深圳市在用公交車機械式立體停車庫可靠性分析

賴穎東

廣東省深圳市質量安全檢驗檢測研究院 深圳 518024

0 引言

公交系統一個是城市所必須的運行系統，每條線路的終端站點都需要配置一定的停車位，但公交車體型龐大，通常一條公交線路需要配置大量的車輛，從而造成了占用大量土地資源的矛盾，甚至出現了公交車輛由于無位可停，不得不在夜間停在市政道路上的情況。深圳市嘗試使用機械式立體停車庫來解決這一問題。截至2022年9月，已有3個公交站場建成并開始使用機械式立體停車庫，公交車庫的應用將有效解決公交總站停車難問題，實現用地集約化、停放立體化、充電自動化、調度智能化，滿足城市核心區新能源公交車停放、充電、洗車、調度、檢修等方面的一體化需求，極大緩解公交戰場外部道路的通行壓力，提升深圳市交通環境品質，為深圳市公交車機械立體車庫的建設發揮示范作用。

與普通機械式車庫相比，公交車機械車庫在可靠性要求上有著很大的不同，若公交機械車庫出現故障無法存取車輛，將會影響到一條或者多條公交線路的運營，極端情況下甚至會造成不良的社會影響，這就對公交車機械車庫的可靠性提出了更高的要求。本文將從機電設備的可靠性分析入手，闡述目前深圳市在用的3套機械式公交車立體車庫之間的可靠性異同和對應的提高可靠性策略。

1 系統可靠性建模

1.1 任務流程分析

1）公交車駛入轉換區，在轉換區先由傳感器檢測車輛車身尺寸和質量，判斷車輛是否停靠在載車板指定的位置，生物傳感器檢測轉換區是否有人員未離開轉換區，檢測自動門裝置是否已經關閉，以上數據采集確認之后，車庫準備進入存車工作狀態。2）縱移機構將載車板連同公交車一起從轉換區運輸至工作區的升降平臺之上。3）升降平臺提升車輛到指定樓層。4）升降平臺上的防墜落安全裝置運行，將防墜插銷伸入插銷孔之中，使升降平臺可靠固定，防止載車板的移動造成的加載或者卸載使升降平臺意外失控墜落。5）橫移機構將載車板橫向移動到對應車位的橫向方位上。6）縱移機構將公交車和載車板一起存入指定車位后，返回升降平臺，防墜安全插銷從插銷孔中縮回。7）升降平臺再前往未停放車輛的車位上，通過橫移機構和縱移機構配合取出未存放車輛的載車板。8）升降平臺回到一層，將空車板送入轉換區，等待進行下一次存車循環。

機械式公交車立體停車庫的取車流程為

1）升降平臺將轉換區的空車板取出，放入無載車板的車位上。2）升降平臺提升至待取車所在樓層。3）升降平臺上的防墜落安全裝置運行，將防墜插銷伸入插銷孔之中。4）橫移機構和縱移機構配合將載車板連同公交車一起從車位上運輸至升降平臺之上。5）防墜安全插銷從插銷孔中縮回。6）升降平臺回到一層，縱移機構將載車板和公交車送入轉換區，等待進行下一次存車循環。

1.2 系統可靠性框圖

系統由安全保護裝置檢測、縱移機構、主（備）提升機構、安全防墜裝置、橫移機構、縱移機構等組成，系統可靠性框圖如圖1所示。

圖1 系統可靠性框圖

2 系統可靠性預計

采用數學模型法，通過直接給出可靠性數學模型的串聯系統、并聯系統、混聯系統、表決系統、旁聯系統的有關公式進行可靠性預計。機械式公交車立體車庫的組成是由串聯系統，表決系統和旁聯組合而成。

1）串聯系統 串聯系統的所有單元之間的失效時間隨機變量互相獨立，其中任意一個單元的故障都會使系統產生故障，其系統可靠度

2）表決系統 表決系統由n個單元和表決器組成系統，組成系統的n個單元中，至少r個單元正常工作，系統才能正常工作，大于（n-r）個單元失效則系統失效，表決系統是儲備系統的一種形式，是并聯系統的一種特例。深圳在用的3套車庫中有2套公交車車庫系統的縱移機構采用的是表決系統，其一定數量的縱移機構異常是可以接受的，并不影響其他車位的出車。其可靠度

