Analisi del traffico basata sul metodo del tempo di andata e ritorno in salita: perché funziona e come può essere migliorato

Questo documento è stato presentato per la prima volta al 2° Simposio sulle tecnologie degli ascensori e delle scale mobili nel settembre 2012 (www.liftsymposium.org). Viene ripubblicato dagli atti del Simposio con il permesso del CIBSE Lifts Group e dell'Università di Northampton

Il metodo Up-Peak Round Trip Time (UPRTT) si basa su un modello di traffico presentato da George Strakosch negli anni '1960. Questo modello di traffico e l'intero concetto di come le persone usano gli ascensori sono stati definiti "un frutto dell'immaginazione" dalla dott.ssa Gina Barney[1]. Barney prosegue affermando che "Innumerevoli edifici sono stati progettati secondo la sua 'illusione' e i progetti funzionano".

Viene esaminata e spiegata la scienza alla base del metodo UPRTT. Viene esaminata la correttezza dell'utilizzo di una stima del traffico che inizialmente non sembra riflettere la realtà. Le soluzioni di ascensori per gli edifici proposti sono state sviluppate utilizzando il metodo UPRTT. Gli stessi edifici proposti sono stati valutati anche mediante simulazione e applicando moderne stime di traffico e l'applicazione di nuove tecnologie.

Le soluzioni sviluppate utilizzando il metodo UPRTT hanno dimostrato di fornire una buona gestione del traffico. Si è scoperto che le diverse soluzioni sviluppate utilizzando la simulazione forniscono una gestione del traffico uguale o migliore, pur essendo più economiche e più sostenibili.

sfondo

Il calcolo UPRTT è un metodo per determinare le prestazioni di un sistema di sollevamento durante il picco mattutino. Il numero corretto di ascensori, la loro capacità e la loro velocità possono essere determinati utilizzando più iterazioni di questo calcolo per ottenere la quantità e la qualità del servizio desiderate per un edificio proposto.

Barney afferma che il dimensionamento del traffico di punta definisce la capacità sottostante di un'installazione di ascensore[1]. Poiché si ritiene che il dimensionamento di picco sia un modo importante per determinare la capacità sottostante di un'installazione di ascensore, è importante comprendere questo processo.

Il dimensionamento dei picchi di salita si basa sul calcolo del tempo di andata e ritorno di un ascensore durante il periodo di punta e quindi sull'utilizzo di tale tempo di andata e ritorno per calcolare l'intervallo e la capacità di movimentazione. Questo concetto è stato postulato per la prima volta da Basset Jones nel 1923 e successivamente perfezionato da Schroeder nel 1980 per includere una determinazione statistica del probabile piano di inversione di chiamata alto [1]. 

Il viaggio di andata e ritorno in alta quota può essere semplicemente descritto. Un ascensore appare nella hall ei passeggeri riempiono l'ascensore fino alla sua capacità. L'ascensore poi deposita i passeggeri a più piani superiori. Quando l'ascensore è vuoto, ritorna nella hall per raccogliere altri passeggeri. Va notato che durante questo viaggio di andata e ritorno non c'è né traffico interpiano né in discesa.

Un'analisi del traffico di punta richiede quanto segue:

1. Una definizione delle caratteristiche dell'edificio. Ciò include il tipo di edificio (ufficio, appartamento, scuola, ospedale, ecc.), la classe di edificio (Classe A, Classe B, lusso, edilizia pubblica), il tipo di inquilino (singolo, multiplo), l'occupazione (area per persona, area per piano), posizione (centro città, periferia, nazione in via di sviluppo, nazione sviluppata), aspettative culturali degli utenti, altezze da piano a piano e relativa desiderabilità dei piani[2].
2. Caratteristiche di sollevamento. Queste caratteristiche includono il numero di ascensori, la capacità, la velocità, il tipo di porta e la velocità della porta.
3. Livello della domanda di traffico o tasso di arrivo.

In base alle dimensioni della cabina e al numero di piani sopra il piano terra, il numero di probabili soste che la cabina effettuerà viene calcolato utilizzando la seguente equazione[3]:

Dove: S rappresenta probabili fermate

N  è il numero di piani sopra il piano principale

p è il numero di passeggeri per viaggio

Il piano più alto che verrà raggiunto in un viaggio tipico è una funzione del numero di piani di un edificio e dei passeggeri per viaggio. Il piano di inversione di chiamata alto viene calcolato come segue[1]:

Dove:  H è il piano di inversione di chiamata alto

           N rappresenta il numero di piani sopra il piano principale

           p rappresenta il numero di passeggeri per viaggio

Utilizzando il numero calcolato di probabili soste e il piano di inversione di chiamata alto, è possibile calcolare il tempo impiegato a correre a piena velocità, il tempo impiegato in accelerazione e decelerazione e il tempo impiegato per effettuare ciascuna delle probabili fermate. La somma di tutti questi tempi è il tempo di andata e ritorno.

