城市立体车库的现状及展望.doc

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1、DOI:10.16487/ki.issn2095-7491.2012.05.010 城市立体车库的现状及展望 宋秋红 安丰贞 方铀 曹小龙 （ 1、 上海海洋大学 ， 2、 上海市城市交通考试中心 ） 摘 要 该文 阐述了 发展 城市立 体车 库的 必要性 ， 系 统归 纳了立 体车 库的结 构类 型和 特 点 ， 重点分 析了立体车库的 应用现状与发展 立体车库需要解 决的技术难题 ， 主要包括结构设 计 上和控制技 术方面应该重点 研究的问题 。 最 后 ， 对城市立体 车库的应用与发 展前景及以后的 发 展趋势做出了展望 。 关键词 ： 立体车库 技术难题 应用与发展 随着社会经济的飞

2、速发展，人们的生 活水平不 断地提高，汽车的保 有量也增长迅速，导 致我国大 中城市普遍存在着停 车难的问题。由于人 们早 期对 此认识不足，在城市 规划时对停车设施考 虑不够， 多为平面式停车场， 而这显然不能满足人 们的停车 需要，造成了目前停 车设施严重缺失的局 面。如再 不采取措施，这一矛盾将十分突出 。智能式立体 车 库的应运而生，为 解决这一难题带来了 希望，将 地 面停车向空间发展 ，形成立体停车模式 ，已经成 为缓解城市“停车难”的重要途径之一。 1 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，它能使 停入的车辆自动摆放 到空缺位 置，是一种立体化多

3、 空间的自动机械式车 库。其管 理系统是集自动化技 术、机器人技术、计 算机技术 为一体的 智能化立 体化的物 流储运系 统 。通 过这 种 方式，能自动并可 靠地完成车辆的存取 以及相关 信息的管理。 根 据不同的特点， 立体车库的种类可 以分成很 多 种。根据汽车的泊 位和数量，可以分为 大型立体 车 库、中型立体车库 和小型立体车库；根 据使用类 型 的不同，可以分为 停放小轿车的立体车 库和停放 大 型公交车的立体车 库；根据使用场合的 不同，可 以 分为公共型立体车 库和家用型立体车库 ；根据建 筑 形式可分为独立式 和内置式 （依附式） 。而根据 工 作 结构 及 形式 可分 为

4、循环 方 式、 升降 或 横移 方 式、巷道堆垛方式以及旋转方式。 1.1 循环方式 循 环方式立体车库 又分为水平循环式 、垂直循 环式和多层循环式三种。 水平 循环 式。水 平循环 立体 车库采 用一个 水平放置的链式输送机作为其主体结构，车辆停 放 在链式传送带的托盘上，随着车辆的出入库，所 有 车辆按固定次序作循环运动。水平循环式立体车 库 可省去原平面停车的进出车道，所以外形狭长， 使 得狭 长地段的土地利用率大大增加。 垂直 循环 式。垂 直循环 式立 体车库 将车辆 停放在托盘上，由链条带动而做垂直循环运动来 完 成存取车辆过程。 多层 循环 式。多 层循环 式立 体车库 通过使

5、 载车板作上下水平循环运动来实现车辆多层存放 。 它主要由升降系统、水平循环系统和电气控制系 统 三个部分组成的。 循环式立体车库具有电气控制简单、易维护 等 优点，同时因为大多只有一个出入口，因此高峰 时 间存取车时间较长。 1.2 升降或横移方式 升 降或 横移 方式 立 体车 库主 要 包括 简易 升降 式、升降横移式和垂直升降式三种。 简易升降式（如图 1 ）。该类车库一般是准 无人方式，即人将车开到载车板后离开，然后移 动 汽车的方式。结构简单，操作容易，适用于地上 室 外广场、地下室、小别墅住宅等场所 。一般多为 两层。 升降横移式（如图 2）。升降横移式立体车 库的每个车位均有载

