المصاعد ذات الطابقين - هل هي حل حقيقي؟

بقلم سيمون روسيت، مدير شركة هوار ليا لهندسة المصاعد

مقدمة/تاريخ

منذ أن نظر الإنسان إلى السماء، بدا وكأنه يشعر بحاجة فطرية إلى بناء هياكل شاهقة للعيش والعمل فيها أو لعبادة آلهته. وخلال الخمسة آلاف سنة الماضية، شُيِّدت العديد من المباني الحجرية الضخمة في أنحاء العالم كمعابد وأماكن للراحة والحماية، مثل أهرامات مصر، ومعبد أنكور وات في كمبوديا، وماتشو بيتشو في أمريكا الجنوبية.

من الواضح أن هذه المباني لم تكن مزودة بوسائل نقل عمودية ميكانيكية! ظهر هذا التطور في أواخر القرن التاسع عشر، عندما اخترع إليشا غريفز أوتيس أول مصعد آمن وعرضه في معرض المعهد في قصر الكريستال بمدينة نيويورك. في ذلك الوقت، شهدت أمريكا الشمالية ازدهارًا ملحوظًا تزامن مع فترة ازدهار جديدة، حيث صُممت بعض أطول المباني في العالم. على سبيل المثال، كان برج سيرز في شيكاغو، المكون من 110 طوابق والذي اكتمل بناؤه عام 1973، أول مبنى يستخدم ردهات علوية مزودة بمصاعد ثنائية الاتجاه ومصاعد محلية أحادية الاتجاه. تطلبت هذه المباني الضخمة نهجًا جديدًا لحركة الأفراد، وقد تم تطويرها عام 1854.

أدى هذا الاختراع، إلى جانب تقنيات البناء الجديدة التي تستخدم الفولاذ، إلى ظهور جيل من المباني الشاهقة مثل مبنى كرايسلر، ومبنى إمباير ستيت، وبرج إيفل. استخدمت جميع المباني التي شُيّدت حتى عام 1930 مصاعد تقليدية ذات طابق واحد مُرتبة لخدمة مناطق المبنى. ابتكرت شركة أوتيس للمصاعد نظامًا جديدًا باستخدام عربتين داخل حبل مشترك، وفي عام 1931، قامت بتركيب ثمانية مصاعد "مزدوجة الطابق" مع نظام تشغيل آلي في مبنى "سيتيز سيرفيس" بمدينة نيويورك، المكون من 66 طابقًا. كانت العربة العلوية تخدم الطوابق الزوجية، بينما كانت العربة السفلية تخدم الطوابق الفردية. لم يكن تطبيق هذه التقنية على هذا المبنى مناسبًا تمامًا، حيث كان من المفترض أن يخدم الطابق السفلي محطة مترو أنفاق، مُخطط لها في الطابق السفلي. لم يتم إنشاء المترو أبدًا، وفي النهاية اكتُشف أن استخدام العربات العلوية فقط لخدمة جميع الطوابق كان كافيًا لاستيعاب حركة الركاب!

يمكن تشبيه المصاعد ذات الطابقين بالسكك الحديدية. فهي تنقل أعدادًا كبيرة من الأشخاص أفقيًا باستخدام عربات متصلة بنظام قيادة واحد. وتعتمد المصاعد ذات الطابقين على المبدأ نفسه، حيث تُشكل قطارات رأسية بعربات مزدوجة. تتكون هذه المصاعد من عربتي ركاب، إحداهما فوق الأخرى، متصلتين بنظام تعليق وقيادة واحد. يمكن للطابقين السفلي والعلوي خدمة طابقين متجاورين في آن واحد، وخلال أوقات الذروة، يُرتب الطابقان لخدمة الطوابق الزوجية والفردية.

منذ عام 1930، شهد الطلب على مصاعد التيار المزدوج ارتفاعاً مطرداً مع ازدياد ارتفاع المباني وتعقيدها. وفي ستينيات القرن الماضي، شهدت هذه المصاعد فجراً جديداً، حيث برزت مكانتها بقوة.

