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立體車庫概述與發展前景分析

立體車庫概述與發展前景分析

         近年來,我國經濟持續高速增長,城鎮化水平顯著提高,國民消費能力普遍提高,私家車擁有量呈指數式上漲。截止2016年底,我國已成為全球第一大汽車市場,汽車保有量突破 1.94億輛。根據國際慣例,汽車保有量與汽車停車位的比例在 1:1.2 到 1:1.4 之間較為合適 [1]。

資料顯示,目前我國停車位在 8 000 萬~ 9 500 萬之間, 車位缺口上億。另一方面,城市停車場建設嚴重滯后, 又多為平面式地上或地下停車場,停車空間小,停車設施配備不足,停車效率低,單車占用停車面積大,難以滿足社會對停車位的需求。由于停車位不足,違規占用人行道、行車道停車的現象十分普遍,嚴重影響了正常的交通秩序,出現了靜態交通混亂的現象。停車須向空中和地下發展,提高空間利用率是有效的解決辦法 [2], 立體車庫便應運而生,為緩解動態交通和靜態交通之間的矛盾開辟了新的途徑。

立體車庫概述

        立體車庫全稱自動立體停車裝備系統,屬于倉儲設施,它可以實現車輛的自動存取,是一種立體化多空間的自動機械式車庫。它一般由機械系統、控制系統、液壓輔助系統、電氣系統、傳感器系統組成,融合了機械技術、數控技術、計算機技術、人機交互技術、機器人技術、自動化技術、傳感器技術、人工智能(AI)技術, 是一種智能化立體化的物流儲運系統。

美國最先開始研發立體車庫,在 1920 年建成并投入使用,于 20 世紀 60 年代進入高速發展期。美國將大量的計算機技術、AI 技術等應用于立體車庫的研發和生產,其立體車庫自動化程度較高。由于美國的汽車保有量居于世界首位且立體車庫技術處于世界先進行列, 因此美國的立體車庫競爭力大、市場廣闊。

韓國、日本的立體車庫始于 20 世紀 70 年代,它們皆是國土面積小、人口眾多且經濟高度發達、汽車保有量多的國家,立體車庫在此有龐大的市場。日本將機器人相關技術應用于立體車庫中,減少了人與機器交流的障礙,產品質量和服務可信度高,其產品在國際市場上有很強的競爭力。

我國于 20 世紀 90 年代開始研制機械式立體車庫相關產品,伴隨著我國汽車保有量的不斷攀升,靜態交通問題日益嚴重,立體車庫將逐步取代傳統的平面式停車場。但由于立體車庫前期投入大,維修管理成本高,其在我國的發展受到一定的阻礙。

立體車庫概述與發展前景分析

立體車庫分類和特點

       資料顯示, 按照我國機械行業標準 JBT/8713—1998,對機械式停車設備從其外形和功能上分為垂直升降類(PCS)、水平循環類(PSC)、升降橫移類(PSH)、垂直循環類(PCX)、多層循環類(PDS)、簡易升降類(PJS)、平面移動類(PPY)、巷道堆垛類(PXD)。現實中應用較多的為PCS類、PSH類、PPY類和PXD類。

1 垂直升降類

       垂直升降類立體車庫亦稱為塔式立體車庫,工作原理與電梯類似,采用起重機和橫移機將車輛運送至指定空車位,每層設置兩個車位,一般可達 15~20層,每座車庫停車 30 ~40 輛,每輛車的占地面積由 30m2降至 1.95m2,占地面積降低了約 15倍,大大提高了土地和空間利用率。但是其設備復雜,對設備安全性、穩定性要求高,一次投入較大。適宜布置在土地使用成本高, 車位需求大的商場、醫院、電影院等人流量較大的場所。

2 升降橫移類

       升降橫移式立體車庫采用以電機帶動鏈條驅動載車板升降或橫移實現車輛存取,每個車位都設置有載車板, 除頂層外每層車庫需預留一個空車位供存取車使用,一般將底層設置為第一層,以方便存取車操作。此種車庫結構簡單,布置靈活,模塊化設計,車庫規模可隨場地靈活調整,目前市場占有率超過 73%,缺點是每層必須空出一個車位以便系統正常運轉實現存取車操作,且存取車時載車板的升降和橫移運動需要設計復雜的控制系統。適宜布置在政府機構、住宅區附近。

3 平面移動類

       平面移動類立體車庫與升降橫移類立體倉庫的工作原理和結構相似,每層的載車臺和升降機分別動作,每層設置有橫移車負責本層車輛的存取。此種車庫一般設置在地上或半地下 [4],準無人方式,能夠充分利用地下空間,盡可能多地提供停車位且地面層車庫可停放大型車輛,缺點是設備結構復雜,占地面積多。適宜布置在高速公路服務區、機場等場所。

4 巷道堆垛類

       巷道堆垛式立體車庫是一種封閉式的立體車庫,采用巷道堆垛機為存取機構將車輛水平且垂直運送到空車位,它由巷道堆垛機、兩側的停車位組成。此種立體車庫是一種集機、光、電自動控制為一體的全自動化立體停車設備,用于停放小型汽車,為全封閉立體車庫,安全性好,存車效率高,缺點是堆垛機在車庫中往復運動時間長,故障率高,相比于垂直升降類車庫,工作效率低。適宜布置在火車站、汽車站等車流量較大的場所。

立體車庫概述與發展前景分析

立體車庫面臨的問題

       盡管立體車庫相比平面式停車場有諸多優點,但也存在一些問題,包括技術問題、市場問題、產業化問題, 我們只有正視以上問題,才能使立體車庫更好地為人類服務。

1 技術方面

立體車庫雖然歷經近百年的發展,但在我國仍然屬于新興行業,核心技術仍需從國外引進,國內企業技術積累不足,缺乏自主研發能力,現有產品的安全性、穩定性、可靠性還有待提升。

