基于環(huán)形垂直升降式立體車庫(kù)的研究設(shè)計(jì)

陳東勝 張煒 李建偉 劉曉倩 楊旭桃 牟娜娜

摘 要：傳統(tǒng)的停車場(chǎng)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(wèn)題。城市停車難已成為影響城市發(fā)展的重要制約因素，如何科學(xué)、合理地設(shè)計(jì)停車場(chǎng)地，在提高土地利用率的同時(shí)最大程度的保證車庫(kù)容量，是立體車庫(kù)的主要優(yōu)勢(shì)。如今互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)更加成熟，車主要求服務(wù)更加智能化。在立體車庫(kù)日益發(fā)展的今天，一款智能化管理的立體車庫(kù)，在方便快捷的服務(wù)用戶的同時(shí)，還能夠提高城市空間停車的利用率，節(jié)約社會(huì)資源，節(jié)省出行時(shí)間。本文設(shè)計(jì)了一款智能化管理的環(huán)形垂直升降式立體車庫(kù)，并介紹了其基本結(jié)構(gòu)和工作原理。

關(guān)鍵詞：智能立體車庫(kù);發(fā)展現(xiàn)狀;PLC控制;無(wú)人管理

中圖分類號(hào)：U461.99 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B ?文章編號(hào)：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(dāng)今社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，汽車行業(yè)已成為我國(guó)發(fā)展最為迅速的行業(yè)之一，汽車在大眾的日常生活中也越來(lái)越普遍，成為家家戶戶的必需品。其中，私家車的數(shù)量呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，截至2019年底，全國(guó)私人汽車保有量已經(jīng)達(dá)到22635萬(wàn)輛，與去年相比，增加1905萬(wàn)輛[1]。隨著我國(guó)私家車數(shù)量的迅速增加，使得一些城市原有的停車配建標(biāo)準(zhǔn)已不能滿足現(xiàn)有車輛需求，停車設(shè)施也出現(xiàn)供不應(yīng)求的狀況。此外，部分城市的停車設(shè)施由于沒(méi)有經(jīng)過(guò)總體規(guī)劃，現(xiàn)在出現(xiàn)了空間分布不合理、利用率低下等問(wèn)題。因此，人們?cè)诓粩鄬で蠼鉀Q措施的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，目前最有效的解決措施是發(fā)展機(jī)械式立體停車庫(kù)。立體停車庫(kù)采用多層多列布置，利用較小的占地面積來(lái)存放較多的車輛。由于我國(guó)的城市停車技術(shù)起步比較晚且正處在剛開(kāi)始發(fā)展和研究階段，很多現(xiàn)有的立體車庫(kù)還存在穩(wěn)定性差、管理成本高、美觀性差和智能化程度低等問(wèn)題。基于此，本文主要結(jié)合環(huán)形垂直升降式立體車庫(kù)和PLC等技術(shù)，設(shè)計(jì)了一個(gè)智能化管理的立體車庫(kù)，并對(duì)其設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了的研究。

1 立體式車庫(kù)研究背景

關(guān)于立體停車庫(kù)的研究、普及與發(fā)展，已到了一定的發(fā)展階段，參考文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，機(jī)械式立體車庫(kù)的形式較多[2]～[6]。若按《JB/T8713》的標(biāo)準(zhǔn)劃分，可將機(jī)械式立體車庫(kù)分為八個(gè)種類[7]。本文主要研究的是垂直升降式立體車庫(kù)。