كانت أبراج بتروناس التوأم في كوالالمبور، المكونة من 88 طابقًا، والتي أنجزتها شركة أوتيس عام 1997، أول المباني التي زُوّدت بمصاعد محلية من نوع DD ومنطقة واحدة من مصاعد النقل من نوع DD. واستُخدمت التقنية نفسها في برج مركز التمويل الدولي (IFC) في هونغ كونغ، المكون من 88 طابقًا أيضًا، والذي أنجزته شركة أوتيس عام 2004. أما أول مبنى زُوّد بمصاعد محلية من نوع DD ومنطقة مزدوجة من مصاعد النقل من نوع DD، فكان مركز تايبيه المالي، المكون من 101 طابقًا، والذي أنجزته شركة توشيبا عام 2004. وقد أصبح هذا المبنى، الذي يبلغ ارتفاعه 508 أمتار، أطول مبنى في العالم، متجاوزًا حاجز نصف كيلومتر. كما حطّم الرقم القياسي لسرعة المصاعد من 12 مترًا في الثانية إلى 16.8 مترًا في الثانية، أي ما يعادل سرعة قصوى رأسية تزيد قليلًا عن 60 كيلومترًا في الساعة. كان لقب أطول مبنى في العالم من نصيب برج دبي، وهو مشروع سكني متعدد الاستخدامات تم الانتهاء منه في عام 2010، ويبلغ ارتفاعه 829 متراً ويضم مصعدين مزدوجي الطوابق (DD) يسيران بسرعة 10 أمتار في الثانية، بالإضافة إلى سلسلة من المصاعد أحادية الطابق (SD).

نموذج أوروبا/أمريكا الشمالية

توجد آلاف المصاعد ذات الطابقين في مئات المباني حول العالم. وبالمقارنة مع ما يقارب 6.5 مليون مصعد قيد التشغيل اليوم (انظر صورة المصاعد العالمية)، فإن المصاعد ذات الطابقين لا تمثل سوى 0.01% من سوق المصاعد العالمي، وهي تُستخدم حصراً في المباني الشاهقة. تُزوّد ​​شركة أوتيس ما يقارب 80% من المبيعات العالمية، بينما تشمل الشركات الموردة الأخرى: كوني، وميتسوبيشي، وشيندلر، وهيتاشي، وتوشيبا.

تُعدّ مصاعد التيار المباشر شائعة نسبيًا في الولايات المتحدة الأمريكية وآسيا والصين. ورغم أن أوروبا تمتلك أكثر من 50% من مصاعد العالم، إلا أنها لا تملك سوى 24 مصعدًا من هذا النوع في ستة مبانٍ فقط. أُنشئ أول نظام مصاعد تيار مباشر في المملكة المتحدة في برج نات ويست (البرج 42 حاليًا) بواسطة شركة إكسبريس ليفت. زُوّد البرج بخمسة مصاعد تيار مباشر، بالإضافة إلى عدد من مصاعد التيار المتردد.

يوجد في لندن حوالي 86 مليون قدم مربع من المساحات التجارية المشغولة. وتشهد المكاتب التجارية الجديدة طلباً متزايداً، مما يدفع إلى زيادة ارتفاع المباني نتيجةً لضغوط المساحة. وإذا ما استدعى السوق مبانٍ يزيد ارتفاعها عن 35 طابقاً، فقد تُقدّم مصاعد DD حلاً لمشكلة الحركة الرأسية.

يُستخدم النموذج الأمريكي الشمالي على نطاق واسع في المباني التي يبلغ ارتفاعها حوالي 100 طابق، حيث تعمل المصاعد المحلية من نوع SD والمصاعد من نوع DD كخدمة نقل إلى ردهات الطوابق العليا. ويبدو من غير المرجح أن يُناسب هذا النموذج المملكة المتحدة أو أوروبا؛ وذلك لأن عددًا قليلاً من المباني في أوروبا يصل إلى هذا الارتفاع، إذ يتراوح ارتفاع معظمها بين 30 و60 طابقًا. في المملكة المتحدة، من المرجح أن تُستخدم المصاعد من نوع DD كمصاعد للركاب، وليس كخدمة نقل. بالنسبة للركاب، ستكون التجربة مماثلة، فلن يدركوا بالضرورة أنهم يستقلون مصعدًا من نوع DD.

صُممت مصاعد التيار المباشر لتكون الوسيلة الرئيسية للتنقل العمودي في عدد من المباني الشاهقة المخطط لها في لندن، مثل برج برودجيت التابع لشركة بريتيش لاند، وبرج هيرون التابع لشركة جيرالد رونسون، وبرج جسر لندن التابع لشركة سيلار بروبرتيز، وبرج جسر بلاكفرايرز التابع لشركة لاند سيكيوريتيز، وبرج بيشوبسجيت التابع لشركة ديفا. وإذا ما تم تنفيذ هذه المشاريع، فمن المتوقع أن يرتفع عدد مصاعد التيار المباشر في المملكة المتحدة إلى حوالي 50 وحدة خلال السنوات الخمس إلى العشر القادمة، أي ما يعادل ثلاثة أضعاف عدد مصاعد التيار المباشر في أوروبا.

