Экспресс в облака. Как устроена система вертикального транспорта в современных небоскребах

На первые «настоящие» лифты – Сименса и Гальске, Отиса — ходили смотреть как на чудо. Это и было чудом – одним из ключевых изобретений, которые сделали возможным рост зданий вверх. Поездка на лифте – в какой-то мере парадокс: лифт дает возможность добраться до 10, 15 или 87 этажа, но не будь лифта, нам бы не пришлось ехать на 10, 15 или 87 этаж ввиду отсутствия собственно этих этажей. С этой точки зрения лифты изменили нашу жизнь, наверное, больше, чем интернет, космические ракеты, криптовалютные биржи и добыча сланцевой нефти. Впрочем, не будем противопоставлять все перечисленное пассажироподъемному труженику – ведь и он сегодня уже не тот, что раньше. Очередная технологическая революция бесповоротно меняет этот вид. Посмотрим, как?


Скриншот из фильма «Иван Васильевич меняет профессию»

Подарок от древних римлян


Скриншот из фильма «Астерикс и Обеликс: миссия Клеопатра». Неудачливые викинги приводят в действие лифт, на котором поднимаются Цезарь и Клеопатра. Киношутка, но не совсем

Лифтостроение – на редкость консервативная отрасль. Если задуматься, принципиальных отличий современного лифта от тех конструкций, которыми пользовались, например, в римском Колизее для того, чтобы подниматься на арену для гладиаторских боев, фактически нет.


Схема подъемников в Колизее

Да, силу мускулов рабов, опускавших противовес или вращавших лебедку, сменили сначала паровые машины, а затем электродвигатели. Но и этим нововведениям уже полторы сотни лет. Первый электрический пассажирский лифт Siemens & Halske построила в 1880 году, OTIS – в 1889-м.


Демонстрация работы первого электрического лифта


Электрический лифт фирмы Otis Elevator

Даже автоматический ловитель, останавливающий лифт при обрыве троса, которым сегодня оснащены все лифтовые системы, в середине XIX века запатентовал все тот же Элайша Грейвс Отис, а ограничитель, включающий ловители при превышении номинальной скорости, был изобретен в 1878 году.


1854 год. Элайша Отис рекламирует на одной из нью-йоркских выставок свою систему экстренной остановки подъемника

Даже лидеры рынка вертикального транспорта сегодня почти те же, что и столетие назад: Otis, Schindler, Kone, и присоединившейся к ветеранам в 1954 году новичок ThyssenKrupp.

Так и о чем рассказывать, если все уже придумано до нас и хорошо большинству знакомо?
А вот не спешите.

Болид выходит на старт

Лифтростроение показывает: глубокая модернизация классических решений может дать фантастические результаты. В первую очередь речь о решениях, влияющих на скорость. Парадоксально, что мы живем в эпоху самых высоких скоростей и при этом самого острого дефицита времени. Люди не могут позволить себе тратить на поездку на лифте несколько лишних минут. Задача любой транспортной системы сегодня – успеть перевезти как можно больше людей за как можно меньший промежуток времени.

Первый электрический лифт Сименса и Гальске поднимался на высоту 22 метра за 11 секунд. Сегодняшние рекордсмены преодолевают за это время в разы большее расстояние. Гонка между лифтостроителями, в основном японскими, и без того нешуточная, продолжает набирать обороты.


График роста лифтовых скоростей на отрезке с 1974 по 2016 годы. Источник

Не думай о секундах свысока

Если допустить что удалось построить лифт с нужной высотой подъема при сохранении скоростных характеристик, то поездка на лифте Сименса и Гальске на обзорную площадку Лахта Центра заняла бы 3 минуты – вместо 45 секунд на шаттле, который будет осуществлять доставку в реальности. В принципе, и 3 минуты – это недолго… Но посмотрим, что дает минутная экономия.

На подъеме и спуске мы получим уже 4,5 минуты сэкономленного времени. При 12-часовом режиме работы обзорной площадки и получасовом времени посещения на спусках и подъемах экономится около 1,5 часов – время для еще трех групп желающих посмотреть на высотную панораму города. Данные по режиму работы объекта, конечно, взяты абстрактно– просто для примера.


Панорама с обзорной площадки Лахта Центра. Гигапиксельный вариант – на сайте проекта

Но вернемся к гонке высоких лифтовых скоростей.

В 2004 году статус самых быстрых лифтов в мире захватили два скоростных лифта Toshiba, установленных в небоскребе Taipei 101 в Тайбее (Тайвань), развивающие скорость 60,6 км/ч. Почти в два раза быстрее одного из самых быстрых футболистов планеты Криштиану Роналду (33,6 км/ч)


Роналду и Бугатти Вейрон — провокация от рекламщиков, но скоростной забег хорош

Лифты из Тайбея продержались на вершине больше 10 лет и были сброшены с пьедестала в 2015-м конкурентами из Mitsibishi, установившими в Шанхайской башне лифт, с максимальной скоростью передвижения 73,8 км/ч.

