电梯是如何被召唤出来的?

*本文研讨的“电梯”指代“直梯”,商场的“扶梯”不在本文讨论范围


我见过的最桀骜不驯的电梯,它是这么工作的:

非高峰期间,显示目前在27层的电梯下楼经过我在的25层,没有经停,反而会调度一楼的电梯来接我下楼。

为何强调“非高峰期间”,是因为高峰期间电梯容易满载,满载的电梯即使路过你所在的楼层不会经停,也没有必要经停。显然在非高峰期,未满载的情况下不调度接近的电梯,舍近求远去调度距离较远、方向相反的电梯,是一种资源的浪费。

电梯作为现代化的“近距离交通工具”,为人类提供了在高楼大厦生活、工作的可能性。猛然发现,不同场所的电梯的运作方式还略有不同。

那么问题来了,究竟电梯是按照怎样的规则被你召唤出来的?


“如何召唤电梯”实际上是一个电梯调度方式的问题。经过研究,了解到市面上电梯的调度(派梯)方式主要几种。


就近响应

每一次请求都由最近的电梯完成。

这个很好理解,如果你在1楼想要上楼,运行中的电梯有两台,当前位置分别在3楼和5楼停靠,那么系统一定优先安排3楼的轿厢下行来接你,以减少耗损。



如果你在1楼以外的楼层,比如、此时此刻你在6楼想上12楼,可用的电梯,一台从7楼向下,一台从3楼向上,此时此刻,“就近原则”看起来就不适用了,这时我们要引入下一个原则“顺向截梯”。


顺向截梯

意思是电梯一定服务完相同运行方向要求后再换个方向运行,反复循环。

举个栗子,6楼有人想上楼也有人想下楼,假设只有一台电梯可用且这台电梯从一楼开始上行。电梯路过6楼会上楼,但是它是为上楼服务的,所以电梯向下的按钮还会保持点亮。电梯会持续向上,直到完成所有上行的请求,再换方向转下行,这个时候经停6楼接之前想要下楼的人下行。

可以这么理解,你点击电梯的上下箭头按钮并不是为了控制电梯向上向下,而是告诉电梯在经停的时候捎你上去还是下去。

如果不按照“顺向截梯”原则,只执行“就近响应”,那样电梯就会徒增许多无意义的调度次数。比如一台电梯在1楼,a在3楼想去5楼,a按了上行按钮后,在7楼的b想下行至1楼故按了下行按钮,在这个动作的一秒后9楼的c点了上行按钮想上15楼。

如果按照就近原则,会先响应b的请求再响应c的请求,电梯在完成a的请求后需要走33层楼。如果按照顺向截梯,先响应顺路的c(a所触发的上行)再下行接b,电梯在完成a的请求后只需要走25层就能完成b、c的请求。


自动归位

在无召梯请求时候,电梯会自动归位,一般都会归位停靠在一层、最高层或者中间层。

如果是办公楼,在上班高峰期前,一般会自动归为到一层,以迎接第一批上班的乘客,下班高峰期前则会归位到顶层,再顺向截梯载送各个楼层的人下楼。


满载不经停

常见的电梯都是通过曳引钢丝绳进行牵引制动,因此不得不限制电梯载重以保障安全。

我们都知道,电梯超载之后再上来人,就会滴滴滴地提示超载并且无法启动。

电梯都会设置最大载重,有一种状态叫做满载,空载以上,超重未满。比如一台电梯载重量最大400kg,目前电梯里的人加起来已经达到380kg,电梯系统可能就会判断目前已处于满载状态。毕竟20kg左右的成年人基本上不存在。


针对已经满载的电梯,在电梯上下行时即使经过的楼层有人按上下楼按钮,也无需经停。

毕竟经停了该楼层,人也上不来。满载不经停在各办公楼下楼集中的时点(比如中午的饭点)极其有效,能有效提升下楼效率。

接近午饭饭点,电梯自动归为至顶层,这时候各楼层的人纷纷按下下楼按钮。对高层的人来说,一开始可能还是需要经停很多楼层,在一层层接客之后,电梯才达成满载,不经停任何楼层直接下楼。

#气球牵引装置#

我曾经也在比较高的楼层办公,中午期间对一次次经停不胜其扰。针对满载不经停的特性,我曾经YY过一个“气球牵引重物”装置,在一块重物上牵引足够其悬浮的氢气球。希望用这样一个装置控制电梯内重量,使电梯尽快达到“满载”状态。



先用氢气球系住装有砝码的箱子,进电梯前让气球牵引箱子悬空,进电梯后放下箱子到电梯承重面上。如果超重就从箱子里拿出一部分砝码系在悬空的气球上。在进电梯时候保持气球悬浮以免超重,进电梯后拉下气球上的重物至梯面,使其重量达到满载,这样就可以直接下楼。不过鉴于氢气球的危险性以及被围观的风险,这个想法最终被尘封于我的脑海。


高层分流原则

如果一栋楼达到非常高的高度,比如位于深圳、118层高(667米)的平安金融中心,那么安排一台经停所有楼层的电梯显然是异常低效的。

拥有较高楼层的大楼一般都会执行分流原则,将电梯分为多个层区。比如一栋楼有60层,可以用到三类电梯,一类是低层区服务梯,比如设计为1-30层可层层经停。第二类是高层区服务梯,31-60层之间可以层层经停。还有一层是低层区与高层区的桥梁,只停1层与31层,可以称之为摆渡梯。如果有人想上高层比如45层,那就可以先乘坐摆渡梯前往31层,再换乘高层区服务梯前往45层。

如果一台电梯层层停,它能负载的人数越多,上高楼层的人越痛苦。高楼层的分流原则实际上类似于城际与城市交通体系,不同层区间的摆渡梯类似于城际高铁,而各个层区内的服务梯则类似市内的公交,只在特定范围内运行。


只停单数/双数层

这种规则也可以理解为是分流的一种,主要在用梯高峰期实现人群的分流。

最不理想的状态是,高峰期间每个人想去的楼层足够离散,即使两部10层电梯都在运行中,也有可能存在层层停的结果。

如果将一部电梯设置为只停单数层,另一部只停单数层,最多可减少一半的停靠次数。


◆ ◆ ◆  ◆ ◆


电梯调度是典型的动态离散事件系统,受制于时间、人数、楼层等诸多因素,在设计调度算法时需要时刻围绕着平均候梯时间短、长时间侯梯率低、平均乘梯时间短、、客流输送能力强、轿厢内拥挤度适宜系统能耗少等运行目标。


电梯的日常运作中存在着很大的不确定性,主要表现为每一层站的乘客数的不确定性、乘客的目的层的不确定性、呼梯信号的产生楼层的不确定性、建筑物内存在的与环境因素有关的交通状况的变化的不确定性。电梯群控系统需要针对这些不确定性,及时调整算法应对,从而实现上面说的这些运行目标。

后续我们会利用更多篇幅讲解如何根据不同情境、围绕上述目标,设计一套高效的【电梯群控系统】

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