ТРАНСПОРТНАЯ СИСТЕМА ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ
HIGH-RISE BUILDING ELEVATOR SYSTEM

Изобретение относится к транспортным системам для высотных зданий на электрической канатной тяге.
Известен вертикальный транспорт для высотных зданий, в которых лифтовые шахты располагаются по всей высоте здания, и лифты обслуживают все этажи (Лифты. Учебник для вузов / под общей ред. Д.П. Волкова - М.: изд-во АСВ, 1999. - 480 стр. с ил. ISBN 5-93093-012-0).
Недостатком таких конструкций является низкая производительность и долгое время ожидания. При высоте здания 30 этажей и выше применяется схема с главным посадочным этажом (чаще всего - это первый этаж здания) и разделением всех лифтов на группы, обслуживающие только часть этажей. Например, первая группа обслуживает этажи с 1 по 20 включительно; вторая группа - с 21 по 40 включительно, а зону со 2 по 20 этажи лифтовые кабины этой группы проходят транзитом, без остановок (так называемая «слепая» зона). Это позволяет реализовать преимущество высокой скорости движения лифтовых кабин, и чем выше обслуживаемая зона, тем с большей скоростью кабины могут проходить «слепую» зону.
Зачастую лифтовые группы обслуживания при проектировании соотносятся с зонированием высотных зданий по вертикали. Это позволяет использовать технические этажи для размещения машинных помещений лифтов, сократив потери полезной площади здания. Размещение оборудования на технических этажах позволяет с меньшими затратами решить проблему защиты от шума и вибраций. Такая схема организации вертикального транспорта успешно применяется и в настоящее время, однако в зданиях выше 50 этажей проявляются ее недостатки, главный из которых - увеличение количества лифтов. Простой расчет вероятностными методами показывает, что при такой схеме в некоторых случаях площадь, потребная для размещения лифтовых шахт, вообще превышает площадь этажа. С учетом очень высокой стоимости площади («квадратного метра») высотного здания такое увеличение количества лифтов совершенно неприемлемо для инвестора.
Известна транспортная система для высотных зданиях, как правило, превышающих 50 этажей, так называемые «sky lobby» (http://www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=4718). Суть схемы со «sky lobby» состоит в том, что высотное здание делится по вертикали на зоны, которые обслуживаются независимыми транспортными системами, например, группой лифтов, шахты которых проложены только лишь в пределах обслуживаемой зоны и не затрагивают остальные части здания. Как правило, в пределах зоны лифты группируются по классической схеме, со «слепыми» зонами.
К настоящему времени такая схема реализована в целом ряде высотных зданий, получивших мировую известность, многие из этих зданий к моменту постройки являлись самыми высокими в мире - «Willis Tower» в Чикаго, «Petronas Twin Towers» в Куала-Лумпуре, «Taipei 101» на Тайване и т.д.
Между собой зоны объединяются скоростными лифтами-шаттлами. Шахты лифтов-шаттлов действуют по всей высоте здания, но имеют всего 2-4 остановки, по числу обслуживаемых зон. Лифты-шаттлы позволяют быстро доставить большое количество людей на промежуточные посадочные узлы - нижние этажи зон. Эти промежуточные посадочные узлы и получили название «sky lobby».
По своей сути при данной схеме с точки зрения расположение лифтов представляет собой несколько отдельных «зданий», расположенных одно над другим. Лифтовые шахты разных зон располагаются в плане также одна над другой, в результате чего в пределах каждой зоны общее число шахт и, соответственно, занимаемая шахтами площадь, уменьшается. Разумеется, некоторая дополнительная площадь необходима для размещения лифтов-шаттлов, но их нужно не очень много - это лифты с очень большой скоростью и грузоподъемностью и малым числом остановок, позволяющим реализовать преимущество высокой скорости.
