余秋英

（廣州廣日智能停車設(shè)備有限公司，廣州 511447）

0 引言

隨著城市汽車保有量不斷增加，停車難已成為政府的亟待解決的問題［1-2］。智能立體停車設(shè)備能夠有效地解決城市停車難和靜態(tài)交通問題［3-4］。2015年，《關(guān)于加強城市停車設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)意見》發(fā)布［5］，鼓勵建設(shè)立體停車樓、地下停車場、機械式立體停車設(shè)備等集約化的停車設(shè)備。

傳統(tǒng)垂直升降停車設(shè)備通過車板或搬運器交換、升降機或堆垛機垂直運行、橫移裝置輸送或機械臂推拉將車板及車輛存入停放架［6］。德國研發(fā)機械式立體停車庫的時間也比較早，應(yīng)用堆垛式和平面移動式較多，技術(shù)處于領(lǐng)先水平［7］；日本于20世紀60年代廣泛興建了機械式停車設(shè)備，其產(chǎn)品種類齊全，技術(shù)水平先進［8］。我國于20 世紀90 年代開始研究，目前已形成一定規(guī)模水平的機械式停車設(shè)備研發(fā)能力，國內(nèi)智能停車設(shè)備應(yīng)用項目中以深圳珠寶城項目為代表。

本文提出了一種汽車入戶式垂直升降停車設(shè)備設(shè)計方法，采用高速垂直提升設(shè)備與智能車輛存取交換技術(shù)，實現(xiàn)汽車的入戶式存放，滿足居住生活與車輛停放的有機統(tǒng)一。

1 汽車入戶式垂直升降停車設(shè)備

汽車入戶式垂直升降停車設(shè)備是指將車輛直接停放到高層住宅公寓客廳旁，采用無機房電梯提升技術(shù)，設(shè)置框架式大轎廂，由橫移車搭載搬運器進行橫移換列運行，通過高精度檢測手段、電氣控制系統(tǒng)將車輛停放至住宅可視停車區(qū)的一種新型垂直升降停車技術(shù)。

目前世界范圍內(nèi)只有新加坡及墨爾本均對豪華公寓集成室內(nèi)智能停車庫進行嘗試，其中新加坡“Hamilton Scotts Apartments”項目已投入使用。國內(nèi)暫無對于居住空間內(nèi)集成智能停車設(shè)備的應(yīng)用與設(shè)計的報道。

2 汽車入戶式垂直升降停車庫設(shè)計方法

2.1 項目簡述

本汽車入戶開發(fā)項目樓層高度50 層，建筑總高220 m，每座塔樓住戶不超過50戶，每戶配建2個可視停車位，采用一套汽車入戶式垂直升降式停車系，停車車位數(shù)為90 個。項目采用了輸送帶交換式搬運器，能夠?qū)崿F(xiàn)在光整平面上存取車輛的功能，極大地提高了停車室的美觀度和用戶體驗，同時具有高速垂直升降運行系統(tǒng)，設(shè)備安全性及消防要求嚴格，對于機械式垂直升降停車設(shè)備來說，復(fù)合難度較大。

2.2 車庫總體方案規(guī)劃

首先應(yīng)依據(jù)項目的住宅平面規(guī)劃圖、戶型及戶數(shù)、樓層總高度、首層及車流道路情況、停車規(guī)格及配置需求等多方面因素進行項目總體方案規(guī)劃。

標(biāo)準(zhǔn)層平面，本項目戶型為復(fù)式2層2戶搭配平層1層1戶住宅。復(fù)式戶型2 個停車位，停車位設(shè)置于井道的兩側(cè)，隔層設(shè)置，平面尺寸約為6.5 m×19 m，如圖1所示。平層戶型2個停車位，停車位設(shè)置于井道的單側(cè)，層層設(shè)置，平面尺寸約為6.5 m×13 m，如圖2 所示。出入口層平面，入口、出口分別設(shè)置于井道的兩側(cè)，與停車位的投影面相對應(yīng)，停車位單側(cè)設(shè)置時，需在井道另一側(cè)增加室外入口，同時應(yīng)考慮入口、出口的車行通道設(shè)置情況。立面規(guī)劃應(yīng)結(jié)合建筑總高度、戶型及住戶層數(shù)、最高住戶層、汽車駛?cè)雽?，結(jié)合規(guī)劃和布置停車層數(shù)、出入口層位置、升降機設(shè)置情況及最大提升行程綜合設(shè)計。同時還應(yīng)考慮消防系統(tǒng)設(shè)置、車庫內(nèi)維修通道及樓梯、照明、通風(fēng)換氣、室內(nèi)濕度及溫度等環(huán)境條件。

