Scientific Journal of Control Engineering June 2014, Volume 4, Issue 3, PP.64-71
Evaluation and Operation Efficiency of Elevator Service Quality Research Chenghui Yang 1,2 1. College of Electrical Engineering, Northwest University for Nationalities, Lanzhou 730030, China 2. School of Automation & Electrical Engineering, Lanzhou Jiao Tong University, Lanzhou 730070, China Email: yangchenghui36@163.com
Abstract The statistical characteristic of lift transport system is the statistics laws which study the lift traffic with the statistical methods. The rate of 5-minute load (CE), the number of lift (N), the average aperture time (AI), the time of average travel (AP) and the acceleration distance (Sa) are the parameters of describing the statistical characteristics. This thesis will be mainly based on the statistical characteristics of the lift transport system, using statistical methods to design a specific and simulated model analyzing the lift service quality and operational efficiency for medium and large office building. It aims to make the users according to the simulation result analyze the design parameters reasonably, and lead to practice. Keywords: Statistical Characteristics; Service Quality; Operational Efficiency
电梯群控服务质量评价与运行效能研究
*
杨成慧1,2 1.西北民族大学 电气工程学院，甘肃 兰州 730030 2.兰州交通大学 自动化与电气工程学院，甘肃 兰州 730070 摘
要：电梯交通系统的统计特性是指用统计学方法研究电梯交通的统计规律。5 分钟载客率 CE、电梯台数 N、平均
间隙时间 AI、平均行程时间 AP 及加速距离 Sa 等，都是描述统计特性的参数。本文主要根据电梯交通系统的统计特性， 利用统计学的方法设计了一个专门针对大中型办公楼电梯群服务质量与运行效能分析的仿真模型，希望使用者能根据仿 真结果参数参照分析其设计的合理性，从而指导实践。 关键词：统计特性；服务质量；运行效能
引言 电梯交通配置理论同工程应用一直是互相促进、共同发展的。电梯交通系统的统计特性是指用统计学方 法研究电梯交通的统计规律。例如，作为输出分量的 5 分钟载客率 CE、电梯台数 N、平均间隙时间 AI、平 均行程时间 AP 及加速距离 Sa 等，都是描述统计特性的参数。 有效的电梯交通配置，是垂直交通系统高效运行的基本保证。作为本科毕业设计论文，本文所要研究的 是根据建筑物的类型、交通流状况、管理目标及能量消耗的要求，通过对电梯交通系统的统计特性的仿真计 算，合理的配置电梯服务数量及电梯类型，以满足电梯的服务质量与运行效能要求。
1 电梯群服务质量与运行效能原理分析 *
基金资助：受国家自然科学基金支持资助（61263002)；受 2012 年国家民委科研项目支持资助，基于少数民族地区现状的信息 化统一运维管理系统研究（xbmu-2012-bb-35） ；受 2011 年西北民族大学教育教学改革项目支持资助（JG201135） ；受 2011 年西 北民族大学教育教学精品课程支持资助（JPKC201105,JPKC201136） 。 - 64 http://www.sj-ce.org
1.1 总体描述 电梯群交通系统是一个具有多输入和多输出的系统整体。影响电梯群服务质量与运行效能的主要外界因 素有建筑物特性，电梯设备特性和电梯运行特性等。
1.2 输入量及其与中间变量关系描述 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 38 40 41 42 43 44 45 46 47 48
