Método de Monte Carlo aprimorado para configuração de apartamentos

O programa baseia-se em estudos existentes sobre a configuração do tráfego de elevadores para alcançar resultados ótimos.

por Shi Xiaoliang, Si Liangqun e Wan Jianru

O elevador é um meio de transporte vertical indispensável na cidade moderna, e a configuração do seu tráfego é cada vez mais importante. Considerando as características do fluxo de pessoas em apartamentos, a qualidade do serviço do elevador e a economia de recursos, este artigo apresenta um método de Monte Carlo aprimorado para otimizar a configuração do elevador e demonstra os resultados da configuração ótima obtida. Este programa utiliza Visual Basic 6.0 para o design da interface e inclui um módulo de avaliação de desempenho.

De acordo com o Perfil da Indústria de Transporte Vertical da ELEVATOR WORLD: Edição de 2014, o número de elevadores em operação na China era de aproximadamente 3.3 milhões em 2014. A previsão é de que esse número cresça a uma taxa de cerca de 20% ao ano. Embora a China tenha se tornado o maior mercado e base de fabricação de elevadores do mundo, ainda existe uma grande lacuna na tecnologia de configuração de elevadores para o tráfego, em comparação com outros países. Uma configuração adequada de elevadores pode melhorar o aproveitamento do espaço e economizar tempo no transporte de pessoas e materiais. Por outro lado, uma configuração inadequada pode desperdiçar tempo, espaço e energia elétrica, além de causar congestionamento de passageiros e prejuízos financeiros.

Considerando a exigência rigorosa de quantidade e desempenho de elevadores em edifícios residenciais modernos, este artigo adota um método de Monte Carlo aprimorado para otimizar os parâmetros de cálculo do tempo de viagem de ida e volta (RTT) com base em um modelo de sistema de tráfego de elevadores. Este método separa a relação entre cada variável do sistema de tráfego de elevadores de forma concisa e torna a configuração mais precisa.

Modelo de tráfego de elevadores

Um sistema de tráfego de elevadores é uma combinação das características dos edifícios, dos elevadores e da sua operação. Isso significa que o sistema de elevadores pode ser visto como um sistema com múltiplas entradas e múltiplas saídas. Considerando diferentes tarefas de transporte e métodos de configuração, os pesquisadores podem escolher diferentes variáveis ​​de entrada. O método descrito neste artigo visa principalmente o projeto de elevadores para grandes edifícios residenciais, que geralmente se enquadram no modelo de pico de subida e pico de descida. Ele seleciona a área construída (U), a área útil (S), o número de elevadores em serviço (Q), a altitude de serviço (H) e os andares atendidos (n) como entradas. As saídas do sistema podem fornecer referências para a avaliação da qualidade. Este método seleciona as variáveis ​​estatísticas de taxas de ocupação de 5 minutos, intervalo médio (IM) e tempo médio de espera (TME). Ele estabelece o modelo de análise de um sistema de elevadores em intervalos de pico de subida, de descida e convencionais simultaneamente, a fim de obter uma avaliação mais abrangente.

Processo de Configuração do Tráfego de Elevadores

O processo de configuração do tráfego de elevadores é um método para calcular o RTT (Tempo de Trânsito Rápido). Algumas variáveis ​​intermediárias, como o tempo de transferência do passageiro (T), são utilizadas._p), horário de abertura e fechamento da porta (T_d) e tempo de viagem de carro (T_r), será usado para obter a saída real. Esta será então comparada com os valores esperados. Se a diferença for muito grande, será reconfigurada ajustando variáveis ​​intermediárias (N, V_e e R_e).

Cálculo do RTT

O RTT (também chamado de “período de operação do elevador”) pode ser descrito como o tempo necessário desde o início do movimento da cabine até o transporte dos passageiros para os diferentes andares, e, por fim, o retorno da cabine à sua base. O RTT é fundamental para a configuração do elevador. Neste artigo, ele é implementado no modo de andares alternados.

