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摘要： 随着高层及超高层建筑的不断增多，电梯交通配置越来越受到人们的重视，与此同时，由于建筑物复杂程度的增加，需要更加严格和准确的电梯交通配置方法，本文在传统的配置方法基础上进行了改进，并提出一系列明确的规则束，结合现代高层建筑的特点，增加了约束条件，使电梯交通配置能够迅速准确地得到最优结果。该方法与类似的方法以及传统的解析方法进行了比较，结果表明该方法有效.
关键字：电梯交通配置；行程时间；间隔时间；数量；容量；速度
一、传统性能参数
传统交通配置方法中，选择电梯系统最常用的参数就是电梯相继到达大厅的间隔时间，该值作为最重要的性能参数长时间以来被广泛应用。
间隔时间INT是指载有任意荷载的电梯相机到达门厅的平均间隔时间[1]， 隨着电梯技术的发展，将间隔时间作为配置结果的评价参数已经逐渐显现其不足：
1）间隔时间作为评价参数通常用于常规的控制系统，此时乘客可以登上下一个到达大厅的电梯，但是当群控系统为大厅目的地控制系统时，乘客的行为受限，他只适合登上指定的轿厢，该轿厢可能并不是下一个到达大厅，间隔时间就此乘客而言可能并没有意义。
2）用于双层轿厢系统时，如果某乘客去往偶数楼层，必须先通过楼梯或者自动扶梯到达指定的登梯大厅[2]，这个过程所消耗的时间不能直接加到间隔时间上去。类似的，在空中走廊系统中，去往高层的乘客需要经历两段行程，乘客的行程无法用间隔时间来衡量，也不能简单的当作两个独立行程的独立间隔时间来看待。
3）间隔时间作为性能指标是建立在轿厢系统的角度上而不是从乘客的角度出发的。盲目使用间隔时间作为衡量系统的指标而忽略了控制系统的类型、交通模式和系统的总体设计以及乘客的实际行程，这是导致出现前两个缺点的直接原因。
综上，传统性能参数间隔时间INT的这些缺点是因为该参数主要集中在电梯相继到达大厅的时间，而忽略了乘客因素，因此，需要重新建立新的以乘客为中心的性能参数。
二、新的性能指标
最具有代表性的从乘客角度出发的参数就是等待时间。由于乘客的到达时间是随机的，因此等待时间也是随机的，就某名乘客而言，最少的等待时间为0，最长的等待时间可能要超过间隔时间INT[3]，该值一般通过仿真模拟得到，与乘客数量以及间隔时间相关。
分析传统性能参数的不足，综合考虑乘客平均等待时间和在电梯中的运行时间是比较妥当的，因此本文将乘客总的行程时间JT作为评价标准，这个时间代表了乘客从等待电梯到在目的层走出电梯之间所花费的总时间，可作为衡量与比较现代高层与超高层建中电梯系统各配置方案优劣的标准。
虽然现在还没有一个能被广泛接受的乘客为中心的理论，但是随着高层建筑的越来越普遍，改进系统性能指标将是大势所趋，最典型的尝试就是“30/60/90规则”。
三、最优配置的条件
近些年，由于高层建筑发展使其内部电梯系统复杂程度的增加，导致电梯运行周期的各组成部分大小发生了很大改变，例如相同处理量时，目的层控制系统的等待时间会比传统轿厢等待时间要长，但是其行程时间却远小于后者，所以在考虑配置结果是否最优时，若以乘客在轿厢中的平均行程时间ATT也作为一个约束条件，将会更加符合电梯交通的状态，使配置结果更具有说服力。
有数据显示，由于高层建筑的迅速发展，60s的平均行程时间限制是很难达到的，这是与建筑物高度的增加密切相关的，经过查阅多方案例，本文提出可将此限制提高至90s，若超过90s将会导致乘客在轿箱内时间过长而出现烦躁等不良情绪，从而影响乘客对电梯服务的满意度，此时，可考虑分区或提高电梯速度等手段来减小平均行程时间ATT。
综上所述，最优配置的结果应该满足以下条件：
（1） 实际间隔INT应小于等于目标间隔INTtar，但由于电梯数量必须为整数，所以等号不一定成立，故满足小于即可；