Высотные здания в силу своей специфики имеют большую степень потенциальной пожарной опасности в сравнении со зданиями нормальной этажности. Пожарная опасность для людей, находящихся в высотных зданиях, усиливается тем, что в отличие от малоэтажных домов сильно затрудняется эвакуация, а также возрастает сложность борьбы с пожарами (http://www.stroyfirm.ru/articles/article.php?id=191).
Основные причины трагических последствий при пожарах в высотных зданиях - блокирование путей эвакуации продуктами горения и огнем.
Для высотных зданий характерны быстрое развитие пожара по вертикали и большая сложность обеспечения эвакуации и спасательных работ. Продукты горения заполняют эвакуационные выходы, лифтовые шахты, лестничные клетки. Скорость распространения дыма и ядовитых газов по вертикали может достигать нескольких десятков метров в минуту. За считанные минуты здание оказывается полностью задымлено, а нахождение людей в помещениях без средств защиты органов дыхания невозможно. Наиболее интенсивно происходит задымление верхних этажей, где разведка пожара, спасение людей и подача средств тушения весьма затруднены. Помимо того, при пожаре часто выходит из строя лифтовое оборудование и системы противопожарной защиты.
Анализ последствий пожаров в небоскребах, построенных в конце XX века, а также пожар Всемирного торгового центра в Нью-Йорке после террористической атаки 11 сентября 2001 года, показали, что факторами, способствующими трагическому развитию событий, являлись отсутствие технических средств для эвакуации при авариях и пожарах.
Требования по обеспечению безопасности людей являются приоритетными в комплексе мероприятий пожарной безопасности высотных зданий. Уровень пожарной безопасности людей должен соответствовать требованиям ГОСТ 12.1.004-91 и подтверждаться расчетным путем для согласованных сценариев возможного пожара.
Требования к путям эвакуации в высотных зданиях следует предъявлять более жесткие, чем в обычных зданиях. Поскольку эвакуация при пожаре на больших высотах через оконные проемы невозможна в силу отсутствия соответствующей спасательной техники, необходимо предусматривать быстрый доступ к эвакуационным путям внутри здания.
Практика показала, что для обеспечения высокого уровня пожарной безопасности высотных зданий целесообразно разрабатывать специальные технические условия на проектирование систем их противопожарной защиты, которые позволяют учесть технологические, архитектурные и другие специфические особенности объекта. Опыт проектирования и строительства высотных комплексов в Москве в рамках программы "Новое кольцо Москвы" подтвердил подобный подход. Уже построен и готов к сдаче ряд высотных зданий - жилой комплекс "Эдельвейс" на Давыдковской улице, 50-этажный комплекс "Вертикаль" на Ленинском проспекте, комплекс "Континенталь" на проспекте Маршала Жукова и другие.
Наиболее близким техническим решением к предложенной конструкции является аварийно-спасательная система эвакуации людей из высотных зданий (http://coloredglassprinting.viviti.com).
Система спасения предназначена для использования при любых возможных экстренных ситуациях: пожарах, землетрясениях, террористических атаках и т.п. Она обеспечивает быструю одновременную эвакуацию до 135 человек любого возраста и физических возможностей за один рабочий цикл. Одновременно с выводом людей из опасной зоны аварийно-спасательная система доставляет в нужную точку спасателей, пожарников или группу захвата преступников. Эвакуация осуществляется одновременно с нескольких (до 5-ти) этажей высотного здания. Стандартная высота зданий, для которых предназначена система - 200-300 метров.
Система предназначена для коллективной, массовой эвакуации населения. Для того чтобы избежать зависимости от состояния здания, она размещается и работает на его наружной стороне, имеет собственные источники питания и пульты управления. Эффективность работы аварийно-спасательной системы обеспечивается за счет принципиально нового подхода к ее конструированию. Для создания механизма спасения используется оригинальное инженерное решение - применение принципа матрешки для компактного размещения нескольких спасательных кабин в сложенном состоянии и их быстрого развертывания в процессе эвакуации.
