淺談電梯垂直交通系統(tǒng)的配置及優(yōu)化調(diào)度

摘要：隨著時(shí)代的發(fā)展，建筑物功能多樣化特征日益顯著，使傳統(tǒng)電梯交通系統(tǒng)面臨挑戰(zhàn)。本文主要從電梯垂直交通系統(tǒng)所面臨的新要求以及電梯垂直交通系統(tǒng)的多目標(biāo)優(yōu)化模型等兩個(gè)角度對(duì)電梯垂直交通系統(tǒng)配置及調(diào)度優(yōu)化進(jìn)行深入分析和探討。

關(guān)鍵詞：電梯垂直交通系統(tǒng)，多目標(biāo)優(yōu)化模型，調(diào)度

電梯機(jī)電結(jié)合安裝于建筑物中，是以提供垂直運(yùn)輸服務(wù)為主的交通工具。隨著時(shí)代的發(fā)展，高層建筑數(shù)量越來越多，電梯的使用也日益普遍，電梯交通系統(tǒng)的復(fù)雜程度也越來越高，特別是在當(dāng)前我國(guó)城市建筑迅猛發(fā)展的時(shí)代背景之下，確保電梯垂直交通系統(tǒng)運(yùn)行效率不斷提升，就要對(duì)電梯垂直交通系統(tǒng)配置及調(diào)度予以優(yōu)化，本文將對(duì)此進(jìn)行分析和探討。

1電梯垂直交通系統(tǒng)多目標(biāo)要求

（1）爭(zhēng)取平均侯梯時(shí)間最小化。所謂侯梯時(shí)間，就是乘客開始呼梯起，到電梯達(dá)到呼叫樓層乘客進(jìn)入電梯所占用的時(shí)間，爭(zhēng)取平均侯梯時(shí)間最小化是對(duì)電梯控制系統(tǒng)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)的一項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)；（2）盡量縮短平均乘梯時(shí)間，所謂乘梯時(shí)間，就是乘客進(jìn)入電梯起，到離開電梯止所花費(fèi)的時(shí)間。考慮到乘客的乘坐感受，應(yīng)盡可能的縮短乘梯時(shí)間；同時(shí)，電梯頻繁的起停同樣會(huì)影響電梯運(yùn)行時(shí)間，導(dǎo)致乘客出現(xiàn)煩躁情緒；（3）爭(zhēng)取盡可能低的系統(tǒng)耗能量。電梯垂直交通系統(tǒng)涉及數(shù)臺(tái)電梯，所以，有效控制能源消耗量是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)的關(guān)鍵指標(biāo)。通常情況下，電梯處于全速運(yùn)行狀態(tài)時(shí)所耗費(fèi)的能源量最低，相反，停靠次數(shù)越多，耗能量也就越大，因此，必須對(duì)電梯群相應(yīng)呼叫信號(hào)進(jìn)行合理安排及調(diào)度；（4）避免電梯內(nèi)擁擠情況，考慮到乘客乘坐感受，應(yīng)避免電梯箱內(nèi)過度擁擠；（5）盡可能提高客流輸送能力，作為建筑物垂直交通系統(tǒng)核心，電梯的輸送能力如何是對(duì)該系統(tǒng)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)的關(guān)鍵指標(biāo)，如果電梯輸送能力較差，就會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)擁擠、侯梯時(shí)間久等不利后果，特別是在客流高峰期。除此之外，還要盡可能控制長(zhǎng)侯梯率、提升轎廂抵達(dá)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確度等。

2電梯垂直交通系統(tǒng)配置及調(diào)度優(yōu)化模型

以上述電梯垂直交通系統(tǒng)多目標(biāo)要求為主要依據(jù)，選擇多目標(biāo)優(yōu)化方法構(gòu)建電梯垂直交通系統(tǒng)配置及優(yōu)化模型。所謂多目標(biāo)優(yōu)化，具體就是在可行設(shè)計(jì)空間內(nèi)確定設(shè)計(jì)變量，確保針對(duì)不同設(shè)計(jì)目標(biāo)的優(yōu)化同時(shí)實(shí)現(xiàn)。構(gòu)建電梯垂直交通系統(tǒng)配置及調(diào)度模型主要涉及以下內(nèi)容：