3）旁聯系統 旁聯系統各個單元只有一個處于工作狀態，另一單元處于非工作狀態作為儲備，只有工作單元處于故障狀態，儲備單元才會通過轉化裝置接替發生故障工作單元，假設轉換裝置完全可靠，則該系統失效率之和為

根據圖1可知，安全保護裝置串聯在系統之中，接著串聯上每個車位上的縱移機構組成的一個表決系統，再串聯的提升機構是由一個主系統和一個備用系統組成的旁聯系統，最后再串聯上橫移機構和防墜安全裝置，故其總系統可靠度為

整套系統的可靠度不僅與各子系統的可靠度相關，還與其各個系統的組合形式有關。可以在成本允許的情況下，通過將縱移系統和提升系統設計為有冗余的并聯系統或旁聯系統，或加大并聯支路數量的方法，提高系統整體可靠性，降低系統故障率。

3 系統可靠性分配

本文選取目前在用的3個不同廠家生產的3種不同類型的機械車庫，其結構有一定的差異，分別列為A、B、C 3套不同的公交車立體車庫，通過使用評分分配法來進行可靠性分配。

3.1 評分因素與評分原則

1）復雜程度 根據組成單元的零部件數量及之間組裝的難易程度來評定，最復雜的評10分，最簡單的評1分。

2）技術水平 根據組成單元目前的技術水平的成熟度來評定，水平最低的評10分，最高的評1分。

3）工作時間 根據組成單元的工作時間來評定。工作時間最長的評10分，工作時間最短的評1分。

4）環境條件 根據組成單元所處的環境來評定。單元工作工程中經受極其惡劣或嚴酷環境條件的評10分，環境條件很好的評1分。

3.2 評分結果

根據評分原則，最終評分結果如表1所示。

表1 車庫評分結果

評分系數是各個子系統可靠度占用總系統可靠度的比例關系，該數字越大表示該子系統在總系統中需要分配的可靠度越高，由此可知，該子系統需要在設計制造階段就開始重點優先給予考慮，并且在投入使用后，日常維護保養也應該重點給予關注，才能更好地保證車庫的正常運行，降低該子系統的故障率，從而保證整體的可靠運行。

3.3 結果分析

1）提升機構系統在3套車庫中評分都是最高的，說明該子系統在系統整體中重要性最高，應得到最多的關注，確保其可靠運轉。

2）B庫的提升系統和縱移系統都是最高分，因為該車庫的縱移系統被集成在升降平臺之上，說明縱移系統也和提升系統可靠性要求高，需要給予重點關注。

3）C庫的提升系統與橫移系統是各個子系統中分數最高，是因為橫移系統被集成在升降平臺上，工作時間長，系統復雜度高，所以該子系統的可靠性要求也高，需要從生產設計開始就保證其可靠性，投入使用之后的維保檢修工作也應加強。

4）A庫的評分比較平均，說明除提升機構需要增加一定的關注以外，其他系統保持一個比較平均的可靠度分配數字，相對其他2套車庫而言該車庫的可靠性分布比較平均，也降低了該車庫生產設計和維護保養的難度。

4 可靠性分析與對策

4.1 可靠性分析

1）A車庫和B車庫每層僅有2個存車位，存取車無需橫移機構來調整橫向取車位置，C車庫因需要在有限的空間實現更多的存車量，每層有4個存車位，需要設置橫移機構，且橫移機構安裝在升降平臺之上，就系統組包含成子系統的數量所決定的復雜程度而言，A車庫和B車庫優于C車庫。

2）A車庫和C車庫的每個車位上都擁有獨立的縱移機構，B車庫的縱移機構集成在升降裝置之中，所有車位上的縱移動作均由其完成，因此，對于A車庫和C車庫而言，即使個別縱移機構發生故障，只會影響相應車位的存取，其他車位不受影響。對于B車庫而言，若縱移機構出現故障，整套車庫將無法對所有的車位進行存取車操作，車庫將無法正常運行。就縱移機構冗余度而言，A車庫和C車庫優于B車庫。