Монтаж и установка системы требует определенной адаптация конкретного архитектурного сооружения к ее использованию. Такая адаптация сводится к выбору места экстренных выходов, доступных в кратчайшее время для спасающихся. Эти выходы должна позволить спасателям открыть их с наружной стороны здания при входе и закрыть при выходе. Должны быть предусмотрены и пандусы для перемещения инвалидных кресел из здания в спасательные кабины. Возможно установление дополнительных скрытных направляющих тросов на внешней стороне здания. Тросы служат дополнительным направляющим средством, еще более повышающим устойчивость конструкции. Аварийно-спасательная система монтируется на крыше как новых, так и существующих зданий. Основными элементами ее конструкции являются основание, приваренное к железобетонному каркасу здания, механическая система развертки и движения, два автономных генератора-источника питания, два пульта управления в различных точках нулевого уровня, и набор развертывающихся спасательных корзин. Для работы в критических условиях огня и дыма выбраны соответствующие, огнеупорные материалы кабин и механических частей.
Пульты управления установлены один - в самом здании, в вестибюле у дежурного оператора, а второй - резервный в здании по соседству или в специальном помещении.
Аварийно-спасательная система работает следующим образом. В критической ситуации по команде с пульта на земле, установленная на крыше конструкция активируется и спускается на землю. Несколько встроенных как матрешка кабин спускаются вниз, разворачиваются и принимают на борт пожарных и спасателей. После этого кабины поднимаются и становятся перед аварийными дверями сразу нескольких этажей. Пожарный открывает снаружи аварийные двери (возможно автоматическое открытие дверей снаружи!) и входит в помещение на площадку сбора эвакуированных. После открытия производится одновременная эвакуация персонала и посетителей здания или его жителей с нескольких этажей. После заполнения кабин система опускается на землю с пассажирами. Спасенные люди последовательно выходят из эвакуационных кабин. Каждая последующая кабина входит в предыдущую после освобождения. Максимальное время цикла эвакуации с верхних этажей здания - 8-10 минут для самых высоких зданий.
Система является только аварийно-спасательной для эвакуации людей из высотных зданий. Других предназначений она не имеет, и, как следствие, обладает минимальным комфортом при эксплуатации, используется очень редко и для ее готовности необходимо постоянное обслуживание. Привести его в работоспособное состояние все же требует специальных знаний и обученных специалистов, а это условие требует постоянное (круглосуточное) дежурство людей.
Предложенная авторами конструкция решает одновременно несколько задач, а именно повышает эффективность и комфортность пассажирской транспортной системы высотных зданий за счет высвобождения площадей («квадратных метров») высотного здания, и одновременно решает вопросы спасения и безопасности в чрезвычайных ситуациях для пассажиров. К тому же конструкция удобна в эксплуатации, минимизирует логистические маршруты в пространстве и времени для высотного строительства. Она может применяться для нового строительства, так и при реконструкции уже существующих строений.
