汽車(chē)入戶式垂直升降停車(chē)設(shè)備的設(shè)計(jì)方法

余秋英

（廣州廣日智能停車(chē)設(shè)備有限公司，廣州 511447）

0 引言

隨著城市汽車(chē)保有量不斷增加，停車(chē)難已成為政府的亟待解決的問(wèn)題［1-2］。智能立體停車(chē)設(shè)備能夠有效地解決城市停車(chē)難和靜態(tài)交通問(wèn)題［3-4］。2015年，《關(guān)于加強(qiáng)城市停車(chē)設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》發(fā)布［5］，鼓勵(lì)建設(shè)立體停車(chē)樓、地下停車(chē)場(chǎng)、機(jī)械式立體停車(chē)設(shè)備等集約化的停車(chē)設(shè)備。

傳統(tǒng)垂直升降停車(chē)設(shè)備通過(guò)車(chē)板或搬運(yùn)器交換、升降機(jī)或堆垛機(jī)垂直運(yùn)行、橫移裝置輸送或機(jī)械臂推拉將車(chē)板及車(chē)輛存入停放架［6］。德國(guó)研發(fā)機(jī)械式立體停車(chē)庫(kù)的時(shí)間也比較早，應(yīng)用堆垛式和平面移動(dòng)式較多，技術(shù)處于領(lǐng)先水平［7］；日本于20世紀(jì)60年代廣泛興建了機(jī)械式停車(chē)設(shè)備，其產(chǎn)品種類(lèi)齊全，技術(shù)水平先進(jìn)［8］。我國(guó)于20 世紀(jì)90 年代開(kāi)始研究，目前已形成一定規(guī)模水平的機(jī)械式停車(chē)設(shè)備研發(fā)能力，國(guó)內(nèi)智能停車(chē)設(shè)備應(yīng)用項(xiàng)目中以深圳珠寶城項(xiàng)目為代表。

本文提出了一種汽車(chē)入戶式垂直升降停車(chē)設(shè)備設(shè)計(jì)方法，采用高速垂直提升設(shè)備與智能車(chē)輛存取交換技術(shù)，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)的入戶式存放，滿足居住生活與車(chē)輛停放的有機(jī)統(tǒng)一。

1 汽車(chē)入戶式垂直升降停車(chē)設(shè)備

汽車(chē)入戶式垂直升降停車(chē)設(shè)備是指將車(chē)輛直接停放到高層住宅公寓客廳旁，采用無(wú)機(jī)房電梯提升技術(shù)，設(shè)置框架式大轎廂，由橫移車(chē)搭載搬運(yùn)器進(jìn)行橫移換列運(yùn)行，通過(guò)高精度檢測(cè)手段、電氣控制系統(tǒng)將車(chē)輛停放至住宅可視停車(chē)區(qū)的一種新型垂直升降停車(chē)技術(shù)。

目前世界范圍內(nèi)只有新加坡及墨爾本均對(duì)豪華公寓集成室內(nèi)智能停車(chē)庫(kù)進(jìn)行嘗試，其中新加坡“Hamilton Scotts Apartments”項(xiàng)目已投入使用。國(guó)內(nèi)暫無(wú)對(duì)于居住空間內(nèi)集成智能停車(chē)設(shè)備的應(yīng)用與設(shè)計(jì)的報(bào)道。

2 汽車(chē)入戶式垂直升降停車(chē)庫(kù)設(shè)計(jì)方法

2.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)述

本汽車(chē)入戶開(kāi)發(fā)項(xiàng)目樓層高度50 層，建筑總高220 m，每座塔樓住戶不超過(guò)50戶，每戶配建2個(gè)可視停車(chē)位，采用一套汽車(chē)入戶式垂直升降式停車(chē)系，停車(chē)車(chē)位數(shù)為90 個(gè)。項(xiàng)目采用了輸送帶交換式搬運(yùn)器，能夠?qū)崿F(xiàn)在光整平面上存取車(chē)輛的功能，極大地提高了停車(chē)室的美觀度和用戶體驗(yàn)，同時(shí)具有高速垂直升降運(yùn)行系統(tǒng)，設(shè)備安全性及消防要求嚴(yán)格，對(duì)于機(jī)械式垂直升降停車(chē)設(shè)備來(lái)說(shuō)，復(fù)合難度較大。