表 1 描述电梯交通系统的变量符号表 符号 意 义 m1 建筑物类型 m2 建筑物规模 m3 电梯曳动类别 m4 电梯服务方式 j 轿厢门别 S 短区间内平均运行距离 Si 短区间轿厢行程 Se 快行区间轿厢行程 SL 轿厢行程 Sa 加速距离 Q 电梯总使用基数 n 短区间内服务层数 N 电梯台数 Ve 额定数度 Re 额定荷载 r 电梯乘客人数 h 层高 f 单程肯能停站次数 fa 电梯最低服务层数 fm 电梯最高服务层数 fL 短区间内可能停站次数 fe 快行区间内可能停站次数 flu 短区间上行可能停站次数 fld 短区间下行可能停站次数 tr 短区间单站运行时间 ta 加速时间 tp 每个乘客出入时间 td 开关门单元时间 Tr 行车总时间 Tp 乘客出入总时间 Td 开关门总时间 Tu 上行单元时间 Trl 所有短区间行车时间 Tdu 短区间开关门总时间 Tre 快行区间行车时间 Tdd 快行区间开关门总时间 Tpu 乘客上行出入总时间 Tpd 乘客下行出入总时间 Treu 快行上行行车时间 Tred 快行下行行车时间 Sed 快行下行轿厢行程 Seu 快行上行轿厢行程 Sld 短区间下行轿厢行程 Slu 短区间上行轿厢行程 RTT 运行周期 CE 5 分钟载客率 AP 平均行程时间 AI 平均间隙时间 - 65 http://www.sj-ce.org
A.建筑物类型 建筑物类型用 m1 表示。建筑物类型通常可分为办公楼，住宅楼，旅馆，医院和百货大楼 5 种。建筑物 类型能够期望的决定电梯额定速度 Ve 和额定荷载 Re 等变量。 B.建筑物规模 建筑物规模用 m2 表示。建筑物的规模包括建筑物每层的建筑面积 Ai，每层有效利用系数 βi，电梯最高 服务层数 fm 等。建筑物的规模能直接确定电梯的总使用基数 Q，轿厢行程 SL 和短区间类服务层数 n 等。 C.电梯曳动类别 电梯曳动类别用 m3 表示。 即电梯的设备类型，通常分为四种： (1) 交流单速有齿轮 (2) 直流有齿轮 (3) 交流双速有齿轮 (4) 直流无齿轮 通过电梯曳动类别 m3 能直接决定短区间单站运行时间 tr,加速距离 Sa 和加速时间 ta 等。例如，由电梯 曳动类别 m3，额定速度 Ve 和短区间内平均运行距离 S 就可确定短区间单站运行时间 tr。如图 1 由 m3、Ve 和 S 确定 tr 曲线图。
图 1 由 m3、Ve 和 S 确定 tr 曲线图
图 2 由 m3 和 Ve 确定 Sa 和 ta 图 - 66 http://www.sj-ce.org
通过电梯曳动类别 m3 能直接决定短区间单站运行时间 tr,加速距离 Sa 和加速时间 ta 等。 由 m3 和 Ve 可以确定 Sa 和 ta。例如对有齿直流梯，当 Ve=1.75m/s、最大加速度 a=1.1m/s、变加速时间 t=0.75s 时，对应加速时间和加速距离分别为 ta=2.35s 和 S=2.04m。如图 2。 由 m3 和 Ve 可以确定 Sa 和 ta。 D.电梯的服务方式 电梯的服务方式用 m4 表示。即电梯的运行方式。可以分为 6 种： (1) 单层快行 (2) 往返区间快行 (3) 单层区间快行 (4) 单程高层服务 (5) 各层服务或隔层服务 (6) 单程底层服务 E.电梯轿厢门类别 电梯轿厢门类别用 j 表示。在电梯公式中 j 表示轿厢门的宽度。此处 j 泛指轿厢门的一切物理量，其中包 括开门方式。电梯轿厢门别直接决定开关门单元时间 td 和每个乘客出入时间 tp 等。例如对交流梯双扇中分 自动门，门出入口宽 900mm。提前开门时，电动开门时间 t=3.2s。如图 3。
图 3 电动开关门单元时间
由上述看来，m1、m2、m3、m4 和 j 都能直接（或期望地）确定电梯交通系统整体的某一个或者几个物 理量，因此都是系统整体的输入分量。
1.3 输出量及其与中间变量关系描述 A. 电梯的运行周期 电梯运行周期 RTT 是指电梯运行一周所需要的时间，即轿厢从基站出发，把乘客送到各个楼层，再回到 基站所需要的时间。 乘客出入总时间：
Tp=Σ（t1i+t5i）
(1)
开关门总时间：
Td=Σ（t2i+t4i）
(2)
行车总时间：
Tr=Σt3i
(3)
则运行周期为：
RTT=Tp+Td+Tr
(4)
对于单层快行服务方式，其计算式还可以表示为： 当 S<2Sa 时： RTT ta 1.1td 0.88Re tp
h( fm 1) n(tr 1.1td ) ( n 1)0.8Re Ve n
(5)
n 1 0.8Re 2h( fm 1) ) ] 0.88Re tp n Ve
(6)
当 S>2Sa 时： RTT (ta 1.1td )[1 n n(
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B. 平均行程时间 平均行程时间 AP 是指电梯轿厢从关门启程运行到达目的站所用时间的统计平均值，对于单程快行服务 方式，其计算方法如： Ap RTT (ru 2) 1.1td
(7)
C. 平均间隙时间 平均间隙时间 AI 是指一组 N 台电梯中，每相邻两台到达基站的时间差。表示为： RTT AI N
(8)
D.平均等候时间 平均等候时间 AWT 是指乘客平均等候电梯的时间，表示为： AWT 0.6AI
(9)
E. 5 分钟载客率 5 分钟载客率 CE 是指 5 分钟内电梯输送人数与电梯总使用技术之比，是反映设置电梯的建筑物垂直运 输效率的重要标志。表示为： CE
5 60rN RTT
(10)