مزايا وعيوب المصاعد ذات الطابقين

تكمن الميزة الحقيقية لمصاعد DD في أنها، مع قدرتها على نقل الأشخاص في نفس وقت مصاعد SD، تقلل من مساحة البئر المطلوبة. تبلغ نسبة الكابينات حوالي 2:3، لذا فإن 8 كابينات SD ستصبح 5 أو 6 كابينات DD. القاعدة العامة لتشغيل مصاعد DD بكفاءة هي منطقة تتراوح بين 15 و18 طابقًا لكل مجموعة، مع العلم أن هذا يعتمد كليًا على تصميم المبنى. يجب توخي الحذر عند اختيار أنظمة المصاعد لمبانٍ محددة، حيث قد لا تكون التقنية مناسبة في بعض الحالات. لكي تعمل مصاعد DD بكفاءة، من الضروري أن تتجاوز مساحة الأرضية 2000 متر مربع لضمان توازن الطلب ومستوى عالٍ من التزامن للأشخاص المنتقلين إلى الطوابق المتتالية. يمكن حساب ذلك باستخدام برامج مثل Elevate (من Peters Research) لتحديد معيار الأداء. بعد ذلك، يمكن التحقق من النتائج باستخدام دليل المصاعد (Barney 2005) لتحديد ما إذا كانت مصاعد DD توفر حلاً فعالاً.

يتم توجيه الركاب إلى السلالم المتحركة؛ ومن هناك يمكنهم اختيار الطابق المناسب للوصول إليه، سواءً كان طابقًا زوجيًا أو فرديًا. بمجرد توقف المصعد للرد على طلب من طابق علوي، يتم قبول طلبات الوصول إلى أي طابق. من الطرق الشائعة في خدمة طلبات الوصول تخصيص الطابق السفلي لها، بينما يخدم الطابق العلوي الطلبات المتزامنة مع توقفات المصعد السفلي. أما الحل الأكثر كفاءة فهو اختيار الطابق الأنسب لطلب الوصول. تستخدم مصاعد DD الحديثة أنظمة تحكم متطورة لضمان اختيار الطابق الأمثل، مما يقلل من أوقات انتظار الركاب، ومدة الرحلة، وعدد مرات توقف كل مصعد. عند الصعود، يستجيب الطابق السفلي لطلبات الوصول، وعند النزول، يستجيب لطلبات النزول.

تُزيل أنظمة التحكم الحديثة، مثل نظام تخصيص طلبات الركاب (HCA)، المشاكل المرتبطة بتحديد الركاب لوجهتهم داخل العربة، حيث يتم إدخالها عبر شاشة لمس في الردهة. تُخصَّص طلبات الوجهة ثم تُجمَّع في مجموعات حسب الطوابق لتحسين كفاءة التشغيل بشكل كبير. كما يُزيل نظام HCA عيوب الركاب خلال فترات انخفاض الطلب، حيث قد يتوقف أحد الطوابق لطلب راكب دون وجود هبوط أو طلب عربة متزامن في الطابق الآخر. ولا يتطلب النظام أيضًا كاميرات مراقبة وشاشات عرض في كلتا العربتين لمتابعة حالة التحميل.

ستستخدم غالبية منشآت القطارات ذات الدفع المباشر في المملكة المتحدة أنظمة التحكم HCA، وبعضها، مثل برج هيرون، الذي صممته شركة Kohn Pederson Fox، يحتوي حتى على عربات قطارات ذات دفع مباشر زجاجية! (انظر القطارات ذات الدفع المباشر ذات المناظر الخلابة كمرجع، لأن هذا ليس من شركة Heron).

دراسة الحالة

شاركتُ مؤخرًا في تصميم أنظمة نقل عمودي جديدة لبرج قائم في فيكتوريا. يتألف هذا البرج من 27 طابقًا، ويضم مساحة مكتبية تبلغ حوالي 280,000 قدم مربع. كان من المقرر أن يوفر مشروع تجديد المبنى مساحة 440,000 قدم مربع بإضافة ما يصل إلى ثلاثة طوابق علوية وتوسيع الواجهات. تتألف أنظمة النقل العمودي الحالية من مجموعتين، كل مجموعة تضم ست سيارات، تخدمان منطقتين علوية وسفلية. إن زيادة المساحة المكتبية ستجعل أداء هذا التصميم غير مقبول. وللتغلب على هذه المشكلة، تم استعراض العديد من الحلول.

