当世贸中心一号大楼(1 WTC)的观景台于5月29日在曼哈顿下城开放时,游客将欣赏到壮观的360度纽约市景以及周边地区,从近390米高的繁华街道之上俯瞰。要到达这座建筑的顶层,也被称为“自由塔”,只需乘坐60秒的西半球最快电梯系统。
104层的世贸中心一号大楼——于11月向租户开放——拥有71部电梯,其中五部将是高速电梯,最高速度超过每小时36.5公里。它们不是世界上最快的——台湾台北101摩天大楼的电梯以高达每小时60公里的速度冲到508米高塔楼的顶部——但它们仍然比世贸中心一号大楼的前身双子塔中的高速电梯快整整25%。
安装在世贸中心一号大楼屋顶上的八个2.3吨重的电动机为高速电梯提供动力。每部电梯都使用滑轮系统运行,该系统由轿厢和通过电缆连接的配重组成。世贸中心一号大楼的电梯总共使用了大约454,000公斤的配重来升降建筑物的升降井或竖井。
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除了速度快之外,服务于世贸中心一号大楼——美洲最高的建筑——的电梯还采用了多项先进技术,旨在提高乘坐质量、安全性和物流效率。虽然其中一些功能已在世界各地其他“超高层”建筑中使用,但仔细观察世贸中心一号大楼的电梯系统,就会发现自奥的斯兄弟公司第一部客用电梯将购物者从纽约市一家百货公司的地面楼层提升起来以来,电梯技术已经发展了多远,那是1857年。
未来的电梯预计将无需电缆即可运行,但这还需要数年时间,因为工程师们正在开发在没有任何配重帮助的情况下,自行提升重达4,500公斤以上的电梯轿厢的方法。多年来,几家电梯公司一直追求的一种方法是开发使用电磁悬浮在任何方向上移动的无缆轿厢。
竞速登顶
电梯需要的不只是强大的电机才能高速行驶。与高速列车一样,快速移动的电梯也需要极其光滑的轨道和轨道接头才能快速移动。“随着时间的推移,火车轨道变得越来越长,以减少火车必须经过的接头数量,并创造更平稳的乘坐体验,”总部位于田纳西州科利维尔的电梯和自动扶梯咨询公司Elevator Safety Solutions的所有者约翰·科沙克说。然而,电梯轨道的垂直定位将其长度限制在约4.9米,这意味着任何摩天大楼都需要大量的轨道接头。
电梯还必须考虑到导轨之间距离的微小变化,这些变化是由于温度、风和其他条件的变化导致摩天大楼在一天中轻微摇摆而发生的。“这些因素意味着,在非常高的建筑物中,你永远不可能拥有一个完美的平面供电梯行驶,”科沙克观察到。
在世贸中心一号大楼,工程师们正在使用所谓的“主动滚轮导轨”系统来最大限度地减少电梯轿厢的晃动。滚轮导轨使电梯的车轮(称为滚轮)在轿厢上升和下降时与导轨保持接触。世贸中心一号大楼使用的滚轮由聚氨酯制成,因此它们可以吸收轨道接头中的轻微缺陷,并由一个系统控制,该系统推拉导轨,以防止任何错位或缺陷干扰平稳的乘坐,据总部位于佐治亚州阿尔法利塔的蒂森克虏伯电梯公司称,该公司与纽约和新泽西港务局签订了一份价值$8798万美元的合同,负责世贸中心一号大楼的电梯和自动扶梯服务。蒂森克虏伯与滚轮导轨制造商Elsco(总部位于马里兰州欧文斯米尔斯)共同开发了该系统。这些主动滚轮导轨系统“就像非常智能的减震器,这在实时操作中很难做到,”科沙克说。“从现在开始,你将在[超高层]建筑中看到这些。”
无压力
在设计和建造可以攀登超高层摩天大楼(根据定义,超过300米)的高速电梯系统时,气压也是一个需要考虑的问题。工程师、建筑师和建造商必须考虑到气压变化不仅会影响电梯轿厢及其乘客,还会影响他们经过的楼层。当一个典型的4,500公斤重的轿厢与一个7,300公斤重的配重一起冲上其升降井时,会产生巨大的空气位移。“由于轿厢上方区域气压较高,下方区域气压较低,因此你会造成一种情况,即轿厢上方的升降井门想要向走廊吹出,而轿厢下方的升降井门想要吸入升降井,”科沙克解释说。
蒂森克虏伯在世贸中心一号大楼的电梯顶部周围安装了空气动力学铝制整流罩,以减少空气阻力、阻力和风噪声,从而最大限度地减少空气位移。这种创新气流设计的理念是,电梯门和升降井门之间的气压保持中性——当高速电梯经过不停靠的楼层时,只有最小的“嗖嗖”声或门嘎嘎声,科沙克说。然而,影响轿厢内人员的气压变化更难缓解。蒂森克虏伯在世贸中心一号大楼的方法是在轿厢内部提供额外的气压以补偿压力下降,然后缓慢释放,以防止乘客的耳朵感到不适。
