矩陣思維在地下車庫(kù)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

趙悅含

隨著人們對(duì)城市地下空間資源的不斷開發(fā)和利用，以及規(guī)劃師、建筑師對(duì)于地下建筑設(shè)計(jì)理念和方法研究的深入，地下空間設(shè)計(jì)，尤其是地下車庫(kù)建筑設(shè)計(jì)的思維方式變得更加全面。在綜合考慮地下車庫(kù)建設(shè)的功能性、安全性、舒適性、經(jīng)濟(jì)性、可持續(xù)性等因素后，勢(shì)必需要得到最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，這亟須運(yùn)用跨學(xué)科、多層次理論和知識(shí)解決地下車庫(kù)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)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(shí)考慮這些部分之間的相互關(guān)系和影響。在地下車庫(kù)設(shè)計(jì)的場(chǎng)景中，矩陣思維可以幫助建筑師全面考量和評(píng)估不同設(shè)計(jì)對(duì)于多個(gè)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(kù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)系

1.1 矩陣思維解決設(shè)計(jì)問題的原理

世上所有事物都是相互關(guān)聯(lián)的，基本不存在完全孤立的個(gè)體。隨著社會(huì)變得越來越復(fù)雜，各方面互相依賴，并需要更廣泛的協(xié)作，這體現(xiàn)了建立系統(tǒng)性思維的重要性[1]。矩陣思維就是這種系統(tǒng)性思維的表現(xiàn)形式之一，其強(qiáng)調(diào)了各因素之間的相互依賴，著重于全局、平衡各種因素，對(duì)問題進(jìn)行多角度且深入的思考。在建筑設(shè)計(jì)的實(shí)踐中，追求具有明確目標(biāo)的設(shè)計(jì)成果是其核心動(dòng)力，目的是實(shí)現(xiàn)一種“必然的結(jié)果”。因此，將矩陣思維作為一種有效的分析與推理工具是設(shè)計(jì)的大勢(shì)所趨[2]。

1.2 利用矩陣思維進(jìn)行地下車庫(kù)優(yōu)化的目標(biāo)

針對(duì)地下車庫(kù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可選擇和決策的重點(diǎn)要素通常有：結(jié)構(gòu)形式、柱網(wǎng)布置、層高、車位布置、設(shè)備用房、出入口設(shè)置、地下公區(qū)、交通流線等[3]。這些關(guān)鍵要素影響著地下車庫(kù)的整體效率和使用體驗(yàn)。為清晰地評(píng)估和優(yōu)化這些要素，可以將它們整合到4 個(gè)主要評(píng)價(jià)矩陣中：功能性、舒適性、經(jīng)濟(jì)性和可持續(xù)性，這些是衡量?jī)?yōu)化效果的關(guān)鍵指標(biāo)。

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

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

3）經(jīng)濟(jì)性：包括高停車率，同時(shí)控制建設(shè)成本、運(yùn)營(yíng)管理便捷性、后期維護(hù)成本低等要點(diǎn)，目的是實(shí)現(xiàn)成本效益最大化。

4）可持續(xù)性：包括自然采光通風(fēng)、使用環(huán)保材料、節(jié)能照明系統(tǒng)、水資源回收利用等環(huán)境友好措施，旨在提升建筑的長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展能力。

通過優(yōu)化這4 方面的因素，能夠提升地下車庫(kù)的整體性能，增強(qiáng)使用者的停車體驗(yàn)，同時(shí)確保經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益的平衡。矩陣公式如下：

2 運(yùn)用矩陣思維進(jìn)行地下車庫(kù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)

矩陣思維是一種高度邏輯性和關(guān)聯(lián)性的思考方式，通過對(duì)目標(biāo)對(duì)象的因子進(jìn)行深入研究和邏輯分析，提取多個(gè)維度，從而形成結(jié)構(gòu)化的矩陣量表，為系統(tǒng)決策提供輔助。這種方式的特點(diǎn)是：維度多，分析復(fù)雜，決策精確；維度少，易于人腦處理，決策效率高但不準(zhǔn)確。因此，矩陣的維度和決策的精確度、效率之間存在直接關(guān)系。地下車庫(kù)建造工程量和成本投入巨大，在決策效率和決策準(zhǔn)確度上更加偏向要求精準(zhǔn)無誤，所以在運(yùn)用矩陣思維時(shí)要考慮其復(fù)雜因子并逐步解決各種難題。

