新型坡地立体停车库主体设计分析
（一）新型坡地立体车库工作原理
本次新型坡地立体停车设施设计将在升降横移式的基础上进行改进和创新，以更好地满足山地城市停车问题的解决。升降横移式从结构上讲，它通过载车板的垂直升降和水平移动来进行车辆的存取，设备结构简单，适用车型比较广泛，而且相对其他车库，安装和布置比较灵活，非常适用于地下以及室外停车。升降横移式立体停车设备结构非常灵活，可以根据具体应用情况将车库布置为两层或者两层以上，通过增加停车层数可以增加停车容量，其基本单元式三层结构可以停放12辆汽车。整个单元由钢结构框架、托板、升降机构、平移机构和控制系统组成。托板的宽度依车辆大小而定，介于2000～2500mm，长度介于5250～6370mm。托板可以采用液压驱动升降机构或电机升降系统，电机功率为2.2～3.7k W，平移机构电机功率为0.2k W，升降平移时均为20s。在安全装置方面除紧急断电开关和自动急停光电开关外，还有防止坠毁的安全锁。
新型坡地立体车库每个车位都有载车板，车辆就停在载车板上，每个载车板均可做左右横移和升降，最下层的载车板下方和最上层上方即为道路，存取车时间极短；中间层车位需要存取车，则需下层或上层车位移出空位，才能降至底层或上层。存车时，首先根据控制系统计算，空余载车板到达指定车位后，驾驶员将车开上载车板后下车离开，然后载车板将车辆运送到空余车位上，存车结束；取车时，则是载车板将车辆移至驾驶员所在刷卡口后，等驾驶员进入开走汽车后，载车板回至所在层位，整个过程人员不进入车库内部，所以安全性较高。
由于升降横移式立体车库对场地的适应强性，可根据不同的地形和空间进行相应的组合，规模可大可小，对场地的要求比较低，因此，应用非常广泛。
（二）交通组织设计
1.车辆通行诱导系统
合理的车行系统设计能让使用者快捷方便地完成停取车过程，从而提高停车库的使用效率。坡道在车库的面积、空间、造价等方面都占有相当大的比重，而且技术要求较高，对停车库的使用效率和安全运行都有十分重要的影响。坡道在停车库中的位置通常取决于库内水平交通的组织情况和基地条件限制。概括起来基本上有两种情况，即坡道在主体建筑内和坡道在主体建筑外。
本次坡地立体停车库主要针对单行道，采用坡道与主体结合的方式。一条流畅的行车通道可以组织好车辆在停车区域内的进出车位，使车辆进出快捷方便，行驶路线短捷，避免交叉和逆行；同时可以减少各种事故如车辆间的摩擦和车辆冲撞人发生的概率。车辆的停放将在条件允许的情况下采用上下道路连通的方式进行，车库设计两个出入口，能最大限度地缓解车流高峰时的拥堵现象。
停车场整体停车位长宽高尺寸和入口处车位尺寸原本一样，但是考虑到停车场入口处需要驾驶员开车门下车，而停车位不需考虑此因素，所以停车场入口不能与停车位尺寸一致，出入口需相应进行加宽，以提高存取效率、降低等待时间和方便取车。本次出入口设计将在载车板与人行通道总宽的基础上加宽300mm，以满足汽车库设计规范。
停车诱导设施设计是指以停车库内外部合理的交通组织方案为依据，在停车库出入口、内部交通分合流点或转弯点、固定障碍以及连续通道的适当位置进行交通指示、禁令、辅助标志和地面引导标线的布置设计，是停车库投入使用及其正常运行的必要保证。停车诱导设施的组成要素主要包括信息指引标志、交通引导标志及地面标线，其中信息指引标志是指停车库区位引导标志、出入口标志、不同停车区域编号标志、行人引导标志以及停车库配套设施信息标志等；交通引导标志是指警告、指示、禁令和线形诱导标志等；而地面标线是指导向标线、停车限制标线、停车泊位线和泊位编号等。