CN104379484B - 升降机系统 - Google Patents

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Abstract

铰接细索列车是“列车”的一个连续且连接的系统，用于移动大批人群，也就是“垂直的地铁”。列车水平置于在高层建筑物中特定的楼层(被指定为车站)或在采矿作业中的地下层(被指定为车站)以及地下铁车站。铰接细索列车从车站的水平队列变换到车站之间的垂直队列、倾斜或弧形队列，但是乘客保持水平处于站立姿势。铰接细索列车从列车的制动，即是动态制动，捕获能量并存储。存储的能量用于加速铰接细索列车。能量的再次使用使得铰接细索列车是可持续发展的。铰接细索列车减少了传统升降机的数量，减少了传统升降机竖井的数量，减少了等待和循环次数，增加乘客和货物的传输速度。

Description

升降机系统
技术领域
本申请涉及用于高层建筑物的升降机系统，特别是铰接细索列车。
关键词：铰接细索列车，垂直运输，可持续的，动态制动，管道巨型框架。
背景技术
垂直式生活：无法改变的事实
高层建筑物的数量在过去的30年中增加了两倍。在1982年，竣工的高层建筑物的数量为2091，在1992年为3048，在2002年为4306，而在今年，也就是2012年，我们有7409个，并且在世界各地，这个数量正在快速增长。(摩天大楼城市(Skyscrapercity)，2012)
在最近的几十年中，世界经历了前所未有的城市增长。在2008年，世界人口第一次地平均分布在城市和农村地区。世界上多于400个城市拥有超过100万居民，19个城市超过1000万居民。发达国家的城市化率大约74％，而欠发达国家44％的居民居住在城市地区。然而在许多欠发达国家，城市化的发展迅速。预期到2050年，世界人口的70％将会城市化，并且大部分城市增长将产生在欠发达国家。(人口资料局(Population Reference Bureau)，2012)
在1950年，英国79％的人口住在城市，已经是一个很大的数字，但是该数字到2030年，将增加到92.2％。在其他地方，在1950至2005年之间，中国的比例从13％增加到40.4％，并且预期到2030年将增加到60.3％。但是，博茨瓦纳经历了巨大的流入。明年，预期将有61.2％的人口居住在城市区域，而回到1950年，仅有2.7％的博茨瓦纳人居住在城市。(卫报(Guardian)，2012)
在中国和东南亚，许多巨型城市正在建立，并且摩天大楼的数量不断地增加：垂直式生活正在并且将要继续成为无法改变的事实。对高效的高层建筑物的节约能源和空间的需求比以往任何时候都多。铰接细索列车和管道巨型框架是一种满足持续增长需求的解决方案。图1详细说明了10个高层建筑物的基本资料。
重新思考垂直交通
摩天大楼是随着18世纪50年代的升降机和18世纪80年代的电动升降机的发明而诞生的。在楼层间运输人和货物的概念是创新性的并推动摩天大楼的发展。随着建筑物的高度发展，于是提及到升降机的数量和聚集升降机到中央大厅的概念。银行升降机提高效率和减少等待时间。升降机的速度随着时间而增加，但是单独的箱子置于垂直的竖井中的原始概念始终相同。在高和超高建筑物中，这种垂直运输的概念需要很多升降机和竖井，并且这种需求减少剩余可租/可售楼层空间的数量。这个缺点加剧了更长的等待/行进时间和更高的能源消耗。可以看见的是，随着建筑物的高度的增加，垂直运输目前的概念需要重新思考。很明显的是，高和超高建筑物就类似于垂直的城市。在一个水平的城市，拥有住宅、办公室、酒店、大型购物中心、电影院、医院等是很常见的，并且使用公共汽车和地铁作为一种交通工具是很常见且合乎逻辑的。相同的逻辑和常识可以应用于垂直的城市，并且如果升降机是公共汽车，那么铰接细索列车就是地铁。
以上针对于需要在地面以上的建筑中的垂直交通的讨论也适用于需要垂直交通的地面以下的情形，例如，地下采矿作业和地下的地铁站。
发明内容
根据本公开的一个方面，提供了一种一种升降机系统包括：