2.2 車(chē)庫(kù)總體方案規(guī)劃

首先應(yīng)依據(jù)項(xiàng)目的住宅平面規(guī)劃圖、戶型及戶數(shù)、樓層總高度、首層及車(chē)流道路情況、停車(chē)規(guī)格及配置需求等多方面因素進(jìn)行項(xiàng)目總體方案規(guī)劃。

標(biāo)準(zhǔn)層平面，本項(xiàng)目戶型為復(fù)式2層2戶搭配平層1層1戶住宅。復(fù)式戶型2 個(gè)停車(chē)位，停車(chē)位設(shè)置于井道的兩側(cè)，隔層設(shè)置，平面尺寸約為6.5 m×19 m，如圖1所示。平層戶型2個(gè)停車(chē)位，停車(chē)位設(shè)置于井道的單側(cè)，層層設(shè)置，平面尺寸約為6.5 m×13 m，如圖2 所示。出入口層平面，入口、出口分別設(shè)置于井道的兩側(cè)，與停車(chē)位的投影面相對(duì)應(yīng)，停車(chē)位單側(cè)設(shè)置時(shí)，需在井道另一側(cè)增加室外入口，同時(shí)應(yīng)考慮入口、出口的車(chē)行通道設(shè)置情況。立面規(guī)劃應(yīng)結(jié)合建筑總高度、戶型及住戶層數(shù)、最高住戶層、汽車(chē)駛?cè)雽樱Y(jié)合規(guī)劃和布置停車(chē)層數(shù)、出入口層位置、升降機(jī)設(shè)置情況及最大提升行程綜合設(shè)計(jì)。同時(shí)還應(yīng)考慮消防系統(tǒng)設(shè)置、車(chē)庫(kù)內(nèi)維修通道及樓梯、照明、通風(fēng)換氣、室內(nèi)濕度及溫度等環(huán)境條件。

圖1 復(fù)式2 層2 戶住宅車(chē)位布置圖

圖2 平層1 層1 戶住宅車(chē)位布置圖

2.3 庫(kù)內(nèi)輸送能力

庫(kù)內(nèi)輸送能力主要取決于轎廂式升降機(jī)垂直升降運(yùn)行時(shí)間（t1）、橫移車(chē)水平橫移運(yùn)行時(shí)間（t2）、平層鎖定動(dòng)作時(shí)間（t3）、搬運(yùn)器水平縱向運(yùn)行及存取車(chē)輛時(shí)間（t4）、層門(mén)動(dòng)作時(shí)間（t5）。而層門(mén)動(dòng)作時(shí)間（t5）是并行的，不予計(jì)算。此時(shí)庫(kù)內(nèi)輸送時(shí)間總和Ta1＝t1+t2+t3+t4。

橫移車(chē)運(yùn)行距離較短，無(wú)論同時(shí)運(yùn)行，還是順次運(yùn)行，對(duì)庫(kù)內(nèi)輸送能力影響不大。停車(chē)位與井道間距離確定后，搬運(yùn)器的縱向運(yùn)行及存取車(chē)輛時(shí)間則已確定，轎廂式升降機(jī)的垂直運(yùn)行速度，是庫(kù)內(nèi)輸送能力大小的關(guān)鍵。當(dāng)采用較低運(yùn)行速度的轎廂式升降機(jī)時(shí)，垂直升降運(yùn)動(dòng)與橫移運(yùn)動(dòng)可并行，以節(jié)省橫移運(yùn)行時(shí)間，當(dāng)采用高速運(yùn)行的轎廂式升降機(jī)時(shí)，垂直升降運(yùn)動(dòng)與水平橫移運(yùn)行為順次進(jìn)行的。

2.4 出入口能力

出入口能力主要取決于入口車(chē)庫(kù)門(mén)開(kāi)啟時(shí)間（t7）、司機(jī)開(kāi)車(chē)至入口處停車(chē)平臺(tái)、安全檢測(cè)至司機(jī)離開(kāi)時(shí)間（t8）、入口車(chē)庫(kù)門(mén)關(guān)閉時(shí)間（t9）、入口平臺(tái)運(yùn)行（t10）、車(chē)庫(kù)內(nèi)門(mén)開(kāi)啟時(shí)間（t11），入口車(chē)庫(kù)門(mén)關(guān)閉時(shí)間（t9）是并行的，不予計(jì)算，滿足LAT智能搬運(yùn)器可以進(jìn)入停車(chē)平臺(tái)取車(chē)條件時(shí)，上述所有時(shí)間總和Tb1＝t7+t8+t10+t11。