Срок жизни этого рекорда не превысил года. Уже в 2016 году компания Hitachi запустила в финансовом центре Гуанчжоу (CTF Finance Center) лифт, который на испытаниях в июне 2017-го развил скорость 75,6 км/ч. Правда, так гонять в реальной эксплуатации его не предполагается – поднимать пассажиров он будет со скоростью 72 км/ч, а опускать – с вдвое меньшей.

Качество езды имеет значение

С ростом лифтовых скоростей растут и две проблемы, влияющие на пассажирский комфорт.

Вибрация

Первая проблема– горизонтальная вибрация при подъеме. И тут еще большой вопрос, какого рода дискомфорт будет испытывать пассажир – физический или психологический, при поездке в активно трясущейся кабине, набирающей высоту в сотни метров со скоростью 60-70 км в час…

Пока основной способ управления вибрацией — технологии типа Active Roller Guide System, посредством которых гасят колебания до примерно вдвое меньших значений. В технологи задействованы ролики, с помощью которых лифт передвигается по направляющим рельсам. Система включает датчики горизонтальной вибрации, от которых через устройство управления на приводы роликов передается противодействующее электромагнитное усилие.


Горизонтальная подвеска лифта с активной системой роликовых направляющих. Роликовое колесо, с помощью которого лифт едет по направляющей, соединено с управляющим элементом, тот – с приводом, на который идет сигнал от датчика движения типа акселерометра. Скриншот из видео

Спасите наши уши

Вторая проблема высокоскоростных лифтов – шум при езде и перепады давления, вызывающие эффект заложенных ушей. Относительно шума — по расчетам Hitachi, рост скорости с 10 м/сек (36 км/ч) до 20 м/сек (72 км/ч) увеличивает внутренний шум в кабине лифта на 15 дБа и выше – до уровня шума как «при нахождении рядом с крупной магистралью».

Для решения производители применяют технологии, которые в принципе широко используются на транспорте – шумоизоляцию поверхностей, герметизацию кабин. Из последних разработок – аэродинамические капсулы для лифтов, в два раза снижающие уровень аэродинамического шума.


Капсула лифта аэродинамичной формы. Фотоисточник

Почему лифт едет вверх быстрее чем вниз

Специалисты выяснили, что проблема заложенных ушей выражена в основном при спуске. Поэтому в ряде комплексов высокоскоростные лифты доставляют наверх быстрее, чем вниз. Помните экспрессы Финансового центра в Гуанчжоу, упомянутые парой абзацев выше? Скорость вверх – 72 км/ч, а вниз — в два раза медленнее, чтобы людям было приятнее.
Помимо этого, для самых быстрых лифтов разработаны датчики контроля внутреннего давления и компенсирующие перепад механизмы.

Умножить на два

Увеличить КПД лифтов можно не только с помощью скорости. Самое очевидно решение – расширить размер кабин. И производители им активно пользуются. Например, лифты 41-этажного офисного здания Umeda Hankyu в японской Осаке имеют грузоподъемность по 5,25 тонны, а габариты кабины — 3,4 м в ширину, 2,8 м в длину и 2,6 м в высоту.


Площадь лифта в Umeda Hankyu – почти 10 кв. м.

Менее очевидные и технически более сложные решения – даблдеккеры, то есть двупалубные лифты и твины, лифты-«напарники», использующие одну и ту же шахту. Такие кабины позволяют перевести в два раза больше пассажиров за раз. Настоящее спасение для густонаселенных зданий.


Мультикабинные лифты: слева – твин, справа – даблдеккер

Leva Sapiens

Олимпийские «быстрее, выше, сильнее», все же не главный девиз современного лифтостроения. Отрасль идет по пути четвёртой технологической революции – лифты не просто совершенствуются физически, они обретают «интеллект».

И это не прихоть производителей. Современные жилые и офисные комплексы становятся все населеннее, однако, в основном за счет роста высоты, а не площади зданий, поэтому лишнего пространства для размещения дополнительных лифтов нет. Значит, нужны сложные многоуровневые системы вертикального транспорта с интеллектуальными системами управления.

А вот тут пора переместится в «Лахта Центр», где будет более 100 лифтов, 40 из которых – в башне.

***

Во второй части обзора читайте о лифтах в башне — зачем небоскреб поделили на транспортные зоны и что такое skylobby? Лифт — потребитель или поставщик электроэнергии? Чем удивит самый интересный лифт в Лахте? Лифт-спасатель, лифт для IT и другие лифты специального назначения.

***

Друзья, среди вас много специалистов по IT, а у нас сейчас как раз в процессе подготовки материал про системное администрирование на стройке комплекса. Если у вас есть какие-то вопросы по теме — пожалуйста, добавляйте в комментариях. По возможности осветим интересующие моменты в посте. Спасибо за ваш интерес.