2 國(guó)內(nèi)外環(huán)形垂直升降式立體車庫(kù)的發(fā)展

2.1 國(guó)外發(fā)展案列

1920年，美國(guó)在建設(shè)了第一座立體車庫(kù)。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，上世紀(jì)60年代日本、歐洲、美國(guó)開(kāi)始出現(xiàn)車輛與車位供需不平衡的問(wèn)題[8]。再加上日本由于國(guó)土面積狹小，可用于建設(shè)傳統(tǒng)意義上的停車場(chǎng)地少之又少，所以他們很重視土地利用率。國(guó)外的立體停車行業(yè)發(fā)展技術(shù)領(lǐng)先于國(guó)內(nèi)，而且日本、德國(guó)、以色列這些國(guó)家的環(huán)形垂直升降式立體車庫(kù)技術(shù)在世界處于領(lǐng)先地位[9]。如下圖1、圖2、圖3所示。

2.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展案列

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)一些停車設(shè)備制造企業(yè)在不斷設(shè)計(jì)并建設(shè)了屬于自己公司環(huán)形垂直升降式立體車庫(kù)產(chǎn)品。其中以深圳市中科利亨車庫(kù)設(shè)備股份有限公司為例，2018年該公司在重慶九龍坡區(qū)政府設(shè)計(jì)了一座智能停車樓。該停車庫(kù)占地面積675m2，高10層，可提供387個(gè)停車位，有15個(gè)出入口。如下圖4所示。

2.3 立體車庫(kù)發(fā)展中存在的問(wèn)題

2015年開(kāi)始，國(guó)家和地方相繼出臺(tái)政策鼓勵(lì)各大城市推進(jìn)立體車庫(kù)的建設(shè)，在短短的幾年內(nèi)憑借立體車殼的占地相對(duì)較小、儲(chǔ)存效率高等特別，受到國(guó)家和政府的重點(diǎn)扶持發(fā)展對(duì)象。環(huán)形垂直升降式立體車庫(kù)的優(yōu)點(diǎn)是土地利用率較高、運(yùn)動(dòng)占用空間小、配置靈活;但不足之處是我國(guó)立體車庫(kù)建設(shè)起步比較晚，很多關(guān)鍵技術(shù)還是從國(guó)外借鑒的、技術(shù)創(chuàng)新能力缺乏、由于環(huán)形立體式車庫(kù)存取車出入口只能為一輛車提供服務(wù)及存在排隊(duì)存取車問(wèn)和智能化程度不高等問(wèn)題。為了更好的解決這些問(wèn)題，本文的主要設(shè)計(jì)思路是通過(guò)提升環(huán)形垂直升降式立體車庫(kù)的自動(dòng)化智能化水平，提升存取車作業(yè)的速度、安全、穩(wěn)定等性能指標(biāo)。

3 環(huán)形垂直升降式立體車庫(kù)硬件設(shè)備的組成和工作原理

3.1 環(huán)形垂直升降式立體車庫(kù)組成

在環(huán)形垂直升降式立體車庫(kù)中，整體框架、傳動(dòng)部分和動(dòng)力部分是主體結(jié)構(gòu)建筑的機(jī)械系統(tǒng)的三大部分[10]。如下圖5所示。

環(huán)形垂直升降式立體車庫(kù)的整體框架基本模型分為地上、地下兩部分，其中地上設(shè)計(jì)為5層，地下設(shè)計(jì)3層，整體呈圓柱形結(jié)構(gòu)。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(kù)主體結(jié)構(gòu)采用鋼架結(jié)構(gòu)。為了科學(xué)合理地設(shè)計(jì)車庫(kù)尺寸，根據(jù)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(yùn)用最多的。為了能保證市面上95%的車輛能夠在車庫(kù)存放，環(huán)形垂直升降式立體車庫(kù)的長(zhǎng)度、寬度、高度的設(shè)計(jì)建議取值為6000mm、2850mm、1900mm。這樣科學(xué)地設(shè)計(jì)，會(huì)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(jié)構(gòu)在經(jīng)過(guò)靜力的仿真實(shí)驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)鋼架結(jié)構(gòu)的的韌性和承載能力比較強(qiáng)，能夠滿足設(shè)計(jì)需求，保證其能存放80輛汽車的設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)的重要組成部分。鋼架結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)有這些鋼材焊接而成[12]。如圖8所示。