6、车板 ，所需存取车辆的载车 板通过一定的输送装置或提升或横移，将汽车运 送 到预 定车 道 。地 面一 层一 般设 置为 进出 车层 ，司 机可直接驶进驶出 ，完成存取过程。每个载车板 2012 no.5 vol.26 1 1 2 1 1-2 3 17 科技园地 ACADEMIC FIELD 都设有动力装置，因此为全自动化操作，简单灵 活，目前应用范围较广。不足之处是设备在工作 时要留有空车位，且车位移动的控制系统较为复 杂。 垂 直升 降式（ 如图 3 ）， 又 称塔 式， 亦可 称作电梯式（以下均称为电梯式）。电梯式立体 车库较为常见，并且层数一般较高，它借用成熟 的电梯技术，通过提升机构

7、使车辆升降到指定层 来 实 现 车 辆 存 取 。 电 梯 式 车 库 具 有 空 间 利 用 率 高，造型美观等优点，外部可放置广告牌，具有 极高的商业价值。 1.3 巷道堆垛方式 巷道堆 垛式立体车库（如图 4）采用 巷道堆垛 机为存取机构将驶入车辆水平且垂直移动到存车位 机械式停车设备。巷道堆垛式立体车库一般由位于 两 侧的停车 位与位 于中央的巷 道堆垛 机组成 。 巷 道堆垛式立体车库一般专门用于停放小型汽车，为 全封闭车库，存车安全。 不足之处 是增加了巷 道内往复 行走的时间，而 且每 一次存取车 辆必须按固定的顺序 程序操作 ， 其工作效率低于电梯式立体车库。 图 3 垂直升降

8、式立体车库 1.4 旋转式 图 4 巷道堆垛式立体车库 图 1 简易升降式立体车库 图 2 升降横移式立体车库 旋转式立体车 库有圆盘式旋转和立体式 旋转两 种。 圆 盘式旋 转（ 水平 面旋 转） 。圆盘 旋转 式 立体车库通过使 中心圆盘回转，并采用提 升装置使 车辆升降和输送 车辆进出。但早期的多层 圆盘旋转 式车库在外层汽 车没有开出的情况下，中 间的汽车 无法开出来。后 来逐渐发展成为双环式水 平转盘式 立体 车库 。双环 水平圆 盘式立 体车 库（如 图 5 ） 内外环分别设有 车辆提升井架和出入口。 因此，圆 盘的转动与内外 环的电梯升降可同时工 作 ，工作效 率 较高 。但 此

9、类 设 备系 统庞 大 ，因 而所 需 驱动 力 大，噪声大。 立 体式旋 转（ 垂直 面旋 转） 。立体 旋转 式 立 体车 库 （ 如图 6 ） 将 停车 位 以环 状 分 布在 圆 盘 上，并通过旋转 圆盘来使得车位上升下降 。这类车 库汲取了摩天轮传动高效的优点。 总体来说，立 体旋转式车库结构及控制 系统简 18 7 单，车库只需驱动圆盘便可实现车辆的升降动 作，易于维护；而且可以起到美化扮靓城市、 广场、公园街道、小区的作用 。 图 5 双环圆盘式立体车库水平俯视图 图 6 立体旋转式立体车库 2 国内外研究现状及技术难题 现在 所 知 的 最 早 的 立 体 车 库 建 于 1

10、9 1 8 年 ，位于美国伊利诺斯州芝加哥市华盛顿西大 街 215 号的一家宾馆（ Hotel La Salle）的停车 库。由于车辆无 处停放的问题是社会、经济、 交通发展到一定程度产生的结果，立体停车设 备的发展在国外，发展较早、较好的有日本、 德国、韩国等。德国开发最早，技术居于领先 地位。日本由于国土面积小而应用最广泛 。 日 本和德国的车库行业，将机电技术成果 随 时转化和移植到车库产品中，使车库技术进 步和产品更新很快 。 中国自 20 世 纪 90 年代初才认识到 立体车 库的 优点，并对其 进行了一系列相关的研 究及 实 践，但目前仍 处于发展 阶段。我国立体车 库 的应用率并