一系列分开的列车，每辆列车有多个列车车厢；
列车在轨道上上升和下降，轨道构成至少一个循环结构；以及
至少一个上行车站和至少一个与上行车站垂直分开的下行车站；其特征在于，系统在每个上行和下行车站停止列车，同时从列车车厢中卸载和装载乘客。
附图说明
图1是目前高层建筑的概述；
图2-图5是铰接细索列车概念草图；
图6示出了过渡的动作研究；
图7是铰接细索列车的倾斜、转动和偏航图；
图8示出铰接细索列车的列车概念；
图9示出单个、偶数和奇数循环结构的倾斜和转动要求；
图10示出加速度、速度和时间策略；
图11示出驱动/制动齿轮；
图12示出可以支持铰接细索列车的高层建筑的例子，包括620米原型建筑物和超级结构；
图13示出铰接细索列车车站的演绎图；
图14示出楼面板选择和可用容积率；
图15示出垂直交通方案；
图16示出620米原型建筑物模式形状；以及
图17示出铰接细索列车与所述很多建筑物的结构相兼容。
具体实施方式
铰接细索列车的概念
铰接细索列车(如图2所示)是一系列隔开一段距离的列车，例如，每隔250米。列车水平置于特定被指定为“车站”的楼层，并且这些车站相互隔开，例如，垂直建筑物或地下竖井高度的每隔250米。列车在车站之间的水平队列变换到车站之间的垂直队列，保持乘客处于水平站立姿势。列车在轨道上上升和下降，从建筑物或者地下竖井的一端迂回前进到另一端。如图2所示，当上行轨道向右穿行，向上和向左，下行轨道向左穿行，向下和向右。轨道在建筑物的底部和顶部一起过渡，并形成一个循环。铰接细索列车同时在所有的上行和下行车站停止，卸下和装载乘客，然后向上和向下继续行进到下一个车站。车站之间的中间楼层配有传统升降机。循环结构可以变化(图3、4和5)并且取决于建筑物和地下竖井的几何结构。
列车的概念
铰接细索列车是由列车车厢组成的一系列的列车，并且列车车厢包括乘客车厢和车厢框架。铰接细索列车按照如下设计，即使列车队列从水平变换到垂直，乘客始终保持站立。这意味着车厢需要在车厢框架中倾斜。进一步地，为了使得在建筑物的顶部和底部以及地下竖井的列车队列的变换，铰接细索列车需要按照如此方式行进。
在建筑物顶部和底部的过渡的运动研究表明，乘客车厢可能围绕三个轴经历旋转，倾斜、转动和偏航(图6)。动作研究包括：1.)为了使得乘客保持站立，车厢需要倾斜，2.)为了促使在队列的弯曲部分的变换，车厢需要转动和偏航，以及3.)为了促使在队列的垂直部分的变换，车厢(仅)需要转动。促进这些动作的概念即是在球形车厢框架中装载一个立方的(长方体的)形状的乘客车厢。长方体车厢可以在球形框架中倾斜、转动以及偏航。
在队列的垂直部分实施过渡动作要比弯曲部分看似简单些。这消除了车厢偏航的需要。在列车车厢之间而不是在车厢中的转动动作变得有意义。可以通过旋转列车车厢之间的连接机构来实现。从而产生拥有长方体车厢、桶形车厢框架的列车(图7)。通过空气动力学来减少阻力来组成和塑造列车是自然发展(图8)。每个车厢有8套轮子并在四个轨道上滚动。
高度和宽度均为2.2米的列车框架产生基于几何机构的直径为3.11米的列车框架，并且展示了总体车厢框架的外直径为3.5米。也展示了总体框架长度为3.5米，并产生一个方形的列车横截面。最终的车厢尺寸要匹配建筑物和地下竖井的结构以及需考虑的乘客/货物的流量。
运动的策略
如图9所示，显示了单个、偶数和奇数循环结构的倾斜和转动要求。
加速度和速度的策略
在垂直边推荐的最快的加速度为1g。这将会导致在自由落体加速度和上升减速度中出现0g的环境以及在自由落体减速度和上升加速度中出现2g的环境(图10)。加速度大于1g将会把乘客或货物从地板上分离，必须要加以限制。当采用1g的加速度和减速度时，将需要10.1秒来穿过我们例子中间隔250米的车站，并且列车将达到最高速度为178千米/时。图10描述了一系列上升/下降长度对应的最短时间和最大速度。很明显的是，1g的环境将会超出一些乘客的舒适水平，因此，需要引导研究来确定最大可用加速度。
