矩陣思維在地下車庫優化設計中的應用

趙悅含

隨著人們對城市地下空間資源的不斷開發和利用，以及規劃師、建筑師對于地下建筑設計理念和方法研究的深入，地下空間設計，尤其是地下車庫建筑設計的思維方式變得更加全面。在綜合考慮地下車庫建設的功能性、安全性、舒適性、經濟性、可持續性等因素后，勢必需要得到最優的設計方案，這亟須運用跨學科、多層次理論和知識解決地下車庫優化設計中的系統性問題。矩陣思維，是指將問題分解為更小、更易于管理和解決的部分，同時考慮這些部分之間的相互關系和影響。在地下車庫設計的場景中，矩陣思維可以幫助建筑師全面考量和評估不同設計對于多個維度的影響，從而找到最佳的綜合解決方案。

1 矩陣思維與地下車庫優化設計的關系

1.1 矩陣思維解決設計問題的原理

世上所有事物都是相互關聯的，基本不存在完全孤立的個體。隨著社會變得越來越復雜，各方面互相依賴，并需要更廣泛的協作，這體現了建立系統性思維的重要性[1]。矩陣思維就是這種系統性思維的表現形式之一，其強調了各因素之間的相互依賴，著重于全局、平衡各種因素，對問題進行多角度且深入的思考。在建筑設計的實踐中，追求具有明確目標的設計成果是其核心動力，目的是實現一種“必然的結果”。因此，將矩陣思維作為一種有效的分析與推理工具是設計的大勢所趨[2]。

1.2 利用矩陣思維進行地下車庫優化的目標

針對地下車庫的優化設計，可選擇和決策的重點要素通常有：結構形式、柱網布置、層高、車位布置、設備用房、出入口設置、地下公區、交通流線等[3]。這些關鍵要素影響著地下車庫的整體效率和使用體驗。為清晰地評估和優化這些要素，可以將它們整合到4 個主要評價矩陣中：功能性、舒適性、經濟性和可持續性，這些是衡量優化效果的關鍵指標。

1）功能性：包含交通流線明晰、車位數量最大化、出入口布局合理等方面，確保地下車庫滿足使用需求。

2）舒適性：涉及層高適宜、充足照明、良好通風與溫濕度控制，以及地下公區的人性化設計，保證用戶的舒適停車體驗。

3）經濟性：包括高停車率，同時控制建設成本、運營管理便捷性、后期維護成本低等要點，目的是實現成本效益最大化。

4）可持續性：包括自然采光通風、使用環保材料、節能照明系統、水資源回收利用等環境友好措施，旨在提升建筑的長期可持續發展能力。

通過優化這4 方面的因素，能夠提升地下車庫的整體性能，增強使用者的停車體驗，同時確保經濟與環境效益的平衡。矩陣公式如下：

2 運用矩陣思維進行地下車庫優化設計的挑戰

矩陣思維是一種高度邏輯性和關聯性的思考方式，通過對目標對象的因子進行深入研究和邏輯分析，提取多個維度，從而形成結構化的矩陣量表，為系統決策提供輔助。這種方式的特點是：維度多，分析復雜，決策精確；維度少，易于人腦處理，決策效率高但不準確。因此，矩陣的維度和決策的精確度、效率之間存在直接關系。地下車庫建造工程量和成本投入巨大，在決策效率和決策準確度上更加偏向要求精準無誤，所以在運用矩陣思維時要考慮其復雜因子并逐步解決各種難題。

2.1 維度的復雜性

功能混合的復雜性：如今地下空間越來越與地上各種功能空間發生聯系，甚至地上的居住、商業、娛樂等功能會通過開敞空間或半地下室的形式滲透進地下，地下空間會根據不同用地性質、區位和發展要求展現出多種功能的混合。這種功能混合給地下車庫的設計帶來了復雜性，尤其一些平戰結合的民防工程兼顧地下車庫，需要考慮如何在有限空間內合理規劃不同的功能區域，使之既能滿足停車需求，又能與其他功能相融合[4]。

連通性與綜合性要求的復雜性：強調地下空間與交通樞紐及其他用地地下空間的相互連通性，要求在設計上不僅要考慮功能的獨立性，還要考慮整體的連通性和綜合性。這意味著地下停車場不僅是停車的地方，還可能成為連接不同地下空間功能的重要節點，增加了優化設計的難度。

