基于环形垂直升降式立体车库的研究设计

陈东胜 张炜 李建伟 刘晓倩 杨旭桃 牟娜娜

摘 要：传统的停车场由于存在容量低、位置散等缺陷，加之人工智能化程度较低，造成了停车管理效率低下等问题。城市停车难已成为影响城市发展的重要制约因素，如何科学、合理地设计停车场地，在提高土地利用率的同时最大程度的保证车库容量，是立体车库的主要优势。如今互联网技术更加成熟，车主要求服务更加智能化。在立体车库日益发展的今天，一款智能化管理的立体车库，在方便快捷的服务用户的同时，还能够提高城市空间停车的利用率，节约社会资源，节省出行时间。本文设计了一款智能化管理的环形垂直升降式立体车库，并介绍了其基本结构和工作原理。

關键词：智能立体车库;发展现状;PLC控制;无人管理

中图分类号：U461.99  文献标识码：B  文章编号：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

随着当今社会和经济的快速发展，汽车行业已成为我国发展最为迅速的行业之一，汽车在大众的日常生活中也越来越普遍，成为家家户户的必需品。其中，私家车的数量呈现快速增长的趋势。根据相关统计结果，截至2019年底，全国私人汽车保有量已经达到22635万辆，与去年相比，增加1905万辆[1]。随着我国私家车数量的迅速增加，使得一些城市原有的停车配建标准已不能满足现有车辆需求，停车设施也出现供不应求的状况。此外，部分城市的停车设施由于没有经过总体规划，现在出现了空间分布不合理、利用率低下等问题。因此，人们在不断寻求解决措施的过程中发现，目前最有效的解决措施是发展机械式立体停车库。立体停车库采用多层多列布置，利用较小的占地面积来存放较多的车辆。由于我国的城市停车技术起步比较晚且正处在刚开始发展和研究阶段，很多现有的立体车库还存在稳定性差、管理成本高、美观性差和智能化程度低等问题。基于此，本文主要结合环形垂直升降式立体车库和PLC等技术，设计了一个智能化管理的立体车库，并对其设计方案进行了的研究。

1 立体式车库研究背景

关于立体停车库的研究、普及与发展，已到了一定的发展阶段，参考文献发现，机械式立体车库的形式较多[2]～[6]。若按《JB/T8713》的标准划分，可将机械式立体车库分为八个种类[7]。本文主要研究的是垂直升降式立体车库。

2 国内外环形垂直升降式立体车库的发展

2.1 国外发展案列

1920年，美国在建设了第一座立体车库。随着汽车工业的发展，上世纪60年代日本、欧洲、美国开始出现车辆与车位供需不平衡的问题[8]。再加上日本由于国土面积狭小，可用于建设传统意义上的停车场地少之又少，所以他们很重视土地利用率。国外的立体停车行业发展技术领先于国内，而且日本、德国、以色列这些国家的环形垂直升降式立体车库技术在世界处于领先地位[9]。如下图1、图2、图3所示。

2.2 国内发展案列

近年来，国内一些停车设备制造企业在不断设计并建设了属于自己公司环形垂直升降式立体车库产品。其中以深圳市中科利亨车库设备股份有限公司为例，2018年该公司在重庆九龙坡区政府设计了一座智能停车楼。该停车库占地面积675m2，高10层，可提供387个停车位，有15个出入口。如下图4所示。

2.3 立体车库发展中存在的问题

2015年开始，国家和地方相继出台政策鼓励各大城市推进立体车库的建设，在短短的几年内凭借立体车壳的占地相对较小、储存效率高等特别，受到国家和政府的重点扶持发展对象。环形垂直升降式立体车库的优点是土地利用率较高、运动占用空间小、配置灵活;但不足之处是我国立体车库建设起步比较晚，很多关键技术还是从国外借鉴的、技术创新能力缺乏、由于环形立体式车库存取车出入口只能为一辆车提供服务及存在排队存取车问和智能化程度不高等问题。为了更好的解决这些问题，本文的主要设计思路是通過提升环形垂直升降式立体车库的自动化智能化水平，提升存取车作业的速度、安全、稳定等性能指标。

3 环形垂直升降式立体车库硬件设备的组成和工作原理

3.1 环形垂直升降式立体车库组成

在环形垂直升降式立体车库中，整体框架、传动部分和动力部分是主体结构建筑的机械系统的三大部分[10]。如下图5所示。

环形垂直升降式立体车库的整体框架基本模型分为地上、地下两部分，其中地上设计为5层，地下设计3层，整体呈圆柱形结构。如图6所示。为了更好的固定整体和存放车辆，本文研究的的立体车库主体结构采用钢架结构。为了科学合理地设计车库尺寸，根据资料研究，目前的三种车型D型车5000*1850*1500  、T型车5300*1900*1550、K型车5000*1850*2050，这三种车型是运用最多的。为了能保证市面上95%的车辆能够在车库存放，环形垂直升降式立体车库的长度、宽度、高度的设计建议取值为6000mm、2850mm、1900mm。这样科学地设计，会大幅提高空间的利用率，每层可存放10辆车[11]。如图7所示。