例如，列车之间的循环时间可以大约为250米。预计乘客在车站下车和上车大约使用20秒至30秒。列车也需要大约5秒从车站驶离并在上升/下降加速之前处于垂直位置。这个，加上10秒上升/下降时间，在列车处于高峰使用时段，加起来总共估算的1分钟循环时间。在非高峰时段，列车行进和循环的次数可以减少。
驱动/制动齿轮
铰接细索列车是一系列通过缆线或一些其他媒介连接在一起的列车。锚索跨越列车，并绕在齿轮上，在齿轮处队列位置从车站中的水平变换到垂直上升/下降(图11)。齿轮连接到当制动时捕获能量和驾驶时为系统提供能量的发电机/发动机。
动态制动、能量存储和功率提取
当下行的有效载荷比上行的有效载荷重时，铰接细索列车从列车的制动、动态制动中捕获能量，并存储。当上行的有效载荷重比下行的有效载荷重时，存储的能量将用于加速铰接细索列车。能量的捕获和再利用使得铰接细索列车能够可持续。例如，当午饭时间接近，大部分乘客将沿着建筑物向下转移，用于制动铰接细索列车的能量将被存储，并且用于为午饭之后沿着建筑物向上的乘客提供能量。
原型建筑物
为了进一步解释铰接细索列车，展示了原型建筑物。建筑物的尺寸图为40米乘以45米，高度为620米，有120层。这个结构在短方向上的细长比为1/15.5，在长方向上的细长比为1/13.8。该建筑物有四个铰接细索列车车站，一个在地面，一个在海拔168米处，一个在海拔353米处以及一个在海拔538米处。(图12)
车站的概念
铰接细索列车的车站大约10米宽，墙的中心线对着墙的中心线，并且为3层深度(图13)。乘客在中间层上下列车。从中间层，乘客可以通过自动扶梯，将他们移动上一层到达向上的传统升降机或者将他们移动下一层到达向下的传统升降机。在更高或更低的楼层，有通过车站的门提供通向对面建筑物的途径。齿轮和发电机/发动机安装在车站内。
结构的兼容性
铰接细索列车适用于特别适应于高瘦的摩天大楼和高强度的混凝土的高效的结构体系。使用垂直的走廊来涵盖带有常见中央核心的超级结构的铰接细索列车作为是有意义的。垂直边为6米宽，墙的中心线对着墙的中心线，并且为10米长。在净尺寸(1.5米厚的墙)内提供8.5米乘以4.5米，并且符合3.5米乘以3.5米的列车横截面。使用带有常见悬臂梁的超级结构的水平车站也是有意义的。垂直和水平管道组合构成了管道巨型框架。为了结构特性，巨型交错管道布置在车站之间的中间海拔处和建筑物的最高点。这些中间交错管道在海拔78米、264米、449米以及615米。同样的结构系统使用在垂直方向，并且对称性产生3D管道巨型框架(图12)。所有的楼层负载转移到四个车站上的垂直边和倾斜的悬臂梁。
铰接细索列车的长度是列车车厢数目的函数，该长度设定建筑物在车站方向上的最小宽度，并且定位了一对管道巨型框架的垂直边。
管道巨型框架适用于各种楼面板形状和尺寸。图14描述了三种通用形状并将可用的容积率制成表格。可用容积率是如下定义的：楼面板面积减去核心面积减去巨型柱。铰接细索列车占据了两个垂直边面积的一半，并且预计这些竖井的另外一半将用于管道空间。在剩余的两个垂直边中涵盖传统升降机、楼梯和管道系统。将所有的垂直交通和管道系统置于结构的四个垂直边中使得楼面板的其余部分完全空旷，并且产生高可用的容积率。
垂直交通方案
垂直交通方案是由一个往返于在车站之间的铰接细索列车和三个循环、四个车站以及传统升降机的组合，如图15所示。乘客对移动有三种选择。他们可以乘坐铰接细索列车至车站后乘坐传统升降机向上，乘坐铰接细索列车至车站后乘坐传统升降机向下或者乘坐传统升降机。第三种选择可能需要从一个升降机到另一个的转移。可以预计这些多种移动选择将会增加客流体积并减少拥挤。
有35个适于居住的楼层、两个设备楼层以及车站之间为160米。因此，可以预计车站之间将需要6个升降机，在最高车站以上需要4个升降机。这导致建筑物中需要一共22个升降机。
结构特性
管道巨型框架是有效的结构，是因为几乎所有的负载由安装在建筑物外表面的四个垂直边来承担。
超级结构有七个垂直区域，墙的厚度从底部的1.5米递减到顶部的0.3米。用ETABS来计算结构分析，83mph(37.1m/s)的风速暗示最低加强比率的混凝土强度为60-70MPa。
