摘要：运用现代成熟的电梯曳引技术在一条井道内运行多台轿厢，实现单位时间内***大的输送量，是长久以来建筑界对电梯界的期盼。循环式多轿厢电梯系统经历了第1代、第2代设计的演进，已经产生了类似于地面交通运输系统的第3代设计概念，从而建立了立体交通的新格局。
关键词: 电梯系统 循环式 多轿厢 第3代 设计概念 应用优势
1 高层建筑呼唤着***率的循环式多轿厢电梯系统
随着新城市主义***者和倡导者的觉醒，以及第2次城市化浪潮的兴起，人类正在描绘着一幅新城市主义、后现代文明的蓝图。未来的城市需要创建与现代人的生活方式、行为模式能够良好互动、友好共生、和谐统一的内外部环境。然而由于城市用地的稀缺性，使得高层建筑、超高层建筑正成为人们无奈的选择。人们对这些建筑强烈要求智能化：建立与人文、科技发展相适应的信息网络、立体交通、综合管控等系统，从而***率地服务人们的生活。
电梯是高层建筑立体交通系统***重要的组成部分。自1852年Elisha Gr***es Otis 先***明世界第1台安全升降机以来，电梯技术一直朝着安全、大运量、低成本、高速、智能、节能、环保等主流趋势发展。在这些主流趋势中，***核心的是***率的运输，这是电梯使用的***终目的。世界电梯行业在***率的运输方面不断取得新成果，例如东芝公司的16.8m/s超高速电梯和磁悬浮导靴技术、奥的斯公司的Odyssey 立体复合运输系统、日立公司的超大客流量对应循环电梯系统等，同时人们还在畅想着轿厢自主运行的磁悬浮驱动电梯、太阳能纳米电梯、激光驱动的太空电梯等。
经历了150多年技术更替的现代电梯，其主流驱动方式还是在一条垂直井道内，由一台曳引机通过曳引绳牵引一台单层或双层轿厢上下运行。在一条垂直井道内只运行一台轿厢，再大的载重量、再高的运行速度，在单位时间所实现的输送量也是有限的。这里以地面交通运输系统作比喻：一条垂直井道类似于高速公路上的1条车道，如果繁忙的高速公路上每条车道只有1部汽车在行驶，那我们肯定不能容忍。高速公路运输相比电梯运输的特点是：（1）汽车是自主运行的，没有曳引绳的牵引；（2）车道之间是相互联通的，可以左右变换车道，相互超越而不会发生拥堵；（3）无论是两车道还是八车道都是一侧单向通行。因此，高速公路运输实现了***大的循环运输流量。当前，自主运行的轿厢可以通过把驱动机安装在轿厢上来实现，或者采用磁悬浮和激光驱动，但是目前它们都还有一些安全性、可操作性以及成本问题需要解决，在短期内很难在市场上获得大面积的推广应用。因此，我们还是把目光投向运用现代成熟的曳引技术实现在一条井道内运行多台轿厢的解决方案。
综观国内外的超高层建筑，它们都是人类***的建筑杰作，然而它们哪一个不是用到了几十条甚至上百条垂直井道？美国世贸中心双塔的208台电梯，上海金茂大厦的79台电梯，广州中信广场的68台电梯，美国希尔斯大厦的103台电梯，上海环球***中心的91台电梯等等，这么多条垂直井道所占用的空间和对应的每一层楼面地价的总和是一个难以想象的价值！如果能通过使用循环式多轿厢电梯，将几十条垂直井道压缩到十几条甚至几条垂直井道，那将给现代建筑带来一场革命！
2 第1代循环式多轿厢电梯系统
第1代循环式多轿厢电梯系统是将多台轿厢安装于巨型链条上，循环运转，类似于缆车的驱动方式，或者是由此原理派生出来的其他多种运行方式。这种系统非常笨拙，一停全停，一动全动。针对这种系统，人们也不乏一些有益的尝试。（1）在同一链条、同一位置上设置A、B两个轿厢，A轿厢是乘客进入的专用轿厢，B轿厢是乘客出来的专用轿厢。这种尝试试图在乘客上下轿厢时不影响整个系统的连续运行：当到达目的楼层时，会有像叉车一样的设备将B轿厢叉下来，开门、放人，整个链条继续运行。这种尝试忽视了乘客搭乘的舒适性、安全性和乘客的恐惧心理。（2）有人提出为减缓井道内的拥堵、提高轿厢运行速度而取消轿厢门和层站门的设计，更造成了严重的安全隐患。垂直循环式客运系统的特点决定了它既不同于缆车、摩天轮（A点上、B 点下，连续不停，中间不上下乘客），也不同于工厂里水平或垂直运行的流水线，更不同于对于舒适性和安全性要求较低的立体停车库系统。
典型的第1代循环式多轿厢电梯系统示意图见图1。
图1 第1代循环式多轿厢电梯系统示意图
3 第2代循环式多轿厢电梯系统
