Tecnologia degli edifici: la progettazione e le prestazioni di gruppi di ascensori

Uno studio sulla qualità del servizio di pianificazione del gruppo e controlli del gruppo di destinazione

Ascensori Paternoster

Molto tempo fa, alcuni bassi edifici per uffici erano serviti da una serie infinita di piccole automobili aperte che ruotavano lentamente in vani ascendenti e discendenti. Queste installazioni erano chiamate paternoster. I tempi di attesa erano brevi perché i passeggeri potevano sempre vedere un'auto in arrivo e saltarci dentro al momento giusto. I tempi di viaggio erano lunghi, dando ai passeggeri tutto il tempo per concentrarsi sul momento giusto per saltare fuori.

I moderni gruppi ad alta velocità cercano di imitare i paternoster. Per un gruppo di quattro auto, un posizionamento ideale delle auto esiste quando una cabina è al piano zero o vicino, una seconda cabina è a metà salita all'ultimo piano, una terza cabina è sopra o vicino all'ultimo piano e una quarta cabina sta scendendo a metà verso il piano zero. Le auto sono elementi in una stringa immaginaria di auto rotanti. Il controllo di gruppo è la stringa immaginaria.

Un aumento del numero di auto in questa stringa ridurrà la distanza media di tempo tra le auto. Le capacità di trasporto del gruppo aumentano. Un'auto in più implica che il numero medio di passeggeri per auto è sostanzialmente ridotto in tutte le condizioni di traffico. Di conseguenza, le auto fanno meno fermate, i tempi di andata e ritorno sono più brevi e la fila immaginaria di auto ruota più velocemente. È ovvio che una o più auto in più raddoppiano le capacità di trasporto. Di conseguenza, le auto possono essere molto più piccole. Questo esempio di operazioni di gruppo mostra sia l'importanza della pianificazione sia la funzione essenziale dei controlli di gruppo.

I gruppi tradizionali con auto grandi sono inefficienti

Il gruppo di ascensori più comune è costituito da quattro grandi cabine con un carico nominale contrattuale di circa 1600 kg (20 passeggeri). La maggior parte dei gruppi esistenti dispone di comandi tradizionali con pulsanti su/giù ai piani e pulsanti di piano nelle auto. Durante i periodi con densità di traffico leggera o media, questi gruppi offrono qualità di servizio soddisfacenti, perché le auto trasportano pochi passeggeri. I tempi di andata e ritorno e di viaggio in auto sono brevi, perché le auto effettuano poche soste lunghe.

Durante i periodi di traffico intenso, le auto piene effettuano molte fermate che causano lunghi viaggi di andata e ritorno e tempi di percorrenza. Il controllo di gruppo ha poca o nessuna influenza sulle operazioni, perché i passeggeri controllano tutti i movimenti della cabina con i pulsanti al piano. Ciò implica che l'efficienza dei gruppi tradizionali è peggiore quando è più necessario.

All'inizio del secolo scorso, gli addetti agli ascensori e i loro supervisori hanno impedito questa perdita di controllo ed efficienza assegnando i passeggeri con la stessa destinazione a vetture specifiche. La loro intelligenza ed esperienza con le destinazioni dei passeggeri ha assicurato qualità di servizio soddisfacenti durante i periodi di traffico intenso. Questa intelligenza è andata persa quando gli assistenti ei loro supervisori/dispacciatori sono stati aboliti.

La pianificazione di gruppo è sempre un compromesso

La pianificazione e le prestazioni di ciascun gruppo sono un compromesso tra le seguenti quattro serie di caratteristiche interdipendenti:

1. Capacità di trasporto su e giù
2. Qualità del servizio dipendenti dal tempo
3. Fabbisogno di spazio ed energia
4. Costi di capitale e di manutenzione

Il miglior compromesso possibile è una configurazione di gruppo che ottimizzi le qualità del servizio di gruppo 1 e 2 e riduca al minimo le caratteristiche 3 e 4.

Questo articolo dimostra che le migliori configurazioni possibili e l'efficienza sono definite dalla relazione tra le capacità di trasporto del gruppo e la qualità del servizio dipendente dal tempo. Questa logica dimostra che i gruppi con auto grandi sono inefficienti e rivela:

• I grandi ascensori richiedono troppo spazio nell'edificio e consumano troppa energia.
• Gli ascensori di grandi dimensioni sono inefficienti e causano lunghe attese e tempi di percorrenza nei periodi di traffico intenso, perché perdono tempo effettuando troppe fermate.

