Il funicolare articolato: un aggiornamento

Il sistema "di nuova generazione" è in grado di ridurre del 40% il numero totale di unità di trasporto verticale negli edifici alti, è proposto per l'applicazione in grandi progetti.

di Fritz King, Lars Hesselgren, Peter Severin, Patrik Sveder, David Tonegran e Sirpa Salovaara

Il concetto di Articulated Funiculator è un salto quantico nel trasporto verticale in edifici alti e stazioni della metropolitana sotterranee profonde. Un sistema connesso di "treni", che comprende una metropolitana verticale che serve le lobby del cielo e un sistema di pod che servono i singoli piani (ELEVATOR WORLD, agosto e ottobre 2013). Uno di questi sistemi richiede solo due pozzi verticali, il che aumenta la percentuale di spazio utile sul pavimento e la velocità di trasporto dei passeggeri e ha il potenziale per evacuare i piani superiori in edifici alti più velocemente degli attuali sistemi di ascensori.

L'efficienza del sistema è che molti treni/pod condividono gli stessi due alberi. Ciò riduce le dimensioni del nucleo dell'ascensore e aumenta il rapporto tra pavimento lordo e netto fino al 30% rispetto agli attuali grattacieli, che possono avere rapporti tra pavimento lordo e netto fino al 60%. Ciò influisce negativamente sul potenziale di guadagno. Inoltre, ogni ascensore convenzionale richiede il proprio vano, binari, cavi e motori. Questo è intrinsecamente inefficiente e costoso. Una riduzione del numero di vani ascensore aumenta il rapporto tra pavimento lordo e netto e riduce i costi di costruzione.

Treni collegati

Uno sviluppo per il Funicolare articolato è un sistema continuo e connesso di "treni" ad alta velocità che si fermano ai piani della Sky Lobby designati come "stazioni" (Figura 1).

Il sistema si ferma contemporaneamente in tutte le stazioni in salita e in discesa e i piani intermedi (tra le stazioni) sono serviti da pod individuali o ascensori convenzionali. Un singolo Funicolare Articolato può essere dotato di una o più carrozze a seconda delle esigenze di trasporto verticale dell'edificio. La maggior parte dei grattacieli con sky lobby utilizzano ascensori convenzionali a due piani per servire queste aree. Un analogo sistema di funicolare articolato utilizzerebbe due vagoni per treno. È ragionevole equiparare un vagone del genere a un ascensore convenzionale, poiché sono equivalenti per dimensioni e capacità di passeggeri. Il numero totale di unità di trasporto verticale con funicolari articolati che servono le sky lobby e gli ascensori convenzionali che servono i piani tra le sky lobby è inferiore al numero totale di unità di trasporto verticale di un sistema di ascensori completamente convenzionale.[1]

Il Funicolare Articolato ha il potenziale per ridurre del 40% il numero totale di unità di trasporto verticale negli edifici alti. Un altro sviluppo che implementa sono i pod individuali che si fermano ad ogni piano. In questa veste, funzionano come e sostituiscono tutti gli ascensori convenzionali, aumentando ulteriormente il rapporto tra pavimento lordo e netto. Lo sviluppo dei singoli sistemi di pod del Funicolare articolato è più complesso dei sistemi ferroviari collegati e richiede sistemi di controllo della gestione del traffico per gestire variabili quali percorsi, posizione, velocità, pianificazione e congestione del traffico. I pod verranno posizionati nella parte inferiore e superiore di un particolare circuito di circolazione e saranno controllati per la massima efficienza.

Alberi di trasporto verticale: meno è meglio

Le attuali tecnologie di trasporto verticale si traducono in grandi nuclei di ascensori che consumano grandi volumi dell'edificio. Il volume di spazio riservato agli ascensori nei grattacieli è enorme se sommato lungo la lunghezza dell'edificio. Un efficiente sistema di trasporto verticale potrebbe sostituire questo enorme spreco di spazio con programmi che generano entrate. Un sistema che richiede solo due vani riduce drasticamente il numero di vani ascensore negli edifici alti e nelle strutture sotterranee. Inoltre, il Funicolare Articolato può essere dotato di porte su entrambi i lati dei vagoni in modo che i passeggeri possano uscire mentre altri entrano. Ciò ridurrà i tempi di carico/scarico e aumenterà il flusso di passeggeri.

Una drastica riduzione del numero di pozzi di trasporto verticale ha un impatto importante sull'architettura, la costruzione e la densificazione dei grattacieli. Un nucleo dell'ascensore più piccolo o inesistente ridurrà le dimensioni della piastra del pavimento richieste, il che si tradurrà in grattacieli compatti e più sottili. Ciò, a sua volta, ridurrà la quantità di materiale per facciate e altri costi di costruzione. Planimetrie più piccole consentiranno agli sviluppatori di collocare più edifici sullo stesso appezzamento di terreno, il che aumenterà le loro entrate.

Design del sistema e del pod

Il design del funicolare articolato è molto flessibile e offre allineamenti verticali e orizzontali, inclinazioni, curve e torsioni. Il sistema può essere generico (ad esempio, racchiuso con allineamenti verticali diritti) o espressivo (ad esempio, all'esterno di un edificio sagomato). Un pod generico offre un design essenziale con un grado di libertà di rotazione. Poiché i pod generici sono racchiusi all'interno di pozzi e non visti dal pubblico, la maggior parte dei loro progetti trascura l'eleganza e l'espressione architettonica, enfatizzando l'efficienza meccanica e l'economicità (Figura 4).

