基于仿真的机械立体车库服务评价方法研究

杨国华

摘 要：机械立体车库具有占地面积小、空间利用率高的特点，十分适合用在土地资源高度紧张的城市地区。本文将基于VISSIM仿真理论，对机械立体车库服务评价方法进行深入研究，具体分析存取车的平均时间和出入口数量对车库服务水平的影响，然后在此基础上提出优化建议。

关键词：VISSIM仿真技术 机械立体车库 服务评价方法

现如今随着社会经济的高速发展，市场上的汽车占有量逐渐呈现出饱和趋势，这不仅对城市交通带来了极大影响，同时也产生了停车难的新问题，因停车难而导致的乱停乱放是交通拥堵的重要原因之一，同时还会带来严重的环境污染和安全隐患。为了切实解决城市的停车难问题，技术人员基于仿真技术研究出机械立体车库，但是由于缺少对机械立体车库服务评价的有效方法，导致部分机械立体车库在使用过程中不仅没有缓解停车矛盾，甚至还引发出了新的交通拥堵。这也就要求技术人员必须对机械立体车库的服务评价方法进行深入研究，摸索出更加完善、更加系统的机械立体车库服务体系。

1 基于仿真的机械立体车库服务模型搭建

1.1 理论基础

通常情况来说，立体车库的到达规律与泊松分布相一致，并且停车时长呈现出负指数分布，人们在使用立体车库时选择的位置相对随机，存取车的时间也无规律可言，所以车辆的对应服务时间与负指数函数的分布情况相近似，技术人员根据排队理论搭建M/M/S排队模型，其中S为服务台存取车的设备个数，M为服务时间，包括存车时间和取车时间。技术人员通过详细记录高峰期的存取车数据、设备个数以及设备服务时间等参数，科学计算出高峰期的车辆排队情况以及取车的等待时间。

1.2 建立模型

1.2.1 存车模型

机械立体车库的服务原则为先到先服务，也就是说如果车辆到达车库时没有多余的停车位，就需要排队等待。所以假设到达立体车库的车辆数量无限大，也就是在模型中认为客户数为正无穷，车辆为单车到达，不同车辆的到达间隔时间与泊松分布相一致;对于存车排队长度来说，在立体车库的入口会设置堆垛机，堆垛机的数量就代表于服务台的个数;车辆从接受服务开始到放置到指定的停车位置，这一段时间就是车辆的服务时间。因为车辆的停放位置与存取时间都很随机，所以相对应的车辆服务时间近似负指数分布。机械立体车库的存车过程如图1所示：

1.2.2 取车模型

取车模型与存车模型相类似，也需要遵循M/M/S排队服务模型，驾驶员的取车时间符合泊松分布，那么所对应的服务时間也近似负指数分布。取车过程如图2所示：

1.2.3 评价标准

首先，排队长度。如果机械立体车库的排队长度过大，就会对周边的交通造成影响，所以排队长度是评价机械立体车库服务水平的重要指标。在机械立体车库中，一个车库堆垛机仅能为一辆车提供服务，也就是堆垛机在进行取车服务时无法同时进行存车服务，存取车过程相对独立。这也就是说机械立体车库在高峰时段所提供的服务总需求为存车和取车的流量之和，即：Q=Qint+Qout，其中Qint表示存车流量，Qout代表取车流量，考虑到存取车所需要占用的时间，可以算出单位时间内车库的平均使用需求为，每秒钟每个车位的服务车辆数为，其中t为存取车的平均时间。每个出入口的利用率为，其中S为出入口数量。如果ρ<1则代表在高峰时段机械立体车库所提供的服务能够满足存取车需求，也就不会对周围的道路交通造成影响。

假设，所有的出入口都没有车辆存进或取出，那么技术人员就可算出稳态空闲系数：

根据此公式就计算出车辆的必须等待概率为：

根据存车高峰时段，可以计算出存取车的平均排队长度为：

其次，平均等待时间和逗留时间。为了让机械立体车库的使用者获得良好的使用体验，就必须不断缩短他们的平均等待时间和逗留时间，车主的平均等待时间公式为：，逗留时间公式为：W=Wq+t。

1.3 VISSIM仿真模型

机械立体车库的堆垛机虽然兼具存车与取车的功能，但是两种功能不能同时进行。在VISSIM仿真模型中，利用相应的控制模块即可控制堆垛机完成单一的存车或取车功能，并且在泊车状态下不会开始新的存取功能。具体来说，技术人员需要通过VAP进行逻辑程序设计，当堆垛机被占用时，感应器就会检测到有车信号，那么相应的信号灯红灯亮起，从而对其他车辆形成限制;反之感应器会呈现绿灯，对其他车辆的限制被解除。除此之外，设计人员还需要设计一段重叠的路段分别设置堆垛位置和感应器，确保堆垛机在使用过程中不会产生混乱。