Поставленная задача достигается за счет того, что транспортная система высотных зданий, включающая канатный привод, основание, прикрепленное к зданию на уровне верхних этажей, автономные источники питания, пульты управления, кабины, движущиеся с помощью тяговых канатов по наружной стороне здания в канатных направляющих, и остановочные площадки, причем на основании смонтированы одна или две верхние остановочные площадки, а на нулевом уровне с противоположных сторон здания две нижние остановочные площадки; все остановочные площадки оборудованы системой фиксации каретки и кабин при их остановке; кабины подвешены к нитям тягового каната посредством каретки и имеют реверсивный характер движения с остановкой одной кабины на верхней остановочной площадке, а другой - соответственно, на нижней остановочной площадке с нулевой отметкой; кабины удерживаются в стабильном состоянии при движении посредством каретки с колесами, по их количеству и размеру соответствующие канатным направляющим; кабины соединяются с нитями тягового каната отцепляемыми зажимами, установленными на каретке, по их количеству и диаметру соответствующими нитям; кабины имеют автоматические двери, открывающиеся при фиксации подвеса и кабин на остановочных площадках; каждая кабина внутри имеет пульт управления; канатный привод выполнен в виде кольцевого тягового каната, образующего две и более петли, охватывающие приводной, соответствующий количеству нитей, многоручьевой шкив трения, установленный на нижней остановочной площадке с нулевой отметкой, и натяжную систему, установленную на нижней остановочной площадке с нулевой отметкой на противоположной стороне здания; нити тягового каната проходят сквозь здание или опираются на него посредством роликовых балансиров, смонтированных на основании; канатные направляющие, соединяющие остановочные площадки между собой, выполненные из двух и более неподвижных канатов, огибающих по роликовым балансирам/башмакам, закрепленных на основании, здании; неподвижные канаты соединены между собой подвесными опорами в виде подковообразной балки, установленными по длине пути транспортирования, с количеством поддерживающих блоков, соответствующих количеству нитей тягового каната, и неотцепляемыми зажимами, жестко соединенными с неподвижными канатами.
Частным случаем разработанной конструкции для доставки (эвакуации) посетителей на (из) является то, что основание системы расположено на смотровой площадке здания Останкинской башни.
На фиг.1 представлена схема транспортной системы
На фиг.2 представлена верхняя остановочная площадка.
На фиг.3 представлена нижняя остановочная площадка с приводным шкивом.
На фиг.4 представлена нижняя остановочная площадка с натяжной системой.
На фиг.5 представлены элементы транспортной системы.
На фиг.6 представлена подвесная опора.
Транспортная система для высотных зданий содержит: основание 1, прикрепленное к зданию на уровне верхних этажей; автономные источники питания 2; пульты управления 3, установленные в каждой кабине 4; кабины 4, движущиеся с помощью тяговых канатов 5 по наружной (внешней) стороне здания в канатных направляющих 6; верхние остановочные площадки 7, смонтированные на основании 1 (в части здания, сквозь которое проходит канат, или в верхней части здания); нижние остановочные площадки 8, установленные на нулевом уровне с противоположных сторон здания (условное обозначение); остановочные площадки 7,8 оборудованы системой фиксации 9 каретки 11 и кабин 4 при их остановке; кабины 4 подвешены к нитям 10 тягового каната 5 посредством каретки 11; кабины 4 имеют реверсивный характер движения с остановкой одной - на верхней остановочной площадке 7, а другой - соответственно, на нижней остановочной площадке 8 с нулевой отметкой; кабины 4 удерживаются в стабильном состоянии при движении посредством каретки 11 с колесами 12, по их количеству и размеру соответствующие канатным направляющим 6; кабины 4 соединяются (разъединяются) с нитями 10 тягового каната 5 отцепляемыми зажимами 13, установленными на каретке 11, по их количеству и диаметру соответствующими нитям 10; кабины 4 имеют автоматические двери 14, открывающиеся при фиксации каретки 11 и кабин 4 на остановочных площадках 7,8; каждая кабина 4 внутри имеет дополнительный пульт управления 3; канатный привод выполнен в виде кольцевого тягового каната 5, образующего две и более петли, охватывающие приводной 15, соответствующий количеству нитей 10, многоручьевой шкив трения, установленный на нижней остановочной площадке 8 с нулевой отметкой и натяжную систему 16, установленную на нижней остановочной площадке 8 с нулевой отметкой, но на противоположной стороне здания; нити 10 тягового каната 5 проходят сквозь здание, или опираются на него посредством роликовых балансиров 17, смонтированных на основании 1; канатные направляющие 6, соединяющие остановочные площадки 7,8 между собой, выполненные из двух и более неподвижных канатов 18, огибающих по роликовым балансирам/башмакам 19, закрепленных на основании 1, здание; неподвижные канаты 18 соединены между собой подвесными опорами 20 в виде подковообразной балки, установленными по длине пути транспортирования, с количеством поддерживающих блоков 21, соответствующих количеству нитей 10 тягового каната 5 и неотцепляемыми зажимами 22, жестко соединенными с неподвижными канатами 18 канатных направляющих 6.