（2） 实际的5分钟乘客处理量HC%应等于期望到达率AR%，但并不要求精确相等，经四舍五入达约等即可。
（3） 乘客在电梯中的平均行程时间ATT应小于90s的时间限制。
四、自动优化配置方法设计
电梯交通配置包括选择合适的电梯数量、轿厢容量以及速度来满足建筑物的需求，需要注意的是，最优的配置结果应该要考虑到成本的最小化，而电梯系统中，成本被下列几个参数直接影响，故应保证以下几个值取最小，其按重要性先后顺序来排列为：电梯数量、电梯速度、电梯容量。即当两个配置结果比较，应选取电梯数量较小的配置结果；电梯数量一样时要选择速最小的结果；当前两者都一样时，必须要选择电梯容量较小的结果。
4.1 电梯数量的优化
电梯配置方法基于计算单台电梯在上行高峰交通状况下往返一次的运行周期RTT： （1）
1）由建筑内总人数及期望到达率可得每秒到达率： （2）
2）目标间隔为INTtar，则实际的五分钟到达人数： （3）
3）此时的P0为轿箱内乘客的初次估计量，根据此值及建筑物参数，代入到公式（1）中，可得一个对应的运行周期RTT0。间隔区间是用电梯数量来均分RTT之后得到的，反之，此时已知目标间隔INTtar，可以得到一个电梯数量的大概值，将此值向右取整之后所得结果即为初次估计的电梯数量： （4）
4）由于L经过（4）式后取大，使得实际的间隔时间INT要小于目标间隔INTtar，此时需要重新估计间隔时间，得新的间隔： （5）
5）而改变了间隔时间之后，实际的五分钟达到人数也随之发生改变，由此可得新的轿箱内乘客数量值： （6）
6）P1为估算运行周期RTT的一个新值，再代入公式（1）可得到RTT1。
7）此次计算使用的是经过优化后的电梯数量L，新的RTT1必将产生一个更加确切的到达间隔INT1，根据间隔时间INT1和到达人数P1可估计乘客的平均等待时间： （7） 8）而乘客從进入门厅到到达目的地之后走出电梯所用的总的时间JT可用如下公式估算[4]： （8）
到此为止完成一次配置结果，将INT1重新赋值给INT0，然后方程（4）至（8）进行多次循环，直到配置结果JT达到收敛条件，一般可取0.001s。
9）判断是否满足最优配置约束条件。
4.2 最优轿厢容量的选择
经过上述的优化过程得到轿箱内实际乘客数量P1，但是不能直接根据该值来选取轿厢容量，因为在实际运行中当电梯的平均载重量大于额定载重量的80%时，可能会由于引起等候时间加长出现排队现象而导致的电梯系统服务质量下降，实际乘客数量为轿厢容量的80%时最好，则可得到最优的轿厢容量： （9）
轿厢容量有几个标准值，一般取值8、10、13、16、21和26，因此由（9）得到的结果还应就近选择一个标准容量，当然，所选择的额定荷载必须是要大于实际的乘客数量。
4.3 电梯速度的优化
电梯的额定速度一般有以下几个选择：1.6m/s；2.0m/s；2.5m/s；3.15m/s；4.0m/s等，上述的配置过程是在已知电梯速度的前提下进行的，当自由选择电梯速度时，一般要求从最低层运行到最高层时间不超过20秒，用大楼总高度除以20s可得一个速度，然后就近选择一个额定的电梯速度[5]。由于高层建筑的不断增加，可适当放宽时间限制至25s或30s，但是不建议再继续增加，因为电梯实际运行中并不是一直以额定速度运行，加速过程和减速过程使运行时间将远大于30s，此时要提高电梯系统服务质量，可采取分区等手段。
五、案例分析
某办公大楼，各层人数相等且总人数为550人，大厅上共10层，层高均为4.5m，取电梯的间隔时间为30s，乘客到达率为12%。
电梯参数如下：
电梯额定速度：v=1.6m/s；电梯加速度：a =1m/s；电梯加速度变化率：j=1m/s；电梯开门时间：tdo=2s；电梯关门时间：tdc=3s；延迟启动时间：tsd=1s；提前开门时间：tao=0.5s；乘客进出电梯时间：tpi=tpo=1.2s