11、不算太高，从技术上来看，与日本、 美国、德国等 发达国家还 有很大的差 距，尤 其 是 在立体车库的自动化和智能 化管理方面。同 时在设计和建造上还存在诸多问题，如很少有 人 对钢结构立体车库进 行过系统深入的研究， 更 没有专门的结构设计和规范 设计参考 。这 意味着我 们在核 心技术上 还有多方 面的欠缺 ，尤其 需要在立 体车库 的结构设 计方向上 做系统和 深入的 研究。我 国立体 车库发展 过程中主 要有以下 几个方 面的挑战： 2.1 结构方面 立 体车 库 结 构 属 大 型复 杂 、 高 冗 余 度结 构 系 统， 鉴于 作业对 象（车辆 ）的高价 值和安全 性要求 ，并通 常

12、建于 人群密度 较大的地 区，如何 保证立 体车库整 体的可 靠性，对 保护人们 的生命安 全和财 产安全显得尤为重要。 立体车 库是 一种特 殊的建 筑结 构，所受载 荷不 同于一般的房屋建筑，除自重、外界环境温度变化引 起的温度应力、地震载荷、整体结构所受的风力外， 还有处于运动状态的车辆载荷及其引起的动载荷、电 机运行和提升设备产生的冲击振动等，而车辆的布置 方式不同，也会对车库结构的内力分布会产生很大影 响，这些因素使得立体车库所承受的载 荷作用非常复 杂。因此确定立体车库的载荷作用模式及其工况组合 是立体车库结构设计首先必须解决的问题。 此外， 立体车库 通常具 有较高的 高宽比 ，

13、因而 车库框架 上同时 承受动、 静载荷时 ，很容易 发生车 库的失稳 和倾覆 。综上所 述，如何 确定合理 的失效 准则，对 结构进 行合理的 简化与模 拟则成为 立体车 库结构设计的技术难题。 2.2 传动优化方面 立体车 库中升降 系统的 设计是一 项非常 重要而 复杂的任 务，它 影响到立 体车库运 行精度、 运行速 度、可靠性以及骨架结构的受力情况等。 电机作 为升降运 动的动 力来源和 车库的 动力核 心，除了 要求有 足够的动 力外，还 要求有一 定的平 稳性，使 载车板 在升降（ 也包括横 移）过程 中不至 于振动太大，能够准确定位。 通常提升装置有曳引驱动、液压驱动、齿轮齿条

14、 驱动以及螺杆驱动等诸多驱动方式。每个驱动方式都 有其各自的优势，因此，根据不同类型车库的特点，通 过不同的驱动方式来优化立体车库的传动系统，也是 一项艰巨的工作。 2.3 控制系统方面 立体车 库逐渐向 智能化 、人性化 的方向 发展， 因而对立 体车库 大的控制 精度和速 度都提出 了更高 的要求。 PLC 控制方法。现在的立体车库中普遍应用 PLC 控制系统来实现立体车库的智能化，然而 PLC 2012 no.5 vol.26 9 10 11 12 19 科技园地 ACADEMIC FIELD 在立体车 库的实际应用中所存在的问题渐渐地显现 出来，尤其表现在 运行速度方面。 PLC 的运

15、算速度 只能达到 s（微秒）级，随着电子智能化立体车库 的 发展 已经 逐渐 不能满 足 车库 对控 制芯 片的要 求 了，如何解决这一方面的问题将是个严峻的挑战。 存取策略的优化。现有的立体车库中对存 取 车辆 的运 行策 略研 究甚 少。 在出入 库较 为频 繁 的 情况 下， 基于 对能 耗的 降低 ，提高 工作 效率 的 方 面考 虑， 企业 对车 库运 行调 度策略 有着 强烈 的 需 求， 现有 的停 车优 先策 略的 合理性 有待 进一 步 验证 。 如在多层升降横 移式立体车库中，若要从某一 托盘 取下车辆时，就要移开它下 面的所有托盘，这 就涉及 到怎样移开的问题，怎样移动才