在滿足車(chē)庫(kù)總車(chē)位數(shù)的需求條件下，合理平衡庫(kù)內(nèi)輸送能力及出入口能力，盡可能讓出入口能力大于庫(kù)內(nèi)搬運(yùn)能力，而出入口能力則受出入口數(shù)量、人為停車(chē)時(shí)間、出入口前入庫(kù)通道長(zhǎng)短以及車(chē)道的寬度影響。

2.5 存取交換技術(shù)選擇

搬運(yùn)器是存取交換技術(shù)的載體，決定著停車(chē)位的平面結(jié)構(gòu)型式、空間尺寸、收容車(chē)規(guī)格及搬運(yùn)車(chē)輛能力。輸送帶交換式搬運(yùn)器（又稱LAT智能搬運(yùn)器）［6］是一種可實(shí)現(xiàn)在光整純平面上進(jìn)行車(chē)輛存取的停車(chē)設(shè)備搬運(yùn)器，能夠直接在光整平滑的純平面上完成汽車(chē)的交換和搬運(yùn)，存取技術(shù)先進(jìn)，可真正實(shí)現(xiàn)將汽車(chē)停放在光整平面上，使停車(chē)位表面與居住空間地面光滑平整。停車(chē)位表面及停車(chē)動(dòng)作如圖3所示。

圖3 停車(chē)位表面及停車(chē)動(dòng)作圖

LAT智能搬運(yùn)器的功能要求有以下幾點(diǎn)。

（1）LAT智能搬運(yùn)器的存取交換時(shí)間以及水平縱向輸送時(shí)間是由搬運(yùn)器的工作原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而確定的，水平縱向運(yùn)行時(shí)間取決時(shí)縱向行駛的路徑長(zhǎng)短。

（2）搬運(yùn)器由機(jī)械臂裝置、可調(diào)式承載裝置、全驅(qū)動(dòng)行走系統(tǒng)、全驅(qū)動(dòng)輸送帶裝置、機(jī)械臂臺(tái)車(chē)裝置以及直線推拉行進(jìn)系統(tǒng)組成，采用4 套伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，每次拾取車(chē)輪時(shí)均通過(guò)過(guò)3套伺服控制器同時(shí)進(jìn)行調(diào)速控制，高扭矩兼快速反應(yīng)，確保行走系統(tǒng)、輸送帶系統(tǒng)、機(jī)械臂系統(tǒng)的動(dòng)作協(xié)調(diào)一致。

（3）收容汽車(chē)最大質(zhì)量為2 500 kg、最大軸距為3.4 m，汽車(chē)車(chē)輪完全自由停放在搬運(yùn)器的輸送帶表面，由承載裝置擔(dān)負(fù)。承載裝置采用隼接并焊接的箱式結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度高，抗變形能力強(qiáng)。

（4）承載裝置上設(shè)置多排、單點(diǎn)雙驅(qū)動(dòng)行走裝置，承載裝置由左承載框架、右承載框架通過(guò)調(diào)節(jié)式鉸鏈結(jié)構(gòu)聯(lián)接，提高搬運(yùn)器的行走運(yùn)行能力。

2.6 垂直升降機(jī)設(shè)計(jì)

汽車(chē)入戶輸送能力主要由升降機(jī)運(yùn)行速度決定。本項(xiàng)目建筑總高度在200 m左右，升降機(jī)采用有頂框架式轎廂，垂直輸送與水平輸送為順次運(yùn)行，最大升降速度為5 m/s，控制垂直輸送時(shí)間在60 s左右，兩個(gè)停車(chē)位之間最大橫移行程為2.5 m，速度控制在0.5 m/s，時(shí)間為6 s。汽車(chē)入戶式停車(chē)設(shè)備模型如圖4所示。

（1）框架轎廂式升降機(jī)由曳引系統(tǒng)、電力拖動(dòng)系統(tǒng)、框架轎廂系統(tǒng)、對(duì)重系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)等組成。曳引系統(tǒng)主要由曳引鋼絲帶、導(dǎo)向輪、曳引輪及以鋼絲帶夾具裝置組成，或由曳引鋼絲繩及配套導(dǎo)向輪、曳引輪及鋼絲帶夾具裝置組成。