1. يُحتفظ بالأعمدة الاثني عشر الحالية، ويُضاف إليها أربعة أعمدة جديدة. من شأن ذلك توفير أنظمة للمباني المنخفضة والمتوسطة والعالية الارتفاع، قادرة على تحقيق أداء BCO. تكمن المشكلة الواضحة في تحديد مواقع الأعمدة الأربعة الجديدة، وما يترتب على ذلك من انخفاض في صافي المساحة الداخلية (انظر الصورتين 1 و2 للمباني المنخفضة والمتوسطة والعالية الارتفاع).
2. توفير أنظمة للمباني المنخفضة والمتوسطة والعالية، وتحسين أداء النظام باستخدام أنظمة التحكم HCA. مع ذلك، استلزم الأمر استخدام الأنظمة نفسها، ولكن تم تقليص مجموعة المباني المنخفضة إلى ثلاثة فقط. تعمل أنظمة التحكم HCA بكفاءة عالية في وضع ذروة الطلب، ولكن بكفاءة أقل في وضعي الاتجاهين وذروة الطلب.
3. تم الإبقاء على المصاعد الحالية وتوفير مصاعد ركاب ذات طابقين. أسفر التحليل عن توفير أربعة مصاعد منخفضة الارتفاع وأربعة مصاعد عالية الارتفاع ذات طابقين. وبنسبة نجاح بلغت 77% في مطابقة الطلبات، حقق هذا الخيار متطلبات أداء هيئة مراقبة البناء. وقد أدى هذا الخيار إلى إعادة فتح مصعدين في كل مجموعة، ويمكن استخدام هذين المصعدين لاستيعاب مصعدين جديدين للبضائع، نظرًا لأن المبنى لم يكن يحتوي إلا على الحد الأدنى من التجهيزات اللازمة.
4. للتغلب على مشاكل التحميل المتزامن للطابقين العلوي والسفلي، كان من الضروري تركيب سلالم متحركة بين مستويي الردهة. ولضمان الامتثال لقانون مكافحة التمييز ضد ذوي الإعاقة، كان من الضروري أيضًا تركيب مصعدين مكوكيين بين مستويي التحميل، ولحسن الحظ، كان هناك بئران متاحان للاستخدام (انظر الصورتين 1 و2 لمجموعة الطابقين). ومن المثير للاهتمام، أنه يمكن استخدام مساحة البئر فوق المصعد المكوكية لتمديدات خدمات الهندسة الميكانيكية والكهربائية.

تُبيّن هذه الدراسة بعض المزايا الرئيسية التي توفرها المصاعد ذات الطابقين، مثل تقليل استخدام المساحة الأساسية، وتركيب عدد أقل من المصاعد، وتوفير مساحة لخدمات أخرى. ويمكن تطبيق هذه المبادئ العامة على المشاريع الجديدة أيضاً.

كما يُظهر ذلك بعض القيود المحتملة. إذ يجب توسيع مناطق الوصول الرئيسية لاستيعاب السلالم المتحركة والمصاعد المكوكية بما يتوافق مع قانون حقوق ذوي الإعاقة. كما يجب مراعاة وضع لافتات مناسبة لضمان توجيه الركاب إلى الطابق الصحيح للوصول إلى وجهتهم المطلوبة. وكما ذُكر سابقًا، تُسهم ضوابط هيئة النقل في تخفيف هذه المشكلات بشكل كبير.

عند مقارنة مصاعد التيار المستمر (DD) بمصاعد التيار المتردد (SD)، من المهم بالطبع مراعاة الجوانب المالية. من المعروف أن تكلفة مصاعد التيار المستمر تصل إلى ضعف تكلفة مصاعد التيار المتردد. ورغم أن عدد عربات مصاعد التيار المستمر اللازمة لتحقيق نفس متطلبات الأداء أقل من عدد عربات مصاعد التيار المتردد، إلا أنه ليس النصف. لذا، تُعد مصاعد التيار المستمر حلاً أكثر تكلفة. مع ذلك، فإن التوفير في المساحة سيكون جذابًا لمالكي المباني، حيث أن زيادة مساحة المكاتب تعني زيادة الإيرادات على مدار عمر المبنى. كما أن تكاليف الصيانة السنوية لمصاعد التيار المستمر أقل من مصاعد التيار المتردد، وستكون أوقات الرحلات خلال ساعات الذروة أقل نظرًا لانخفاض عدد المحطات. ويرتبط هذا الانخفاض في عدد المحطات أيضًا بتوفير الطاقة.

كما يمكن للمصاعد الحديثة ذات التصميم المزدوج التغلب على مجموعة الاعتراضات والمخاوف القياسية، مثل تلك المدرجة في الجدول أدناه: