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立体车库概述与发展

随着国民经济的高速发展和城市化的持续推进,大中城市汽车保有量逐年上升,然而,停车位数量的增长却相对缓慢,停车难已经成为全社会担忧的问题。立体车库是解决这一难题的重要途径。文中阐述了立体车库的发展现状,系统总结了其基本类型和特点,着重分析了立体车库面临的问题,最后,为立体车库未来发展提出了建议。

立体车库概述与发展前景分析

 

引 言

近年来,我国经济持续高速增长,城镇化水平显著提高,国民消费能力普遍提高,私家车拥有量呈指数式上涨。截止2016年底,我国已成为全球第一大汽车市场,汽车保有量突破 1.94亿辆。根据国际惯例,汽车保有量与汽车停车位的比例在 1:1.2 到 1:1.4 之间较为合适 [1]。

资料显示,目前我国停车位在 8 000 万~ 9 500 万之间, 车位缺口上亿。另一方面,城市停车场建设严重滞后, 又多为平面式地上或地下停车场,停车空间小,停车设施配备不足,停车效率低,单车占用停车面积大,难以满足社会对停车位的需求。由于停车位不足,违规占用人行道、行车道停车的现象十分普遍,严重影响了正常的交通秩序,出现了静态交通混乱的现象。停车须向空中和地下发展,提高空间利用率是有效的解决办法 [2], 立体车库便应运而生,为缓解动态交通和静态交通之间的矛盾开辟了新的途径。

立体车库概述

立体车库全称自动立体停车装备系统,属于仓储设施,它可以实现车辆的自动存取,是一种立体化多空间的自动机械式车库。它一般由机械系统、控制系统、液压辅助系统、电气系统、传感器系统组成,融合了机械技术、数控技术、计算机技术、人机交互技术、机器人技术、自动化技术、传感器技术、人工智能(AI)技术, 是一种智能化立体化的物流储运系统。

美国最先开始研发立体车库,在 1920 年建成并投入使用,于 20 世纪 60 年代进入高速发展期。美国将大量的计算机技术、AI 技术等应用于立体车库的研发和生产,其立体车库自动化程度较高。由于美国的汽车保有量居于世界首位且立体车库技术处于世界先进行列, 因此美国的立体车库竞争力大、市场广阔。

韩国、日本的立体车库始于 20 世纪 70 年代,它们皆是国土面积小、人口众多且经济高度发达、汽车保有量多的国家,立体车库在此有庞大的市场。日本将机器人相关技术应用于立体车库中,减少了人与机器交流的障碍,产品质量和服务可信度高,其产品在国际市场上有很强的竞争力。

我国于 20 世纪 90 年代开始研制机械式立体车库相关产品,伴随着我国汽车保有量的不断攀升,静态交通问题日益严重,立体车库将逐步取代传统的平面式停车场。但由于立体车库前期投入大,维修管理成本高,其在我国的发展受到一定的阻碍。

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立体车库分类和特点

资料显示, 按照我国机械行业标准 JBT/8713—1998,对机械式停车设备从其外形和功能上分为垂直升降类(PCS)、水平循环类(PSC)、升降横移类(PSH)、垂直循环类(PCX)、多层循环类(PDS)、简易升降类(PJS)、平面移动类(PPY)、巷道堆垛类(PXD)。现实中应用较多的为PCS类、PSH类、PPY类和PXD类。

1 垂直升降类

垂直升降类立体车库亦称为塔式立体车库,工作原理与电梯类似,采用起重机和横移机将车辆运送至指定空车位,每层设置两个车位,一般可达 15~20层,每座车库停车 30 ~40 辆,每辆车的占地面积由 30m2降至 1.95m2,占地面积降低了约 15倍,大大提高了土地和空间利用率。但是其设备复杂,对设备安全性、稳定性要求高,一次投入较大。适宜布置在土地使用成本高, 车位需求大的商场、医院、电影院等人流量较大的场所。

2 升降横移类

升降横移式立体车库采用以电机带动链条驱动载车板升降或横移实现车辆存取,每个车位都设置有载车板, 除顶层外每层车库需预留一个空车位供存取车使用,一般将底层设置为第一层,以方便存取车操作。此种车库结构简单,布置灵活,模块化设计,车库规模可随场地灵活调整,目前市场占有率超过 73%,缺点是每层必须空出一个车位以便系统正常运转实现存取车操作,且存取车时载车板的升降和横移运动需要设计复杂的控制系统。适宜布置在政府机构、住宅区附近。

3 平面移动类

平面移动类立体车库与升降横移类立体仓库的工作原理和结构相似,每层的载车台和升降机分别动作,每层设置有横移车负责本层车辆的存取。此种车库一般设置在地上或半地下 [4],准无人方式,能够充分利用地下空间,尽可能多地提供停车位且地面层车库可停放大型车辆,缺点是设备结构复杂,占地面积多。适宜布置在高速公路服务区、机场等场所。

4 巷道堆垛类

巷道堆垛式立体车库是一种封闭式的立体车库,采用巷道堆垛机为存取机构将车辆水平且垂直运送到空车位,它由巷道堆垛机、两侧的停车位组成。此种立体车库是一种集机、光、电自动控制为一体的全自动化立体停车设备,用于停放小型汽车,为全封闭立体车库,安全性好,存车效率高,缺点是堆垛机在车库中往复运动时间长,故障率高,相比于垂直升降类车库,工作效率低。适宜布置在火车站、汽车站等车流量较大的场所。

立体车库概述与发展前景分析

 