圖4 汽車(chē)入戶式停車(chē)設(shè)備模型

（2）框架轎廂式升降機(jī)采用高速電梯曳引提升技術(shù)，框架轎廂系統(tǒng)與對(duì)重裝置布置在井道內(nèi)，位于驅(qū)動(dòng)曳引輪組的兩側(cè)，曳引提升用鋼帶并排吊掛在曳引輪組上，鋼帶一端繞過(guò)框架轎廂提升梁上導(dǎo)向輪組，懸掛在機(jī)房端部的鋼帶固定懸掛支架上，鋼帶另一端繞過(guò)對(duì)重裝置提升梁上導(dǎo)向輪組，懸掛在驅(qū)動(dòng)部組裝側(cè)的鋼帶固定懸持支架上。

（3）采用單側(cè)多點(diǎn)懸掛方式，為提升過(guò)程中框架轎廂前后水平一致提供保障。實(shí)現(xiàn)多條鋼帶等長(zhǎng)度懸掛，通過(guò)端部的彈簧減振裝置，避免了不同吊掛點(diǎn)位置引起不同鋼帶工作長(zhǎng)度，從而引起曳引出力不同，影響高速升降機(jī)曳引能力發(fā)揮。

（4）電力拖動(dòng)系統(tǒng)由曳引驅(qū)動(dòng)裝置、動(dòng)力供電系統(tǒng)的速度反饋裝置、以及電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速裝置等組成。電力拖動(dòng)系統(tǒng)提供了動(dòng)力供給，同時(shí)也對(duì)框架轎廂式升降機(jī)實(shí)行速度控制，驅(qū)動(dòng)裝置如圖5所示。

圖5 驅(qū)動(dòng)裝置

圖6 升降機(jī)井道

（5）高速升降機(jī)采用有頂框架轎廂，框架轎廂在搭載橫移臺(tái)車(chē)及車(chē)輛時(shí)可通風(fēng)的投影面積與井道面積比應(yīng)大于1/2；高速運(yùn)行時(shí)，橫移車(chē)位于轎廂中間，空氣由橫移車(chē)兩側(cè)分流，在平面投影面上始終只有一輛汽車(chē)面積，相當(dāng)于兩個(gè)高速電梯井道聯(lián)通的作用，減少高速運(yùn)行時(shí)井道間的氣流作用，升降機(jī)井道如圖6所示。

（6）框架轎廂集成了橫移車(chē)及LAT智能搬運(yùn)器，轎廂平臺(tái)上設(shè)置橫移導(dǎo)軌，滿足車(chē)輛進(jìn)行2個(gè)車(chē)位的移動(dòng)切換需求，如圖7所示。

圖7 框架轎廂示意圖

（7）框架轎廂采用無(wú)圍護(hù)、有頂框架式組合結(jié)構(gòu)，由轎底框架、轎頂框架、轎側(cè)框架、橫移導(dǎo)軌組成一個(gè)5.0 m ×5.0 m×2.6 m的三維空間。在頂層、底層框架立柱位置各設(shè)置4組導(dǎo)向輪機(jī)構(gòu)，通過(guò)導(dǎo)向輪的作用，轎廂在三維空間穩(wěn)固，確保整體框架式轎廂式停車(chē)平臺(tái)運(yùn)行平穩(wěn)性。

（8）框架轎廂式升降機(jī)高速運(yùn)行，安全系數(shù)建議大于12倍。安全倍率校驗(yàn)時(shí)，需考慮升降平臺(tái)最大偏載、最不利位置，車(chē)輛3∶2分配重量。

（9）升降機(jī)采用分離式平層技術(shù)，載車(chē)裝置通過(guò)防墜落鉤臂懸掛在井道兩側(cè)層導(dǎo)軌上，框架轎廂與載車(chē)裝置處于分離狀態(tài)。LAT智能搬運(yùn)器駛?cè)牖蝰偝鰰r(shí)，框架轎廂端的重量變化作用于層導(dǎo)軌上。

（10）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選型。考慮轎廂跨度變化引起的自重變化、移動(dòng)部件（如橫移車(chē)、載車(chē)裝置、LAT 智能搬運(yùn)器、汽車(chē)等）在最不利位置時(shí)所需提升力、框架轎廂端位于最頂層和最底層時(shí)最大靜張力差以及系統(tǒng)起動(dòng)加速運(yùn)行的慣性力。

（11）采用雙電機(jī)設(shè)置，主電機(jī)為變頻調(diào)速電機(jī)，保證升降機(jī)平穩(wěn)、高速運(yùn)行。輔助電機(jī)，可實(shí)現(xiàn)升降機(jī)慢速運(yùn)行，可輔助設(shè)備安裝和故障處理。