規劃策略的復雜性：在地下車庫設計的早期規劃階段，核心考量為車位售價與建安成本之間的比較。若車位售價未達到建安成本，宜遵循規劃部門對最低停車位數的要求，優先利用地面停車資源，以縮減地下停車設施的規模，從而實現成本的有效控制。此時，應確保停車場的外形規整，以優化支護和開挖作業的經濟性。反之，若車位售價超出建安成本，則可以在不犧牲綠化率和實際綠化面積的前提下，擴大停車場規模并大幅增設停車位，以更好地滿足市場需求。

2.2 技術與管理難題

未來發展的不確定性：隨著城市功能的升級、城市防護的加強和人口規模的擴大，地下空間的開發規模和數量將會有較大的增長。這要求設計不僅要滿足當前的需求，還要有足夠的靈活性和擴展性，以適應未來可能的變化和擴展，這在規劃和設計上是一個很大的挑戰。

安全與環境問題：地下車庫的設計還要重點考慮安全問題，包括但不限于火災、地震、暴雨等緊急情況的安全疏散，以及通風、照明等環境因素的優化。這些問題在功能復雜且要求高連通性的地下空間尤為重要。

技術與成本的平衡：實現高度綜合化和功能性的地下車庫建設需要較多的技術支持和成本投入。在有限的預算內采用恰當的優化設計技術方案，既滿足使用需求又控制成本，是地下車庫優化設計的另一大挑戰。

3 矩陣思維在地下車庫優化設計中的實踐應用

3.1 項目背景

作為實踐項目的太原南窊村城中村改造地下車庫專項優化設計項目位于太原市北，臥虎山路以東，大鋼干校街以北，該項目分為兩個大的地塊，南側規劃建設住宅、幼兒園，其地下車庫規模75690 m2，北側地塊規劃建設社區商業街，其地下車庫規模15190 m2。整個項目用地呈正方形，邊長約334 m。項目地勢北高南低、東高西低，較復雜。南北高差4 m，東西高差20 m。地勢的復雜性和高差造成了設計上的難度，需要充分考慮如何順應地勢將停車庫入口和出口設置得合理，以減小進出停車庫的難度，提高車輛和乘客的通行便利性。另外，北側和南側停車場用途的區分是優化設計需要重點考慮的因素，應利用有限的空間，滿足不同地塊和不同用戶的停車需求，設計出更符合不同人群需要的停車庫。

3.2 矩陣思維設計與優化決策

矩陣的建筑設計思維作為該項目優化設計過程的根基，超越了個人的知識積累和經驗背景。它涉及識別問題、分析問題和解決問題的方法。設計過程實質上變成一個探索問題、深入了解問題并量化相應解決方案的連續活動[5]。

1）在考慮有一定規模居住區的地下車庫設計布局時，需要緊密關注用地的容積率，這決定了地下車庫的停車形式。第1，對于容積率不超過2.0的情況，優先采用1 層滿鋪非機械式普通停車位的地庫方案，同時確保滿足城市規劃的建筑密度和綠化率等要求，力求減小地下室埋深。第2，對于容積率2.0 ～2.9 的情況，在考慮場地豎向合理的基礎上，優先部署部分機械式停車位的1 層地下車庫，并努力實現地下室底板標高的一致性以減少內部坡道消耗停車效率。在用地形狀較為規則，地勢高差可利用的情況下，可考慮采用兩層滿鋪設非機械式停車的地庫設計。盡量避免建設3 層或3 層以上的地下車庫以優化效率和成本。第3，對于容積率在2.9 及以上的情況（如該項目），結合場地高差，可采用局部機械停車的2層地庫方案。在設計細節的技術層面，優化項目設計考慮的基本要點和標準如表1所示。