立体车库面临的问题

尽管立体车库相比平面式停车场有诸多优点,但也存在一些问题,包括技术问题、市场问题、产业化问题, 我们只有正视以上问题,才能使立体车库更好地为人类服务。

1 技术方面

立体车库虽然历经近百年的发展,但在我国仍然属于新兴行业,核心技术仍需从国外引进,国内企业技术积累不足,缺乏自主研发能力,现有产品的安全性、稳定性、可靠性还有待提升。

立体车库属大型复杂、高冗余度结构系统,不同于一般的机械设备,其所受载荷不仅包括自重、风力、温度应力、地震载荷,还有存取车过程中所受的动载荷以及设备自身的冲击、振动等,以上各种因素使得立体车库所受载荷十分复杂,因此确定其载荷作用模式成为立体车库结构设计方面一大难题。另外,立体车库一般要同时承受动、静载荷的共同作用,易引发失稳甚至倾覆。因此立体车库的结构设计与仿真成为亟待解决的技术难题。

立体车库的自动存取车管理系统、监控安保系统大多采用 PLC 控制系统,其编程简单,硬件可靠,但是人机交互能力较弱,而且 PLC 微秒级的运算速度不能满足目前智能化立体车库的快速性、准确性要求,因此如何优化控制系统是立体车库面临的又一技术难题。

2 市场方面

立体车库一次性投入大,后期维修保养费用高,导致停车收费较一般停车场高,致使市场规模难以迅速扩大。立体车库的寿命低。立体车库的金属结构占到了车库系统的 90%以上,金属零件在循环应力或应变下会产生永久性累积损伤,达到其疲劳极限的循环次数后会产生裂纹或完全失效,疲劳破坏是金属固有性质,难以避免。其理论寿命为 30年,与平面式停车场相比,低寿命劣势明显。

立体车库难以保证绝对安全,致使车主对其望而生畏。立体车库由复杂的传动系统、控制系统、执行系统组成,难免发生意外,将致使管理者承受巨大的经济损失。2013年 9月,武汉市一平移式立体车库在停车时发生滑落,致使车辆接近报废;2015年 4月, 上海市一立体车库升降机发生故障,导致车辆从顶层坠落,致使车辆直接报废。这些事故给经营者造成很大的经济损失。

立体车库停车费用、后期保养费用高,一方面车主需要花费高价去停车,另一方面,经营者需要大量资金去维护保养停车设备且成本回收周期长,最终导致经营者和消费者不能完全接受立体车库,致使市场规模难以扩大。

3产业化方面

立体车库在我国起步较晚,缺乏完整的国家标准和行业规范,政府尚未建立相应的法规和制度去规范立体车库投资者、建设者和管理者的行为,导致市场环境秩序混乱且产业链不完善,对市场的变化反应不及时,市场竞争力较弱。

立体车库概述与发展前景分析

 

立体车库的建议及未来发展趋势

立体车库的建议

针对上述立体车库在发展过程中遇到的问题,本文为立体车库的未来发展给出了几项建议:

1) 立体车库生产企业应提高产品研发资金比重, 加大产品研发力度,制定有利于激发科研人员创造性的措施,鼓励科技工作者研发具有市场竞争力的产品,完善售后服务,降低立体车库制造成本,提高产品使用寿命,调整停车费用,吸引更多消费者主动成为立体车库的忠实用户。

2) 政府应制定完善的立体车库国家标准和规范, 加大政策扶持力度,适当补贴企业研发资金,引导社会资金对立体车库建设进行投资,加大对城市停车混乱现象的治理力度,对使用立体车库的消费者进行适当补贴,为立体车库的健康发展提供良好的社会环境和制度保障。

未来发展趋势

针对立体车库面临的问题以及当下发展状况,笔者认为立体车库有以下几个发展方向:

1) 攻克立体车库的载荷计算与仿真的难题。由于立体车库所受载荷复杂,现阶段对立体车库载荷计算和动态分析的精度较低,限制了对立体车库进行深度优化设计。因此,必须继续完善载荷计算理论,通过更精准的载荷计算和仿真,优化立体车库载车板、执行机构和控制系统性能。

2) 优化控制系统。现阶段 PLC 控制系统迟钝的响应速度和微秒级的运算速度难以满足智能化立体车库的要求,采用 DSP+CPLD 新型数字信号控制系统不但能提高控制精度和响应速度,而且能降低立体车库的研发、制造、运行及维护成本。在 DSP+CPLD 双控制核心系统中,CPLD核心完成庞大且复杂的逻辑运算,DSP 核心完成控制系统的数字运算任务,这将大大提高立体车库存取车效率、运行可靠性以及控制系统冗余度。

3)立体车库 + 智能手机使立体车库停取车更加方便、高效。当前智能手机已经十分普遍,研发安全、稳定的立体车库手机软件,使消费者能使用手机随时预约停取车,监控停车场状况,网上完成停车费支付,提高用户体验。

4)立体车库 + 共享汽车。现阶段由于我国汽车保有量持续增加,造成动态交通严重拥堵以及静态交通停车异常困难,如果立体车库与共享汽车有机结合,不但能够缓解城市动态交通拥堵与停车难的问题,还能有效提高立体车库的使用率,探索立体车库与共享汽车结合模式将是本领域重要研究方向。

5)存取策略优化。目前立体车库停取车时间与平面式停车场相比较长,必须采用新的控制理念设计控制系统,并对系统进行仿真分析,寻找最佳的控制方式,提高存取车效率。

结束语

随着汽车保有量的不断上升,城市停车难问题已经愈演愈烈,立体车库是解决这一问题的重要途径。立体车库的发展必须依靠国家、社会和企业的共同努力,持续推动创新,提高管理、技术和服务水平。在不久的将来,城市的交通状况会由于立体车库的快速发展得到很大程度的改善。


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