2.7 框架轎廂的剛性及強(qiáng)度設(shè)計(jì)

框架轎廂是由H型鋼構(gòu)造、無(wú)圍護(hù)結(jié)構(gòu)、有頂框架式廂體，框架轎廂的長(zhǎng)度是根據(jù)2 個(gè)橫移車(chē)位尺寸、框架轎廂結(jié)構(gòu)及曳引懸掛系統(tǒng)、橫移車(chē)運(yùn)行導(dǎo)軌的布置以及橫向定位機(jī)構(gòu)的占位等確定的。轎頂框架、轎底框架分別由縱梁、橫梁、立柱及斜撐等構(gòu)成穩(wěn)定性好、承載力強(qiáng)的框架結(jié)構(gòu)，通過(guò)轎廂側(cè)壁框架聯(lián)接而成統(tǒng)一整體結(jié)構(gòu)。

隨著升降機(jī)速度的不斷增高，對(duì)框架轎廂的結(jié)構(gòu)剛性要求也隨著增大，通過(guò)縱橫梁排架式設(shè)計(jì)，以及加大型材規(guī)格的方式提高框架轎廂的結(jié)構(gòu)剛性，也可通過(guò)ANSYS或其他結(jié)構(gòu)分析軟件進(jìn)行框架轎廂的優(yōu)化設(shè)計(jì)。一方面需滿足結(jié)構(gòu)剛性，另一方面需合理選擇型材截面，盡可能減少型材在框架轎廂投影面的投影面積，以增大框架轎廂表面的過(guò)風(fēng)面積，控制框架高度尺寸，可以減少對(duì)機(jī)坑深度、頂層空間高度、對(duì)重重量的影響。

2.8 停車(chē)室設(shè)計(jì)

（1）入戶式可視停車(chē)區(qū)：超高層豪華住宅，停車(chē)室通常設(shè)置在客廳、游泳池及連廊的正面或旁側(cè)，停車(chē)室通常采用落地玻璃作為隔墻等，形成封閉、可視的室內(nèi)空間，汽車(chē)入戶式停車(chē)設(shè)備示意圖如圖8所示。

圖8 汽車(chē)入戶式停車(chē)設(shè)備示意圖

（2）停車(chē)位：每戶配置2 車(chē)位，采用大理石或自留平地面，停車(chē)面與地坎角鋼面平齊，結(jié)合室內(nèi)裝修及個(gè)人風(fēng)格進(jìn)行停車(chē)區(qū)域裝修。

（3）安全門(mén)系統(tǒng)：停車(chē)區(qū)與井道處設(shè)置安全門(mén)，可采用卷簾門(mén)或提升門(mén)，具體與平層結(jié)構(gòu)或復(fù)式結(jié)構(gòu)相匹配，安全門(mén)設(shè)置系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)開(kāi)關(guān)。

（4）停車(chē)區(qū)域消防：每個(gè)車(chē)位上方或側(cè)方設(shè)置兩個(gè)噴淋頭，停車(chē)區(qū)域與升降機(jī)井道設(shè)置防火卷簾門(mén)，與消防噴淋系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。

3 結(jié)束語(yǔ)

汽車(chē)入戶式垂直升降停車(chē)設(shè)備是一種新型智能立體停車(chē)庫(kù)，世界范圍內(nèi)對(duì)于超高層建筑、高速車(chē)輛存取的入戶式項(xiàng)目仍屬空白。本文通過(guò)對(duì)汽車(chē)入戶式垂直升降停車(chē)設(shè)備設(shè)計(jì)方法的梳理，為今后汽車(chē)入戶式垂直升降項(xiàng)目提供了設(shè)計(jì)依據(jù)及參考。同時(shí)，針對(duì)存取交換技術(shù)、垂直升降機(jī)設(shè)計(jì)、轎廂強(qiáng)度剛性等重點(diǎn)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)總結(jié)，得出如下結(jié)論：

（1）LAT存取交換技術(shù)能夠滿足車(chē)庫(kù)與居住區(qū)域地面的光滑平整過(guò)渡，有利于營(yíng)造觀賞性停車(chē)空間，符合此類(lèi)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的定義和需要；

（2）垂直升降能力決定了車(chē)輛存取速度，針對(duì)200 m 超高層建筑，5 m/s的最大升降速度能夠滿足快速存取車(chē)輛的需求；

（3）轎廂剛度受垂直升降速度的影響，合理控制該模塊的重量有利于減輕驅(qū)動(dòng)力負(fù)載。