将以上数据作为程序的输入，经过上述自动配置过程，得到的配置与文献[5]的配置结果比较如下：
表1 配置结果比较
经过改进后的配置方法显示电梯运行周期、乘客平均行程时间以及乘客的等待时间都有所减少，说明改进后的方法是可行的。
六、总结
相对于传统配置方法中以电梯系统为中心的性能指标，本文提出以乘客的总行程时间作为衡量标准，这种新的视角是从乘客的切身感受出发的，同时也更能反映在现代高层建筑中电梯系统的服务质量。提出最优的电梯配置需要满足的条件及实现步骤，通过清晰的定义配置的相关规则，编写程序实现计算机自动计算，不断修正所得结果，找出其中的最优配置，设计者只需要输入相关参数，即可得到一组最好的配置结果，案例分析显示该方法可行。
参考文献
[1] G.C.Barney. Elevator Traffic Analysis Design and Control[M]. 1993.
[2] W.H.Wuhrman；Paliath Mohandas.Planning double deck elevator systems[J].Consluting engineer.1970.12.70-73.
[3] 朱德文.电梯交通系统的智能控制与应用[M].长春：吉林大学出版社.2002.
[4] Siikonen M.L.Planning and control models for elevators in high-rise building[D].Helsinki University of Technology.1997.
[5] Al-Sharif，lutfi.Automated optimal design methodology of elevator systems using rules and graphical methods（the HARint plane[J].Building services engineering research and technology.2011.7（17）：11-34.
关键字：电梯交通配置；行程时间；间隔时间；数量；容量；速度
一、传统性能参数
传统交通配置方法中，选择电梯系统最常用的参数就是电梯相继到达大厅的间隔时间，该值作为最重要的性能参数长时间以来被广泛应用。
间隔时间INT是指载有任意荷载的电梯相机到达门厅的平均间隔时间[1]， 隨着电梯技术的发展，将间隔时间作为配置结果的评价参数已经逐渐显现其不足：
1）间隔时间作为评价参数通常用于常规的控制系统，此时乘客可以登上下一个到达大厅的电梯，但是当群控系统为大厅目的地控制系统时，乘客的行为受限，他只适合登上指定的轿厢，该轿厢可能并不是下一个到达大厅，间隔时间就此乘客而言可能并没有意义。
2）用于双层轿厢系统时，如果某乘客去往偶数楼层，必须先通过楼梯或者自动扶梯到达指定的登梯大厅[2]，这个过程所消耗的时间不能直接加到间隔时间上去。类似的，在空中走廊系统中，去往高层的乘客需要经历两段行程，乘客的行程无法用间隔时间来衡量，也不能简单的当作两个独立行程的独立间隔时间来看待。
3）间隔时间作为性能指标是建立在轿厢系统的角度上而不是从乘客的角度出发的。盲目使用间隔时间作为衡量系统的指标而忽略了控制系统的类型、交通模式和系统的总体设计以及乘客的实际行程，这是导致出现前两个缺点的直接原因。
综上，传统性能参数间隔时间INT的这些缺点是因为该参数主要集中在电梯相继到达大厅的时间，而忽略了乘客因素，因此，需要重新建立新的以乘客为中心的性能参数。
二、新的性能指标