圖1 復(fù)式2 層2 戶住宅車位布置圖

圖2 平層1 層1 戶住宅車位布置圖

2.3 庫內(nèi)輸送能力

庫內(nèi)輸送能力主要取決于轎廂式升降機垂直升降運行時間（t1）、橫移車水平橫移運行時間（t2）、平層鎖定動作時間（t3）、搬運器水平縱向運行及存取車輛時間（t4）、層門動作時間（t5）。而層門動作時間（t5）是并行的，不予計算。此時庫內(nèi)輸送時間總和Ta1＝t1+t2+t3+t4。

橫移車運行距離較短，無論同時運行，還是順次運行，對庫內(nèi)輸送能力影響不大。停車位與井道間距離確定后，搬運器的縱向運行及存取車輛時間則已確定，轎廂式升降機的垂直運行速度，是庫內(nèi)輸送能力大小的關(guān)鍵。當(dāng)采用較低運行速度的轎廂式升降機時，垂直升降運動與橫移運動可并行，以節(jié)省橫移運行時間，當(dāng)采用高速運行的轎廂式升降機時，垂直升降運動與水平橫移運行為順次進行的。

2.4 出入口能力

出入口能力主要取決于入口車庫門開啟時間（t7）、司機開車至入口處停車平臺、安全檢測至司機離開時間（t8）、入口車庫門關(guān)閉時間（t9）、入口平臺運行（t10）、車庫內(nèi)門開啟時間（t11），入口車庫門關(guān)閉時間（t9）是并行的，不予計算，滿足LAT智能搬運器可以進入停車平臺取車條件時，上述所有時間總和Tb1＝t7+t8+t10+t11。

在滿足車庫總車位數(shù)的需求條件下，合理平衡庫內(nèi)輸送能力及出入口能力，盡可能讓出入口能力大于庫內(nèi)搬運能力，而出入口能力則受出入口數(shù)量、人為停車時間、出入口前入庫通道長短以及車道的寬度影響。

2.5 存取交換技術(shù)選擇

搬運器是存取交換技術(shù)的載體，決定著停車位的平面結(jié)構(gòu)型式、空間尺寸、收容車規(guī)格及搬運車輛能力。輸送帶交換式搬運器（又稱LAT智能搬運器）［6］是一種可實現(xiàn)在光整純平面上進行車輛存取的停車設(shè)備搬運器，能夠直接在光整平滑的純平面上完成汽車的交換和搬運，存取技術(shù)先進，可真正實現(xiàn)將汽車停放在光整平面上，使停車位表面與居住空間地面光滑平整。停車位表面及停車動作如圖3所示。

圖3 停車位表面及停車動作圖

LAT智能搬運器的功能要求有以下幾點。

（1）LAT智能搬運器的存取交換時間以及水平縱向輸送時間是由搬運器的工作原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計而確定的，水平縱向運行時間取決時縱向行駛的路徑長短。

（2）搬運器由機械臂裝置、可調(diào)式承載裝置、全驅(qū)動行走系統(tǒng)、全驅(qū)動輸送帶裝置、機械臂臺車裝置以及直線推拉行進系統(tǒng)組成，采用4 套伺服電機驅(qū)動，每次拾取車輪時均通過過3套伺服控制器同時進行調(diào)速控制，高扭矩兼快速反應(yīng)，確保行走系統(tǒng)、輸送帶系統(tǒng)、機械臂系統(tǒng)的動作協(xié)調(diào)一致。

（3）收容汽車最大質(zhì)量為2 500 kg、最大軸距為3.4 m，汽車車輪完全自由停放在搬運器的輸送帶表面，由承載裝置擔(dān)負。承載裝置采用隼接并焊接的箱式結(jié)構(gòu)，強度高，抗變形能力強。

