电梯选型配置系统—LIFT Version 1.0开发与应用

赵 珂 陈 亮

(1.北京市西城区特种设备检测所 北京 100055)(2.北京市丰台区特种设备检测所 北京 100161)

1 电梯交通配置简介

我国大多数建筑在设计阶段主要采用公式计算或按经验来配置电梯系统，这种方法只能近似估计电梯系统的性能，因而已无法满足为现代高层建筑配置电梯系统的要求。如何通过科学的方法来为建筑物选择电梯的数量、电梯额定载重量、电梯速度，为电梯分配服务楼层(分区方法)，设置电梯运行调度方式来满足用户对电梯系统的需求是电梯交通配置系统要完成的工作。

1.1 衡量电梯交通系统性能的主要参数

5min运送乘客数——P5：5min被运送乘客人数的平均值。

5min运载能力——HC5：5min电梯群组运送人数的平均值占该组电梯服务的所有楼层总人数的百分比，HC5=P5/(每组电梯服务楼层总人数)。

平均候梯时间——AWT：从乘客登记呼梯信号(或加入候梯队列)开始，直到提供服务的电梯门在该起始楼层开始打开这段时间。

平均间隙时间——AI：电梯群组中，每相邻两台电梯到达基站的时间差统计值。

长时间候梯率——LW：候梯时间超过90s以上的乘客所占的比例。

1.2 电梯系统配置流程

电梯不是一般意义上的产品，是根据建筑的需求量身定做的工程系统，不同类型的建筑对电梯系统需求不同，即5min运载能力和平均候梯时间有所不同。在为建筑物设计电梯系统时首先要确定期望的5min运载能力和平均候梯时间，然后根据这两个指标来确定可以与之匹配的电梯数量、电梯载重量和电梯速度，具体流程如图1所示。

图1 电梯系统配置流程图

1.3 仿真法和计算法的差异

进行电梯系统配置时，核心的一步是获取当前电梯配置下系统能达到的5min运载能力和乘客的候梯时间，设计者根据这两个指标来判断当前电梯配置是否满足要求，如不满足则需调整电梯配置，重复这一步骤直到满足为止。目前，可以通过两种方法获取以上两个指标，一种是根据电梯计算公式计算得到，另一种是应用计算机仿真技术模拟电梯的运行情况，通过统计一段时间内乘客的数据来得到。

在仿真法中真实的客流由虚拟的客流代替，这个虚拟的客流由随机发生器建立，然后被载入到一个与实际电梯控制系统完全相同的调配运算模型里。因此，该结果可以针对各种不同的交通状况而得出，并能最大程度上反映出电梯在真实运行时的表现。

相反，计算法仅是基于少数有限的交通运行状况的公式而得出。这些公式仅反映了理想的假设情况而非电梯群组的实际运行表现。通过研究发现计算法所得到的结果较之仿真法得到的结果是过于乐观的。

此外，在使用上计算法较仿真法而言存在以下局限性：首先，计算法不支持电梯服务地下楼层的情况，如果有地下楼层则只能用仿真法进行分析；其次，计算法要求电梯组中每部电梯的参数(速度、载重量)要完全相同才能计算，而仿真法无此限制；再其次，计算法要求除快速通行区(如有)外电梯服务的楼层应连续，而仿真法可以灵活的设置电梯需要服务的楼层并无此限制；最后，计算法不能得到确切的平均候梯时间，只能用平均间隔时间来近似估算，而仿真法可以通过统计仿真时虚拟客流的候梯时间得到确切的平均候梯时间。

通过上述分析可以看出，仿真法相比计算法有十分突出的优势，但把计算法所用公式程序化后，用计算法分析电梯系统的速度要明显优于仿真法。在实际项目中可以把两种方法结合使用，首先使用计算法进行粗略配置，然后在此基础上使用仿真法进行精确配置。

2 电梯选型配置系统——LIFT Version 1.0

电梯选型配置系统——LIFT Version 1.0是一款用于电梯选型与配置的辅助分析软件。系统应用计算机仿真技术和改进了的电梯统计公式，包含了仿真法和计算法两种分析方法，可以分析包括电梯运载能力、乘客候梯时间、乘客乘梯时间在内的多项电梯系统性能指标。

2.1 开发环境

本系统在Windows XP平台上使用Visual Basic语言开发而成，具有可视化的操作界面。

2.2 系统结构

电梯选型配置系统——LIFT Version 1.0由主界面、基本数据模块、计算模块、仿真模块、工具模块和数据分析模块组成，并具有保存、打印等通用软件功能。

2.3 主界面(见图2)

图2 主界面

主界面由菜单栏、工具栏和显示窗口组成，用户操作菜单栏、工具栏可以进入基本数据模块、分析模块、工具模块，显示窗口用于显示计算分析报告或仿真分析报告。

2.4 基本数据模块

用户点击主界面菜单栏中的基本数据菜单进入基本数据模块后，根据系统提示输入建筑物数据、电梯数据和乘客数据，见图3、图4、图5，系统会自动建立用于仿真分析或计算分析的系统模型。

图3 建筑物数据界面

图4 电梯数据界面

图5 乘客数据界面

2.5 计算模块(见图6)

图6 计算法界面

使用计算模块分析电梯系统的平均间隙时间AI、5min运载能力HC5是以计算电梯运行周期RTT为基础进行的，在计算电梯运行总时间Trun时考虑了加速度和加加速度对其的影响，所用主要公式如下所示。

