基于環形垂直升降式立體車庫的研究設計

陳東勝 張煒 李建偉 劉曉倩 楊旭桃 牟娜娜

摘 要：傳統的停車場由于存在容量低、位置散等缺陷，加之人工智能化程度較低，造成了停車管理效率低下等問題。城市停車難已成為影響城市發展的重要制約因素，如何科學、合理地設計停車場地，在提高土地利用率的同時最大程度的保證車庫容量，是立體車庫的主要優勢。如今互聯網技術更加成熟，車主要求服務更加智能化。在立體車庫日益發展的今天，一款智能化管理的立體車庫，在方便快捷的服務用戶的同時，還能夠提高城市空間停車的利用率，節約社會資源，節省出行時間。本文設計了一款智能化管理的環形垂直升降式立體車庫，并介紹了其基本結構和工作原理。

關鍵詞：智能立體車庫;發展現狀;PLC控制;無人管理

中圖分類號：U461.99 ?文獻標識碼：B ?文章編號：1671-7988（2020）20-25-04

Abstract： Due to the defects of low capacity and scattered location in traditional parking lots， and the low degree of artificial intelligence， it has caused problems such as inefficient parking management. Difficult urban parking has become an important restrictive factor affecting urban development. How to design parking lots scientifically and reasonably， while maximizing the land utilization rate and ensuring the maximum garage capacity， is the main advantage of a three-dimensional garage. Nowadays， Internet technology is more mature， and car owners demand more intelligent services. With the increasing development of three-dimensional garages today， an intelligently managed three-dimensional garage can not only serve users conveniently but also increase the utilization rate of urban space parking， save social resources and save travel time. This article designs an intelligently managed ring-shaped vertical lifting stereo garage， and introduces its basic structure and working principle.

Keywords： intelligent three-dimensional garage; development status; PLC control; unmanned management

CLC NO.： U461.99 ?Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）20-25-04

引言

隨著當今社會和經濟的快速發展，汽車行業已成為我國發展最為迅速的行業之一，汽車在大眾的日常生活中也越來越普遍，成為家家戶戶的必需品。其中，私家車的數量呈現快速增長的趨勢。根據相關統計結果，截至2019年底，全國私人汽車保有量已經達到22635萬輛，與去年相比，增加1905萬輛[1]。隨著我國私家車數量的迅速增加，使得一些城市原有的停車配建標準已不能滿足現有車輛需求，停車設施也出現供不應求的狀況。此外，部分城市的停車設施由于沒有經過總體規劃，現在出現了空間分布不合理、利用率低下等問題。因此，人們在不斷尋求解決措施的過程中發現，目前最有效的解決措施是發展機械式立體停車庫。立體停車庫采用多層多列布置，利用較小的占地面積來存放較多的車輛。由于我國的城市停車技術起步比較晚且正處在剛開始發展和研究階段，很多現有的立體車庫還存在穩定性差、管理成本高、美觀性差和智能化程度低等問題。基于此，本文主要結合環形垂直升降式立體車庫和PLC等技術，設計了一個智能化管理的立體車庫，并對其設計方案進行了的研究。

1 立體式車庫研究背景

關于立體停車庫的研究、普及與發展，已到了一定的發展階段，參考文獻發現，機械式立體車庫的形式較多[2]～[6]。若按《JB/T8713》的標準劃分，可將機械式立體車庫分為八個種類[7]。本文主要研究的是垂直升降式立體車庫。

2 國內外環形垂直升降式立體車庫的發展

2.1 國外發展案列

1920年，美國在建設了第一座立體車庫。隨著汽車工業的發展，上世紀60年代日本、歐洲、美國開始出現車輛與車位供需不平衡的問題[8]。再加上日本由于國土面積狹小，可用于建設傳統意義上的停車場地少之又少，所以他們很重視土地利用率。國外的立體停車行業發展技術領先于國內，而且日本、德國、以色列這些國家的環形垂直升降式立體車庫技術在世界處于領先地位[9]。如下圖1、圖2、圖3所示。