电梯的上升速度可以达到技术允许的最大速度,而不会因压力变化而引起乘客不适。530米高的广州周大福金融中心预计将配备电梯,其上升速度高达每小时72公里,位于德克萨斯州加尔维斯顿的电梯咨询公司Fortune Shepler Saling的负责人詹姆斯·福琼说。然而,电梯通常不会以超过每小时36公里的速度下降,因为任何更快的速度都可能导致耳朵不适。
安全
双子塔——建于1960年代末和1970年代初——与世贸中心一号大楼的主要结构差异之一是,前者由钢制外骨架连接在一起,其脆弱性在2001年9月11日被揭示。新建筑有一个空心的混凝土核心,作为建筑物的结构骨干。根据蒂森克虏伯的说法,电梯升降井穿过这个核心,受到一米厚的混凝土墙的保护。
世贸中心一号大楼的紧急电梯升降井保持正压,以防止在紧急情况下烟雾进入。电梯本身设有一个辅助门,通向单独的走廊,如果楼层的主要部分太危险,无法让响应人员从电梯主门出来,他们可以去那里。
高层建筑和摩天大楼的居住者通常被告诫在发生火灾或其他紧急情况时永远不要乘坐电梯。然而,此规则不适用于极高的建筑物,因为如果所有电梯都被召回地面楼层,大多数居住者将无法及时步行下100层或更多层楼,福琼说。他提倡他所说的“救生艇”运行,在高层建筑中,电梯可以切换到疏散模式,使响应人员能够将它们带到指定的楼层,例如空中大堂,以营救建筑物居住者。阿拉伯联合酋长国迪拜的哈利法塔——世界上最高的建筑物,近830米——已为这种疏散做好准备。据福琼称,它有加压、空调避难层和10部电梯可用于救生艇疏散。
呼叫所有轿厢
交通管理是高层建筑电梯使用的关键部分。超高层和“巨型高层”(超过600米)结构本质上是堆叠在建筑物顶部的建筑物,每个建筑物之间都有空中大堂,电梯咨询公司Lerch Bates的国际执行副总裁杰伊·波普解释说。使用空中大堂是为了提高将人们运送到他们想要的楼层的效率并缩短等待时间。“一般来说,最佳设计实践是用我们称之为本地电梯或服务于建筑物特定部分的电梯来服务最多约60层楼,”他补充道。
世贸中心一号大楼的电梯系统依赖于大堂内的自助服务终端设置,该设置确定特定访客将乘坐哪部电梯。蒂森克虏伯的目的地调度系统用于该建筑物的63部电梯中,以将个人引导至合适的轿厢。前往同一楼层的人员被分组在一起,以获得更快的服务。例如,在世贸中心一号大楼64层以上工作的人员首先乘坐高速电梯到达64层的空中大堂,在那里他们可以换乘电梯到达建筑物的更高楼层。目的地调度系统可以链接到建筑物安全系统,因此租户或访客可以在旋转门刷卡,并自动被引导到前往其目标楼层的相应电梯。
未来
高层电梯依靠绳索和电缆在其升降井中上下移动。虽然这种设计将其运动限制在单个轴上,但在有人开发出无需配重即可自行提升电梯轿厢的电机之前,这种情况不太可能改变。电梯公司已指出电机驱动的磁悬浮——已用于少数高速列车——是取代绳索-配重系统的一种方法。
蒂森克虏伯于去年12月公布了其无缆磁悬浮技术的构想——称为MULTI。除了允许电梯轿厢沿其轨道引导的任何方向移动外,还可以在同一升降井中添加多个轿厢以提高效率。该公司正在为其MULTI电梯制作原型,并计划将其安装在德国罗特韦尔的一座测试塔中,以便在2017年进行测试。(早期的预测是明年开始测试。)奥的斯在1996年宣布,它正在开发自己的多向电梯系统,称为Odyssey,但在公司将其重点转移到使用柔性钢丝增强带而不是硬质金属电缆的更传统的设计几年后,搁置了该项目。
科沙克说,这些磁性设计的问题一直是热量。“为了获得提升重负载所需的磁力强度,你需要一个紧密的轨道和磁铁组件,并需要大量的电流来驱动这一切,”他解释说。这会产生大量热量,必须以某种方式释放,否则配重、升降井和轿厢都会变得太热。
尽管存在这些挑战,并且多年来其他制造商也探索了不同的无缆设计,“MULTI是迄今为止技术最先进的,并且真正有机会投入生产,”波普说。尽管如此,如果MULTI系统进入市场,最早使用该系统的建筑物很可能首先将该技术限制在传统的上下电梯升降井中,他补充道。这样,如果该技术不起作用,建筑物业主仍然可以安装更传统的电梯。