深圳市在用公交车机械式立体停车库可靠性分析

赖颖东

广东省深圳市质量安全检验检测研究院 深圳 518024

0 引言

公交系统一个是城市所必须的运行系统，每条线路的终端站点都需要配置一定的停车位，但公交车体型庞大，通常一条公交线路需要配置大量的车辆，从而造成了占用大量土地资源的矛盾，甚至出现了公交车辆由于无位可停，不得不在夜间停在市政道路上的情况。深圳市尝试使用机械式立体停车库来解决这一问题。截至2022年9月，已有3个公交站场建成并开始使用机械式立体停车库，公交车库的应用将有效解决公交总站停车难问题，实现用地集约化、停放立体化、充电自动化、调度智能化，满足城市核心区新能源公交车停放、充电、洗车、调度、检修等方面的一体化需求，极大缓解公交战场外部道路的通行压力，提升深圳市交通环境品质，为深圳市公交车机械立体车库的建设发挥示范作用。

与普通机械式车库相比，公交车机械车库在可靠性要求上有着很大的不同，若公交机械车库出现故障无法存取车辆，将会影响到一条或者多条公交线路的运营，极端情况下甚至会造成不良的社会影响，这就对公交车机械车库的可靠性提出了更高的要求。本文将从机电设备的可靠性分析入手，阐述目前深圳市在用的3套机械式公交车立体车库之间的可靠性异同和对应的提高可靠性策略。

1 系统可靠性建模

1.1 任务流程分析

1）公交车驶入转换区，在转换区先由传感器检测车辆车身尺寸和质量，判断车辆是否停靠在载车板指定的位置，生物传感器检测转换区是否有人员未离开转换区，检测自动门装置是否已经关闭，以上数据采集确认之后，车库准备进入存车工作状态。2）纵移机构将载车板连同公交车一起从转换区运输至工作区的升降平台之上。3）升降平台提升车辆到指定楼层。4）升降平台上的防坠落安全装置运行，将防坠插销伸入插销孔之中，使升降平台可靠固定，防止载车板的移动造成的加载或者卸载使升降平台意外失控坠落。5）横移机构将载车板横向移动到对应车位的横向方位上。6）纵移机构将公交车和载车板一起存入指定车位后，返回升降平台，防坠安全插销从插销孔中缩回。7）升降平台再前往未停放车辆的车位上，通过横移机构和纵移机构配合取出未存放车辆的载车板。8）升降平台回到一层，将空车板送入转换区，等待进行下一次存车循环。

机械式公交车立体停车库的取车流程为

1）升降平台将转换区的空车板取出，放入无载车板的车位上。2）升降平台提升至待取车所在楼层。3）升降平台上的防坠落安全装置运行，将防坠插销伸入插销孔之中。4）横移机构和纵移机构配合将载车板连同公交车一起从车位上运输至升降平台之上。5）防坠安全插销从插销孔中缩回。6）升降平台回到一层，纵移机构将载车板和公交车送入转换区，等待进行下一次存车循环。

1.2 系统可靠性框图

系统由安全保护装置检测、纵移机构、主（备）提升机构、安全防坠装置、横移机构、纵移机构等组成，系统可靠性框图如图1所示。

图1 系统可靠性框图

2 系统可靠性预计

采用数学模型法，通过直接给出可靠性数学模型的串联系统、并联系统、混联系统、表决系统、旁联系统的有关公式进行可靠性预计。机械式公交车立体车库的组成是由串联系统，表决系统和旁联组合而成。

1）串联系统 串联系统的所有单元之间的失效时间随机变量互相独立，其中任意一个单元的故障都会使系统产生故障，其系统可靠度

2）表决系统 表决系统由n个单元和表决器组成系统，组成系统的n个单元中，至少r个单元正常工作，系统才能正常工作，大于（n-r）个单元失效则系统失效，表决系统是储备系统的一种形式，是并联系统的一种特例。深圳在用的3套车库中有2套公交车车库系统的纵移机构采用的是表决系统，其一定数量的纵移机构异常是可以接受的，并不影响其他车位的出车。其可靠度