16、能使 得所花 时间最少，移动的方式最简单 。 监控系统的开发。立体车库的运行离不开 自 动控 制和 微电 子技 术的 支持 ，如电 机的 驱动 、 车 位的 位置 检测 、人 员及 设备 的安全 检测 等。 这 就 需要 有与 之相 配合的 监视 和控 制管 理系 统 ， 从管理上实现彻底的人车分流。 3 立体车库的发 展趋势 针 对现 有立 体车 库 所面 临的 问题 ，笔 者认 为 立体车库有以下几种研究方向。 作为控制核心，用 DSP（ Digital Signal Pro- ces so r）外 扩 CPLD 比 PLC 更有 优势 。特 别 是用 DSP+CPLD 实现 的话 会在生

17、 产成本 上大 大降低 。 在控制性能方面，由 CPLD 完成大量复杂的逻辑运 算， DSP 完成控制系统的数字 运算等功能，这样可 以进一 步提高系统的响应 速度和控制精度 ，从 而 增强了车 位运行 的可靠 性与稳定 性。可 见 DSP 外 扩 CPLD 会 逐渐取代 PLC 成为现代 电子智 能化 立体车库控制部分的主流。 关注立体车库中的载荷计算与校核。通过 更 为详 尽的 动、 静载 荷分 析， 优化车 库的 提升 机 构 、传 动方 式在 立体 车库 领域 的应用 也是 重要 的 研究方向。 存 取 策 略 的 优 化 。 采 用先 进 的 技 术 和 理 论 ，对 立体 车库 中

18、的 控制 系统 进行仿 真和 设计 ， 达 到最 优的 存取 策略 ，减 少存 取时间 是这 个领 域 中非常重视的研究 方向。 立体车 库作为一种新型的停车 形式，已经成为 有效解决城市静态交通问题的重要选择。 参考文献 1 庞 寅 . 城市 立体 车库 管理 系统 模 块设 计 J . NEW EDUCTION, 2011(11). 2 刘晓 娟 , 潘宏侠 . 垂直升降 式立体车库系统设 计与研 究 J . 机械设计与制造 , 2011(5):48-50. 3 姚松丽 . 基于立体车库实验装置的智能化改造 J . 实 验室研究与探索 ,2011,30(12):28-30. 4 胡增荣 .

19、 立 体车库的 种类及 其应用 J . 科技经济 市 场 , 2011(4):24-26. 5 马红麟 . 基于 PLC 控制的 多层立体车 库的研究 与设 计 J . 制造业自动化 , 2009, 31(3):97-100. 6 梁睦 , 梁东凯 . 立体车库的 应用及结构设计方 案研讨 J . 机电产品开发与创新 , 2011, 24(6):57-59. 7 梁睦 . 货叉式与辊道式立体仓库结构设计 J . 起重运 输机械 , 2008(11). 8 梁睦 . 双环转盘式轿车存放立体车库的设计分析 J . 起重运输机械 , 2006(6). 9 盛国 荣 . 立 体 旋 转 式 车 库的

20、设 计 J . 改 革 探 索 , 2008(9). 10 Asideffur&Dick. 新派立 体式车库“扫 盲”指南 J . 当代汽车 , 2008(6). 11 段文军 , 李剑锋 , 冯春增 . 基于集散控制理论立体车库 控制系统设计 J . 计算机工程与设计， 2009,30(14). 12 贺拥军 , 吴星 , 周绪红等 . 多高层钢框架立体车库连续 化分析 J . 湘潭大学自然科学学报 , 2009, 31(4). 13 杨瑞刚 , 徐格宁 . 大型钢结构系统失效模式和失效准 则的影响因素分析 J . 起重运输机械 , 2008(3):65-68. 14 肖汉龙 . 基于能耗模