I sistemi di trasporto verticale possono essere molto più che macchine per trasportare passeggeri. Il Funicolare articolato offre contributi a forme ed espressioni architettoniche che possono essere entusiasmanti e innovative. Il sistema può essere visibile e mostrato come parte dell'architettura dell'edificio. Le sue forme e i suoi allineamenti possono aggiungere una quarta dimensione all'architettura dell'edificio: un'architettura dinamica che si muove. Questi pod enfatizzano l'eleganza e l'espressione architettonica e utilizzano due o tre gradi di libertà di rotazione. Sono inoltre progettati con finestre e pareti di vetro per migliorare le viste panoramiche.

Casi di studio

Stazioni della metropolitana di Stoccolma

Stockholm Local Traffic (SL), proprietario del sistema di metropolitana di Stoccolma, Svezia, prevede di estendere le sue linee esistenti e costruirne di nuove. L'estensione di Nacka avrà stazioni sotterranee profonde circa 100 m sotto il livello in roccia dura di granito. Il sistema di trasporto verticale trasporterà i passeggeri di routine e sarà tenuto a evacuare due treni della metropolitana a pieno carico entro un lasso di tempo limitato. 

L'estrema profondità rende le scale mobili impraticabili, poiché i tempi di viaggio dei passeggeri sarebbero dell'ordine di diversi minuti. L'uso di ascensori convenzionali richiederebbe circa 10 ascensori convenzionali - cinque a ciascuna estremità della stazione - e 10 pozzi associati che dovranno essere fatti saltare attraverso il granito duro. Il fornitore della metropolitana, tuttavia, ritiene che il Funicolare articolato sia una valida alternativa. Questa applicazione avrebbe due anelli - un anello a ciascuna estremità della stazione - con due pozzi per ogni circuito, per un totale di quattro pozzi contro 10. Questa riduzione dei pozzi ridurrebbe drasticamente i costi di scavo e i tempi di costruzione.

La proposta è di avere due sistemi di pod separati di due pod ciascuno in ciascun loop, per un totale di quattro pod per loop. Mentre un sistema di pod carica e scarica i passeggeri, il secondo sistema di pod è in movimento da e verso la stazione successiva. Ciò migliora il flusso di passeggeri continuo e ininterrotto (Figura 7).

L'888: funicolare articolato come espressione costruttiva

Il Funicolare Articolato può essere utilizzato anche come esperienza unica. Una decisione progettuale fondamentale per il sistema sono i suoi gradi di libertà rotazionali. I primi studi progettuali indicano che, fondamentalmente, è preferibile un sistema a tre gradi di libertà, poiché consente un enorme potenziale di adattamento alle diverse configurazioni dell'edificio. Un ulteriore esame indica che la cabina richiede solo due gradi di libertà, mentre il terzo può essere ottenuto dalla configurazione del binario. In modo critico, significa che il binario deve consentire percorsi di tipo elicoidale con una coppia associata nel percorso (Figura 8).

Il Funicolare articolato incorpora la moderna tecnologia informatica per consentire un "orario su richiesta" completo. Il sistema saprà tramite app mobili quali utenti si stanno avvicinando e che richiedono il trasporto verso le loro destinazioni. I tempi di attesa per i pod saranno ridotti al minimo, poiché il sistema li preassegnerà per ridurre i tempi di attesa.

PLP/Architecture sta fornendo un esempio estremo di ciò che si può ottenere con il Funicolare articolato attraverso una proposta di grattacielo superalto. Soprannominato "888", l'edificio deve essere alto 888 m fino al piano più alto ed essere coronato da un anello del Funicolare articolato che si estende fino a un'altezza di 1000 m dal suolo (Figura 9).

L'edificio è diviso in quattro segmenti: inferiore, centrale, superiore e corona. I segmenti superiore e inferiore contengono piastre del pavimento molto grandi e sono in corso studi di progettazione per esplorare una varietà di modi in cui tali piastre possono essere sfruttate. La sezione centrale ha un grande foro attraverso l'edificio - un "Central Park" - intorno al quale ci sono diversi hotel e appartamenti di alto valore (Figura 10).

I sistemi previsti per questa torre saranno sia treni collegati che singoli pod in circuiti separati. L'edificio è così grande da garantire una propria stazione della metropolitana/treno ad alta velocità situata sotto di esso. Gli anelli del funicolare articolato ad alta velocità sono integrati con il livello della piattaforma, il piano terra e la stazione della metropolitana. Come previsto, i passeggeri che scendono dalla metropolitana e dai treni possono attraversare la piattaforma per prendere un funicolare che li introdurrà a un atrio oa un piano del cielo (Figura 11). Ci sono tre anelli per i singoli pod (ogni anello serve 96 piani) che hanno percorsi diversi che utilizzano la struttura verticale. Ulteriori studi accerteranno le capacità richieste di tutti i sistemi, ma sembra probabile che qualsiasi fattore limitante riguardi principalmente il numero di pod disponibili, piuttosto che la capacità di tracciamento (Figura 12).

Conclusione

Il Funicolare Articolato offre più di un mezzo per trasportare le persone su e giù per un edificio. In applicazioni come l'888, dove sarebbero 1,000 m in aria, le persone verrebbero a cavalcare il sistema come un'attrazione tutta sua, proprio come il London Eye a Londra. Il Funicolare articolato offre soluzioni nuove ed efficienti per gli odierni grattacieli e profonde stazioni della metropolitana. La realtà della densificazione urbana richiede questo salto di qualità nel trasporto verticale.

Referenze
[1] Ericsson-Lantz, C. e Skröder, E. "The articolate Funiculators Potential to Evacuate High-Rise Buildings", Luleå University of Technology, 2013 (pure.ltu.se/portal/files/44158502/LTU-EX- 2013-44006091.pdf).