钢架结构在经过静力的仿真实验后，发现钢架结构的的韧性和承载能力比较强，能够满足设计需求，保证其能存放80辆汽车的设计要求。其中固定板、横梁、纵梁、立柱、连接板和支撑肋板是组成钢架结构的重要组成部分。钢架结构的固定板和连接板采用钢板，横梁和纵梁都采用T型钢，立柱则采用H型钢，整体结构有这些钢材焊接而成[12]。如图8所示。

环形垂直升降式立体车库的纵向运动是位于井道内的的升降平台所做的运动。升降平台采用曳引机驱动方式，钢丝绳一端吊载车板，另一端吊配重物体。曳引机作为驱动机构，钢丝绳通过曳引机挂在滑轮上，当曳引机发生转动时，钢丝绳和滑轮之间的摩擦力将产生曳引力[13]。在用户进行存车或取车作业时，升降平台通过电子控制元件能够完成车位寻址的目标停车层定位，此时曳引机将存在两种工作模式：正反装和变速。正反转将带动钢绳滑轮组牵引托盘完成井道中的升降运动。同时，调速控制将载车盘准确快速地移动到指定层位，稳定地将托盘定位在目标停车层位。如图9所示。

3.2 环形垂直升降式立体车库运行原理

当驾驶者将车辆停入位于地面的外圈车库，由布置在外圈车库内的各类传感器确认车辆信息和车辆位置、车库内和车辆内否还有人员进行全方位的检测，自动控制系统在确认无错误信息后，车辆被载车盘由传动链运送到位于井道的升降平台。这时升降平台根据有目前所空余的车位做垂直上下运动，直至平台到达目标车位。与此同时，主轴电机做旋转运动将车位旋转至同一层的空车位处。车辆再由传动链输送至目标车位。

4 环形垂直升降式立体车库软件智能化控制方案

关于停车库控制系统的设计，智能控制软件让停车场“无人值守”的实现无需收费的自动在线支付系统;畅通无阻进入停车场的自动智能存取车系统;了解停车场位置，预约存取车的远程查询-预约系统;以及自动导航和安全监控系统，实现‘车联网时代智能化。这五个无人管理子系统共同构成“智能管理平台”[14]。这些子系统都是由中央控制室统一控制的，用客户端APP可以很好的为客户规划停车库管理形式、发布车库库存容量以及控制车流存取方案，实现停车场的全面联网和智能化管理。环形垂直升降式立体车库工作原理如图10所示。

4.1 自动在线支付系统

自动在线支付系统采用的是用户通过APP移动在线支付。APP将有会员制和非会员制之分。对会员制来说，不需要IC卡支付费用，采用APP线上支付，同时可以发行预约汽车后市场服务，因使用停车库所产生的费用可在预约线上洗车、修车、汽车美容等业务。相反的，非会员制是针对临时客户，每次停车将自动扣除本次产生的费用。

4.2 自动智能存取车系统

自动智能存取车系统是由可编程控制器PLC控制，此系统采用用户端APP就近寻找车位，提高客户找车位的效率，减少汽车能耗[15]。而且软件操作方便，既能集中管理，又可由客户自己操作，用户通过APP导航进入车库时，自动识别系统通过识别车牌号，将载车盘移动到人车交接的位置。当用户进行取车系统操作时，车辆会停放在安全位置后，停车正常指示灯亮起，取车完成后，车库门自动关闭，整个过程连贯快速，大大缩减了存取车的时间。车载盘的移动也是在系统严格按照各种检测信号的状态进行的。当有检测有故障时，所有的载车盘将停止运行，直到急停信号消失后才会恢复正常运转。

4.3 远程查询-预约系统

远程查询-预约系统的原理是依靠现场控制器，将其通过网卡、Hub、APP等网络设备与控制中心的局域网相连接，再利用MODEN实现远程管理，达到监测现场运行情况的目的。这样一来，控制中心就可以第一时间收到消息并及时反馈在APP系统上，用户可以快速查询停车场最新数据，方便用户寻找停车场和停车的问题。

4.4 自动导航系统

自动导航系统是在车库的出入口安装非接触式车牌号读取器、感应线圈及道闸，这样用户通过APP操作后在车库出入口处，系统可自动判别用户停车时间，通过中央处理器，快速计算出方便用户取车，识别成功后，道闸自动开启，车辆通过感应线圈之后，道闸又会自动关闭。将车辆运送到最佳位置。

4.5 安全监控系统

安全监控系统的作用是在无人管理的前提，通过获取现场监控数据运行以及其他情况。它将车辆运动检测、车牌识别、网络数据连接、各种类型的报警系统实现连动等功能与一体，可以实现无人管理车库，减少人工成本。

5 结束语

现代建筑的主流趋于智能化大厦和小区建设，拥有小汽车的住户也是越来越多，停车场受土地资源的限制，也没法建立更多的停车场。要想解决这一停车难的问题，立体车库就成了最有效的工具，立体停车场的新建，很大程度上缓解了车位紧张问题。同时车库走向无人化管理是市场发展的方向，也是大势所趋，未来市场的竞争高地必在于此0。因此车库制造应注重产品无人管理的研发设计，做实用库、安全库，做能真正实现无人管理的智能车库。

参考文献

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