環(huán)形垂直升降式立體車庫(kù)的縱向運(yùn)動(dòng)是位于井道內(nèi)的的升降平臺(tái)所做的運(yùn)動(dòng)。升降平臺(tái)采用曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，鋼絲繩一端吊載車板，另一端吊配重物體。曳引機(jī)作為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，鋼絲繩通過(guò)曳引機(jī)掛在滑輪上，當(dāng)曳引機(jī)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，鋼絲繩和滑輪之間的摩擦力將產(chǎn)生曳引力[13]。在用戶進(jìn)行存車或取車作業(yè)時(shí)，升降平臺(tái)通過(guò)電子控制元件能夠完成車位尋址的目標(biāo)停車層定位，此時(shí)曳引機(jī)將存在兩種工作模式：正反裝和變速。正反轉(zhuǎn)將帶動(dòng)鋼繩滑輪組牽引托盤(pán)完成井道中的升降運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，調(diào)速控制將載車盤(pán)準(zhǔn)確快速地移動(dòng)到指定層位，穩(wěn)定地將托盤(pán)定位在目標(biāo)停車層位。如圖9所示。

3.2 環(huán)形垂直升降式立體車庫(kù)運(yùn)行原理

當(dāng)駕駛者將車輛停入位于地面的外圈車庫(kù)，由布置在外圈車庫(kù)內(nèi)的各類傳感器確認(rèn)車輛信息和車輛位置、車庫(kù)內(nèi)和車輛內(nèi)否還有人員進(jìn)行全方位的檢測(cè)，自動(dòng)控制系統(tǒng)在確認(rèn)無(wú)錯(cuò)誤信息后，車輛被載車盤(pán)由傳動(dòng)鏈運(yùn)送到位于井道的升降平臺(tái)。這時(shí)升降平臺(tái)根據(jù)有目前所空余的車位做垂直上下運(yùn)動(dòng)，直至平臺(tái)到達(dá)目標(biāo)車位。與此同時(shí)，主軸電機(jī)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)將車位旋轉(zhuǎn)至同一層的空車位處。車輛再由傳動(dòng)鏈輸送至目標(biāo)車位。

4 環(huán)形垂直升降式立體車庫(kù)軟件智能化控制方案

關(guān)于停車庫(kù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，智能控制軟件讓停車場(chǎng)“無(wú)人值守”的實(shí)現(xiàn)無(wú)需收費(fèi)的自動(dòng)在線支付系統(tǒng);暢通無(wú)阻進(jìn)入停車場(chǎng)的自動(dòng)智能存取車系統(tǒng);了解停車場(chǎng)位置，預(yù)約存取車的遠(yuǎn)程查詢-預(yù)約系統(tǒng);以及自動(dòng)導(dǎo)航和安全監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)‘車聯(lián)網(wǎng)時(shí)代智能化。這五個(gè)無(wú)人管理子系統(tǒng)共同構(gòu)成“智能管理平臺(tái)”[14]。這些子系統(tǒng)都是由中央控制室統(tǒng)一控制的，用客戶端APP可以很好的為客戶規(guī)劃停車庫(kù)管理形式、發(fā)布車庫(kù)庫(kù)存容量以及控制車流存取方案，實(shí)現(xiàn)停車場(chǎng)的全面聯(lián)網(wǎng)和智能化管理。環(huán)形垂直升降式立體車庫(kù)工作原理如圖10所示。

4.1 自動(dòng)在線支付系統(tǒng)

自動(dòng)在線支付系統(tǒng)采用的是用戶通過(guò)APP移動(dòng)在線支付。APP將有會(huì)員制和非會(huì)員制之分。對(duì)會(huì)員制來(lái)說(shuō)，不需要IC卡支付費(fèi)用，采用APP線上支付，同時(shí)可以發(fā)行預(yù)約汽車后市場(chǎng)服務(wù)，因使用停車庫(kù)所產(chǎn)生的費(fèi)用可在預(yù)約線上洗車、修車、汽車美容等業(yè)務(wù)。相反的，非會(huì)員制是針對(duì)臨時(shí)客戶，每次停車將自動(dòng)扣除本次產(chǎn)生的費(fèi)用。