Considera quanto segue: un'auto grande e singola può servire una zona di edifici bassi o corti. Se sostituiamo la singola auto con un gruppo di due auto con carichi contrattuali pari al 50% della singola auto, tutte le qualità del servizio migliorano. Rispetto all'auto grande, il numero medio di fermate per andata e ritorno delle auto piccole sarà inferiore in tutte le condizioni di traffico. Di conseguenza, i loro tempi medi di andata e ritorno sono sempre più brevi. Il gruppo di due auto può, in tutte le condizioni di traffico, trasportare più passeggeri rispetto alla grande auto singola; cioè, il gruppo a due auto è più efficiente dell'auto singola. Inoltre, il tempo medio di attesa (AWT) e il tempo medio di percorrenza in auto (ATTC) del gruppo di due auto sono ridotti per tutte le condizioni di traffico.

Ogni aumento del numero di auto di un gruppo consente carichi contrattuali minori e migliora l'efficienza del gruppo (capacità di trasporto) e la qualità del servizio dipendente dal tempo. La migliore efficienza dei gruppi con auto più piccole e più piccole consente ai gruppi di servire più piani o popolazioni più grandi. I gruppi con cinque o sei auto possono avere piccoli carichi contrattuali e forniranno elevate capacità di trasporto in combinazione con eccezionali qualità di servizio dipendenti dal tempo. Questa logica è valida per qualsiasi gruppo e qualsiasi sistema di controllo di gruppo. È una caratteristica intrinseca dei gruppi di ascensori.

La Configurazione dei Gruppi Tradizionali

Come accennato in precedenza, la maggior parte degli edifici è servita da tradizionali gruppi di quattro auto con auto di grandi dimensioni. Per i gruppi con comandi tradizionali (cioè comandi reattivi non intelligenti), queste configurazioni a quattro auto sono il miglior compromesso possibile.

Non esistono gruppi tradizionali con sei utilitarie, anche se queste configurazioni permetterebbero di ridurre il carico contrattuale a 800 kg. Queste configurazioni a sei auto possono essere ospitate all'interno dello stesso spazio richiesto per i gruppi tradizionali con quattro auto di grandi dimensioni. Il consumo di energia di un gruppo di sei piccole auto è ridotto in proporzione ai carichi contrattuali totali (6400/4800 kg), ovvero del 25%. Le capacità di trasporto del gruppo di sei auto sono superiori di circa il 5%. Il gruppo delle sei piccole auto raddoppia il numero di viaggi di andata e ritorno nei periodi di traffico intenso; ovvero raddoppia la frequenza del servizio, riducendo notevolmente sia i tempi di attesa che di viaggio.

Esistono gruppi tradizionali con sei grandi auto, in particolare in molti edifici prestigiosi. Questi gruppi utilizzano le loro maggiori capacità di trasporto per servire tre o quattro piani aggiuntivi. I piani aggiuntivi aumentano notevolmente la popolazione servita da un gruppo. Inoltre, il tempo medio di andata e ritorno di ciascuna vettura aumenta in tutte le condizioni di traffico. L'efficienza di ciascuna vettura viene ridotta di conseguenza. Il risultato di questa falsa pratica di pianificazione è un aumento del tempo medio di arrivo a destinazione (la somma del tempo medio di attesa e di viaggio) in tutte le condizioni di traffico.

Sebbene i tradizionali gruppi di sei auto con auto di grandi dimensioni siano più costosi, richiedano più spazio nell'edificio e consumino più energia, le loro qualità di servizio dipendenti dal tempo sono peggiori di quelle dei tradizionali gruppi di quattro auto. Le loro capacità di trasporto sono inferiori di circa il 5%. Un tradizionale gruppo di quattro auto di solito può servire 12-14 piani. Questo numero dipende dalle popolazioni del piano. Un aumento del 50% del numero di auto consente un aumento del 25% del numero di piani serviti a causa della ridotta efficienza del gruppo.