2.2 國內發展案列

近年來，國內一些停車設備制造企業在不斷設計并建設了屬于自己公司環形垂直升降式立體車庫產品。其中以深圳市中科利亨車庫設備股份有限公司為例，2018年該公司在重慶九龍坡區政府設計了一座智能停車樓。該停車庫占地面積675m2，高10層，可提供387個停車位，有15個出入口。如下圖4所示。

2.3 立體車庫發展中存在的問題

2015年開始，國家和地方相繼出臺政策鼓勵各大城市推進立體車庫的建設，在短短的幾年內憑借立體車殼的占地相對較小、儲存效率高等特別，受到國家和政府的重點扶持發展對象。環形垂直升降式立體車庫的優點是土地利用率較高、運動占用空間小、配置靈活;但不足之處是我國立體車庫建設起步比較晚，很多關鍵技術還是從國外借鑒的、技術創新能力缺乏、由于環形立體式車庫存取車出入口只能為一輛車提供服務及存在排隊存取車問和智能化程度不高等問題。為了更好的解決這些問題，本文的主要設計思路是通過提升環形垂直升降式立體車庫的自動化智能化水平，提升存取車作業的速度、安全、穩定等性能指標。

3 環形垂直升降式立體車庫硬件設備的組成和工作原理

3.1 環形垂直升降式立體車庫組成

在環形垂直升降式立體車庫中，整體框架、傳動部分和動力部分是主體結構建筑的機械系統的三大部分[10]。如下圖5所示。

環形垂直升降式立體車庫的整體框架基本模型分為地上、地下兩部分，其中地上設計為5層，地下設計3層，整體呈圓柱形結構。如圖6所示。為了更好的固定整體和存放車輛，本文研究的的立體車庫主體結構采用鋼架結構。為了科學合理地設計車庫尺寸，根據資料研究，目前的三種車型D型車5000*1850*1500 ?、T型車5300*1900*1550、K型車5000*1850*2050，這三種車型是運用最多的。為了能保證市面上95%的車輛能夠在車庫存放，環形垂直升降式立體車庫的長度、寬度、高度的設計建議取值為6000mm、2850mm、1900mm。這樣科學地設計，會大幅提高空間的利用率，每層可存放10輛車[11]。如圖7所示。

鋼架結構在經過靜力的仿真實驗后，發現鋼架結構的的韌性和承載能力比較強，能夠滿足設計需求，保證其能存放80輛汽車的設計要求。其中固定板、橫梁、縱梁、立柱、連接板和支撐肋板是組成鋼架結構的重要組成部分。鋼架結構的固定板和連接板采用鋼板，橫梁和縱梁都采用T型鋼，立柱則采用H型鋼，整體結構有這些鋼材焊接而成[12]。如圖8所示。

環形垂直升降式立體車庫的縱向運動是位于井道內的的升降平臺所做的運動。升降平臺采用曳引機驅動方式，鋼絲繩一端吊載車板，另一端吊配重物體。曳引機作為驅動機構，鋼絲繩通過曳引機掛在滑輪上，當曳引機發生轉動時，鋼絲繩和滑輪之間的摩擦力將產生曳引力[13]。在用戶進行存車或取車作業時，升降平臺通過電子控制元件能夠完成車位尋址的目標停車層定位，此時曳引機將存在兩種工作模式：正反裝和變速。正反轉將帶動鋼繩滑輪組牽引托盤完成井道中的升降運動。同時，調速控制將載車盤準確快速地移動到指定層位，穩定地將托盤定位在目標停車層位。如圖9所示。

3.2 環形垂直升降式立體車庫運行原理

當駕駛者將車輛停入位于地面的外圈車庫，由布置在外圈車庫內的各類傳感器確認車輛信息和車輛位置、車庫內和車輛內否還有人員進行全方位的檢測，自動控制系統在確認無錯誤信息后，車輛被載車盤由傳動鏈運送到位于井道的升降平臺。這時升降平臺根據有目前所空余的車位做垂直上下運動，直至平臺到達目標車位。與此同時，主軸電機做旋轉運動將車位旋轉至同一層的空車位處。車輛再由傳動鏈輸送至目標車位。