Транспортная система высотных зданий работает следующим образом. В исходном положении одна кабина 4 находится на верхней остановочной площадке 7, а другой - соответственно, на нижней остановочной площадке 8 с нулевой отметкой. Кабины 4 отсоединены от тягового каната 5 и удерживаются системой фиксации 9 каретки 11 и кабин 4. Автоматические двери 14 кабин 4 открыты.
Так как высотное здание имеет определенную амплитуду собственных колебаний, т.е. верхняя часть здания перемещается относительно основания и, соответственно, верхняя остановочная площадка 7 перемещается относительно нижней остановочной площадки 8, расположенной на нулевой отметке, то нити 10 тягового каната 5 и неподвижные канаты 18 канатных направляющих 6 обкатываются (скользят) по роликовым балансирам 17 и роликовым балансирам/башмакам 19, закрепленным на основании 1. Транспортная система не оказывает влияние на естественные процессы, происходящие с высотными зданиями.
Пассажиры садятся в кабины 4, нажимают пульт управления 3, автоматические двери 14 закрываются, система фиксации 9 каретки 11 и кабин 9 на остановочных площадках 7, 8 разблокируется. Включается натяжная система 16, создающая необходимое натяжение в нитях 10 тягового каната 5. Кабины 4 оказываются в висячем положении, закрепленные к каретке 11. Отцепляемые зажимы 13, установленные на каретке 11, соединяются с нитями 10 тягового каната 5. Включается канатный привод, вращающий приводной 15 многоручьевой шкив трения, передающий тяговое усилие на нити 10 тягового каната 5. Кабины 4 начинают реверсивное движение от верхней остановочной площадки 7, к нижней остановочной площадке 8 с нулевой отметкой. При окончании реверсивного движения весь процесс автоматически повторяется в обратном порядке. Кабины 4 останавливаются, автоматические двери 14 открываются, и пассажиры выходят, оказываясь на нужном уровне (верхнем либо нижнем).
Для устранения перехлестывания нитей 10 тягового каната 5 и неподвижных канатов 18 канатных направляющих 6 в процессе эксплуатации предусмотрены подвесные опоры 20, в виде подковообразной балки, установленные по длине пути движения кабин 4, с количеством поддерживающих блоков 21, соответствующих количеству нитей 10 тягового каната 5 и неотцепляемых зажимов 22, жестко соединенных с неподвижными канатами 18 канатных направляющих 6.
Предложенная конструкция транспортной системы высотных зданий позволяет повысить эффективность и комфортность транспортировки пассажиров за счет высвобождения площадей («квадратных метров») высотного здания, и одновременно решить вопросы спасения и безопасности в чрезвычайных ситуациях для пассажиров. К тому же конструкция расширяет возможности архитектурных решений, удобна в эксплуатации, предлагает вариабельность новых логистических маршрутов в пространстве и времени для высотного строительства. Конструктивные решения позволяют применить транспортную систему, как для нового строительства, так и при реконструкции уже существующих строений.
Для проверки работоспособности отличительных признаков в качестве примера авторы предложили конструкцию транспортной системы для доставки (эвакуации) посетителей на (из) смотровую площадку Останкинской башни в виде модель 3D мультимедиа (Приложение 1.).
Испытание конструкции транспортной системы высотных зданий путем 3-D моделирования с учетом основных отличительных признаков в предложенном изобретении, показало ее работоспособность и новизну.
На основании вышеизложенного, и с учетом проведенного патентно-информационного поиска считаем, что предлагаемая нами конструкция «Транспортная система высотных зданий» может быть признана изобретением и защищена патентом.