2.1決策變量

探討多目標(biāo)優(yōu)化問題，首先面臨的就是決策變量。具體到電梯垂直交通系統(tǒng)當(dāng)中，決策變量指的是電梯運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)、內(nèi)部呼叫請(qǐng)求、完成配置的以及未進(jìn)行分配的外部呼叫請(qǐng)求等。

2.2目標(biāo)函數(shù)

通過進(jìn)行多目標(biāo)規(guī)劃，在不同目標(biāo)約束對(duì)應(yīng)的正、負(fù)偏差及偏好關(guān)系基礎(chǔ)之上構(gòu)建起的函數(shù)就是目標(biāo)函數(shù)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員設(shè)定好目標(biāo) ，在可行解集 的范圍中確定與該目標(biāo)之間偏差最低的解。

整體而言，電梯垂直交通系統(tǒng)所涉及的設(shè)計(jì)目標(biāo)主要有：等待電梯的時(shí)間 、等待電梯平均用時(shí) 、乘坐電梯的時(shí)間 、平均乘梯時(shí)間 、系統(tǒng)所耗費(fèi)的能量值 以及客流交通模式 等。

其中，關(guān)于等待電梯的時(shí)間，如果呼叫方向和電梯運(yùn)行方向一致，并且電梯尚未到達(dá)呼叫樓層的情況下，電梯同向達(dá)到申請(qǐng)呼叫樓層；如果呼叫方向和電梯運(yùn)行方向一致，電梯已經(jīng)經(jīng)過了呼叫樓層的情況下，電梯會(huì)先反向運(yùn)行，之后向呼叫樓層運(yùn)行；如果電梯運(yùn)行方向正好背離呼叫方向，則電梯保持反向運(yùn)行，之后向呼叫樓層運(yùn)行。

系統(tǒng)能量消耗，一般情況下，在建筑物能源消耗的總量當(dāng)中，約有4%～7%左右是電梯所耗費(fèi)的，建筑物樓層數(shù)、建筑物功用、面積以及客運(yùn)量等因素都會(huì)在一定程度上影響電梯系統(tǒng)能量消耗量，從這一角度分析，電梯系統(tǒng)能量消耗主要是由電梯啟停次數(shù)所決定的，所以，要想實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯耗能量的有效控制，達(dá)到節(jié)能目的，首先需要對(duì)電梯啟停次數(shù)進(jìn)行適當(dāng)控制，盡可能減少電梯啟動(dòng)及停止次數(shù)；由于對(duì)于處于空載上行以及滿載下行的電梯而言，電機(jī)都處于發(fā)電工作狀態(tài)，此時(shí)應(yīng)將處于空載上行或滿載下行的電梯優(yōu)先分配給外呼信號(hào)，這樣便可以向電網(wǎng)及時(shí)反饋再生能量，從而實(shí)現(xiàn)能源節(jié)約效果。

客流交通模式，一般情況下，主要借助乘客數(shù)量、乘客出現(xiàn)周期以及乘客分布狀況等三個(gè)關(guān)鍵指數(shù)來對(duì)電梯客流交通模式狀態(tài)量進(jìn)行描述，借助電梯乘客交通模式這一指標(biāo)，可以了解電梯垂直交通系統(tǒng)實(shí)時(shí)交通狀態(tài)。通常較為常見的客流交通模式主要有上行高峰模式、下行高峰模式、二路四路模式、平衡層間模式以及空閑模式等。