Controlli intelligenti del gruppo di destinazione

Negli ultimi 20 anni, i controlli dei gruppi di destinazione sono diventati il ​​sistema di controllo preferito per i gruppi negli edifici alti. Questi richiedono che i passeggeri inseriscano le loro destinazioni sui pannelli di controllo nelle hall. Il controllo risponde assegnando ogni passeggero a un'auto specifica. La differenza essenziale con i gruppi tradizionali è l'assenza di pulsanti di piano nelle vetture.

I controlli del gruppo di destinazione esistenti sono stati progettati prima che l'autore scoprisse la relatività delle caratteristiche del gruppo. Di conseguenza, i gruppi esistenti con controlli di destinazione non possiedono ancora l'intelligenza artificiale e l'esperienza artificiale essenziali per ottenere la migliore efficienza e qualità di servizio possibili. I controlli di destinazione esistenti sono reattivi ma non ancora proattivi.

I controlli intelligenti del gruppo di destinazione disporranno di sistemi di apprendimento che monitorano, registrano e analizzano continuamente le operazioni dell'auto, i carichi di auto, le chiamate di servizio e altri dati specifici del gruppo e dell'edificio. Questi sistemi facilitano il controllo del gruppo per creare modelli di densità del traffico da e verso ciascun piano, modelli di chiamata di servizio, ecc. Queste capacità di apprendimento rendono proattivi i controlli di destinazione intelligenti.

Le capacità di apprendimento consentono inoltre ai controlli di gruppo intelligenti di creare strutture di dati che rivelano i dati sulle prestazioni per tutte le possibili condizioni di traffico. Queste strutture di dati rendono il potenziale prestazionale di un gruppo trasparente, cioè prevedibile e controllabile. Controllabile perché i gruppi intelligenti hanno un unico obiettivo di controllo: ridurre al minimo ed equalizzare i tempi di andata e ritorno (RTT) in tutte le condizioni di traffico. Questo obiettivo massimizza le capacità di trasporto e ottimizza contemporaneamente tutte le qualità del servizio dipendenti dal tempo per tutte le condizioni di traffico, cioè in ogni momento.

L'obiettivo RTT si realizza minimizzando ed eguagliando il numero di fermate consentite per ogni vettura e per ogni salita e discesa rispetto alle densità di traffico momentanee e/o previste. Questo sistema consente, in ogni momento, l'assegnazione immediata dei passeggeri a determinate vetture.

Prestazioni e configurazioni di gruppi con controlli di destinazione intelligenti

Una caratteristica notevole dei gruppi intelligenti è la capacità di ridurre i tempi medi di arrivo a destinazione quando la densità di traffico aumenta. È facile spiegare questa caratteristica.

Una densità di traffico crescente richiede un RTT medio più breve; vale a dire, il numero di fermate consentite deve essere ridotto. L'AWT aumenta e l'ATTC si riduce. La riduzione dell'ATTC supera l'aumento dell'AWT.

I gruppi con controlli di destinazione intelligenti forniranno, per tutte le condizioni di traffico, le capacità di trasporto su e giù necessarie in combinazione con le migliori qualità di servizio dipendenti dal tempo possibili per densità di traffico momentanee. La qualità del servizio dipendente dal tempo sarà equa sia per i passeggeri in salita che per quelli in discesa.

Per i nuovi edifici, i controlli intelligenti della destinazione consentiranno notevoli risparmi di spazio ed energia. Ad esempio, il carico contrattuale minimo ottimale per i gruppi intelligenti di quattro auto sarà di circa 1200 kg. Per i gruppi di sei auto, questo minimo sarà di circa 800 kg e per i gruppi di cinque auto, di circa 1000 kg. I carichi minimi contrattuali dipendono dal numero di auto e dal numero di piani serviti e dalla loro popolazione. Se viene superato l'optimum per il numero di piani che possono essere serviti da un gruppo specifico, sarà richiesto un carico minimo contrattuale più elevato. Aumentano le esigenze di spazio ed energia. L'efficienza del gruppo e la qualità del servizio dipendente dal tempo peggioreranno.

I gruppi con controlli di destinazione intelligenti possono avere carichi contrattuali più grandi e auto più grandi per un migliore comfort dei passeggeri; tuttavia, le auto più grandi non influiscono sulle migliori qualità di servizio possibili in base al tempo. Pianificare la configurazione e l'esecuzione dei gruppi intelligenti sarà un esercizio preciso, con qualità di servizio che possono essere garantite contrattualmente.