As paradas de intervalo curto unidirecional f₁ são um parâmetro importante no cálculo do RTT. Nesse intervalo, os passageiros não necessariamente saem do vagão em todos os andares, seja subindo ou descendo; o vagão não necessariamente para em todos os andares. Essas possíveis paradas são consideradas paradas de curto intervalo em um único sentido. De acordo com as estatísticas, a expressão de f₁ é:

n é o número total de andares atendidos pelo elevador, n1 é o número de paradas em intervalos curtos e y é o número de passageiros. De acordo com a Equação 1, as paradas de subida em intervalos curtos e de descida em intervalos curtos, f_u e f_d, respectivamente, podem ser obtidos.

y_u e y_d, respectivamente, representam o número de passageiros no modo ascendente e no modo descendente.

A quantidade de passageiros que utilizam o elevador, seja no modo ascendente ou descendente, é determinada pelo tipo de edifício, independentemente do número e da área útil de cada andar. Nessa configuração de elevador, geralmente se reconhece que em

R_e é o número de passageiros sob a carga nominal. O tempo de transferência de cada passageiro para um assento superior é:

e o tempo de transferência de cada passageiro que desce é:

Nas equações 6 e 7, 0.8 é o tempo que um passageiro leva para acessar o carro na estação base, Kf.^1/3 é o tempo que um passageiro leva para sair do carro no andar térreo, e K é o coeficiente de correção da largura de entrada do carro. Este modelo usa 0.9.

Considerando o tempo de perda, o tempo de transferência de passageiros é:

e o horário de abertura e fechamento da porta é: 

No modo de alternância de andares, o tempo de viagem do carro pode ser dividido em dois tipos:

T_r é o tempo de viagem de carro de um único andar. H_a é a distância de aceleração e t_a é o tempo de aceleração. A relação entre esses dois parâmetros e a velocidade nominal é mostrada na Tabela 1.

O RTT é a soma do tempo de transferência do passageiro, do tempo de abertura e fechamento das portas e do tempo de viagem do veículo.

Saída da configuração do elevador

Se o RTT (tempo de trânsito) tiver sido obtido, o próximo passo é calcular as saídas de configuração: taxas de ocupação de 5 minutos, AI (índice de agregação) e AWT (tempo médio de voo). Em seguida, compare essas saídas com os valores esperados. Esse processo é repetido até que os resultados sejam satisfatórios.

O número de elevadores (N) que podem ser obtidos com taxas de ocupação de 5 minutos é:

A IA é:

AWT é:                                    

Nos intervalos de pico e de baixa demanda, os passageiros encontram-se em um estado de alta concentração. Portanto, esses dois parâmetros tendem a ser maiores que o normal. Com base em extensos experimentos estatísticos, a proporção é temporariamente a seguinte:

Calcule N iterando as Equações 13 e 14, aproximando-se gradualmente da AWT esperada para obter a configuração razoável. O fluxo do programa é mostrado na Figura 1.

Figura 1: Fluxo do programa de configuração do elevador

Método aprimorado de configuração de elevadores

Método tradicional de Monte Carlo

As paradas de curta distância unidirecional f1 são um parâmetro chave no cálculo do RTT. No método tradicional, os passageiros do modo ascendente r_u e modo de baixo r_d relacionado a f₁ são obtidas de acordo com o tipo de edifício. No entanto, a estrutura do apartamento chinês moderno tornou-se cada vez mais complexa à medida que a classe média urbana e a qualidade de vida aumentou. Apesar de isso ter um efeito significativo na configuração dos elevadores, geralmente não é considerado no método tradicional. O método de Monte Carlo, porém, abordou essa questão sob a perspectiva da probabilidade. Nosso método otimiza a expressão da configuração e torna seus resultados mais razoáveis.