2.1 維度的復(fù)雜性

功能混合的復(fù)雜性：如今地下空間越來越與地上各種功能空間發(fā)生聯(lián)系，甚至地上的居住、商業(yè)、娛樂等功能會(huì)通過開敞空間或半地下室的形式滲透進(jìn)地下，地下空間會(huì)根據(jù)不同用地性質(zhì)、區(qū)位和發(fā)展要求展現(xiàn)出多種功能的混合。這種功能混合給地下車庫(kù)的設(shè)計(jì)帶來了復(fù)雜性，尤其一些平戰(zhàn)結(jié)合的民防工程兼顧地下車庫(kù)，需要考慮如何在有限空間內(nèi)合理規(guī)劃不同的功能區(qū)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(fù)雜性：強(qiáng)調(diào)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(shè)計(jì)上不僅要考慮功能的獨(dú)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(chǎng)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(jié)點(diǎn)，增加了優(yōu)化設(shè)計(jì)的難度。

規(guī)劃策略的復(fù)雜性：在地下車庫(kù)設(shè)計(jì)的早期規(guī)劃階段，核心考量為車位售價(jià)與建安成本之間的比較。若車位售價(jià)未達(dá)到建安成本，宜遵循規(guī)劃部門對(duì)最低停車位數(shù)的要求，優(yōu)先利用地面停車資源，以縮減地下停車設(shè)施的規(guī)模，從而實(shí)現(xiàn)成本的有效控制。此時(shí)，應(yīng)確保停車場(chǎng)的外形規(guī)整，以優(yōu)化支護(hù)和開挖作業(yè)的經(jīng)濟(jì)性。反之，若車位售價(jià)超出建安成本，則可以在不犧牲綠化率和實(shí)際綠化面積的前提下，擴(kuò)大停車場(chǎng)規(guī)模并大幅增設(shè)停車位，以更好地滿足市場(chǎng)需求。

2.2 技術(shù)與管理難題

未來發(fā)展的不確定性：隨著城市功能的升級(jí)、城市防護(hù)的加強(qiáng)和人口規(guī)模的擴(kuò)大，地下空間的開發(fā)規(guī)模和數(shù)量將會(huì)有較大的增長(zhǎng)。這要求設(shè)計(jì)不僅要滿足當(dāng)前的需求，還要有足夠的靈活性和擴(kuò)展性，以適應(yīng)未來可能的變化和擴(kuò)展，這在規(guī)劃和設(shè)計(jì)上是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。

安全與環(huán)境問題：地下車庫(kù)的設(shè)計(jì)還要重點(diǎn)考慮安全問題，包括但不限于火災(zāi)、地震、暴雨等緊急情況的安全疏散，以及通風(fēng)、照明等環(huán)境因素的優(yōu)化。這些問題在功能復(fù)雜且要求高連通性的地下空間尤為重要。

技術(shù)與成本的平衡：實(shí)現(xiàn)高度綜合化和功能性的地下車庫(kù)建設(shè)需要較多的技術(shù)支持和成本投入。在有限的預(yù)算內(nèi)采用恰當(dāng)?shù)膬?yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)方案，既滿足使用需求又控制成本，是地下車庫(kù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的另一大挑戰(zhàn)。

3 矩陣思維在地下車庫(kù)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的實(shí)踐應(yīng)用

3.1 項(xiàng)目背景

作為實(shí)踐項(xiàng)目的太原南窊村城中村改造地下車庫(kù)專項(xiàng)優(yōu)化設(shè)計(jì)項(xiàng)目位于太原市北，臥虎山路以東，大鋼干校街以北，該項(xiàng)目分為兩個(gè)大的地塊，南側(cè)規(guī)劃建設(shè)住宅、幼兒園，其地下車庫(kù)規(guī)模75690 m2，北側(cè)地塊規(guī)劃建設(shè)社區(qū)商業(yè)街，其地下車庫(kù)規(guī)模15190 m2。整個(gè)項(xiàng)目用地呈正方形，邊長(zhǎng)約334 m。項(xiàng)目地勢(shì)北高南低、東高西低，較復(fù)雜。南北高差4 m，東西高差20 m。地勢(shì)的復(fù)雜性和高差造成了設(shè)計(jì)上的難度，需要充分考慮如何順應(yīng)地勢(shì)將停車庫(kù)入口和出口設(shè)置得合理，以減小進(jìn)出停車庫(kù)的難度，提高車輛和乘客的通行便利性。另外，北側(cè)和南側(cè)停車場(chǎng)用途的區(qū)分是優(yōu)化設(shè)計(jì)需要重點(diǎn)考慮的因素，應(yīng)利用有限的空間，滿足不同地塊和不同用戶的停車需求，設(shè)計(jì)出更符合不同人群需要的停車庫(kù)。