4 環形垂直升降式立體車庫軟件智能化控制方案

關于停車庫控制系統的設計，智能控制軟件讓停車場“無人值守”的實現無需收費的自動在線支付系統;暢通無阻進入停車場的自動智能存取車系統;了解停車場位置，預約存取車的遠程查詢-預約系統;以及自動導航和安全監控系統，實現‘車聯網時代智能化。這五個無人管理子系統共同構成“智能管理平臺”[14]。這些子系統都是由中央控制室統一控制的，用客戶端APP可以很好的為客戶規劃停車庫管理形式、發布車庫庫存容量以及控制車流存取方案，實現停車場的全面聯網和智能化管理。環形垂直升降式立體車庫工作原理如圖10所示。

4.1 自動在線支付系統

自動在線支付系統采用的是用戶通過APP移動在線支付。APP將有會員制和非會員制之分。對會員制來說，不需要IC卡支付費用，采用APP線上支付，同時可以發行預約汽車后市場服務，因使用停車庫所產生的費用可在預約線上洗車、修車、汽車美容等業務。相反的，非會員制是針對臨時客戶，每次停車將自動扣除本次產生的費用。

4.2 自動智能存取車系統

自動智能存取車系統是由可編程控制器PLC控制，此系統采用用戶端APP就近尋找車位，提高客戶找車位的效率，減少汽車能耗[15]。而且軟件操作方便，既能集中管理，又可由客戶自己操作，用戶通過APP導航進入車庫時，自動識別系統通過識別車牌號，將載車盤移動到人車交接的位置。當用戶進行取車系統操作時，車輛會停放在安全位置后，停車正常指示燈亮起，取車完成后，車庫門自動關閉，整個過程連貫快速，大大縮減了存取車的時間。車載盤的移動也是在系統嚴格按照各種檢測信號的狀態進行的。當有檢測有故障時，所有的載車盤將停止運行，直到急停信號消失后才會恢復正常運轉。

4.3 遠程查詢-預約系統

遠程查詢-預約系統的原理是依靠現場控制器，將其通過網卡、Hub、APP等網絡設備與控制中心的局域網相連接，再利用MODEN實現遠程管理，達到監測現場運行情況的目的。這樣一來，控制中心就可以第一時間收到消息并及時反饋在APP系統上，用戶可以快速查詢停車場最新數據，方便用戶尋找停車場和停車的問題。

4.4 自動導航系統

自動導航系統是在車庫的出入口安裝非接觸式車牌號讀取器、感應線圈及道閘，這樣用戶通過APP操作后在車庫出入口處，系統可自動判別用戶停車時間，通過中央處理器，快速計算出方便用戶取車，識別成功后，道閘自動開啟，車輛通過感應線圈之后，道閘又會自動關閉。將車輛運送到最佳位置。

4.5 安全監控系統

安全監控系統的作用是在無人管理的前提，通過獲取現場監控數據運行以及其他情況。它將車輛運動檢測、車牌識別、網絡數據連接、各種類型的報警系統實現連動等功能與一體，可以實現無人管理車庫，減少人工成本。

5 結束語

現代建筑的主流趨于智能化大廈和小區建設，擁有小汽車的住戶也是越來越多，停車場受土地資源的限制，也沒法建立更多的停車場。要想解決這一停車難的問題，立體車庫就成了最有效的工具，立體停車場的新建，很大程度上緩解了車位緊張問題。同時車庫走向無人化管理是市場發展的方向，也是大勢所趨，未來市場的競爭高地必在于此0。因此車庫制造應注重產品無人管理的研發設計，做實用庫、安全庫，做能真正實現無人管理的智能車庫。

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