通过VISSIM仿真模型，技术人员就可以结合停车场的实际情况，进一步优化停车场的服务体系，尽量减少排队时间与等待时间，而且通过对高峰时间段的模拟运行，技术人员能够直观的观察到机械立体停车库的使用情况，进而能够对周围的交通疏导提供重要的参考资料。

总的来说，在VISSIM仿真模型的计算下，技术人员得出在高峰时期如果使用机械立体车库，需要进行排队等待，如果等待队伍过长会对周边交通造成严重影响;在高峰时间取车，也存在一定等待时间，如果超出使用者的心理预期，那么就会降低使用者的使用体验，进而影响机械立体车库的使用效果。

2 案例分析

本文以某一线城市的中心医院机械立体车库工程为例，对机械立体车库的排队时间和逗留时间进行深入分析。此机械立体车库的中期存车高峰流量为483pcu/h，远期存车高峰流量为586pcu/h，本文取最高值进行计算。根据中心医院的实际情况，机械立体停车库的排队最大长度为100米。

机械立体车库的中期取车高峰流量为262pcu/h，远期取车高峰流量为482pcu/h，本文取最高值进行计算。结合停车库出入口与等待时间的关系，在正常通行的情况下单车排队等待时间不超过150秒。

2.1 高峰期存取车需求

根据对中心医院每日访客的综合计算以及周边交通环境的实地勘察，技术人员对机械立体停车库的需求进行合理预估，得出如下表1所示：

2.2 高峰期存、取车排队分析

由前文介绍我们可知，一个堆垛机单次只能服务于一辆车的存或取，也就是在进行存车服务的同时无法进行取车服务，那么在存车高峰时，车库的服务量总和是存车和取车流量的叠加。在排队论公式的辅助下，技术人员可以算得在高峰时段内，机械立体车库的存车排队情况，具体如下表2所示：

以此类推，在排队论的支持下，机械立体车库的取车高峰排队情况如下表3所示：

2.3 仿真验证

通过vissim仿真模型对机械立体停车库的排队情况进行仿真模拟，可以得知在早高峰期间，车库的存取车过程都相对顺利，没有明显的排队现象。但是在晚高峰时段，中期的仿真模拟车辆疏散相对顺畅，远期则存在着不同程度的排队现象;在东侧出口有着较大的车辆密度，但是不会影响北门入口的车流，因此不会造成严重阻塞。在本次项目中，机械立体车库的所有开口都处在医院地块内部，对周围市政道路的影响相对较小，但是随着规划的不断深入，医院附近的主干道面临着较大的交通压力，具体的交通影响需要技术人员通过仿真模型进行分析。本次项目工程因为不存在外部开口，所以对周围以及上下游路口的影响相对较小。

同时，正是因为所有的开口都安排在医院地块内部，所以在医院内部的交通运输中，经常存在着十分明显的车辆冲突，造成这一现象的主要原因有：一方面来说，因方向不同而导致交叉口的线流混乱，内部交通承担着着较大的交通压力;另一方面来说，医院内部的交通引导措施并不完善，车辆的行进过程相对随机，导致不同停车流线容易产生冲突。机械立体车库对优化医院的内部交通有着十分重要的影响，可以对即停即走、机械立体停车库存取车辆、地下车库存取车辆等不同的车辆线流进行分离和引导，使得内部的通行条件进一步优化。

通过上述研究我们可以通过仿真可得出如下结果：本项目在早高峰存取车时不存在明显的排队现象，而且通过医院内部的交通优化，交通压力相对较小，车辆冲突现象明显改善。而且由于机械立体停车库能够提供大量的可用停车位，车辆就不会长时间堆积在医院入口，这也会促进主干道的通行情况进一步优化，进而提升道路的服务水平。

综上所述，本文以具体的项目为背景，深入研究了基于仿真的机械立体停车库的服务评价体系，在vissim仿真模拟的支持下，技术人员就可对项目的实际使用情况进行仿真测试，这可有效提高停车库的服务水平，减少项目在投入使用后的使用矛盾，并进一步提高用户的使用满意度，这对于立体车库的大范围推广有着十分重要的作用。

湛江市科技计划项目：智能机械式立体车库控制系统创新设计研究，项目编号：2020B01223。

参考文献：

[1]陈锐.多因素约束下的机械立体车库泊位规模测算方法研究[D].重庆交通大学，2019.

[2]劉松涛，苏乃特，卫文彬.升降横移式地下机械立体车库汽车火灾排烟量计算[J].暖通空调，2017，47（07）：131-135.

[3]毛健民.怎样的机械立体车库能解决停车难并如何参与城市旧改[A]. 中国重型机械工业协会停车设备工作委员会.中国停车产业论文集[C].中国重型机械工业协会停车设备工作委员会：2020：4.