平面移動式停車設備的設計方法

余秋英

（廣州廣日智能停車設備有限公司，廣州 511447）

0 引言

近年來，汽車保有量逐年增高，導致停車位不能滿足要求[1]。中國作為全球第一大汽車市場，相應帶動了停車設備行業的迅猛發展，市場需求每年以25%～28%趨勢遞增，機械式停車設備具有極好的發展前景[2]。安全性、停車密度、停車效率、成本、停車體驗作為五大核心要求為機械式立體停車庫的研發帶來了發展機遇[3]。立體停車庫具有占地小、自動化程度高、安裝拆卸方便、空間適應性強等顯著特點[4]。在寸土寸金的城市中心區域，不同建筑規劃用于停車區域的空間往往存在較大差異，立體停車庫雖然種類較多，出于性價比的考慮，許多大類的智能停車庫不適用于偏定制化的客戶需求。平面移動式停車設備多用于多樣化的商業建筑，如商業區、學校、機場、火車站等地方，具有較強的可擴展性[5]。目前，平面移動類停車設備的開發項目雖然較多，但對于集成升降機、搬運器、電氣控制以及結構受力分析的總計設計方法探討并不多見。綜合考慮，結合某一大型商業綜合體平面移動式停車庫開發項目，本文歸納了一種平面移動式停車設備的設計方法，既滿足高密度停車的市場需求，又為今后該類停車庫設計開發提供參考依據。

1 平面移動式立體停車設備

平面移動式停車設備是根據自動倉庫原理，利用成套搬運設備、存取交換設備、出入口設備，通過安全檢測系統、電氣控制系統將汽車進行庫內疊放式存儲的自動化停車設備，是集聲、光、電為一體的大型密集型停車系統[6]。升降機作為平面移動式停車設備的升降運輸模塊，其搭載著橫移臺車、搬運器、車輛在庫內進行換層運行，將橫移臺車運送至停車層及出入口層[7]。入庫時，司機只須將車輛開至出入口停車平臺，停好車、刷卡，系統發出指令，庫內成套搬運設備及存取交換設備便將車輛由出入口搬運至庫內停車位上。

智能停車設備的存取交換技術決定了拾取與放置車輛的方式，成套搬運技術決定了不同路徑輸送車輛的方式，電氣控制技術決定了識別與記憶車輛的方式。平面移動式停車設備可與遠程監控系統、車場引導系統、尋車系統、停管收費系統相融合，形成各異化的平面移動式停車設備庫。

2 平面移動式停車庫設計要點

2.1 項目概述

某綜合體規劃地面1～3層為商用空間，4～7層為智能停車庫。為了最大限度利用現有空間，保證車輛存取的綜合效率，低成本、高空間利用率的平面移動式立體停車庫成為優選方案。適合于短巷道、中高層停放車輛的車庫方案如圖1所示，商用的架空車庫設置方案如圖2所示。當同一巷道相對設置兩部中置升降機時，采用系統聯控方式或獨立控制方式。

2.2 總體方案規劃

巷道長度L由升降機端L1、停車列數M、停車位寬L2、建筑柱數N、建筑柱寬L3、車位與建筑柱間隙L4、橫移車運行端部L5等決定。巷道長度L=L1+L2×M+L3×N+2L4×N+L5。

車庫由若干停車層、出入口層組成，中置升降機設置于巷道端部，井道垂直貫通，井道與巷道水平聯通。結合用地及系統能力確定停車層數、停車位數、出入口、最大垂直行程、最大水平行程等參數。

圖1 短巷道車庫方案圖

圖2 含架空層車庫方案圖

2.3 庫內輸送能力及出入口

庫內輸送能力主要取決于升降機垂直運行時間t1、升降機平層時間t2、橫移臺車水平運行時間t3以及LAT智能搬運器縱向運行及存取時間t4。庫內單程輸送時間Ta1=t1+t2+t3+t4。

車庫門開啟時間t7，司機開車至停車平臺、通過安全檢測、司機下車并離開入口的時間t8，車庫門關閉t7可以并行不予計算，停車平臺運行t9，庫內門開啟時間t10，滿足LAT智能搬運器進入停車平臺取車條件時，上述時間總和Tb1=t7+t8+t9+t10。

智能搬運器駛至入口處停車平臺上搭載車輛后，返回橫移臺車上，根據系統指令，升降機、橫移臺車、智能搬運器將車輛進行空間輸送、存置在庫內任意停車位上，單程時間Ta1；司機將車輛停至入口、安全確認，車庫門開啟，LAT智能搬運器方可進行取車，時間Tb1；在滿足車位數需求條件下，合理平衡庫內輸送能力及出入口能力，盡可能讓出入口能力Tb1不大于庫內搬運能力Ta1，即Tb1≤Ta1。出入口是人與車輛交換的轉換區，需考慮司機停車便捷性，減少人為停車時間，提高車庫系統運行效率?？稍O置貫通式入口、出口，錯層式入口、出口等。