表1 地庫優化項目基本要點和標準

2）在功能性矩陣方面，住宅和商業地塊構成了相互補充的子系統。雖然住宅和商業之間被市政道路隔開，但北側的商業區對停車位的需求遠大于南側的住宅區。為了解決這一問題，在保證住宅區停車位充足的前提下，通過設置連接通道使兩個地塊聯通。高峰時段，當北側商業地塊的停車需求超出規定標準時，住宅區可以開放部分地下臨時停車位供商業區使用。此外，商業地塊與周邊地勢存在顯著的高差，可以在臺地位置設計直接面向公眾的人行出入口，使得住宅區居民能夠方便地通過地下通道進入商業區進行購物和休閑活動。

3）在舒適性矩陣方面，在城市高強度開發利用地下空間的地區，該項目適當提高地下停車比率，減少地面停車對地上綠化的影響。對于車行出入口的設置，為確保地下停車場在早晚高峰時段和商業在節假日高峰時期車輛順暢進出，設計時需重點考慮出入口的合理布局。出入口的設計對于任何建筑空間都是至關重要的，尤其是地下建筑，因為它們是連接不同區域，促進內部與外部互動的關鍵環節。將停車場出入口設在兩地庫中部支路和南側次干道上，可以有效減少車輛對周圍行人帶來的干擾，并保證與周邊環境的無縫連接。此外，直線坡道相較于轉圈坡道更能節約空間，有助于提高地下車庫的使用效率[6]。

4）在經濟性矩陣方面，對于結構形式，考慮使用框架大板，并采用結構找坡的頂板以排水，同時可以節約成本。地下車庫建設中，鋼筋混凝土占比較大，優化設計限制其造價占總造價的60%。對于綜合管線，優化設計在滿足最低管廊高度要求的基礎上確保管線與結構之間的協調[7]。通過利用地形和景觀，采用下沉庭院和場地高差設計地庫的門窗洞口，可以自然地滿足采光和通風需求，這樣不僅減少了風機房和通風設備的需求，增加了停車位數量，還能通過豎向設計豐富景觀。考慮到地庫頂板與綠化設計的需求，需優化頂板覆土厚度，減小結構組件尺寸，以降低對層高的影響。在地下停車場的外墻設計中，采用部分合并住宅與車庫的擋土外墻，增加地下建筑的規則性，減少外墻面積，降低成本。降低地下車庫的層高也是控制建設成本的有效手段，不僅能減少基礎埋深和入口坡道的長度，還能降低墻體的高度、外墻的防水面積和土方、護坡的費用，從而大幅度降低整體造價。實際上，調整層高涉及建筑、設備、結構等多個領域的專業要求，通過精細化設計，確保各方面的要求得到滿足，從而進行經濟性的優化[8]。另外，合理選取柱網尺寸是決定地庫經濟性的重要變量，不僅要滿足舒適的停車需求，還要盡可能提供更多的停車位以提高經濟效益[9]。在保證項目品質的前提下，控制最小柱網尺寸，縮小跨度以節約成本并提高空間利用率。

5）在可持續性矩陣方面，在進行地下建筑設計時，同樣應遵循優先考慮被動策略的原則。這涉及多個方面，如節省能源、土地、水資源、材料和環境保護。根據項目條件合理利用可用資源，從而降低建筑的能源消耗。這可通過利用自然光照、通風，以及采用隔熱、保溫等有效措施來實現，提升地下室的舒適度。該項目通過設置多階臺地及開敞結構，實現了大部分地下室的自然通風采光。項目人防地下室部分通過對比不同材料的強度等級，選用C30 獨立樁200 mm 厚鋼筋混凝土承重外墻與同厚度頂板達到節約材料的目的。

4 結語

本文通過對地下車庫優化設計中的功能性、舒適性、經濟性和可持續性4 種評價矩陣的深入分析，揭示了矩陣思維在地下車庫設計中的作用和優勢。但是，面對多元化的利益相關需求，復雜的地形與市政條件，建筑師需要思維的持續創新，才能解決新的問題。

地下車庫的建筑設計中，一方面，滿足居民公共活動的空間需求；另一方面，要提升地下空間的人性化?？傊?，矩陣思維在地下車庫的優化設計中有揮重要作用，在推動設計創新與滿足未來需求方面的潛力仍待進一步挖掘。建筑師應當進一步研究矩陣思維在規劃與建筑設計領域中的更廣泛應用，以期提供更優化、更人性化、更經濟、更可持續的車庫設計方案。