（4）承載裝置上設(shè)置多排、單點雙驅(qū)動行走裝置，承載裝置由左承載框架、右承載框架通過調(diào)節(jié)式鉸鏈結(jié)構(gòu)聯(lián)接，提高搬運器的行走運行能力。

2.6 垂直升降機設(shè)計

汽車入戶輸送能力主要由升降機運行速度決定。本項目建筑總高度在200 m左右，升降機采用有頂框架式轎廂，垂直輸送與水平輸送為順次運行，最大升降速度為5 m/s，控制垂直輸送時間在60 s左右，兩個停車位之間最大橫移行程為2.5 m，速度控制在0.5 m/s，時間為6 s。汽車入戶式停車設(shè)備模型如圖4所示。

（1）框架轎廂式升降機由曳引系統(tǒng)、電力拖動系統(tǒng)、框架轎廂系統(tǒng)、對重系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)等組成。曳引系統(tǒng)主要由曳引鋼絲帶、導(dǎo)向輪、曳引輪及以鋼絲帶夾具裝置組成，或由曳引鋼絲繩及配套導(dǎo)向輪、曳引輪及鋼絲帶夾具裝置組成。

圖4 汽車入戶式停車設(shè)備模型

（2）框架轎廂式升降機采用高速電梯曳引提升技術(shù)，框架轎廂系統(tǒng)與對重裝置布置在井道內(nèi)，位于驅(qū)動曳引輪組的兩側(cè)，曳引提升用鋼帶并排吊掛在曳引輪組上，鋼帶一端繞過框架轎廂提升梁上導(dǎo)向輪組，懸掛在機房端部的鋼帶固定懸掛支架上，鋼帶另一端繞過對重裝置提升梁上導(dǎo)向輪組，懸掛在驅(qū)動部組裝側(cè)的鋼帶固定懸持支架上。

（3）采用單側(cè)多點懸掛方式，為提升過程中框架轎廂前后水平一致提供保障。實現(xiàn)多條鋼帶等長度懸掛，通過端部的彈簧減振裝置，避免了不同吊掛點位置引起不同鋼帶工作長度，從而引起曳引出力不同，影響高速升降機曳引能力發(fā)揮。

（4）電力拖動系統(tǒng)由曳引驅(qū)動裝置、動力供電系統(tǒng)的速度反饋裝置、以及電動機變頻調(diào)速裝置等組成。電力拖動系統(tǒng)提供了動力供給，同時也對框架轎廂式升降機實行速度控制，驅(qū)動裝置如圖5所示。

圖5 驅(qū)動裝置

圖6 升降機井道

（5）高速升降機采用有頂框架轎廂，框架轎廂在搭載橫移臺車及車輛時可通風(fēng)的投影面積與井道面積比應(yīng)大于1/2；高速運行時，橫移車位于轎廂中間，空氣由橫移車兩側(cè)分流，在平面投影面上始終只有一輛汽車面積，相當(dāng)于兩個高速電梯井道聯(lián)通的作用，減少高速運行時井道間的氣流作用，升降機井道如圖6所示。

（6）框架轎廂集成了橫移車及LAT智能搬運器，轎廂平臺上設(shè)置橫移導(dǎo)軌，滿足車輛進行2個車位的移動切換需求，如圖7所示。

圖7 框架轎廂示意圖

（7）框架轎廂采用無圍護、有頂框架式組合結(jié)構(gòu)，由轎底框架、轎頂框架、轎側(cè)框架、橫移導(dǎo)軌組成一個5.0 m ×5.0 m×2.6 m的三維空間。在頂層、底層框架立柱位置各設(shè)置4組導(dǎo)向輪機構(gòu)，通過導(dǎo)向輪的作用，轎廂在三維空間穩(wěn)固，確保整體框架式轎廂式停車平臺運行平穩(wěn)性。

（8）框架轎廂式升降機高速運行，安全系數(shù)建議大于12倍。安全倍率校驗時，需考慮升降平臺最大偏載、最不利位置，車輛3∶2分配重量。

（9）升降機采用分離式平層技術(shù)，載車裝置通過防墜落鉤臂懸掛在井道兩側(cè)層導(dǎo)軌上，框架轎廂與載車裝置處于分離狀態(tài)。LAT智能搬運器駛?cè)牖蝰偝鰰r，框架轎廂端的重量變化作用于層導(dǎo)軌上。