3.2 矩陣思維設(shè)計(jì)與優(yōu)化決策

矩陣的建筑設(shè)計(jì)思維作為該項(xiàng)目?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)過程的根基，超越了個(gè)人的知識(shí)積累和經(jīng)驗(yàn)背景。它涉及識(shí)別問題、分析問題和解決問題的方法。設(shè)計(jì)過程實(shí)質(zhì)上變成一個(gè)探索問題、深入了解問題并量化相應(yīng)解決方案的連續(xù)活動(dòng)[5]。

1）在考慮有一定規(guī)模居住區(qū)的地下車庫(kù)設(shè)計(jì)布局時(shí)，需要緊密關(guān)注用地的容積率，這決定了地下車庫(kù)的停車形式。第1，對(duì)于容積率不超過2.0的情況，優(yōu)先采用1 層滿鋪非機(jī)械式普通停車位的地庫(kù)方案，同時(shí)確保滿足城市規(guī)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(duì)于容積率2.0 ～2.9 的情況，在考慮場(chǎng)地豎向合理的基礎(chǔ)上，優(yōu)先部署部分機(jī)械式停車位的1 層地下車庫(kù)，并努力實(shí)現(xiàn)地下室底板標(biāo)高的一致性以減少內(nèi)部坡道消耗停車效率。在用地形狀較為規(guī)則，地勢(shì)高差可利用的情況下，可考慮采用兩層滿鋪設(shè)非機(jī)械式停車的地庫(kù)設(shè)計(jì)。盡量避免建設(shè)3 層或3 層以上的地下車庫(kù)以優(yōu)化效率和成本。第3，對(duì)于容積率在2.9 及以上的情況（如該項(xiàng)目），結(jié)合場(chǎng)地高差，可采用局部機(jī)械停車的2層地庫(kù)方案。在設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)的技術(shù)層面，優(yōu)化項(xiàng)目設(shè)計(jì)考慮的基本要點(diǎn)和標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 地庫(kù)優(yōu)化項(xiàng)目基本要點(diǎn)和標(biāo)準(zhǔn)

2）在功能性矩陣方面，住宅和商業(yè)地塊構(gòu)成了相互補(bǔ)充的子系統(tǒng)。雖然住宅和商業(yè)之間被市政道路隔開，但北側(cè)的商業(yè)區(qū)對(duì)停車位的需求遠(yuǎn)大于南側(cè)的住宅區(qū)。為了解決這一問題，在保證住宅區(qū)停車位充足的前提下，通過設(shè)置連接通道使兩個(gè)地塊聯(lián)通。高峰時(shí)段，當(dāng)北側(cè)商業(yè)地塊的停車需求超出規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，住宅區(qū)可以開放部分地下臨時(shí)停車位供商業(yè)區(qū)使用。此外，商業(yè)地塊與周邊地勢(shì)存在顯著的高差，可以在臺(tái)地位置設(shè)計(jì)直接面向公眾的人行出入口，使得住宅區(qū)居民能夠方便地通過地下通道進(jìn)入商業(yè)區(qū)進(jìn)行購(gòu)物和休閑活動(dòng)。

3）在舒適性矩陣方面，在城市高強(qiáng)度開發(fā)利用地下空間的地區(qū)，該項(xiàng)目適當(dāng)提高地下停車比率，減少地面停車對(duì)地上綠化的影響。對(duì)于車行出入口的設(shè)置，為確保地下停車場(chǎng)在早晚高峰時(shí)段和商業(yè)在節(jié)假日高峰時(shí)期車輛順暢進(jìn)出，設(shè)計(jì)時(shí)需重點(diǎn)考慮出入口的合理布局。出入口的設(shè)計(jì)對(duì)于任何建筑空間都是至關(guān)重要的，尤其是地下建筑，因?yàn)樗鼈兪沁B接不同區(qū)域，促進(jìn)內(nèi)部與外部互動(dòng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。將停車場(chǎng)出入口設(shè)在兩地庫(kù)中部支路和南側(cè)次干道上，可以有效減少車輛對(duì)周圍行人帶來的干擾，并保證與周邊環(huán)境的無縫連接。此外，直線坡道相較于轉(zhuǎn)圈坡道更能節(jié)約空間，有助于提高地下車庫(kù)的使用效率[6]。