本设计在停车诱导系统的设计上，除在停车场外设置较为显眼的引导标识外，停车场内也将设置诱导装置，车位变化数据通过无线公用通信网络由停车诱导系统进行传送，经过停车诱导控制系统进行处理，生成对应于各停车场的空余泊位数据，并对相应信息显示牌进行划分。对应停车场的空余泊位数据再通过无线通信网络下达到相应信息显示牌显示空余泊位，从而向驾驶员提供各停车场的有效空位信息。交通诱导标志如图8-47所示。
图8-47 各类交通诱导标志
2.人员通行系统
对于人员通行系统，人行路线应尽可能地与车行路线分开设置。当人行线与车行线在一起时，可在行车道一侧画出1m的人行线，如图8-48所示。人行线与车行线交叉的地方应在地面画出人行横道标志。本次设计的人员通行系统因为车库为全封闭式立体车库，故驾驶员在将车停在载车板后，便可从侧面离开，车库的两侧各设计了一条宽度为1m的人行通道，方便人员上下坡。人行通道如图8-49所示。
图8-48 载车板旁的人行通道
图8-49 停车场两边的人行通道
（三）各工种技术设计
1.结构设计
本设计主要针对山地城市多坡地的商业区，采用钢结构和混凝土相结合的方式，建造一个3列4层的升降横移式坡地立体车库，最大容车量为12辆，总占地面积为436m2，非常适合在小型坡地进行建造。停车场共设置4个出入口、两个升降机构，采用上下连通的方式，除上下道路均可进行停车外，也极大缩短了存取车时间。三列车位中间是横移机构，每一层都装有导轨负责车辆的横向移动，每个导轨上又有一个移动托盘，移动托盘进行车辆的存取工作。整体框架如图8-50所示。
图8-50 坡地立体停车库整体框架
2.车辆停放与载运系统设计
坡地立体车库在存取车时，使用载运器带动载车板来实现存取过程。由于整个存取机构为一个整体，而载运器和载车板都是移动机构，为避免发生各移动机构在动作时互相干扰而产生意外，控制系统要保证在存取和提升动作发生之内，另一个动作的驱动电机处于自锁状态。在此项安全措施的基础上，存取机构的工作流程如下。
①在立体车库其他系统工作时，存取机构电机处于自锁状态。
②当载运器到位之后，载车板动作。为避免发生意外，确保安全，在存取机构动作的过程中，控制系统要确保其他各运动机构驱动电机处于自锁状态。
③控制系统根据需要存取车的车位位置，判断存取机构是往左还是往右移动，以此来确定微横移电机和横移电机的转动方向。
④控制系统发出指令，微横移电机转动，带动横移机构及其上面的载车板移动，越过载运器与停车位之间的距离。在此过程中，为保证安全，控制系统同样要确保横移电机处于自锁状态。
⑤微横移机构运动结束后，横移机构到位。同样，为确保安全，微横移电机要保持自锁。控制系统发出指令，横移机构电机转动，带动载车托盘运动，完成存取车动作。
⑥横移机构运动完成后，控制系统要根据检测系统发回的数据，确保运动完成后，载车托盘已脱离停车位或载运器。横移电机自锁，微横移电机解除自锁，带动横移机构运动。
⑦存取机构完成后，存取机构各驱动电机保持自锁。控制系统根据检测系统发回的检测数据，确保存取机构完全退回后，控制系统才可发出指令，进入下一个运动程序。此时，存取机构结束。
在此基础上，对各主要机构进行如下设计。
（1）载车板