Utilizzando il tempo di andata e ritorno (RTT) l'intervallo (INT) viene calcolato dividendo l'RTT per il numero di ascensori in un gruppo di ascensori. Ad esempio, se l'RTT per un'auto in un gruppo di tre auto è di 90 s., l'intervallo è di 30 s. In teoria, un ascensore dovrebbe arrivare all'ingresso ogni 30 s. se gli ascensori sono perfettamente distanziati e l'RTT effettivo è uguale all'RTT medio. La seguente è l'equazione per l'intervallo[1]:

Dove: I è intervallo

                RTT rappresenta il tempo di andata e ritorno

                NC è il numero di auto

Il tempo medio di attesa (WT) sarà la metà dell'intervallo medio. Se l'arrivo dei passeggeri fosse equidistante nel tempo, allora il primo passeggero arriverebbe proprio mentre le porte dell'ascensore si chiudevano e aspetterebbe per un tempo pari all'intervallo. Allo stesso modo, l'ultimo passeggero ad arrivare nella hall entrerebbe nell'ascensore proprio quando le porte dell'ascensore iniziavano a chiudersi e non avrebbe tempo di attesa. L'equazione semplificata per (WT) è[3]:

                                                                                                               (4)

Dove:  WT rappresenta il tempo di attesa

           I rappresenta l'intervallo

Il tempo WT sarebbe uguale all'intervallo diviso due se un passeggero potesse entrare nel primo ascensore che appare nella hall. Tuttavia, questo non è sempre possibile durante il picco mattutino. Per questo motivo, si assume che il WT sia circa il 60% dell'intervallo[3].

Come affermato in precedenza, un'analisi del traffico di punta richiede quanto segue:

1. Una definizione delle caratteristiche dell'edificio
2. Caratteristiche di sollevamento
3. Livello della domanda di traffico o tasso di arrivo

I primi due requisiti riguardano dati noti, mentre il terzo requisito è una stima. Il metodo UPRTT è una previsione delle prestazioni del sistema di ascensori basata sulla previsione della domanda di traffico. 

Si presume che il livello della domanda di traffico sia pari al 12% della popolazione dell'edificio negli edifici a più locatari e al 18% della popolazione dell'edificio negli edifici a un solo inquilino[3]. L'origine di questi valori deriva dal modello di traffico mostrato nella Figura 1. Questo modello di traffico è noto come Strakosch Traffic Pattern. Il livello della domanda durante il picco mattutino può essere del 12%.

Esempio di analisi

Per comprendere meglio il metodo UPRTT e per confrontare e confrontare i risultati tra la simulazione e il metodo UPRTT viene valutato un edificio ipotetico.

Edificio ipotetico:

• Piani: 18 (Lobby +17)
• Corsa 66.8 m
• Persone per piano: 62

Sistema di sollevamento proposto:

• Auto: sei
• Capacità: 1600 kg
• Velocità: 2.5 mps

Le prestazioni del sistema UPRTT sono state valutate utilizzando un programma per computer. I risultati sono i seguenti:

• 5 minuti. capacità di movimentazione: 12.6%
• Intervallo: 31.2 s.

L'utilizzo del calcolo potenziato dei picchi con una domanda del 12% ha fornito i seguenti risultati:      

• Intervallo 29.7 s.

Sulla base di questo risultato si potrebbe presumere che il sistema di ascensore proposto sarebbe in grado di gestire il 12% della popolazione dell'edificio durante le condizioni di picco. Tuttavia, quando una simulazione è stata eseguita utilizzando un algoritmo di dispacciamento impiegato da un primo sistema di controllo basato su microprocessore con un tasso di arrivo del 12%, il sistema si è saturato come si può vedere nella Figura 2. Questo algoritmo di dispacciamento molto probabilmente eseguito a un livello simile a un buon sistema basato su relè.

La Figura 3 mostra i risultati di una simulazione delle prestazioni di picco dello stesso sistema di ascensore nell'ipotetico edificio a un livello di domanda del 10%. 

Il metodo UPRTT prevedeva che il sistema proposto potesse gestire il 12% del sistema edilizio. Il sistema proposto satura al livello del 12% ma potrebbe gestire un livello di domanda del 10%. Fintanto che il livello di traffico reale fosse del 10% o meno, il sistema proposto fornirebbe prestazioni accettabili. Bisogna concludere che i livelli di traffico effettivi negli edifici reali erano inferiori al 12% perché, come ha affermato Barney, "i progetti hanno funzionato"[1]. 

La differenza tra il livello di domanda utilizzato nei calcoli ei livelli di traffico reali può essere considerato un fattore di sicurezza.

Fattori di sicurezza

I fattori di sicurezza sono comunemente usati nella progettazione di quasi tutti i dispositivi in ​​cui le conseguenze di un guasto del dispositivo si tradurranno in perdite finanziarie sostanziali, lesioni gravi o morte[4]. Un edificio sottoelevato può comportare perdite finanziarie significative perché non può richiedere gli stessi affitti di un edificio adeguatamente sollevato. C'è, tuttavia, poco rischio di lesioni o morte a causa di un edificio mal sollevato.