L'industria degli ascensori

La relatività delle caratteristiche che definiscono le prestazioni e l'efficienza dei gruppi presenta un dilemma per le società di ascensori ei consulenti di ascensori. Negare semplicemente l'esistenza della relatività sembra impossibile. Accettare e adottare la relatività richiede lo sviluppo di controlli di gruppo intelligenti e l'abbandono di metodi di valutazione e pianificazione delle prestazioni (empirici) non corretti. Questi metodi errati sono la causa di pratiche commerciali speciali nel settore degli ascensori.

Fino ad ora, il potenziale teorico delle prestazioni dei gruppi era sconosciuto. I controlli di gruppo che offrono le migliori prestazioni possibili in tutte le condizioni di traffico non erano (e sono tuttora) disponibili. Questa situazione ha causato (e continua a causare) insicurezza tra progettisti edili e proprietari circa le prestazioni dei gruppi. Questa insicurezza ha creato la domanda di consulenti ascensori indipendenti. Progettisti e proprietari si sentono più sicuri nell'ottenere una consulenza indipendente in merito alla pianificazione degli ascensori. Questa pratica è conveniente per gli appaltatori di ascensori, perché a quanto pare una terza parte si assume la responsabilità delle prestazioni del gruppo.

Questa situazione è stata dannosa per tutti gli interessati. Gli appaltatori di ascensori hanno perso, in larga misura, la loro influenza sulla pianificazione degli ascensori. Si è ridotto il coinvolgimento e l'interesse del personale commerciale e di ricerca e sviluppo nella pianificazione dei gruppi. Il fatto che la pianificazione dei gruppi e la loro performance siano interdipendenti è stato oscurato. I consulenti hanno perso opportunità per rendere il loro lavoro più significativo e importante. Proprietari e progettisti non possono pianificare o acquistare i gruppi più economici e con le migliori prestazioni.

Per il settore degli ascensori, i controlli intelligenti dei gruppi di destinazione presentano nuovi problemi che possono sembrare poco attraenti. Le migliori prestazioni di gruppo possibili alla fine porteranno alla standardizzazione dei controlli di gruppo. È probabile che ciò influisca sulla concorrenza per nuovi progetti e sul mantenimento dei gruppi esistenti. L'integrazione dei controlli del gruppo di ascensori nei sistemi di gestione degli edifici potrebbe essere un passo successivo. In considerazione dell'importanza della costruzione di sistemi di sicurezza, tale sviluppo appare logico.

I controlli di destinazione intelligenti monitorano il traffico da e verso ogni piano. Possono registrare e segnalare l'andirivieni dei singoli membri. I gestori degli edifici e gli inquilini sono interessati a questi dati. Potrebbero anche essere usati per controllare l'aria condizionata o anche l'illuminazione. L'autore raccomanda ai proprietari di edifici e ai progettisti di richiedere gruppi efficienti che forniscano le migliori qualità di servizio possibili in tutte le condizioni di traffico. La qualità del servizio dovrebbe essere soggetta a garanzie contrattuali. I controlli intelligenti del gruppo di destinazione sono semplici e facili da realizzare, perché le loro strutture di dati rendono le prestazioni trasparenti e controllabili.

Leo Weiser Port ha inventato i controlli del gruppo di destinazione (Sydney, anni '1960). Lo sviluppo di controlli di destinazione intelligenti (proattivi) è il passo successivo. La domanda del mercato è essenziale affinché ciò accada. Questo articolo dimostra che la pianificazione degli edifici e i controlli intelligenti sono decisivi per le prestazioni del gruppo. Quando proprietari di edifici, architetti e consulenti si rendono conto di poter definire e controllare la pianificazione e le prestazioni degli ascensori, la domanda seguirà. Il primo edificio con gruppi intelligenti dimostrerà le loro prestazioni superiori e provocherà una svolta.

Nel libro The Planning and Performance of Groups of Elevators, l'intrinseca relatività delle capacità di trasporto di gruppo e le loro qualità di servizio dipendenti dal tempo è dimostrata matematicamente. Descrive in dettaglio la logica, i sistemi, la matematica e le funzioni dei controlli intelligenti del gruppo di destinazione. È possibile accedere a questo libro tramite il sito Web dell'autore: www.elevatorgroupcontrols.com.