载车板用于停放车辆，并将随同车辆进行升降横移运动，故要求既能有足够的强度支持汽车的重量，又要使其总重量尽量轻，以减少电机的负载。根据调查，一般小汽车的宽度在1.9m以下，其横向轮距在1.6m以下，因为本次设计的载车板在两边分别设有防止车辆跑偏的道牙，所以，载车板的总宽度取2.2m；小汽车的总长在5.2m以下，轴距在3m以下，所以载车板长度取5.5m；根据对小型轿车重量的调查，决定采用厚度为50mm的花纹型钢板。载车板在两侧汽车轮胎对应处设置安全凹槽，防止汽车前后移动。
立体车库的载车板按结构形式有拼板式和框架式两种。拼板式载车板是用镀锌钢板一次冲压或滚压整体成形，然后拼装成托盘，最后用螺栓紧固连接。在拼装前，先对组件进行各类表面处理（如电镀、烤漆等），使载车板轻巧、美观。整体折弯成型的载车板运输方便、通用性互换性好，强度大、刚度好、重量轻、减少基础支承力；由于是整体折弯成型，车板厚度小，一般厚度为5.0～5.5mm，对建筑净空高度要求最小；可以保证载车板同地面零坡度，倒车无须加油门，整体折弯成型结构形式适合于批量生产。
框架式载车托盘是先用型钢和钢板焊接成承载框架，然后在两侧停车通道和中间突起的顶面铺设不同厚度的钢板，多数采用中间突起结构。这种载车板的优点是可按需要设置行车通道宽度，并具有较好的导入功能，这种结构形式较适合车型变化较多的小批量生产。
本立体车库采用拼版式载车板，对其进行冲压镀锌完成，两侧形成高为80mm的道牙，外侧向下冲压宽度为30mm的凹槽，方便和导轨进行接合。载车板整体结构如图8-51所示。
图8-51 载车板整体结构图
（2）载运器
载运器作为运送车辆和载车板的装置，在设计时应当充分考虑其适用性、安全性和经济性。本次新型坡地立体停车设施载运器的设计以简便轻量化为主，主体为停放载车板的平台，上方为载车板导轨，侧面为安全护栏，下方为连接坡地导轨的支撑杆和导轮；为对载车板进行横向移动，载运器下方还设置了功率为0.2kW的横移电机。载运器长度与载车板一样为5.5m，但载运器与停车位直接需预留间隙，故载运器所在坡宽为5.6m，比载车板宽0.1m；驾驶员在将车停放好之后需从左侧走出，故在左侧设置1m宽的人行通道。载运器的材料决定其重量，也影响电机消耗的功率，载运器主体采用方钢、角钢和钢板焊接而成，导轮采用尼龙滚轮。载运器整体结构如图8-52所示。
图8-52 载运器整体结构图
（3）传动方案
传动是把动力从动力源传递到工作地方以实现工作目的，即平稳提升和横移载车板。本设计应用了减速电机以筒化传动系统，在斜坡部位设计导轨，通过载运器在导轨上的上下移动实现车辆的升降运动。传动方案将采用钢丝绳和链条同步传动，动力由主减速电机端的链轮输出。整个系统除了要求有足够的动力外，还要求有一定的平稳性，使上托盘在升降过程中不至于振动太大，能够准确定位。主电机选用功率为2.2k W的减速电机，在足够的提升力下保证传动的平稳性。图8-53为钢丝绳提升载运器图。
图8-53 钢丝绳提升装置图
载车板的水平横移通过安装在载运器两边小导轮的转动来实现，托盘上安装有6个小导轮，导轮应用轮轴的形式，通过轴承座安装在载运器的侧边上，一边的导轮通过链传动连接安装于载运器尾部的小减速电机，由电机带动导轮运动，使托盘进行水平方向上的横移。横向的移动将采用链传动载车式，其基本原理是以链传动的形式，通过一次微横移和一次横向横移来实现载车板的存取。存车时，第一次微横移的作用是推动横移机构连同载车板做短距离横移，越过载运器与停车位之间的间隙；第二级的作用是通过每隔一定链节设置的加强链轴（两排链轴联结并加强）或拔叉（或在加强的链轴上再加装拨叉）随链条转动直线拨动载车板下部的挡板，使载车板平稳地转移到停车位的托梁上，为了减少摩擦力，一般还安装尼龙滚轮，在载车板底部与托梁接触的部位安装尼龙条。
