电梯计算问题 (电梯载重计算方法)

做建筑电梯选型时总免不了要做电梯的运力计算,本文简单讲讲运力计算的主要思路是什么。电梯运力计算分传统数学公式计算和模拟计算,其中数学公式计算是最基础的计算,即使是做模拟分析一般也要先用数学公式先算一下。

数学计算主要手段是计算电梯一个运行周期的时间就是从一部电梯到站起到这部电梯再次回到到站层需要运行的时间,其他参数都是根据这个参数计算推算出来的。

我们来看看有多少参数会影响电梯的运行周期,基本的几个参数是电梯的速度(包括加速度和加加速度),服务楼层的数量和高度,电梯停站的次数和进出电梯的人数。这些参数分两类一类是固定的一类是随机的;电梯本身的参数选择好就是固定的包括:电梯的速度、加速度、加加速度、载重量,开关门时间(有的还有预开门时间),另外建筑的参数也是固定的包括:建筑的高度、楼层数、楼层面积,办公区的面积,办公的人数(这个根据办公面积来估算确定好办公类型后也可以算是固定值)。另一类随机的参数就是人的行为:某个时间有多少人到电梯厅呼叫电梯,这些人是要去哪个楼层,这个参数是随机和不断变化的,那怎么能确定这些随机参数呢。基本就是靠统计和概率。

电梯计算的思路就是根据统计计算一个最不利的极端场景,如果能满足这个极端场景,那么其他情况也就没有问题了。这个统计也符合我们平常的体验,一般上班高峰期、午休吃饭时间和下班高峰期是电梯最繁忙的时间 ,而电梯计算主要就是计算这三个场景,其中上班高峰期场景因为大家时间最集中,也是运力最紧张的,所以一般的办公楼电梯运力计算主要分析如何满足这个场景。

简单解释一下电梯调度算法,电梯运力分析

一般传统非目的选层的电梯计算主要看两个参考值来评估运力:一是电梯到站间隔时间,用这个参数来描述电梯的等待舒适性;另一是5分钟运力,用这个参数来描述电梯的运载能力,这个参数是电梯五分钟可运送的人数与大楼的办公人数的比值,传统计算只有这个比值才反应电梯与大楼办公人数的关系。如果只是计算电梯五分钟运载的人数其实和大楼的办公人数是没有关系的。电梯的到站时间间隔计算首先要计算出电梯运行一个周期的时间,这个时间是怎么得出的呢?首先确定电梯运载的人数,早高峰时期电梯一般是最大负荷运行的,根据电梯的载重量可以得出满载人数,但是考虑到普通人的习惯一般电梯拥挤到一定程度就不再进入电梯,电梯计算时一般取满载人数的80~85%作为电梯一次运载的人数,然后根据概率可以计算出电梯最大概率会停靠几次,根据概率也可以算出电梯最大概率到几层就会运完返回。所以传统电梯运力计算其实是一个最大概率计算。这样有了停靠层数和最高返回层数就可以计算出电梯往返一个周期的时间;这个时间除以电梯的数量,就可以得到电梯的平均间隔时间。用电梯的一次运载客人数除以电梯的间隔时间乘以五分钟就可以得到这组电梯五分钟能运送的人数,这个人数和和电梯服务楼层的办公人数相比就可以得到五分钟的运载率。从这里我们可以看出当到达人数大于电梯运载人数时,电梯的间隔时间和办公楼的总办公人数就没有关系了,只和电梯承载人和电梯的服务楼层数层高有关。因为我们每次数学计算的时候假定电梯的一个运载率,都是按电梯每次到达人数能够达到这个满载率来计算的。如果我们电梯配置运力非常足,造成办公楼到达人数足小于电梯满载人数,这时候我们可以会调低电梯的满载率来适应电梯到达的人数,所以大楼办公人数多少和电梯计算的关系也就在满载率上会互相影响。

模拟计算方式和传统计算方式的不同的是要建立两个模型一个是电梯的运行模型,一个是人员的到达模型。从而能够更准确的描述出电梯的停层情况和人员的到达等待的情况。这其中电梯的运行模型可以根据各家的电梯群控情况和电梯的运行速度开关门时间来建立电梯运行模型(传统控制模式各家可以认为 控制策略是一致的),人员情况是根据我们的我们设定的到达率随机生成人(不同软件有不同策略,有 人员始终是较多的也有有波峰谷模型)来乘坐电梯最后计算平均时间。这个计算方式和电梯运行的真实情况更相仿,计算过程中也能有更多参数情况可以观察,比如说人员排队长短,人员等待时间长短等,另外也能适用更复杂的建筑交通情况。但是这个计算更耗费时间,一般做为最后的精细计算用。