（10）驅(qū)動系統(tǒng)的選型?？紤]轎廂跨度變化引起的自重變化、移動部件（如橫移車、載車裝置、LAT 智能搬運器、汽車等）在最不利位置時所需提升力、框架轎廂端位于最頂層和最底層時最大靜張力差以及系統(tǒng)起動加速運行的慣性力。

（11）采用雙電機設(shè)置，主電機為變頻調(diào)速電機，保證升降機平穩(wěn)、高速運行。輔助電機，可實現(xiàn)升降機慢速運行，可輔助設(shè)備安裝和故障處理。

2.7 框架轎廂的剛性及強度設(shè)計

框架轎廂是由H型鋼構(gòu)造、無圍護結(jié)構(gòu)、有頂框架式廂體，框架轎廂的長度是根據(jù)2 個橫移車位尺寸、框架轎廂結(jié)構(gòu)及曳引懸掛系統(tǒng)、橫移車運行導(dǎo)軌的布置以及橫向定位機構(gòu)的占位等確定的。轎頂框架、轎底框架分別由縱梁、橫梁、立柱及斜撐等構(gòu)成穩(wěn)定性好、承載力強的框架結(jié)構(gòu)，通過轎廂側(cè)壁框架聯(lián)接而成統(tǒng)一整體結(jié)構(gòu)。

隨著升降機速度的不斷增高，對框架轎廂的結(jié)構(gòu)剛性要求也隨著增大，通過縱橫梁排架式設(shè)計，以及加大型材規(guī)格的方式提高框架轎廂的結(jié)構(gòu)剛性，也可通過ANSYS或其他結(jié)構(gòu)分析軟件進行框架轎廂的優(yōu)化設(shè)計。一方面需滿足結(jié)構(gòu)剛性，另一方面需合理選擇型材截面，盡可能減少型材在框架轎廂投影面的投影面積，以增大框架轎廂表面的過風(fēng)面積，控制框架高度尺寸，可以減少對機坑深度、頂層空間高度、對重重量的影響。

2.8 停車室設(shè)計

（1）入戶式可視停車區(qū)：超高層豪華住宅，停車室通常設(shè)置在客廳、游泳池及連廊的正面或旁側(cè)，停車室通常采用落地玻璃作為隔墻等，形成封閉、可視的室內(nèi)空間，汽車入戶式停車設(shè)備示意圖如圖8所示。

圖8 汽車入戶式停車設(shè)備示意圖

（2）停車位：每戶配置2 車位，采用大理石或自留平地面，停車面與地坎角鋼面平齊，結(jié)合室內(nèi)裝修及個人風(fēng)格進行停車區(qū)域裝修。

（3）安全門系統(tǒng)：停車區(qū)與井道處設(shè)置安全門，可采用卷簾門或提升門，具體與平層結(jié)構(gòu)或復(fù)式結(jié)構(gòu)相匹配，安全門設(shè)置系統(tǒng)聯(lián)動開關(guān)。

（4）停車區(qū)域消防：每個車位上方或側(cè)方設(shè)置兩個噴淋頭，停車區(qū)域與升降機井道設(shè)置防火卷簾門，與消防噴淋系統(tǒng)聯(lián)動。

3 結(jié)束語

汽車入戶式垂直升降停車設(shè)備是一種新型智能立體停車庫，世界范圍內(nèi)對于超高層建筑、高速車輛存取的入戶式項目仍屬空白。本文通過對汽車入戶式垂直升降停車設(shè)備設(shè)計方法的梳理，為今后汽車入戶式垂直升降項目提供了設(shè)計依據(jù)及參考。同時，針對存取交換技術(shù)、垂直升降機設(shè)計、轎廂強度剛性等重點領(lǐng)域的設(shè)計總結(jié)，得出如下結(jié)論：

（1）LAT存取交換技術(shù)能夠滿足車庫與居住區(qū)域地面的光滑平整過渡，有利于營造觀賞性停車空間，符合此類項目開發(fā)的定義和需要；

（2）垂直升降能力決定了車輛存取速度，針對200 m 超高層建筑，5 m/s的最大升降速度能夠滿足快速存取車輛的需求；

（3）轎廂剛度受垂直升降速度的影響，合理控制該模塊的重量有利于減輕驅(qū)動力負載。