3）C車庫車位底座為混凝土樓板，其載車板為整塊無孔鋼板，車庫內部除升降通道以外，較少有墜落的空間，該車庫的結構能方便檢修人員攜帶設備進行檢修；A車庫和B車庫車位底座為鋼結構，載車板為框架結構，中間存在大量的空隙，發生人員墜落的風險很大，不利于檢修人員攜帶工具在車位上面進行檢修作業。就檢修維護方便性而言，C車庫優于A車庫和B車庫。

4）A的備用提升電動機與主提升電動機規格相同，B車庫和C車庫備用提升電動機功率只有主提升電動機的1/4，一旦主電動機出現故障需要使用備用電動機時，車庫的提升系統將無法實現全速運作。因此，在備用提升電動機的工作效率方面，A車庫優于B車庫和C車庫。

4.2 應對策略

A車庫 車庫框架結構不易進行維修，應對措施為加強日常保養的次數，同時進行故障隱患排查，做到早發現早處理，避免影響車庫的正常運行。

B車庫 因橫移機構整合在升降平臺之上，且框架結構不易進行維修，故須加強對橫移機構的維護保養頻次，盡量確保其可靠運作，避免出現橫移裝置故障導致整套車庫無法存取車輛的情況，同時因框架結構影響故障的及時排除；對于備用電動機功率不足的問題，應做到加強主電動機的維護保養，盡可能降低故障率，同時確保備用電動機可用，擁有足夠的備件，方便在最短的時間內排除故障。

C車庫 利用自身檢修維護方便的特點，做到對縱移機構進行足夠的備件準備，可保證在最短時間內排除縱移機構故障；對于備用電動機功率不足的問題，應加強主提升電動機的維護保養，保證其可靠性，并保證有足夠的備用件以便在最短時間內恢復故障主電動機的正常運作。

5 對未來規劃公交車立體車庫的結構改進建議

1）各個子系統須擁有一定的冗余度，使車庫的子系統中盡量形成并聯系統、旁聯系統和表決系統，如升降系統配備備用電動機，供電系統配備雙電源自動切換系統，橫移和縱移機構配備雙驅動裝置等，可極大提高車庫系統的可靠性。

2）避免過高的集成度，起升、橫移和縱移機構盡量分開設置，防止其中一個子系統出現故障之后連帶影響其他子系統的正常運行。

3）現場儲備足夠更換備件。準備足夠的備件應對隨機發生的故障，做好事后處理，在最短的時間內消除故障影響。

4）預留足夠的檢修作業空間和平臺。良好的作業環境能極大地提高故障排除的效率，也對作業人員的人身安全有著重要的影響，充分的設計優化對車庫的可靠性提高有積極的影響。

5）增加維護保養頻次。TSG Q5001—2009《起重機使用管理規則》中第34條規定：在用起重機至少每月進行一次日常維護保養和自行檢查，每年進行一次全面檢查，保持起重機的正常狀態。第38條規定：使用單位可以根據起重機械工作的繁重程度和環境條件的惡劣狀況，確定高于本規則規定的日常維護、自行檢查和全面檢查的周期和內容。公交車立體車庫的維護保養頻率可高于使用管理規定的周期，同時可根據其特定的使用要求，增加保養的內容，制定更有針對性的保養規則，特別是對于可靠性分配中系數比較高的子系統，更應重點設置高頻次、全方面覆蓋的保養計劃。

6 結語

當前，全國許多城市為緩解交通擁堵，降低能源消耗，改善生態環境，都在積極推進以新能源公交為重點的公交都市建設，未來對新能源公交立體車庫的需求將會越來越大。但公交立體車庫不同于傳統車庫，需要滿足好用、耐用的進階要求。本文所敘述的方案優化方法，將整體提升機械式公交車停車庫的可靠程度，減少出現車庫出現故障影響公交線路正常出車的情況發生，提升公交車立體車庫集約化利用土地資源的效果，實現品質公交的良好社會影響。