立體車庫屬大型復雜、高冗余度結構系統,不同于一般的機械設備,其所受載荷不僅包括自重、風力、溫度應力、地震載荷,還有存取車過程中所受的動載荷以及設備自身的沖擊、振動等,以上各種因素使得立體車庫所受載荷十分復雜,因此確定其載荷作用模式成為立體車庫結構設計方面一大難題。另外,立體車庫一般要同時承受動、靜載荷的共同作用,易引發失穩甚至傾覆。因此立體車庫的結構設計與仿真成為亟待解決的技術難題。

立體車庫的自動存取車管理系統、監控安保系統大多采用 PLC 控制系統,其編程簡單,硬件可靠,但是人機交互能力較弱,而且 PLC 微秒級的運算速度不能滿足目前智能化立體車庫的快速性、準確性要求,因此如何優化控制系統是立體車庫面臨的又一技術難題。

2 市場方面

立體車庫一次性投入大,后期維修保養費用高,導致停車收費較一般停車場高,致使市場規模難以迅速擴大。立體車庫的壽命低。立體車庫的金屬結構占到了車庫系統的 90%以上,金屬零件在循環應力或應變下會產生永久性累積損傷,達到其疲勞極限的循環次數后會產生裂紋或完全失效,疲勞破壞是金屬固有性質,難以避免。其理論壽命為 30年,與平面式停車場相比,低壽命劣勢明顯。

立體車庫難以保證絕對安全,致使車主對其望而生畏。立體車庫由復雜的傳動系統、控制系統、執行系統組成,難免發生意外,將致使管理者承受巨大的經濟損失。2013年 9月,武漢市一平移式立體車庫在停車時發生滑落,致使車輛接近報廢;2015年 4月, 上海市一立體車庫升降機發生故障,導致車輛從頂層墜落,致使車輛直接報廢。這些事故給經營者造成很大的經濟損失。

立體車庫停車費用、后期保養費用高,一方面車主需要花費高價去停車,另一方面,經營者需要大量資金去維護保養停車設備且成本回收周期長,最終導致經營者和消費者不能完全接受立體車庫,致使市場規模難以擴大。

3產業化方面

立體車庫在我國起步較晚,缺乏完整的國家標準和行業規范,政府尚未建立相應的法規和制度去規范立體車庫投資者、建設者和管理者的行為,導致市場環境秩序混亂且產業鏈不完善,對市場的變化反應不及時,市場競爭力較弱。

立體車庫概述與發展前景分析

立體車庫的建議及未來發展趨勢

立體車庫的建議

針對上述立體車庫在發展過程中遇到的問題,本文為立體車庫的未來發展給出了幾項建議:

1) 立體車庫生產企業應提高產品研發資金比重, 加大產品研發力度,制定有利于激發科研人員創造性的措施,鼓勵科技工作者研發具有市場競爭力的產品,完善售后服務,降低立體車庫制造成本,提高產品使用壽命,調整停車費用,吸引更多消費者主動成為立體車庫的忠實用戶。

2) 政府應制定完善的立體車庫國家標準和規范, 加大政策扶持力度,適當補貼企業研發資金,引導社會資金對立體車庫建設進行投資,加大對城市停車混亂現象的治理力度,對使用立體車庫的消費者進行適當補貼,為立體車庫的健康發展提供良好的社會環境和制度保障。

未來發展趨勢

針對立體車庫面臨的問題以及當下發展狀況,筆者認為立體車庫有以下幾個發展方向:

1) 攻克立體車庫的載荷計算與仿真的難題。由于立體車庫所受載荷復雜,現階段對立體車庫載荷計算和動態分析的精度較低,限制了對立體車庫進行深度優化設計。因此,必須繼續完善載荷計算理論,通過更精準的載荷計算和仿真,優化立體車庫載車板、執行機構和控制系統性能。

2) 優化控制系統。現階段 PLC 控制系統遲鈍的響應速度和微秒級的運算速度難以滿足智能化立體車庫的要求,采用 DSP+CPLD 新型數字信號控制系統不但能提高控制精度和響應速度,而且能降低立體車庫的研發、制造、運行及維護成本。在 DSP+CPLD 雙控制核心系統中,CPLD核心完成龐大且復雜的邏輯運算,DSP 核心完成控制系統的數字運算任務,這將大大提高立體車庫存取車效率、運行可靠性以及控制系統冗余度。

3)立體車庫 + 智能手機使立體車庫停取車更加方便、高效。當前智能手機已經十分普遍,研發安全、穩定的立體車庫手機軟件,使消費者能使用手機隨時預約停取車,監控停車場狀況,網上完成停車費支付,提高用戶體驗。

4)立體車庫 + 共享汽車。現階段由于我國汽車保有量持續增加,造成動態交通嚴重擁堵以及靜態交通停車異常困難,如果立體車庫與共享汽車有機結合,不但能夠緩解城市動態交通擁堵與停車難的問題,還能有效提高立體車庫的使用率,探索立體車庫與共享汽車結合模式將是本領域重要研究方向。

5)存取策略優化。目前立體車庫停取車時間與平面式停車場相比較長,必須采用新的控制理念設計控制系統,并對系統進行仿真分析,尋找最佳的控制方式,提高存取車效率。

結束語

        隨著汽車保有量的不斷上升,城市停車難問題已經愈演愈烈,立體車庫是解決這一問題的重要途徑。立體車庫的發展必須依靠國家、社會和企業的共同努力,持續推動創新,提高管理、技術和服務水平。在不久的將來,城市的交通狀況會由于立體車庫的快速發展得到很大程度的改善。

 
 
 
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