3）旁联系统 旁联系统各个单元只有一个处于工作状态，另一单元处于非工作状态作为储备，只有工作单元处于故障状态，储备单元才会通过转化装置接替发生故障工作单元，假设转换装置完全可靠，则该系统失效率之和为

根据图1可知，安全保护装置串联在系统之中，接着串联上每个车位上的纵移机构组成的一个表决系统，再串联的提升机构是由一个主系统和一个备用系统组成的旁联系统，最后再串联上横移机构和防坠安全装置，故其总系统可靠度为

整套系统的可靠度不仅与各子系统的可靠度相关，还与其各个系统的组合形式有关。可以在成本允许的情况下，通过将纵移系统和提升系统设计为有冗余的并联系统或旁联系统，或加大并联支路数量的方法，提高系统整体可靠性，降低系统故障率。

3 系统可靠性分配

本文选取目前在用的3个不同厂家生产的3种不同类型的机械车库，其结构有一定的差异，分别列为A、B、C 3套不同的公交车立体车库，通过使用评分分配法来进行可靠性分配。

3.1 评分因素与评分原则

1）复杂程度 根据组成单元的零部件数量及之间组装的难易程度来评定，最复杂的评10分，最简单的评1分。

2）技术水平 根据组成单元目前的技术水平的成熟度来评定，水平最低的评10分，最高的评1分。

3）工作时间 根据组成单元的工作时间来评定。工作时间最长的评10分，工作时间最短的评1分。

4）环境条件 根据组成单元所处的环境来评定。单元工作工程中经受极其恶劣或严酷环境条件的评10分，环境条件很好的评1分。

3.2 评分结果

根据评分原则，最终评分结果如表1所示。

表1 车库评分结果

评分系数是各个子系统可靠度占用总系统可靠度的比例关系，该数字越大表示该子系统在总系统中需要分配的可靠度越高，由此可知，该子系统需要在设计制造阶段就开始重点优先给予考虑，并且在投入使用后，日常维护保养也应该重点给予关注，才能更好地保证车库的正常运行，降低该子系统的故障率，从而保证整体的可靠运行。

3.3 结果分析

1）提升机构系统在3套车库中评分都是最高的，说明该子系统在系统整体中重要性最高，应得到最多的关注，确保其可靠运转。

2）B库的提升系统和纵移系统都是最高分，因为该车库的纵移系统被集成在升降平台之上，说明纵移系统也和提升系统可靠性要求高，需要给予重点关注。

3）C库的提升系统与横移系统是各个子系统中分数最高，是因为横移系统被集成在升降平台上，工作时间长，系统复杂度高，所以该子系统的可靠性要求也高，需要从生产设计开始就保证其可靠性，投入使用之后的维保检修工作也应加强。

4）A库的评分比较平均，说明除提升机构需要增加一定的关注以外，其他系统保持一个比较平均的可靠度分配数字，相对其他2套车库而言该车库的可靠性分布比较平均，也降低了该车库生产设计和维护保养的难度。

4 可靠性分析与对策

4.1 可靠性分析

1）A车库和B车库每层仅有2个存车位，存取车无需横移机构来调整横向取车位置，C车库因需要在有限的空间实现更多的存车量，每层有4个存车位，需要设置横移机构，且横移机构安装在升降平台之上，就系统组包含成子系统的数量所决定的复杂程度而言，A车库和B车库优于C车库。

2）A车库和C车库的每个车位上都拥有独立的纵移机构，B车库的纵移机构集成在升降装置之中，所有车位上的纵移动作均由其完成，因此，对于A车库和C车库而言，即使个别纵移机构发生故障，只会影响相应车位的存取，其他车位不受影响。对于B车库而言，若纵移机构出现故障，整套车库将无法对所有的车位进行存取车操作，车库将无法正常运行。就纵移机构冗余度而言，A车库和C车库优于B车库。