3.消防设计
停车库车辆一旦发生火灾，很容易导致周围的瞬间连锁反应，在短时间内就会引燃周围车辆，造成大面积的车辆失火。因此，为防止停车建筑发生火灾严重影响人民的生命财产安全，应当对停车建筑的消防进行合理设计。
停车库失火起因可被分为五大类：故意纵火、电气故障、机械故障、疏忽大意和其他。立体停车库的消防设计应结合车库的实际情况，积极采用先进有效的防火与灭火技术，做到“确保安全、方便使用、技术先进、经济合理”的原则。
停车库消防灭火系统有自动喷水灭火系统、固定泡沫喷淋系统和高倍数泡沫系统，对于无人的封闭空间还有二氧化碳灭火系统。本次设计的新型坡地立体停车设施为敞开式小型停车库，故可以用灭火器、消火栓。除在出入口及车库内部设置基本的消防设施外，车库内的电缆将全部进行隐性处理，避免其暴露在外；车库内设置有火灾自动报警系统，并与防火分隔设施、自动喷淋灭火系统、排烟等设施联动；停车位处布置喷头，喷头设置在停车处上方，与太阳能发电板联动；其消防栓系统设计为干式，既安全可靠，又减少初投资，节电节能，更降低了运行成本。
4.通风排水设计
对于立体停车场，无论是自然通风还是机械通风，其目的都在于清除停车建筑内的一氧化碳。当一氧化碳的含量被有效控制时，其他有害气体浓度也就同时降低了，降低一氧化碳浓度的最经济方法是自然通风。当不能采用自然通风时就必须采用机械通风。对于自然通风，停车库的内外墙设计应当满足以下要求之一。
①建筑至少有两面外墙暴露在空气之中，且高度应当占50%以上，不包括楼梯间和结构柱，内墙和柱子也应当有20%以上是开放的，并全部是散布式的。
②结构的外墙或墙体应当有一面或者两面全部开放，全部长度不少于建筑周长的40%，开洞的面积不少于该层建筑外墙面积的20%，内墙和立柱应当至少有20%是开放的，并必须是散布式的。
本次设计的坡地立体停车设施除上方有太阳能发电板之外为敞开式设计，在利用立体停车场汽车能耗低的前提下，借鉴露天停车场通风好的优点，因此通风非常好，同时因为车辆不在车库内部启动，故在很大程度上有着节约减排的作用。
关于排水系统，一方面因为停车库会淤积车辆留下来的汽油和泥沙，有的车库设计时考虑了冲刷系统，这样各层就需要设置独立的排水口以排除污水，并应考虑过滤砂石；另一方面，如果是雨天，车辆可能会带入一些积水。这些废水通常含有腐蚀性物质，特别是盐分，这些物质如果不及时地排走，就会影响设施的结构构件。所以车库的每一层都考虑设置排出地面积水的排水装置，除在坡地最高处和最低处设置水沟来拦截道路及坡地雨水外，停车位的建造也将会向内侧有1%～2%的坡度，因为车辆是停放在载车板上的，故在出入口设置喷水装置以便及时清理泥沙。
5.照明设计
对停车场进行合理的照明设计，目的是保证车辆和行人的安全。照明设计有利于引导车辆、划定区域、预防犯罪等。要确定停车库内的最小和最大照明需要考虑两个因素，即看清停车道牙所需的视度和看清人员的面部所需的视度。在大多数停车场中，驾驶员必须看清前方物体，从而能安全地通过过道进行停车。行人必须看清来往的车辆，他们也需要辨认出其他人群。本次对于照明系统的设计，因为停车场上方与下方均为道路，故上下两侧均有路灯作为照明装置；因为停车场两侧都设有人行楼梯，计划在两侧设置高约3m的照明装置，可对停车场内部和楼梯均有照明效果，设备可使用金卤灯，它可提供良好的光色和视觉效果，也是最常见使用的光源。
6.太阳能发电设计