2 电梯服务质量与运行效能仿真模型 2.1 简化系统模型的原则 （1）经验数据均采用国家标准； （2）设计的仿真系统只针对具体的一类建筑——大中型办公楼。
2.2 确定输出量 （1）电梯的运行周期 RTT(n) （2）平均行程时间 Ap(n) （3）平均间隙时间 AI(n) （4）平均等候时间 AWT(n) （5）5 分钟载客率 CE(n)
2.3 最终输入变量 （1）电梯最高服务层数 fm （2）电梯总数量 N （3）每层楼的平均高度 h
3 建立仿真系统
图 4 电梯群运行仿真界面
图 5 仿真结果一 - 68 http://www.sj-ce.org
将 fm，h，N 输入，进行仿真。
3.1 仿真结果及其分析 A. 仿真结果 五分载客率 CE 与服务层数 n 的关系如图所示： CE对 n的 图 像 4.5 CE(n) CE数 据 点
4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0
0
2
4
6
8
图6
CE 对 N 图
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电梯运行周期 RTT 和平均行程时间 AP 与服务层数 n 的关系如图所示 电 梯 运 行 周 期 RTT与 平 均 行 程 时 间 AP 300 RTT(n) 数据点 AP(n) AP数 据 点
250
200
150
100
50
0
0
2
4
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图7
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RTT 与 AP 图
平均间隙时间 AI 和平均等候时间 AWT 与服务层数 n 的关系如图所示 AI,AWT对 n的 图 像 150 AI(n) AI数 据 点 AWT(n) AWT数 据 点 100
50
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图8
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AI、AWT 对 N 图
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对于最高层（n=18）时的各项仿真数据为： 电梯的运行周期 RTT=259.5634 (s) 平均行程时间 AP=73.1234 (s) 平均间隙时间 AI=14.4202 (s) 平均等候时间 AWT=8.65211 (s) 5 分钟载客率 CE=2.9% B. 仿真结果分析 根据上述图像可知，采用此仿真系统所得的仿真结果基本符合现实中的统计规律。下面将进行具体的 分析： 根据计算，在最高层（n=18）时各项输出的期望值分别为： 电梯的运行周期 RTTe=235 (s) 平均行程时间 APe=60 (s) 平均间隙时间 AIe=16 (s) 平均等候时间 AWTe=13 (s) 5 分钟载客率 CEe=1.4% 由上述数据的对比可知，大多数参数满足设计要求，但 CEe 的误差比较大，进一步计算可知，实际五 分钟的载客人数为 74 人，远远超过期望的 36 人，这说明电梯在大多数情况下都是空闲的，这样的配置不 太合理。 再利用此仿真系统改变设置电梯数量 N 值，我们发现，正常情况下只需要 2 台电梯就能满足要求，电梯 的运行效率也比较高。但考虑到电梯的使用率在一天当中是很不平均的，在人流高峰情况下，两台电梯就不 能满足要求了。
图 9 仿真结果二
4 结语 本文通过对电梯群交通系统优化配置原理的阐述，定义了评价其服务质量与运行效能的标准统计特性参 数。根据实例要求，利用统计学的方法建立了一个专门针对二十五层以下的办公楼的 Matlab 仿真系统，然后 通过对实际例子的仿真，来验证本仿真系统的可行性。仿真系统中，对建筑物类型、楼层高度以及楼层数等 都做了相关设定，从而通过查询图、表以及公式计算得到期望的统计特性参数值，再利用仿真系统对其进行 仿真，得到仿真的统计特性参数值，与期望值进行比较分析。以此判断其设计配置的合理性，并对其优化设 计从而实现提高电梯服务质量与运行效能的目的。 经过验证，本仿真系统能够较精确的仿真出办公楼的不同建筑情况和不同电梯配置时的电梯运行统计特 性参数。同时根据这些参数我们可以评价其配置合理性，从而帮助我们在实际中做出比较好的抉择。上述用 - 70 http://www.sj-ce.org
利用统计学方法研究电梯交通的统计规律以及建立仿真系统的模式，对其他建筑类型和其他建筑情况也是适 用的。但由于时间关系以及本科论文课题要求，本文采用了很多限制条件，使系统的适应范围大大缩小。特 别是不能准确反映其他建筑类型以及超大型建筑和多电梯群时的情况。因此，本系统还有许多扩展的空间。 总之，通过这个仿真系统，可以看到基本能够达到了预期目的。
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【作者简介】 杨成慧（1982-） ，女，汉族，河南商丘人，副教授。Email: yangchenghui36@163.com
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