4.2 自動(dòng)智能存取車系統(tǒng)

自動(dòng)智能存取車系統(tǒng)是由可編程控制器PLC控制，此系統(tǒng)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(guò)APP導(dǎo)航進(jìn)入車庫(kù)時(shí)，自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)通過(guò)識(shí)別車牌號(hào)，將載車盤(pán)移動(dòng)到人車交接的位置。當(dāng)用戶進(jìn)行取車系統(tǒng)操作時(shí)，車輛會(huì)停放在安全位置后，停車正常指示燈亮起，取車完成后，車庫(kù)門(mén)自動(dòng)關(guān)閉，整個(gè)過(guò)程連貫快速，大大縮減了存取車的時(shí)間。車載盤(pán)的移動(dòng)也是在系統(tǒng)嚴(yán)格按照各種檢測(cè)信號(hào)的狀態(tài)進(jìn)行的。當(dāng)有檢測(cè)有故障時(shí)，所有的載車盤(pán)將停止運(yùn)行，直到急停信號(hào)消失后才會(huì)恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

4.3 遠(yuǎn)程查詢-預(yù)約系統(tǒng)

遠(yuǎn)程查詢-預(yù)約系統(tǒng)的原理是依靠現(xiàn)場(chǎng)控制器，將其通過(guò)網(wǎng)卡、Hub、APP等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與控制中心的局域網(wǎng)相連接，再利用MODEN實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理，達(dá)到監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況的目的。這樣一來(lái)，控制中心就可以第一時(shí)間收到消息并及時(shí)反饋在APP系統(tǒng)上，用戶可以快速查詢停車場(chǎng)最新數(shù)據(jù)，方便用戶尋找停車場(chǎng)和停車的問(wèn)題。

4.4 自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)

自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)是在車庫(kù)的出入口安裝非接觸式車牌號(hào)讀取器、感應(yīng)線圈及道閘，這樣用戶通過(guò)APP操作后在車庫(kù)出入口處，系統(tǒng)可自動(dòng)判別用戶停車時(shí)間，通過(guò)中央處理器，快速計(jì)算出方便用戶取車，識(shí)別成功后，道閘自動(dòng)開(kāi)啟，車輛通過(guò)感應(yīng)線圈之后，道閘又會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。將車輛運(yùn)送到最佳位置。

4.5 安全監(jiān)控系統(tǒng)

安全監(jiān)控系統(tǒng)的作用是在無(wú)人管理的前提，通過(guò)獲取現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)運(yùn)行以及其他情況。它將車輛運(yùn)動(dòng)檢測(cè)、車牌識(shí)別、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)連接、各種類型的報(bào)警系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)連動(dòng)等功能與一體，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人管理車庫(kù)，減少人工成本。

5 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)代建筑的主流趨于智能化大廈和小區(qū)建設(shè)，擁有小汽車的住戶也是越來(lái)越多，停車場(chǎng)受土地資源的限制，也沒(méi)法建立更多的停車場(chǎng)。要想解決這一停車難的問(wèn)題，立體車庫(kù)就成了最有效的工具，立體停車場(chǎng)的新建，很大程度上緩解了車位緊張問(wèn)題。同時(shí)車庫(kù)走向無(wú)人化管理是市場(chǎng)發(fā)展的方向，也是大勢(shì)所趨，未來(lái)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)高地必在于此0。因此車庫(kù)制造應(yīng)注重產(chǎn)品無(wú)人管理的研發(fā)設(shè)計(jì)，做實(shí)用庫(kù)、安全庫(kù)，做能真正實(shí)現(xiàn)無(wú)人管理的智能車庫(kù)。

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