2.4 升降機

升降機搭載橫移臺車、LAT智能搬運器以及車輛進行垂直換層運行，其上平層裝置搭建橋梁聯通停車層、出入口層；橫移臺車搭載LAT智能搬運器及車輛在停車層或出入口層進行水平橫移換列運行；LAT智能搬運器搭載車輛水平縱向運行并進行車輛放置或存取，如圖3所示。

圖3 升降機示意圖

圖4 齒形帶提升式升降機

升降機設計具有以下要點。

（1）升降機提升方式。停車層數、層間最大垂直距離決定升降機行程及運行速度，低程升降機選擇鏈條提升方式或鋼絲繩纏繞提升方式；高程升降機選型齒形帶提升方式或鋼絲繩曳引提升方式，如圖4所示。鏈條提升方式、鋼絲繩纏繞提升方式、齒形帶提升方式為強制驅動方式，當采用強制驅動時，應在升降平臺端的頂部、底部，對重端的底部設置緩沖器。

（2）升降機結構。升降機設置于井道中，井道位于巷道端部，并與巷道貫通，升降機采用雙立柱方式，與橫梁、井道建筑結構梁形成框架結構，提升驅動裝置設置于立柱框架的頂部，提升介質（鋼絲繩、鏈條、齒形帶）安裝于提升驅動裝置的卷上輪或曳引輪上，一端聯接升降平臺端，另一端聯接對重端。升降機采用單側多點提升及平衡導輪方式，升降平臺采用T形框架結構，T形框架的垂直結構設置提升梁及平衡導向輪組織，通過4組導向輪組懸掛在升降立柱導軌上，上導向輪組受拉力、下導向輪組受壓力。T形框架的水平結構承托及導引平層裝置，及其上橫移臺車及智能搬運器等。

（3）全分離式平層裝置。平層時，防墜落裝置完全放置在井道兩側梁板上，與升降平臺完全分離，橫移臺車搭載智能搬運器及汽車離開或進入升降平臺時，所產生的重量變化作用于兩側梁板上，升降平臺端的重量變化不會引起提升介質拉伸，實現0 mm平層精度。

（4）提升介質安全倍率校驗。考慮各種不利工況作用于提升介質的最大靜拉力，升降平臺重量G1、平層裝置重量G2、橫移臺車重量G3、搬運器重量G4，適停汽車重量G5，升降平臺端最大重量為G=G1+G2+G3+G4+G5；升降平臺端提升介質的最大靜拉力為F1=（G1+G2+G3+G4）/4+0.6×G5/2；對重端重量G′=G1+K×（G2+G3+G4+G5），K為0.4～0.5；對重端提升介質最大靜拉力F2=G′/4；提升介質最小破斷拉力應滿足FP/F1≥7、FP/F2≥7，如圖5所示。

（5）電機選型。設備選用三合一變頻調速電機，減速機輸出軸轉矩應大于升降機運行的最大負載扭矩，變頻減速電機速比按照預設的升降機運行速度、加速度、卷上輪直徑計算，平衡選擇電機輸出軸轉矩、速度比、電機功率，確定電機制動轉矩。最大負載端扭矩為最不利工況下升降平臺的最大靜張力差、升降平臺運行阻力、升降平臺不平衡作用力、升降系統加速運行的最大慣性力等作用于卷上輪的扭矩和。

（6）升降機設置。升降平臺總高度L1、升降平臺下段高度L2、最大升降行程H、升降平臺最頂層時至驅動輪中心L3、對重最頂時至驅動輪中心L4、對重高度L5、升降平臺最底層時于緩沖器板高度L6、升降平臺最頂層時至緩沖器板高度L7、對重至緩沖器底板高度L8、井道機坑深度L9、驅動部底座高L10，L9=L2+L6；L3=L1-L2+D/2+L10；提升介質總長度 L=H+L3+πD/2+L4，如圖5所示。

圖5 升降機示意圖

2.5 橫移臺車

橫移臺車采用框架式結構，設置智能搬運器運行軌道、收容車停放空間，設置雙軸雙輪驅動、四點雙輪行走系統，確保橫移臺車平穩越過導軌間隙，智能搬運器出入時不產生竄動。采用多芯電纜進行動力、通訊、控制傳輸，電纜收繩、放繩速度與橫移臺車速度相匹配。采用光通訊時，發射端固定在升降平臺，接收端固定在橫移臺車。采用激光測距時，激光器固定在升降機平臺，接收端固定在橫移臺車，通過激光進行距離測量。采用條形碼識別系統時，將讀碼器設置在橫移臺車，通過讀碼器讀取固定車位的條形碼，進行車位識別。