第2代循环式多轿厢电梯系统是将多台轿厢用多条缆绳两台一组串联置于垂直循环井道内运行，它克服了第1代系统的一些缺点。在这种系统中，虽然轿厢之间有一定间隔，但轿厢之间相互无法超越，遇到较大客流量时会造成井道内的拥堵。这种系统主要针对20层以下的小型写字楼和酒店，输送量较小。该系统若想实用化、市场化应用，尚需考虑以下两个问题。
（1）由于轿厢之间无法相互超越，在建筑层数较多或建筑面积较大而产生较大客流时，势必增加井道内轿厢投放的数量。由于乘客上下需要的差异性和随机性，将会造成井道内拥堵。因为轿厢数量增加后，乘客虽然减少了在楼层等待电梯的时间，却大幅增加了在轿厢内的等待时间。每天我们乘坐电梯上上下下都有这种感受，进入一个狭小的空间，在等待电梯到达的过程中压抑感、无趣感、紧张感、***感不由而生，所以说这个系统忽略了乘客搭乘的舒适性要求。我们需要的是减少乘客搭乘的全过程时间，并且安全、舒适，而不是把大量乘客从首层分配到井道当中去，等待漫长的到达。
（2）在当前实际市场中，20层以下的小型写字楼和酒店***多安装几台电梯。从经济性方面考虑，几台20层20站电梯的低廉造价相比初期成本高昂的循环式电梯系统，何以替代？因此这个系统缺乏现实应用价值。正像伊梅尔特所说的：“不能创造价值的创新是毫无意义的。”
典型的第2代循环式多轿厢电梯系统示意图见图2。
图2 第2代循环式多轿厢电梯系统示意图
4 第3代循环式多轿厢电梯系统
第3代循环式多轿厢电梯系统与公共交通运输系统相比，从起点上乘客（几分钟后第2辆汽车发出，几分钟后第2台轿厢开始搭载乘客），途中各站上下乘客，至终点下完乘客后返回循环运行有些类似，但又不尽相同。循环式电梯系统会在几个高峰时段将大量人员从1层或出发层输送至各楼层，或从各楼层收集人员运送至1层或到达层。而公共交通运输系统在上班高峰期的情况是，各站点大量人员在等待不同的车辆并先后输送至终点站，而不是大量人员聚集在***站。下班高峰期也是如此。公共交通运输系统在上下班高峰期两个时段同时存在双向到达站，而电梯运行系统在上下班高峰期，相对来讲只存在一个始发站和一个终点站。
4.1第3代循环式多轿厢电梯系统的技术起源
第3代循环式多轿厢电梯系统的技术起源是“深水井理论”。在一口很深的水井里打水的过程是这样的：空桶放下，盛满水，提升至井口，倒水，再放空桶下去……我们发现电梯的上下过程与此过程有相似之处，水井就像电梯井道，轿厢就像水桶，乘客就是桶里的水。当盛满水的桶从井底提升经过井的中部的时候，假设井壁中部有一个洞，从此处又放下去一个空桶盛水、提升……以此类推假如井壁上共有两个洞，就可以在一个时间段里同时提升3桶水了，反之放下水桶的过程也一样。如果由多条水井围合组成一个系统，井里的水是联通的，井壁上的洞也是相互贯通的，就可以循环往复地运行一个***的水运系统了。
第3代循环式多轿厢电梯系统示意图见图3。
图3 第3代循环式多轿厢电梯系统示意图
4.2 第3代循环式多轿厢电梯系统的技术特点
第3代循环式多轿厢电梯系统的技术特点如下。
（1）采用环形结构布局，可实现在一条垂直井道内同时循环运行多台轿厢。与传统循环式电梯系统***大的不同点是虽然用曳引绳驱动轿厢，但是轿厢之间采用非串联式连接。特别适合于高层及超高层等大输送量的建筑应用。
（2）与普通乘客电梯、传统循环式电梯系统相比，大幅改善全过程等待时间和输送能力，空间优化利用、收益提高，大幅节省井道占用面积。
（3）运用了现代成熟的电梯技术，在大幅降低成本的同时大幅提升运输效率，是目前***接近实际市场的循环式电梯系统。
（4）系统内有多台轿厢同时在垂直和水平循环的井道内相互***运行，互不影响，并且整个系统内的轿厢、垂直井道、水平环形井道、曳引机的数量都可以根据输送量的大小和实际运输需要进行增减。如果经过特别设计，还可以用于中、小输送量的建筑。
第3代循环式多轿厢电梯系统构建了一个***、节能、舒适、快捷的大运量、高速度的垂直客运体系，是***满足高层建筑智能化立体交通的运输系统。
4.3 第3代循环式多轿厢电梯系统的应用优势
4.3.1对智能化立体交通的***适应性
现代高层和超高层建筑因结构稳定性要求大多都是下层建筑面积较大，中、上层建筑面积逐步缩小，其所对应的乘客流量理论上也是由下至上依次减少的，这是因为单位建筑面积对应的电梯乘客数量是一个相对的定量（去观光层的情况除外）。下面我们介绍第3代循环式多轿厢电梯系统对智能化立体交通的***适应性。