最具有代表性的从乘客角度出发的参数就是等待时间。由于乘客的到达时间是随机的，因此等待时间也是随机的，就某名乘客而言，最少的等待时间为0，最长的等待时间可能要超过间隔时间INT[3]，该值一般通过仿真模拟得到，与乘客数量以及间隔时间相关。
分析传统性能参数的不足，综合考虑乘客平均等待时间和在电梯中的运行时间是比较妥当的，因此本文将乘客总的行程时间JT作为评价标准，这个时间代表了乘客从等待电梯到在目的层走出电梯之间所花费的总时间，可作为衡量与比较现代高层与超高层建中电梯系统各配置方案优劣的标准。
虽然现在还没有一个能被广泛接受的乘客为中心的理论，但是随着高层建筑的越来越普遍，改进系统性能指标将是大势所趋，最典型的尝试就是“30/60/90规则”。
三、最优配置的条件
近些年，由于高层建筑发展使其内部电梯系统复杂程度的增加，导致电梯运行周期的各组成部分大小发生了很大改变，例如相同处理量时，目的层控制系统的等待时间会比传统轿厢等待时间要长，但是其行程时间却远小于后者，所以在考虑配置结果是否最优时，若以乘客在轿厢中的平均行程时间ATT也作为一个约束条件，将会更加符合电梯交通的状态，使配置结果更具有说服力。
有数据显示，由于高层建筑的迅速发展，60s的平均行程时间限制是很难达到的，这是与建筑物高度的增加密切相关的，经过查阅多方案例，本文提出可将此限制提高至90s，若超过90s将会导致乘客在轿箱内时间过长而出现烦躁等不良情绪，从而影响乘客对电梯服务的满意度，此时，可考虑分区或提高电梯速度等手段来减小平均行程时间ATT。
综上所述，最优配置的结果应该满足以下条件：
（1） 实际间隔INT应小于等于目标间隔INTtar，但由于电梯数量必须为整数，所以等号不一定成立，故满足小于即可；
（2） 实际的5分钟乘客处理量HC%应等于期望到达率AR%，但并不要求精确相等，经四舍五入达约等即可。
（3） 乘客在电梯中的平均行程时间ATT应小于90s的时间限制。
四、自动优化配置方法设计
电梯交通配置包括选择合适的电梯数量、轿厢容量以及速度来满足建筑物的需求，需要注意的是，最优的配置结果应该要考虑到成本的最小化，而电梯系统中，成本被下列几个参数直接影响，故应保证以下几个值取最小，其按重要性先后顺序来排列为：电梯数量、电梯速度、电梯容量。即当两个配置结果比较，应选取电梯数量较小的配置结果；电梯数量一样时要选择速最小的结果；当前两者都一样时，必须要选择电梯容量较小的结果。
4.1 电梯数量的优化
电梯配置方法基于计算单台电梯在上行高峰交通状况下往返一次的运行周期RTT： （1）
1）由建筑内总人数及期望到达率可得每秒到达率： （2）
2）目标间隔为INTtar，则实际的五分钟到达人数： （3）
3）此时的P0为轿箱内乘客的初次估计量，根据此值及建筑物参数，代入到公式（1）中，可得一个对应的运行周期RTT0。间隔区间是用电梯数量来均分RTT之后得到的，反之，此时已知目标间隔INTtar，可以得到一个电梯数量的大概值，将此值向右取整之后所得结果即为初次估计的电梯数量： （4）
4）由于L经过（4）式后取大，使得实际的间隔时间INT要小于目标间隔INTtar，此时需要重新估计间隔时间，得新的间隔： （5）
5）而改变了间隔时间之后，实际的五分钟达到人数也随之发生改变，由此可得新的轿箱内乘客数量值： （6）
6）P1为估算运行周期RTT的一个新值，再代入公式（1）可得到RTT1。
7）此次计算使用的是经过优化后的电梯数量L，新的RTT1必将产生一个更加确切的到达间隔INT1，根据间隔时间INT1和到达人数P1可估计乘客的平均等待时间： （7） 8）而乘客從进入门厅到到达目的地之后走出电梯所用的总的时间JT可用如下公式估算[4]： （8）
到此为止完成一次配置结果，将INT1重新赋值给INT0，然后方程（4）至（8）进行多次循环，直到配置结果JT达到收敛条件，一般可取0.001s。