随着经济的发展、社会的进步，人们对能源提出越来越高的要求，寻找新能源成为当前人类面临的迫切课题。太阳能作为一种新型清洁能源，又是取之不尽的，故将在未来发挥巨大作用。
本设计从节能减排的基点出发，在解决山地城市停车难的基础上，通过太阳能发电装置减少后期能源的消耗。采用并网型太阳能发电系统，太阳能发电跟市电并存，不带蓄电池，发出来的电直接用，用不完的还可以卖给电力公司；不够的电可以直接从市电补充，是目前最经济的方法，比市电划算。这种并网系统基本没有后期的维护费用，可以一直用20年以上。太阳能板发出的电可用于照明装置、交通诱导装置等，太阳能板将设置在车辆上方，与坡面平行，在发电的同时也对汽车起到遮挡阳光和雨水的作用。太阳能板示意图如图8-54所示。
图8-54 太阳能板
（四）控制系统设计
立体车库要实现自动化、智能化，必须需要一个好的控制系统。坡地立体车库在存取车时包括提升载运器、横移存取机构存取车辆等一系列复杂的动作，这就要求控制系统能很好地实现顺序动作控制、速度控制、定位控制以及安全互锁控制。现代化的立体车库还要求立体车库操作简单、迅速，使用方便，安全可靠等。坡地立体车库对控制系统的要求有以下几个方面。
（1）自动操作：存取车时，只要选择存取车按钮，控制系统根据车库的已停车数据库，自动选择调度方案，以最短的时间完成车辆的存取。
（2）安全互锁控制：立体车库的运动系统多，为保证车辆的安全，不允许因为错误动作而造成车辆的损坏，故所有的运动系统的驱动电机必须有自锁装置以及托盘在各个位置的固定装置。车库还必须配备光电检测设施，及时检测车库状况，避免事故的发生。
（3）高速、平稳。为缩短存取车时间，要求传动装置以高速运行，还必须要精准地停车到位，故各运动装置需配置自加、减速功能，以实现高速平稳的存取车辆。
从经济性、实用性和可靠性等方面考虑，本设计采用PLC作为控制系统核心，PLC实质上是一种以数字控制位为主要特征的工业控制计算机，由硬件和软件组成。本次车库设计，由一台PLC对车库进行统一的管理和监控，用PLC控制载车板横移，升降传动装置以完成对车辆的存取操作。各车位内车辆的调入调出由PLC根据当前各车位的车辆存放情况，按照相应的调度策略调度车辆进出。
存取车详细流程：当用户存车时，车辆刷卡进入，横移机构自锁。此时载运器停放在一层，载运器上停放有空载车板，车辆驶入，将车辆停放在载车板上，此时门外液晶显示屏显示相对应信息。当司机离开后，载运器解除自锁，开始提升，当到达指定楼层后，提升电机停止并自锁。此时存取机构中的微横移电机解除自锁并运动，让横移机构跨过载运器和存车位之间的距离。微横移电机自锁，横移电机解除自锁并运动，载车板平移到停车位上并固定，便完成停车全过程。
当用户取车时，通过刷卡，按照PLC控制指令，载运器将空载车板送回停车位，并运动到需要取车辆的楼层，停止后电机自锁。与存取车过程相同，微横移电机先运动，带动横移机构跨过载运器和停车位之间的距离，然后横移机构拖动载车板移动，在PLC的控制下载运器运行到相对应的出入口，驾驶员开走车辆，提升系统运动回到底层，各系统锁定。
当存车和取车正在排队时，控制系统可根据存取车顺序，适当调整存取车过程，以减少提升系统运送空载车板行程。当存取机构完成存车程序后，操作系统可根据存取车排队人员，适当将取车排队人提前，控制系统向PLC发出指令，提升系统直接运动至需要取出车辆层数，并完成取车动作。控制系统按照一取一存的顺序排队，这样就减少了空载车托盘运行时间，减少了存取车时间，并节约了能源。