21、型的塔式立体车库运行策略研究 J . 物流技术 , 2009, 2(7):213-214. 15 钟晓强 . 多层升降横移式立体车库控制系统的研究与 设计 J . HMI 及 PLC 控制系统 , 2011(1):33-35. 16 方跃胜 . 立体车库自动监控系统的设计与开发 J . 计 算机与现代化 , 2009(12):201-206. 17 马 幼捷 , 张海 涛 . 多层循环 式立体车库控制核 心的研 究 从 PLC 到 DSP 的升级 J . 制造业自动化 , 2009, 31(5). 18 周 雪松 , 许立瑾 , 马幼捷 , 张海 涛 , 田密 , 齐名 . 立 体 车库 无线

22、 数据 采集 系统的 设计 J . 制造 业自 动化 , 2010, 32(7):7-9. （收稿日期： 2012 06 28） 20 14 15 1 6 17-18 PUBLIC UTILITIES Vol.26 No.5 (Bimonthly) Aug.2012 Abstracts of Main Contents (11) Probe into Feasibility Study of Solving Urban Traf c Jam in Our Country Huang Weimin According to the dif cult situation of transport

23、in big cities, the causes of traf c jam are analyzed deeply. Referencing foreign advanced experience, the paper puts forward domestic traf c jam solution with guidance of emphasizing on Planning, Promoting Construction, Adjusting Structure, Controlling Traf c Flow, Smart Management and Setting up Th

24、oughts. (14) Expo New Energy Bus Research Series Third: New Energy Bus Running In Expo Cai Xiaying Basic situation on successful demonstrative operation of new energy bus in duration of Expo is introduced in details. The planning of new energy bus lines is also expounded for its future development a

25、s reference. (17) The State-Of-The-Arts of Urban Vertical Parking System and Its Prospects Song Qiuhong et al. The paper expounds the necessity of developing urban vertical parking systems, systematically summarizes their structure and characters, focuses on current situation on their application an

26、d technical dif culties to be solved, mainly including structural design and control technology. Finally, the paper makes prospects for application and development of urban vertical parking systems. (21) Integrated on Board Terminal Based on Embedded System Shen Yuan Combined with the use of on boar

27、d terminal at bus/trolleybus based on embedded system, the paper expounded its technical features, system structure and the composition of software and hardware. (25) Discussion on New Filtering Technology Chen Gu In recent years, new ltering technology is emerging. Compared with traditional sand, c

28、oal lter, its attractive advantage is re ected to overcome many past insurmountable bottlenecks of the lter. Therefore, it is recommended as a new process. The paper introduces its principle, advantage and application. (30) Study of Turbulent Flow Micro Vortex Grid Flocculation Tank and Middle/Small

29、 Spacing Inclined Plate Settler Zhou Xiuchuang New processes such as Turbulent ow micro vortex grid occulation tank and middle/small spacing inclined plate settler ap- plied for enlargement and reconstruction of Jilin Waterworks Group Co., Ltd. are introduced. Their applications not only heighten wa

30、ter quality, but also save energy and reduce consumption. So obvious social and economic bene t can be obtained. (32) Application of Computer Informatization Construction in the Daily Operation and Management of Sewage Treatment Plant Huang Yan Ta king the sewage treatment plant for example, with th

31、e introduction of computer operating management software , an information platform is set up between the management and the production to avoid the break of the information delivering. The computer plays an important role in the operation and management of the sewage treatment plant. Individual comp

32、uter, through network connection, involves in intelligent operational management, it brings positive changes to the modern sewage treatment enterprise. (35) Elementarily Talking about Urban Gas Informatization Chen Chun The composition of urban gas informatization and the relationship among individu

33、al parts are introduced. The development of urban gas information is summarized and the construction of information system is suggested. (39) Probe into Practical Case of Carrying Out Stopping Gas Supply Against Illegal Change of Indoor Gas Pipeline Yan Guodong et al. Through analysis of hidden dama

34、ge existed in user illegal change of indoor gas pipeline and appliance, stopping gas supply with law and regulations is probed for the purpose of strengthening safety management. Finally, the author gives conclusion and suggestions. (41) Innovation of PE Saddle Shaped Gas Pipe Three Way Connector Zhang Cunsen The case of using PE saddle shaped three way pipe connector is introduced. The paper sums up common defaults and puts forward some innovations. 52