4）在經(jīng)濟(jì)性矩陣方面，對(duì)于結(jié)構(gòu)形式，考慮使用框架大板，并采用結(jié)構(gòu)找坡的頂板以排水，同時(shí)可以節(jié)約成本。地下車庫(kù)建設(shè)中，鋼筋混凝土占比較大，優(yōu)化設(shè)計(jì)限制其造價(jià)占總造價(jià)的60%。對(duì)于綜合管線，優(yōu)化設(shè)計(jì)在滿足最低管廊高度要求的基礎(chǔ)上確保管線與結(jié)構(gòu)之間的協(xié)調(diào)[7]。通過利用地形和景觀，采用下沉庭院和場(chǎng)地高差設(shè)計(jì)地庫(kù)的門窗洞口，可以自然地滿足采光和通風(fēng)需求，這樣不僅減少了風(fēng)機(jī)房和通風(fēng)設(shè)備的需求，增加了停車位數(shù)量，還能通過豎向設(shè)計(jì)豐富景觀?？紤]到地庫(kù)頂板與綠化設(shè)計(jì)的需求，需優(yōu)化頂板覆土厚度，減小結(jié)構(gòu)組件尺寸，以降低對(duì)層高的影響。在地下停車場(chǎng)的外墻設(shè)計(jì)中，采用部分合并住宅與車庫(kù)的擋土外墻，增加地下建筑的規(guī)則性，減少外墻面積，降低成本。降低地下車庫(kù)的層高也是控制建設(shè)成本的有效手段，不僅能減少基礎(chǔ)埋深和入口坡道的長(zhǎng)度，還能降低墻體的高度、外墻的防水面積和土方、護(hù)坡的費(fèi)用，從而大幅度降低整體造價(jià)。實(shí)際上，調(diào)整層高涉及建筑、設(shè)備、結(jié)構(gòu)等多個(gè)領(lǐng)域的專業(yè)要求，通過精細(xì)化設(shè)計(jì)，確保各方面的要求得到滿足，從而進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)化[8]。另外，合理選取柱網(wǎng)尺寸是決定地庫(kù)經(jīng)濟(jì)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(jīng)濟(jì)效益[9]。在保證項(xiàng)目品質(zhì)的前提下，控制最小柱網(wǎng)尺寸，縮小跨度以節(jié)約成本并提高空間利用率。

5）在可持續(xù)性矩陣方面，在進(jìn)行地下建筑設(shè)計(jì)時(shí)，同樣應(yīng)遵循優(yōu)先考慮被動(dòng)策略的原則。這涉及多個(gè)方面，如節(jié)省能源、土地、水資源、材料和環(huán)境保護(hù)。根據(jù)項(xiàng)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(fēng)，以及采用隔熱、保溫等有效措施來實(shí)現(xiàn)，提升地下室的舒適度。該項(xiàng)目通過設(shè)置多階臺(tái)地及開敞結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了大部分地下室的自然通風(fēng)采光。項(xiàng)目人防地下室部分通過對(duì)比不同材料的強(qiáng)度等級(jí)，選用C30 獨(dú)立樁200 mm 厚鋼筋混凝土承重外墻與同厚度頂板達(dá)到節(jié)約材料的目的。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過對(duì)地下車庫(kù)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的功能性、舒適性、經(jīng)濟(jì)性和可持續(xù)性4 種評(píng)價(jià)矩陣的深入分析，揭示了矩陣思維在地下車庫(kù)設(shè)計(jì)中的作用和優(yōu)勢(shì)。但是，面對(duì)多元化的利益相關(guān)需求，復(fù)雜的地形與市政條件，建筑師需要思維的持續(xù)創(chuàng)新，才能解決新的問題。

地下車庫(kù)的建筑設(shè)計(jì)中，一方面，滿足居民公共活動(dòng)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(kù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中有揮重要作用，在推動(dòng)設(shè)計(jì)創(chuàng)新與滿足未來需求方面的潛力仍待進(jìn)一步挖掘。建筑師應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步研究矩陣思維在規(guī)劃與建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的更廣泛應(yīng)用，以期提供更優(yōu)化、更人性化、更經(jīng)濟(jì)、更可持續(xù)的車庫(kù)設(shè)計(jì)方案。