Método de Monte Carlo aprimorado

Os andares de partida e de chegada dos passageiros são fatores importantes que determinam as paradas em viagens curtas de sentido único. Em nosso método de Monte Carlo aprimorado, a matriz de densidade inicial e a matriz de partida-chegada serão introduzidas simultaneamente na determinação desses andares. A matriz de densidade inicial é:

 

Em x + y + z = 1, x representa a porcentagem de passageiros do primeiro andar no modo ascendente, z a porcentagem de passageiros do primeiro andar no modo descendente e y a porcentagem de passageiros nos andares intermediários. Acumule a densidade inicial de cada andar para reduzir o erro.

OL_i é a densidade cumulativa do andar i. Para cada passageiro, gera-se um número aleatório.  de (0 1), se , o andar i será selecionado como ponto de partida do passageiro. O elemento da matriz ponto de partida-destino é:

A matriz inicial-alvo é:

sumi é a soma de cada elemento da linha i na matriz de ponto de partida-alvo. Divida o elemento da linha i por sumi e calcule a probabilidade de o passageiro ter selecionado j como andar de destino.

Some essas probabilidades para reduzir o erro:

Da mesma forma, gerar um número aleatório        , Se O andar j será selecionado como o ponto de destino do passageiro. A obtenção da matriz de andares inicial e da matriz de andares de destino inicial revela o número total de paradas durante um experimento. O valor será diferente em cada experimento, devido à incerteza aleatória. No entanto, com o aumento do número de experimentos, obtém-se um reflexo mais preciso da realidade. O método aprimorado permite modificar as paradas do trecho curto de sentido único, tornando o resultado mais racional.

Design de software

O software de configuração foi projetado para configurar o tipo e o número de elevadores por meio de parâmetros do edifício e informações dos passageiros. Aqui, o software é voltado principalmente para grandes apartamentos. Sua primeira parte é a interface de parâmetros do apartamento (Figura 2). Insira os parâmetros e clique em “Avançar”; em seguida, será exibida a interface de parâmetros do elevador (Figura 3). Continue inserindo parâmetros e clicando em “Avançar”; o software calculará o resultado da configuração de acordo com o método aprimorado descrito anteriormente. O resultado é mostrado na Figura 4.

Após a exibição dos resultados, o software pode mostrar a avaliação de desempenho, permitindo que o usuário selecione "Avaliação" para comparar o valor real com o padrão (Figura 5). Caso não esteja satisfeito com o resultado, o usuário pode clicar em "Reconfiguração" para obter uma nova configuração ou em "Concluir" para finalizar a configuração. O software também possui um botão "Imprimir" para exibir todas as entradas, saídas e resultados da configuração em uma tabela (Figura 6).

Agradecimentos

Esta pesquisa foi financiada pelo AQSIQ Nonprofit Industry Specialized Research Funding (nº 201310153).

Referências
[1] Yang Yuefeng, Wan Jianru e Li Shuchao. “Método de previsão baseado em SAS do fluxo de tráfego de elevadores”, China Elevator, 2009,20(21):21-26.
[2] Zhang Junli. “Despacho de tráfego de elevadores e seu desenvolvimento de software”, Guangzhou: Universidade de Tecnologia da China do Sul, 2012.
[3] Wan Jianru e Yang Yuefeng. “Pesquisa sobre seleção e configuração de modelos de elevadores e projeto de otimização”, China Elevator, 2009, 20(19).
[4] Ding Jie, Lin Jiansu e Liu Zhong. “Projeto ótimo de fluxo de tráfego de elevador multithread de Monte Carlo baseado em filas de rede”, Aplicações de computador, 2008, 34(1):97-99.
[5] Christine Lim e Michael Mcaleer. “Previsões de séries temporais da demanda de viagens internacionais para a Austrália”, Tourism Management, 2002(23):389-396.
[6] Xu Yuge e Luo Fei. “Método de precognição de tráfego para novo sistema de elevador”, Teoria e aplicação de controle, 2005, 22(6).