第一个五中模式的形状和周期如图16所示。模式1在40米方向，模式2在45米方向，模式3在40米方向，模式4在45米方向以及模式5是扭转的。
77.5mph(34.6m/s)的风速致使应用弹性系数为50.0GPa，得到在40米方向上的最大层间位移角为H/360，在45米方向上的最大层间位移角为H/540。
建筑项目
中央核心的去除为未合并到高瘦的摩天大楼中的新的和存在的项目创造了潜力。因为楼面板是空旷的，可以在建筑物的主体中安排音乐厅、会议室、电影院和游泳池
如图17所示，管道巨型框架提供了灵活的建筑机构，并支撑许多形式和形状。
结论
垂直式生活是且持续成为城市生活的一个事实，因此，需要针对于高瘦的摩天大楼的有效且可持续发展的方案。铰接细索列车和管道巨型框架的目标是提高效率和可持续性，并促进高瘦的摩天大楼的发展。铰接细索列车和管道巨型框架：
●减少传统升降机的数目。
●减少传统升降机竖井的数目。
●增加乘客运输的速度。
●增加货物运输的速度。
●由于能量的捕集和再使用，是可持续的并减少了垂直交通的能量消耗。
●减少等待和循环次数。
●增加高建筑物内的可租/可售的容积率。
闪电般的速度，庞大的乘客/货物流量以及可再循环的能量使得铰接细索列车成为未来的方式。是时候为新一代的升降机系统做出向前的一步！
参考文献
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Claims (11)

1.一种升降机系统，包括：
-一系列分开的列车，每辆列车具有多个列车车厢；
-一个连续的轨道，列车在轨道上上升和下降，轨道构成至少一个循环结构，多个列车可以于其中移动；以及
-至少一个上行车站和至少一个与上行车站竖直分开的下行车站；其特征在于，所述升降机系统配置成使得每辆列车能够以该辆列车中的所有列车车厢在车站处于水平队列的状态下在每个上行和下行车站停止，用于从这些列车车厢中卸载和装载乘客。
2.根据权利要求1中所述的升降机系统，其特征在于，系统配置为将列车从在车站的水平队列变换到车站之间的竖直队列。
3.根据权利要求2中所述的升降机系统，其特征在于，每个列车车厢包括乘客车厢和车厢框架，为了列车从水平队列变换到竖直队列，乘客始终保持站立，乘客车厢配置为在车厢框架中倾斜。
4.根据权利要求3中所述的升降机系统，其特征在于，乘客车厢进一步配置为在车厢框架中转动和偏航。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的升降机系统，其特征在于，列车车厢配置为彼此相对转动。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的升降机系统，其特征在于，轨道包括：一个上行部分，其穿越向右，上行并向左；以及下行部分，其穿越向左，下行并向右。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的升降机系统，其特征在于，系统包括四个车站，轨道组成三个循环结构连接四个车站。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的升降机系统，其特征在于，每个列车车厢有多个在轨道上滚动的车轮。
9.根据权利要求1-4中任一项所述的升降机系统，其特征在于，系统配置为从列车的制动中存储能量并利用捕获的能量来加速列车。
10.根据权利要求1-4中任一项所述的升降机系统，其特征在于，系统进一步地包括至少一个从其中一个车站中向上运输乘客的传统升降机和至少一个从车站中向下运输乘客的传统升降机。
11.根据权利要求1-4中任一项所述的升降机系统，进一步包括：
竖直管道，容纳轨道的竖直部分；以及
水平管道，容纳车站，其特征在于，竖直管道和水平管道形成了框架。
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