以具有12条垂直井道的循环式电梯系统为例，在同一个系统内可以设置6条低层井道（其中4条整体井道为共用井道），4条中层井道（其中2条整体井道为共用井道，2条低层部分为共用井道），2条高层井道（中、低层部分为共用井道）。
设计井道高度时，从建筑成本出发，低层井道、中层井道可以只局限于低层和中层。我们实施以下设计方案。（1）采用高、中、低速不同的曳引机与输送能力匹配，以实现成本和效率的统一。（2）增加中、低层部分的轿厢和曳引机数量，理论上一台轿厢向上运行时，轿厢内的乘客数是逐步减少的（直达观光层的电梯除外）。高层建筑的中、低层部分的输送量要比高层部分的输送量要大得多。（3）单、双层分层运行，高峰时段进行智能调整，例如11条上行、1条下行，或者11条下行、1条上行。（4）经过对停站数和停层区段的特别设计，例如到达高层区段的超高速轿厢在中、低层区段不停层，中层区段的轿厢在低层区段也不停层，可以大幅提升电梯系统运输效率。（5）非高峰时段的整个系统采用节能运行。（6）随着纳米技术的发展，目前已出现比传统曳引绳轻4倍以上的曳引绳和随行电缆材料，未来更可能出现轻10倍以上的材料。这个系统未来可以采用超轻量化、高强度、耐磨损的复合材料曳引绳，以解决目前高层建筑中曳引绳、随行电缆重量过大的问题，从而减少运行中的摩擦、振动、噪声；还可以采用磁悬浮导靴等***技术，优化整个运行体系，进一步提高乘客搭乘的安全性、舒适性。（7）由于采用的无对重轿厢需要消耗更多的能量，因而应增大曳引机的功率。为此可以采用电梯能量反馈技术，让多台轿厢上上下下再生出的能量互相利用，以降低整个系统的能耗。
通过借助***网络技术、信息技术、传感技术、监控技术、绿色技术等，再经过各种试验、论证、改进，可以使第3代循环式多轿厢电梯系统不断成熟，从而实现信息、控制、网络与人们行为模式之间的互动，形成一个崭新的大运量、***率、低能耗、全智能的立体运输系统。未来轿厢自主驱动技术成熟了、成本降低后，通过井道的改造也可以将其投放到第3代循环式电梯系统中运行。由此可见，该系统既满足了当前立体交通实际市场的需求，也为将来技术升级做好了准备，预留了未来建筑可持续发展的空间。
4.3.2 对现代楼宇空间的超高利用率
第3代循环式多轿厢电梯系统对现代楼宇空间的超高利用率主要表现在以下方面。
（1）循环系统运行速度高，输送量大，连接了消防楼梯、安全门、设备间、杂物间、洗手间等功能化空间，并集观光功能（直达观光层）、贵宾功能（保证***性）、消防功能为一体。
（2）循环系统满足了除首层和顶层以外（这种情况通常输送量较小，一般在循环系统之外另行配置）的楼层人员相互通达、快速乘梯的需要。
(3) 循环系统可以选择中、小输送量的系统设计。以具有4条垂直井道的系统为例，水平环形井道所占用的空间只是占用了设置该井道的楼层空间，其余楼层空间可以用作其他用途。
(4) 循环系统也可以选择超大输送量的系统设计。以具有16条垂直井道的系统为例，整个系统所占用的空间是水平环形井道投影贯穿整个建筑所对应的空间。在此情况下，16条垂直井道整体占用的围合空间与4条垂直井道整体占用的围合空间大小是相同的。简单地说，第3代循环式多轿厢电梯系统以4条垂直井道的系统实现了16条垂直井道的系统的功能，即直接在4条井道的系统中增加垂直井道的数量即可，无需占用更多的建筑物内部空间。
5 结语
正是基于对传统电梯技术以及电子、信息技术的信心，第3代循环式多轿厢电梯系统采用了当前成熟的电梯曳引技术，是目前***接近于实际市场需求的垂直运输系统。虽然目前一些尖端技术设想由于系统支持的不足短期内较难应用于实际市场，但随着人类不断的探索这些技术必将日趋成熟，***终会应用到第3代循环式多轿厢电梯系统中来。因此，第3代循环式多轿厢电梯系统被称为一部连接未来与现在的电梯。
这个未来不是梦。回顾人类文明的发展历程，几乎所有的伟大成就无不是千百年前先祖超凡梦想的逐步实践，例如载人航天、登月、外太空探索等。有梦想才能在现实中创新；梦想与现实的距离就像昨天与今天的距离，离得很近又遥不可及。我们需要正确把握现实与梦想的距离，精准寻找***佳平衡点。能够创新现在，才能实践未来。