因为电梯的到站间隔时间=电梯的运行周期/电梯台数,那么当电梯的到达间隔时间不满足我们的要求时,我们有两个方式可以减少这个间隔时间:一个方式是增加电梯的台数,另外一个方式是减少电梯的运行周期。但电梯台数的增加不是没有限制的,一般来说如果一组电梯的台数超过六台以上时不适合增加台数了,因为电梯的运行周期就会太长,就是等待的时间虽不长但坐电梯时间太长。缩短电梯运行周期的方法有很多,主要方向是:提高电梯的速度,减少电梯的服务楼层数,和减少乘电梯的人数。提速可行,但电梯越快越贵,而提高电梯运行速度的方法对于低区电梯,在速度提高到一定程度时,效果就不明显了,因为电梯的停层让电梯无法发挥速度的优势。只有在电梯在中高区时才有较大作用,因为它有一个较长不停靠的距离可以让电梯发挥速度的优势。乘电梯的人数一般不可控,电梯不满人就可能要上梯,只有电梯满了才会停止,这个取决于乘梯的人数不能人为降电梯满载率来减少电梯运行周期时间。最有效的方法就是减少电梯服务楼层数,不同的楼层采用不同的电梯服务。分区可以交替的分奇偶层或者分高中低区,一般高中低分会更好,低区电梯可以不占用高区的井道,高区电梯也能有一段不停靠层发挥速度优势。如果楼层更高例如200m以上可能还要采用空中大堂,即设专有穿梭电梯把人运到空中大堂再转换电梯上楼,这个其实是增加了乘客的上楼时间;但是好处是节省井道和电梯费用,1个穿梭电梯井道运力可以满足几个从空中大堂上楼层的井道运力。

而另一个减少电梯运行周期时间的方法,就是采用目的选层,目的选层的本质就是一个动态的电梯分区,它可以让到达相同楼层的人尽量集中在相同的电梯里从而减少电梯的停靠层数。但采用目的选层有一个问题就是虽然提高了电梯的运力,但增加了人们等待电梯的时间,电梯到站的间隔时间缩短,但是每个人平均等待电梯的时间变长,这时候用电梯到达时间间隔时间来描述电梯的等待舒适性就不合适了,因为人们要等到合适的电梯到达才能登梯。对目的选层大家普遍采用平均等候时间来描述电梯的舒适性。目的选层方式由于电梯和人的关系比较复杂,取决于电梯群控的计算方法,所以一般采用模拟计算方式,且采用对应电梯厂家的软件模拟会更有针对性。

关于电梯分区运力和等待时间的悖论,电梯分区越多每一个电梯服务的楼层数越少,电梯的运行周期越短,电梯的运力越大;但是电梯分区太多每个分区的电梯太少时,又会造成电梯的运行间隔时间太长,而不满足等待舒适性的要求。

电梯运力和成本的关系。我们考虑电梯计算的时候不但要考虑电梯的运力,还要考虑成本。成本主要两个部分,一个是电梯的费用,另外一个是设置电梯而造成建筑的面积占用的费用。电梯的费用主要和电梯的速度有关,速度越高的电梯费用越贵。电梯占用的面积主要和电梯数量及服务楼层有关,减少电梯的数量或通过电梯分区减少电梯占用的楼层数都可以减少电梯的占用建筑面积,但是不是电梯越少占用建筑面积越小,有时候电梯数量多但分区多反而有可能占用建筑面积更小。

建筑一般希望把电梯的机房设置避难层。主要原因是电梯井道的面积是不足够做电梯机房的,而井道以外的面积建筑是不希望给电梯使用的,但是在避难层就没有这个问题。不过当电梯的分区和避难层吻合分区不合理时,经常采用的办法就是把电梯的机房做成两层,一般井道的面积就可以做出电梯机房而不用占用井道外的面积。

电梯计算前首先要计算的是办公人数,这个一般根据建筑 定位来确定。

简单解释一下电梯调度算法,电梯运力分析

然后要确定电梯的运力要求,到站时间间隔和5分钟运力,这时候也要确定一个电梯 最大装载率,否则装载率变化也会影响那两个值。

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电梯运力计算的一个示例,下图是计算的参数 比较完整对的一个计算。需要注意的是这个是采用模拟方式计算出来的。传统的数学计算只能计算出平均 间隔时间和5分钟运载率,平均等候时间和平均到站时间是算不出来的。还需要注意的是这个计算方式为模拟计算模拟时为了计算结果不出现反差较大的数字,这个表并没有按统一的人员到达率来计算,而是采用人员到达率等与5分钟运载率来计算的。

简单解释一下电梯调度算法,电梯运力分析

下面是电梯计算的经济分析计算,计算的电梯造价及占用建筑面积,建筑面积区分了标准层和避难层是一个较为直观的方式。

我们再看一些电梯公司的计算结果,下面的表单能够较为直观的反映 电梯到达率和电梯负载 及到达间隔时间的关系。

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传统控制模式

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目的选层模式

简单解释一下电梯调度算法,电梯运力分析

电梯的计算是一个多方案比选的过程,我们要做很多计算,最终推荐的结果只有一个,其他的方案其实主要是说明这种方式为什么不选。另外电梯上有很多参数要选,这些参数参数并不是说实际情况一定就如此,而是按这种大家通用的参数选择后得到的结果,是可以和同类的项目去比较的。如果你的人员密度、负载率等选择的和大部分项目不同,那么得出来的结果很难比较,所以大家电梯计算时,通常都会采用大家常用的计算参数,来得到一个最后控制指标有意义的,这个意义不见得说实际情况一定如此,而是和能和更多同类的项目去比较。