基于公交毛細網鏈規劃的共享單車停放設施設計

劉桂麗，余功新，白 坤，方曄盛

（1.陸軍航空兵學院航空勤務系，北京101100；2.青島理工大學汽車與交通學院，山東 青島266520）

共享單車作為一種新型商業模式，在城市環境、交通領域的積極影響下快速發展，完善了城市公交系統，解決了“最后一公里出行”難題[1]。但是隨著共享單車的不斷普及和使用，城市用地緊張和自行車的停放之間出現矛盾，車多地少問題致使共享單車系統設置數量有限，難以滿足交通需求；不規矩停車影響了市容，也妨礙市民正常的交通出行[2]。諸多原因最終導致共享單車的公共交通模式沒能充分發揮其自身優勢，“綠色出行”得不到廣大出行者的積極響應[3]。

1 城市公交毛細網鏈規劃

雖然當前大多數城市用地較為緊張，但是，仍有大量閑散的微空間尚可利用，如居民樓、商場等墻體外側、公交停靠站背面及兩側、公園休閑椅后側、樹木之間、路燈周圍、路基擋土墻一側等。如果能設計出一種新型便捷式共享單車停放設施，見縫插針地設置在這些城市未被利用的閑散空間，方便共享單車及私家車的停放；停放設施的日常維護與管理可采用交通始發地物業實際執行、政府資助的形式。由此，私家自行車和共享單車出行方式延伸到居民樓前、商場門口、辦公樓下等交通始發地，該方案在提高城市土地利用率的同時可使共享單車與現有公交系統更加有效地結合，實現不同公交方式的無縫銜接，填補公交站點與交通始發地之間公交出行方式的空白，實現交通始發地至公交站點之間方便出行，形成城市公交毛細網鏈全覆蓋，提高公交系統輻射影響力及便捷程度，達到出門就有公交的目的。以上即為城市公交毛細網鏈規劃方案。

由此，共享單車停放設施的設計成為實現公交毛細網鏈規劃的關鍵環節。

2 共享單車停放設施設計

2.1 總體設計

共享單車停放設施利用的是城市閑散微空間，因此總體設計原則是占地面積小，同時實現安全便捷、綠色環保、經濟美觀等效果[3]。為此，本設施采用共享單車傾斜60°放置，以減少占地面積，整體流線型設計可方便共享單車的存取。主要由停放斜曲面、前輪凹槽、后輪彈簧板及彈簧鎖和可拆卸雨棚組成。寬20 cm，高2.1 m，長1 m，占地面積0.2 m2，相比現有設施可節省50%的空間，總體效果如圖1 所示。

停車時，共享單車前輪沿停放斜曲面進入前輪凹槽內，后輪處彈簧板在車自身重力和人力作用下自行下陷形成凹槽，后輪進入形成的凹槽中；前輪和后輪一定深度的凹槽設置可將共享單車穩固地停放在該設施上；后輪彈簧板處設有彈簧鎖裝置，共享單車停穩后刷卡上鎖以確保停放安全[4]。

2.2 局部設計

2.2.1 后輪彈簧板

如圖2 所示，后輪彈簧板由兩塊板（上斜板和下平板）組成。上斜板與下平板下側均與彈簧相連接，其在壓力作用下可下陷形成后輪凹槽。彈簧板彈力的基本要求是：僅有輪胎自身重力的作用下，彈簧板不能下陷形成凹槽，同時給予一定的壓力時才可下陷。該設計可實現停車時最先接觸后輪彈簧板的前輪不會下陷，而后輪接觸彈簧板時，在人力給予的壓力下，后輪隨同彈簧板一起下陷，確保便捷停車。

圖1 共享單車停放設施效果圖

圖2 后輪凹槽

2.2.2 彈簧鎖

彈簧鎖主要由桿、彈簧及兩個可繞軸上下轉動并相互嚙合的金屬板組成，緊貼著后輪彈簧板安置。兩金屬板在外力作用下可繞各軸上下轉動，但轉動過程中均受彈簧反彈力的作用，無外力時金屬板回彈至原位。彈簧鎖整體受電子系統控制，在系統未給指令時，兩金屬板塊只能因外力作用向下轉動；當接到系統指令時，才允許其因外力而向上轉動。使用者可使用IC 卡控制該系統，停車時刷卡則系統識別IC 卡信息，取車時刷卡按IC 卡信息判斷是否打開彈簧鎖并按時長扣費。

2.2.3 停放斜曲面及前輪凹槽

停放斜面為一段曲線弧，如圖3 所示，流線型設計可減少停車阻力，且造型美觀；材料采用厚度為2 mm 的201 鋼板，具有耐磨、耐高溫、耐腐蝕、成本低、質量輕等優點[5]。停放斜曲面的前端設有前輪凹槽，如圖4 所示，槽寬為5 cm，適合目前所有常見車型，深度為25 cm，約為常見共享單車車輪半徑的5/6[6]，該深度可使車輪無法自動下滑，以確保停車穩固。

圖3 停放斜面

圖4 前輪凹槽

2.2.4 雨棚

如圖5 所示，可拆卸雨棚在一定程度上可以起到遮蔽風雨的作用。若共享單車停放設施設置位置處尚存在可利用空間，可將雨棚拆除，設置獨立的整體遮雨板，以進一步提高遮擋效果，如圖6 所示。遮雨板上可安置太陽能電板[7]，利用太陽能為該設施提供能源。