3）C车库车位底座为混凝土楼板，其载车板为整块无孔钢板，车库内部除升降通道以外，较少有坠落的空间，该车库的结构能方便检修人员携带设备进行检修；A车库和B车库车位底座为钢结构，载车板为框架结构，中间存在大量的空隙，发生人员坠落的风险很大，不利于检修人员携带工具在车位上面进行检修作业。就检修维护方便性而言，C车库优于A车库和B车库。

4）A的备用提升电动机与主提升电动机规格相同，B车库和C车库备用提升电动机功率只有主提升电动机的1/4，一旦主电动机出现故障需要使用备用电动机时，车库的提升系统将无法实现全速运作。因此，在备用提升电动机的工作效率方面，A车库优于B车库和C车库。

4.2 应对策略

A车库 车库框架结构不易进行维修，应对措施为加强日常保养的次数，同时进行故障隐患排查，做到早发现早处理，避免影响车库的正常运行。

B车库 因横移机构整合在升降平台之上，且框架结构不易进行维修，故须加强对横移机构的维护保养频次，尽量确保其可靠运作，避免出现横移装置故障导致整套车库无法存取车辆的情况，同时因框架结构影响故障的及时排除；对于备用电动机功率不足的问题，应做到加强主电动机的维护保养，尽可能降低故障率，同时确保备用电动机可用，拥有足够的备件，方便在最短的时间内排除故障。

C车库 利用自身检修维护方便的特点，做到对纵移机构进行足够的备件准备，可保证在最短时间内排除纵移机构故障；对于备用电动机功率不足的问题，应加强主提升电动机的维护保养，保证其可靠性，并保证有足够的备用件以便在最短时间内恢复故障主电动机的正常运作。

5 对未来规划公交车立体车库的结构改进建议

1）各个子系统须拥有一定的冗余度，使车库的子系统中尽量形成并联系统、旁联系统和表决系统，如升降系统配备备用电动机，供电系统配备双电源自动切换系统，横移和纵移机构配备双驱动装置等，可极大提高车库系统的可靠性。

2）避免过高的集成度，起升、横移和纵移机构尽量分开设置，防止其中一个子系统出现故障之后连带影响其他子系统的正常运行。

3）现场储备足够更换备件。准备足够的备件应对随机发生的故障，做好事后处理，在最短的时间内消除故障影响。

4）预留足够的检修作业空间和平台。良好的作业环境能极大地提高故障排除的效率，也对作业人员的人身安全有着重要的影响，充分的设计优化对车库的可靠性提高有积极的影响。

5）增加维护保养频次。TSG Q5001—2009《起重机使用管理规则》中第34条规定：在用起重机至少每月进行一次日常维护保养和自行检查，每年进行一次全面检查，保持起重机的正常状态。第38条规定：使用单位可以根据起重机械工作的繁重程度和环境条件的恶劣状况，确定高于本规则规定的日常维护、自行检查和全面检查的周期和内容。公交车立体车库的维护保养频率可高于使用管理规定的周期，同时可根据其特定的使用要求，增加保养的内容，制定更有针对性的保养规则，特别是对于可靠性分配中系数比较高的子系统，更应重点设置高频次、全方面覆盖的保养计划。

6 结语

当前，全国许多城市为缓解交通拥堵，降低能源消耗，改善生态环境，都在积极推进以新能源公交为重点的公交都市建设，未来对新能源公交立体车库的需求将会越来越大。但公交立体车库不同于传统车库，需要满足好用、耐用的进阶要求。本文所叙述的方案优化方法，将整体提升机械式公交车停车库的可靠程度，减少出现车库出现故障影响公交线路正常出车的情况发生，提升公交车立体车库集约化利用土地资源的效果，实现品质公交的良好社会影响。