9）判断是否满足最优配置约束条件。
4.2 最优轿厢容量的选择
经过上述的优化过程得到轿箱内实际乘客数量P1，但是不能直接根据该值来选取轿厢容量，因为在实际运行中当电梯的平均载重量大于额定载重量的80%时，可能会由于引起等候时间加长出现排队现象而导致的电梯系统服务质量下降，实际乘客数量为轿厢容量的80%时最好，则可得到最优的轿厢容量： （9）
轿厢容量有几个标准值，一般取值8、10、13、16、21和26，因此由（9）得到的结果还应就近选择一个标准容量，当然，所选择的额定荷载必须是要大于实际的乘客数量。
4.3 电梯速度的优化
电梯的额定速度一般有以下几个选择：1.6m/s；2.0m/s；2.5m/s；3.15m/s；4.0m/s等，上述的配置过程是在已知电梯速度的前提下进行的，当自由选择电梯速度时，一般要求从最低层运行到最高层时间不超过20秒，用大楼总高度除以20s可得一个速度，然后就近选择一个额定的电梯速度[5]。由于高层建筑的不断增加，可适当放宽时间限制至25s或30s，但是不建议再继续增加，因为电梯实际运行中并不是一直以额定速度运行，加速过程和减速过程使运行时间将远大于30s，此时要提高电梯系统服务质量，可采取分区等手段。
五、案例分析
某办公大楼，各层人数相等且总人数为550人，大厅上共10层，层高均为4.5m，取电梯的间隔时间为30s，乘客到达率为12%。
电梯参数如下：
电梯额定速度：v=1.6m/s；电梯加速度：a =1m/s；电梯加速度变化率：j=1m/s；电梯开门时间：tdo=2s；电梯关门时间：tdc=3s；延迟启动时间：tsd=1s；提前开门时间：tao=0.5s；乘客进出电梯时间：tpi=tpo=1.2s
将以上数据作为程序的输入，经过上述自动配置过程，得到的配置与文献[5]的配置结果比较如下：
表1 配置结果比较
经过改进后的配置方法显示电梯运行周期、乘客平均行程时间以及乘客的等待时间都有所减少，说明改进后的方法是可行的。
六、总结
相对于传统配置方法中以电梯系统为中心的性能指标，本文提出以乘客的总行程时间作为衡量标准，这种新的视角是从乘客的切身感受出发的，同时也更能反映在现代高层建筑中电梯系统的服务质量。提出最优的电梯配置需要满足的条件及实现步骤，通过清晰的定义配置的相关规则，编写程序实现计算机自动计算，不断修正所得结果，找出其中的最优配置，设计者只需要输入相关参数，即可得到一组最好的配置结果，案例分析显示该方法可行。
参考文献
[1] G.C.Barney. Elevator Traffic Analysis Design and Control[M]. 1993.
[2] W.H.Wuhrman；Paliath Mohandas.Planning double deck elevator systems[J].Consluting engineer.1970.12.70-73.
[3] 朱德文.电梯交通系统的智能控制与应用[M].长春：吉林大学出版社.2002.
[4] Siikonen M.L.Planning and control models for elevators in high-rise building[D].Helsinki University of Technology.1997.
[5] Al-Sharif，lutfi.Automated optimal design methodology of elevator systems using rules and graphical methods（the HARint plane[J].Building services engineering research and technology.2011.7（17）：11-34.