2.6 智能搬運器

智能搬運器搭載車車輛進行縱向運行、車輛放置及存取。搬運器是存取交換技術的載體，決定著停車位的平面結構型式、空間尺寸、收容車規格及搬運車輛能力。輸送帶交換式搬運器（以下稱為LAT智能搬運器）是一種可實現在光整純平面上進行車輛存取的停車設備搬運器，停車位表面光滑平整，如圖6所示。

圖6 停車位表面及停車動作圖

LAT智能搬運器的存取交換能力由工作原理及結構確定。采用伺服電機驅動，高扭矩兼快速反應，確保行走系統、輸送帶系統、機械臂系統的動作協調一致。設置多排、單點雙輪全驅動行走系統，保持直線行駛能力。收容汽車最大質量為2 500 kg、最大軸距為3 400 mm，汽車車輪完全自由停放在搬運器輸送帶表面。承載裝置采用隼接并焊接的箱式結構，強度高、抗變形能力強。

LAT智能搬運器由橫移車上駛入停車位或出入口停車平臺進行取車或存車時，通過設置雙滑輪收線裝置實現動力、通訊、控制3條電纜的同步收放，與LAT智能搬運器的運行相匹配，進行電纜的自如收纜、放纜。

2.7 電氣控制與綜合管理

控制系統是通過識別記憶方式實現車輛的入庫存放、出庫取車。需根據庫內搬運系統、智能搬運器、出入口、停車位的布局與配置，搭建電氣控制系統總體框架，通過具體分模塊控制技術，按照各種條件規劃設計出不同位置、不同尋車條件等實現對車庫整體的控制。

通過定制開發的管理軟件，利用物聯網、移動互聯網技術建設停車的統一管理平臺，如圖7所示。把立體車庫和駕車者緊密聯系在一起，提高立體車庫的運行效率與資源利用率，為車庫管理提供實時查詢、統計、分析功能，為駕車者提供停車導航、車位預定、預報、在線交易等便捷服務。

圖7 車庫控制及管理系統示意

圖8 鋼結構主體

圖9 混凝土結構主體

2.8 停車位及主體結構

停車位布置在巷道兩側，可單列或重列布置，層層疊放式設置，停車位表面結構為光整平面，停車位凈空高度較低。

車庫主體結構主要包括設備運行區、車輛停放區、出入口交換區等，還需考慮設置消防配套、通風及排水、設備維修通道及樓梯、電源引入等功能性設置。車庫主體通常采用鋼結構、混凝土結構或鋼混結構，如圖8～10所示。停車位樓板結構受力按4.0 kN/m2，考慮終飾面平整度及表面承載能力，升降機井道、機坑、巷道等處的受力大小及空間尺寸應按照項目設備受力圖的要求實施。主體框架可采用PKPM建模進行受力驗算。

圖10 鋼混結構主體

3 應用情況

平面移動式停車設備采用齒形帶式升降機，具有速度快、行程高等優勢，與橫移技術、搬運器技術實現了在架空層上設置多層停車庫的方案，LAT智能搬運器使得停車位平整且免維護，項目已完工投入使用，實際應用情況如圖11～12所示。

圖11 項目停車入口

圖12 停車設備內部概況

4 結束語

本文通過對平面移動式立體停車技術的設計方法進行梳理，為今后該類型項目提供了設計經驗及參考。同時，針對升降機設計、搬運器設計等重點領域的概況總結，得出如下結論。

（1）中置升降機采用齒形帶提升方式，提升速度快、行程高、噪聲低，提高了平面移動式停車設備的垂直運輸效率、垂直運輸高度，有利于平面移動式停車庫朝著高層、架空式車庫設置發展。

（2）采用了T字形升降平臺，單側四點齒形帶提升方式，卷上輪直徑較小，使得驅動部體積小、成本低，可實現2 m/s的提升速度，運行平穩。

（3）采用輸送帶交換式汽車搬運器，實現將車輛停放在光整的純平面上，停車位平整簡潔，停車泊位終身免維護。

（4）緊湊的存取小車框架與傳動結構設計理念，載重2 500 kg，能快速平穩運行；更薄的存取技術，停車空間距離要求更少，能夠有效節約成本。

（5）首層架空設計，在大樓4F層相對標高為+14.000以上，實現了4個停車層、96個獨立停放車位、最大升降行程20.5 m的設計，順利滿足首層架空、低層商用、高層車輛停放的項目要求，靈活定制車位存放形式，易于實現快速存取，使得整體方案擴展性強。