风性能的分析与评价中，并借助地理信息系统的可视化功能将研究成果应用到了建筑设计和城市规划等城市环境塑造的主导领域。本文着重介绍了如何在三维城市模型中对城市内部的通风性能进行空间分析与评价，首次从三维城市模型塑造的城市环境结构中提取了影响城市整体通风效能的城市风道网络体系，就城市风道网络体系的网络结构塑造进行了详细的阐述，并从城市风道网络结构和城市风道结点两个层面就城市风道网络对城市整体通风性能的影响进行了详细的分析。在此基础上首次探讨了如何营造良好的城市风道网络结构，提升城市整体的环境自净效能，为推动工业城市向生态城市转变提供了一定的依据。在全面分析城市通风性能的影响因素的基础上，本文借助ArcGIS9.0的强大可视化功能对其中的部分分析结论进行了可视化表达，并在此基础之上，将本文的研究结论分别应用到了城市规划、建筑设计和城市应急管理三个方面，为相关工作人员提供了全新的城市规划视角和方法。