2.3約束條件

電梯垂直交通系統(tǒng)約束條件也就是電梯系統(tǒng)運(yùn)行所遵循的基本規(guī)則，一般較為常見的電梯垂直交通系統(tǒng)約束條件有：防止長(zhǎng)時(shí)間等待、防止長(zhǎng)時(shí)間乘坐、防止超載、防止電梯空載狀態(tài)運(yùn)行、順向截停、同向優(yōu)先、盡可能控制電梯啟停次數(shù)等。

2.4最優(yōu)解

在實(shí)踐中，電梯垂直交通系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)數(shù)個(gè)目標(biāo)相互矛盾的情況，所以，所有目標(biāo)函數(shù)同時(shí)獲取最佳解的情況基本不可能。對(duì)于多目標(biāo)優(yōu)化的各個(gè)求解方法而言，利用約束法所得到的最佳解僅為原多目標(biāo)優(yōu)化問題的弱有效解；通過分層序列法進(jìn)行求解必須掌握系統(tǒng)設(shè)計(jì)者喜好等相關(guān)信息，與此同時(shí)，求解一個(gè)解還需要解決相應(yīng)的優(yōu)化問題；相比較而言，評(píng)價(jià)函數(shù)法加權(quán)系數(shù)法所需要的計(jì)算步驟最少，只需借助相應(yīng)的計(jì)算機(jī)編程軟件便可以迅速完成求解計(jì)算，所以，在本文中筆者選擇加權(quán)系數(shù)法來對(duì)電梯垂直交通系統(tǒng)進(jìn)行最佳解求解。

構(gòu)建電梯垂直交通系統(tǒng)群控模型需要經(jīng)過以下幾個(gè)步驟：第一步，以電梯運(yùn)行狀態(tài)信息以及申請(qǐng)呼叫等相關(guān)信息為依據(jù)，來對(duì)侯梯時(shí)間、平均侯梯時(shí)間、乘梯時(shí)間以及平均乘梯時(shí)間等關(guān)鍵指數(shù)進(jìn)行求解；第二步，以目前客流量指標(biāo)為依據(jù)來確定交通模式及相應(yīng)的權(quán)系數(shù)；最后，利用最優(yōu)評(píng)價(jià)函數(shù)來進(jìn)行求解，并將派梯方案最終確定下來。

在該方案之下，可以使得每一層都采用相對(duì)計(jì)數(shù)方式，在電梯運(yùn)行之前先通過學(xué)習(xí)，測(cè)算出相應(yīng)樓層的高度脈沖數(shù)。比如，7層對(duì)應(yīng)的存入6個(gè)DM06～DM21層，而樓層計(jì)數(shù)器（CNT46）為一雙向計(jì)數(shù)器，當(dāng)?shù)竭_(dá)各層的樓層計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)，根據(jù)運(yùn)行方向進(jìn)行加1或減1計(jì)數(shù)。在運(yùn)行的過程中，當(dāng)高速計(jì)數(shù)器值與快速換速點(diǎn)對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)相等時(shí)，若電梯處于快速運(yùn)行且本層有選層信號(hào)，發(fā)快速換速信號(hào)。若電梯中速運(yùn)行或雖快速運(yùn)行但本層無選層信號(hào)，則不發(fā)換速信號(hào)。這樣，就可以使得電梯根據(jù)不同的樓層和需要改變速度。

3結(jié)語(yǔ)

綜上所述，當(dāng)今時(shí)代，建筑物功能多樣化特征日益顯著，傳統(tǒng)電梯交通系統(tǒng)已經(jīng)越來越無法滿足現(xiàn)實(shí)需求，為進(jìn)一步提升電梯垂直交通系統(tǒng)運(yùn)行效率，需要對(duì)電梯垂直交通系統(tǒng)配置及調(diào)度予以優(yōu)化，本文主要從電梯垂直交通系統(tǒng)所面臨的新要求以及電梯垂直交通系統(tǒng)的多目標(biāo)優(yōu)化模型等兩個(gè)角度對(duì)電梯垂直交通系統(tǒng)配置及調(diào)度優(yōu)化來展開論述。

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