主要公式：

式中：RTT——电梯运行周期，是指乘客从基站进入轿厢算起，到乘客离开轿厢到达各个目的楼层后，轿厢又返回到基站所用的时间。

Tdoor——一个运行周期内开关门总时间。

Tinout——一个运行周期内乘客进出电梯总时间。

Trun——一个运行周期内电梯运行总时间。

Loss——损耗率。

NL——电梯总台数。

Pup——电梯上行时轿厢内乘客数量。

Pdown——电梯下行时轿厢内乘客数量。

Ueff——电梯有效使用人数(电梯总使用基数)。

AI——间隔时间。

P5——5min运载乘客数。

HC5——5min运载能力。

2.6 仿真模块

仿真模型分为以下三个层次进行设计：

● 2.6.1 第一层——总控程序

总控程序是仿真模型的最高层，负责安排各事件的发生时间，并确保在事件发生的时候完成正确的操作，也就是说第一层对第二层实施控制。

总控程序流程如图7所示，仿真开始前，首先调用客流产生程序生成一组虚拟的客流，然后初始化全局变量，设置仿真开始时间和结束时间。仿真开始后，总控程序会以0.1s为固定步长循环调用乘客到达处理程序、外呼信号分配程序，并根据电梯的状态选择相应的程序完成对电梯的各项控制，直至到达仿真结束时刻仿真结束。

图7 总控程序流程

● 2.6.2 第二层——基本模型单元的处理程序

1)客流产生程序：客流模型的建立包括乘客的到达时间、乘客到达的起始层分布和到达的目的楼层分布。客流产生程序会根据客流模型和交通模式产生一组客流，乘客的到达时间符合Poisson分布，乘客起始层和目的层均按各自的分布函数用Monte Carlo法产生。

2)乘客到达处理程序：虚拟乘客到达候梯厅后，此段程序负责把乘客加入候梯队列并完成呼梯登记。

3)外呼信号分配程序：单台电梯采用传统集选控制方式，多台电梯采用基于最小等待时间的群控方式来为每台电梯分配要应答的外呼信号。

4)待机程序：当电梯没有要应答的外呼和内选信号处于待机状态时，待机程序循环检测电梯服务列表，检测到电梯有外呼或内选信号要应答时，电梯结束待机状态。

5)运行控制程序：此段程序根据S型速度曲线模型实时控制电梯的速度和位置，完成电梯的起动、稳速运行和制动平层控制。此外，还包括了截梯控制，即电梯在起动或稳速运行阶段收到距运行目的层更近的呼梯信号要响应时，程序会判断电梯距呼梯层的距离是否满足当前电梯速度下平稳制动的要求，如满足要求程序会重新规划速度曲线应答中间层的外呼。

6)等待起动程序：此段程序会根据电梯要运行的距离(起始层距目的层的距离)计算出一条运行速度曲线，为电梯运行完成各项设置。

● 2.6.3 第三层——公共子程序

1)仿真参数设置程序：本系统的仿真参数设置界面见图8，在客流产生设置栏中输入乘客起点百分比和到达率后系统会根据这些参数产生符合不同交通模式的客流。在电梯服务设置栏中可以选择电梯的基站、容量因子和服务楼层。在仿真参数栏中可以设置仿真次数和单次仿真时间。在仿真结果选项栏中可以选择需要的仿真结果。

图8 仿真参数设置界面

2)仿真显示程序：仿真显示界面见图9,在此界面中可实时观察各台电梯的运行情况,如位置、速度、载荷,还可以显示每层的外呼和候梯人数。通过仿真速度选择按钮可以控制仿真按正常速度方式或快进方式进行。

图9 仿真显示界面

3)数据分析程序：仿真完成后系统会自动统计平均间隙时间、平均候梯时间、平均乘梯时间和输送乘客总数。通过生成的候梯时间经验分布函数曲线、候梯时间直方图见图10、图11，可以更全面的分析候梯时间的分布情况。

图10 候梯时间经验分布函数曲线图

图11 候梯时间直方图

3 应用实例

北京某建筑设计院承接的一写字楼项目的电梯系统使用电梯选型配置系统设计如下：

1)项目概况：本项目是商业加办公的综合建筑，共26层，B2～B1为地下车库、1F为写字楼大堂、2F～6F为商场、7F为设备层、8F～24F为写字楼。(以下设计的电梯系统不服务商场，商场有单独的扶梯和电梯服务)

2)楼层数据及人员分布情况(见表1)：

表1 楼层数据及人员分布

3)设计标准：根据本项目的特点，依照电梯设计手册及相关规范所建议电梯系统在早高峰时段(上行高峰时段)平均候梯时间应小于45s，5min运载能力应大于11%，在电梯设计中，对于办公楼全部人员不可能某一天同时在早高峰期出现，故将使用电梯的总人数减少5%～10%，本设计采用95%的总办工人数即：1360×0.95=1292人为早高峰时段有效使用电梯的总人数。经业主协商本项目按以下标准进行设计,(见表2)。

表2 项目标准设计表

4)电梯配置方案(见表3)。

表3 电梯配置方案

比较上述两个方案，按方案2配置电梯可以达到设计要求，方案2中7部电梯均不服务地下车库，因此需要设置服务于B1、B2、1F的转换电梯来解决地下车库层的交通问题。由于服务的楼层较少且高度较低，推荐选用2台1.0m/s,1000kg，服务B1、B2、1F可满足要求。

4 结束语

电梯选型配置系统——LIFT Version 1.0应用计算机仿真技术并结合改进了的电梯计算公式，可以针对各种不同的交通状况最大程度上模拟出电梯在真实运行时的表现，为建筑配置电梯提供了更为科学的依据，经实际项目应用效果良好。

1 朱德文,牛志成.电梯选型、配置与量化[M].北京:中国电力出版社,2005.

2 齐欢,王小平.系统建模与仿真[M].北京:清华大学出版社,2004.