I fattori di sicurezza nella progettazione industriale vengono selezionati in base ai rischi coinvolti, alla variabilità del componente, alle stime di usura e all'accuratezza delle previsioni utilizzate nella progettazione. Le funi metalliche per ascensori richiedono un fattore di sicurezza minimo di 12[5]. Tuttavia, alcuni componenti dei velivoli hanno un fattore di sicurezza di 1.2[4].

Fattori di sicurezza inferiori sono possibili se c'è una bassa variabilità del prodotto a causa di processi di controllo della qualità come Six Sigma. Metodi di calcolo migliorati come il metodo degli elementi finiti rendono le previsioni delle prestazioni strutturali più accurate e quindi sono possibili fattori di sicurezza inferiori[4].

Il metodo UPRRT si basa sul modello di traffico mostrato nella Figura 1. Il metodo UPRTT è uno strumento di calcolo. I progetti sviluppati da questo strumento funzionano perché i progetti si basano su un fattore di sicurezza creato dai 5 min. capacità di movimentazione selezionata. Un design con 5 min. una capacità di movimentazione del 12% ha un fattore di sicurezza perché il traffico reale che il sistema di ascensori incontrerà sarà meno impegnativo del 12% della popolazione dell'edificio, che viaggia tutta verso l'alto.

Migliori metodi di calcolo consentono l'uso di coefficienti di sicurezza inferiori. È stato dimostrato che la simulazione ha una correlazione molto elevata tra le sue previsioni e le prestazioni effettive del sistema[6]. I metodi di simulazione hanno la capacità di prevedere meglio le prestazioni del sistema di sollevamento.

È stato dimostrato che il metodo UPRTT richiede più ascensori che sarebbero necessari se la simulazione fosse utilizzata per calcolare il numero richiesto di ascensori per l'edificio proposto[7].

A titolo di esempio, l'ipotetico edificio che richiedeva sei ascensori basati sul metodo UPRTT è stato valutato applicando cinque ascensori ad alte prestazioni utilizzando la simulazione e le moderne stime del traffico presentate dal Dr. Richard Peters nella Guida CIBSE D[8]. Le figure 4-7 registrano le prestazioni dei cinque impianti di risalita durante il moderno picco e il pranzo moderno.

I tempi di attesa per il gruppo ad alte prestazioni di cinque auto sono compresi tra un edificio a quattro stelle e un edificio a cinque stelle secondo i criteri di qualità del servizio nell'edizione 2010 della Guida CIBSE D[8].

I tempi di transito per il gruppo ad alte prestazioni di cinque auto sono compresi tra un edificio a sei e sette stelle.

La performance di questo gruppo molto probabilmente è quella di un edificio a cinque stelle. Un edificio di prestigio è descritto come un edificio a cinque stelle nella Guida CIBSE D[8].

Risultati e conclusioni

Il metodo di calcolo UPRTT utilizza i parametri di un edificio proposto e un sistema di ascensore proposto insieme a una stima del traffico previsto. I livelli di traffico previsti utilizzati costituiscono un fattore di sicurezza. Il vero livello di traffico in un edificio è normalmente inferiore a quello proposto nel metodo UPRTT.

L'inclusione di un fattore di sicurezza spiega perché il metodo UPRTT funziona. La simulazione fornisce un metodo di calcolo più accurato rispetto al metodo UPRTT. Il calcolo più accurato fornito dalla simulazione combinato con una comprensione più accurata di come le persone utilizzano gli ascensori e descrizioni più accurate dei modelli di traffico consentono ai progetti di ascensori di essere un migliore predittore delle prestazioni del sistema. Le migliori stime delle prestazioni porteranno a progetti con meno sollevamenti. Un edificio con meno ascensori è più economico e più sostenibile.

Referenze
[1] G. Barney, Manuale sul traffico degli ascensori. Londra: Spon Press (2003)
[2] Downtown Los Angeles Business Improvement District. (2007) Spazi per uffici disponibili da: https://downtownla.com/dbh_office_space.asp. Consultato il 12 agosto 2007.
[3] G. Strakosch, Manuale del trasporto verticale. Wiley, New York (1998)
[4] Wikipedia. Fattore di sicurezza disponibile da https://en.wikipedia.org/wiki/Factor_of_safety. Consultato il 13 luglio 2012.
[5] Norma europea EN-81A1 (1998) Regole di sicurezza per la costruzione e l'installazione di ascensori – Parte 1: Ascensori elettrici (1998).
[6] R. Peters e R. Smith, Analisi delle prestazioni degli ascensori e della domanda dei passeggeri con controllo della destinazione Tecnologia degli ascensori 17, Atti di ELEVCON 2008 (Associazione internazionale degli ingegneri degli ascensori).
[7] R. Smith, Determinazione dei requisiti di progettazione del traffico degli ascensori basati su nuove tecnologie e modelli di traffico moderni, Università di Northampton, Northampton (2011).
[8] La Chartered Institution of Building Services Engineers (CIBSE) Transportation Systems in Buildings, Guide D. CIBSE, Norwich (2010).