圖5 可拆卸雨棚

圖6 整體遮雨板

2.3 工作原理

2.3.1 停車過程

存車人按照該設施的既定軌道加以適當的推力，將車推放在停放斜曲面上，前輪進入前輪凹槽中，此時后輪到達彈簧板處（亦壓在彈簧鎖上）；存車人對后輪施加壓力，后輪與彈簧板一起下陷，兩金屬板塊因受車輪胎的同步壓力而繞軸向下轉動；在彈簧彈力的作用下，兩金屬板塊有向上反彈趨勢，因此施加在輪胎的壓力應大于反彈力，當車輪到達停放位時，兩金屬板塊反彈回原位置，刷IC 卡，系統識別并記錄信息，停車過程結束。

2.3.2 取車過程

取車人刷卡后，系統識別IC 卡信息，若與停車時信息一致，彈簧鎖的兩金屬板塊被系統指令向上轉動，即彈簧鎖失去了對后輪和彈簧板的反彈限制作用，因而在人力給予一定的向上拉力作用下，后輪和彈簧板將一起被彈出凹槽回到原位，此時彈簧鎖的兩金屬板塊亦被彈回原位置，即彈簧板回到鎖車前的狀態，取車人即可將停放在斜曲面上的車取走，取車過程結束。

3 共享單車停放設施應用

便捷共享單車停放設施可以見縫插針地設置在一切未被利用的閑散空間，如公交停靠站兩翼及背面、居民樓、辦公樓等建筑物墻體一側、公園休閑座椅靠背后、樹木之間、擋土墻一側等；隨著開放式小區的建設，其原有圍欄處亦可成為便捷式共享單車停放設施放置的空間。

3.1 新型公交停靠站設計

如圖7 所示，新型公交停靠站為“羽翼式”設計，利用停靠站的兩側及背部空間與便捷式共享單車停靠設施相結合，在公交停靠站頂端加上太陽能板發電設施，為設施的使用提供能源。

圖7 公交停靠站背面及兩側

3.2 建筑物墻體處

如圖8 所示，居民樓、辦公樓、商場等建筑物外墻可作為便捷式共享單車停靠設施的支點，將其放置在尚可利用的閑置空間。

3.3 小區圍欄

如圖9 所示，居民小區圍欄亦可為便捷式共享單車停放設施的安置提供支點。隨著開放式小區的不斷建設，圍欄的使用將大大減少，在尚無支點可用的情況下，便捷共享單車停放設施可采用兩兩對向、互為支撐的形式進行設置，如圖10 所示。

圖8 建筑物外墻一側

圖9 居民小區圍欄處

圖10 互為支撐

除上述地點以外，城市中仍有大量微空間可供使用，如公園休閑椅靠背后側、人行道綠植物之間、路燈及電線桿周圍等。

總之，在城市中能夠提供0.2 m2面積和一個支點的位置，即可實現便捷共享單車停放設施的設置，若無支點可用，只需0.4 m2的面積，利用自身相互依靠亦可實現該設施的設置。

4 可行性分析

4.1 適用人群分析

以共享單車為研究對象進行受力分析，為保持共享單車在停放設施上的平衡，需滿足：

式（1）（2）中，G、T、F分別為車重、推力及彈力，計算模型受力如圖11 所示。

圖11 計算模型受力簡圖

表1 共享單車停放設施造價（單位：元）

表2 山東日照便捷共享單車停放設施與現有設施費用

通過計算可知，停放共享單車所需推力約為140 N，相當于一個人拎起一箱24 瓶裝礦泉水所需的力。在理論分析的基礎上，本文進行了適用人群測試，實驗證明，在選取的年齡在12～60 歲范圍內的人群，96%的人均可實現共享單車的安全快速停放。

4.2 經濟可行性分析

由表1 可知，每個新型便捷共享單車停放設施造價約700 元，僅為目前公共共享單車停放設施（約2 000～3 000元）的30%左右。

以山東省日照市市區為例，目前共享單車一期工程已建站點200 個，投放共享單車3 000 輛，總投資約為1 200 萬元，占地面積約2 800 m2[8]。共享單車停放設施尺寸為1.10 m×0.20 m×1.90 m（長×寬×高），每個站點（約14 個停放設施）占地面積約為14.15 m2，如表2 所示。 若采用60°新型共享單車停放設施，節約花費840 萬元，減少占地面積1 400 m2，這對土地資源緊缺的城市來說，具有重大現實意義。從適用人群及經濟性分析可知，便捷式共享單車停靠設施的使用具有良好的可行性。

5 創新特色

公交毛細網鏈規劃思路極大限度擴充了公交范疇，將城市公交路網延伸到交通始發地，可實現城市公交毛細網鏈全覆蓋；基于城市公交毛細網鏈規劃的共享單車停放設施，服務于公交站點與交通起始點之間，填補兩者之間公交方式的空白；便捷共享單車停放設施采用60°斜放式設計，相比現有設施節省了50%的空間，可見縫插針地設置在一切未被利用的閑散微空間，提高土地利用率；使用共享單車停放設施更加便于公交系統管理與運行，相對原有共享單車系統而言，政府只需要提供維護和管理費用，可極大程度上減少政府投入。

6 應用前景

近年來，大眾綠色出行的愿望日益強烈，我們需要的是為綠色出行提供便捷條件，讓綠色出行無后顧之憂。共享單車停放設施的設置，相當于對原來共享單車的放置進行了規范化處理，一定程度上解決了亂停亂放影響市容的問題。目前，大多數城市，尤其是大城市的土地開發已近乎接近極限，目前能服務與公交系統的空間已難以擴展，便捷式共享單車停放設施利用無法再利用的城市閑散微空間，可進一步提高城市的土地利用效率。尤其對于地下空間利用受限的城市，基于公交毛細網鏈規劃的共享單車停放設施的應用將更具有現實意義。