Лифты, гламур и архитектура будущего
Стены финского лифта поблескивают синими светодиодами, а из динамика льется тихая музыка в стиле джаз. Это расслабляет и успокаивает. Но другие детали кажутся очень странными. Ряды мигающих кнопок помечены случайными, и похоже какими-то нереальными числами: 45, 105, 215, 270. На отметке в 350 двери с шипением открываются и перед вами возникает темная и грязная пещера, где тишину нарушают лишь капли падающей воды.
Всего в 600 милях от сюрреалистичного финского лифта находится самая высокая комната для деловых встреч в Германии, и выглядит она не менее чудно. Она расположена не в центре бизнес-квартала, а на краю леса, в сельской глубинке, прямо на верхушке железобетонной башни-небоскреба, внутри которой вместо кучи офисов только 12 лифтовых шахт. В них туда-сюда двигаются лифты, которые не только доставят человека в немецкий пентхауз на рекордной высоте, но и с помощью индикаторов покажут максимальную скорость подъема.
Thyssenkrupp, ведущий инжиниринговый немецкий концерн, и Kone - финский производитель лифтов, - две мировые компании, которые задают тон на рынке лифтостроения. Они всегда нуждались в испытательных площадках, где смогли бы протестировать новый дизайн, модели и технологии управления своей продукции. Kone решила проблему с помощью угольной шахты в Tytyri, в 50 км от Хельсинки. Если отважитесь и зайдете в испытательный лифт, а потом нажмете кнопку "350", то спуститесь на 350 метров ниже уровня земли, после чего, выйдя из железных дверей, окажетесь в реальной ветке работающей угольной шахты.
Гораздо сильней впечатляет краш-тестовая лаборатория компании Thyssenkrupp. Инженеры проверяют прочность и надежность своих разработок, гоняя лифты вверх и вниз в железобетонной 246-метровой башне, которая отделана белоснежными изогнутыми панелями и возвышается над старинным городком Ротвайль. Ее торжественно открыли в октябре прошлого года, а жители праздновали событие целых два дня. В будущем объект, кроме своих технических задач, будет играть роль туристического магнита, ведь с самой верхушки в ясную и безоблачную погоду можно увидеть даже Альпы.
Испытательный полигон для лифтов компании Thyssenkrupp
Технологии, которые оттачиваются в этих богом забытых местах, очень важны для современной городской жизни. Почти миллиард людей каждый день проводит в лифтах по всему миру как минимум 14 минут, если это время сложить вместе, то сумма перекроет количество часов, потраченных пассажирами в авиаперелетах за год. Забастовки водителей автобусов и машинистов метро заметно усложняют жизнь жителям города, если же исчезнут лифты, жизнь в деловых районах просто остановится, потому что большинство рабочих мест сконцентрировано на верхних этажах небоскребов.
Лифт и автомобиль, по сути, выполняют одинаковые функции, только один движется вертикально, а другой - горизонтально. Также как и автомобили лифты стали продуктом второй промышленной революции на рубеже 19 и 20-х веков. Также как и личный автомобиль лифт изменил вид современных городов, образ жизни и работы людей. И сегодня, когда машины с помощью чувствительных сенсоров и умных алгоритмов превращаются в автономный транспорт, лифты готовы снова совершить технологический скачок и еще раз преобразить окружающее нас городское пространство.
Разнообразные виды подъемников человечество использует уже тысячу лет. Благодаря силе рабов приводилось в движение 24 лифта в римском Колизее для знатных господ. Позже простейшие конструкции из блоков и веревок использовались для подъема грузов в шахтах, на фабриках и даже в частных домах. В 17 веке немецкий математик Эрхард Вейгль сконструировал сложную механическую систему, которая катала его сверху вниз по семиэтажному дому в городе Иена. И даже французские короли иногда баловались малой механизацией, пряча в дворцах потайные комнаты, до которых можно было добраться только на импровизированном лифте.
Конструкцию прообраза современного лифта на паровой тяге представил публике американский изобретатель Элиша Отис на Нью-Йоркской выставке, состоявшейся в 1854 году, и до сих пор имя техногения встречается на разнообразных подъемниках гораздо чаще, чем упоминание других инженеров. Он сам создал и запатентовал основную кабину, подъемные веревки и противовесы, зубчатые передачи и подпружинный механизм, который помогал поймать и остановить падающий лифт, если стальной трос внезапно оборвался. Чтобы у народа не осталось никаких сомнений в безопасности изобретения, Отис лично поднялся в кабине лифта на высоту 15 метров и приказал ассистенту порвать веревку. Толпа ахнула, но лифт никуда не упал. Безупречно сработал тормозной механизм. Спустя три года после удачного показа первый пассажирский лифт был установлен в фарфоровой лавке.
Но до успеха еще было далеко. Покупатели неохотно ездили в кабине лифта, и владелец магазина фарфоровой посуды попросил инженера разобрать подъемный механизм. Настоящий триумф Отиса наступил с появлением стального каркаса, позволившего строить легкие дома до небес, и электрического мотора, который повысил скорость лифта.
До 1880 года дома возводили по классической технологии: сначала выкладывали стены нижних этажей из кирпича, затем верхних и так далее. Чем выше было здание, тем большую нагрузку испытывали нижние этажи. Для повышения несущей способности нижней части здания строители выкладывали более толстые и низкие стены, но тогда снижалась полезная площадь помещений первого этажа, чтобы было абсолютно недопустимо, ведь их рассчитывали сдавать в аренду под магазины и торговые лавки и каждый квадратный метр был важен. После нехитрых подсчетов девелоперы поняли, что строить выше 12 этажей просто невыгодно.
Новая технология строительства на основе стального каркаса не ограничивала проектировщиков в высоте, и тогда, в начале 20 века, они быстро освоили возведение небоскребов, а тут уж и про лифт вспомнили, так как вряд ли кому-то хотелось подниматься на 100-й этаж пешком.
Электромотор так же внес немалую лепту в популяризацию лифта. Первая модель Отиса на паровой тяге ползала в шахте со скоростью всего 0,2 м/с, а электрофицированные образцы для 50-этажного Вулворт-билдинг - первого дома с каркасом на основе стальной рамы - поднимались уже в десять раз быстрее. Спустя два десятилетия пассажиры лифта в Эмпайр-Стейт Билдингс наверняка и не представляли, что несутся в кабине на верхние этажи со скоростью 6 м/с, что считалось на тот момент мировым рекордом.
К тому времени, американские города уже сильно отличались от мегаполисов любой другой страны. В долифтовую эпоху обычные здания редко превышали по высоте шесть этажей, уровень крыш был низким, за исключением случайных в городском пейзаже крепостей, соборов и других исторических сооружений. Многие европейские города и сейчас сохраняют низкую застройку в исторической части, а другие внезапно преобразились, построив за десять лет множество небоскребов, к примеру Дубаи.
В стремящемся ввысь городском пространстве лифты перевернули прежние представления о престиже и статусе в обществе. До 20 века люди ценили близость своего жилища к тротуару и проезжей части. Несмотря на уличный шум и открытый доступ к лестничному пролету, первый этаж все равно был очень востребован у покупателей, он считался парадным помещением или бельэтажем. Верхние комнаты обычно резервировали для прислуги и садовых рабочих. В отелях и общежитиях стоимость номеров падала с каждым этажом вверх, а некоторые люди того времени справедливо полагали, что жить наверху дома даже опасно для здоровья. Большое количество ступенек вызывало напряжение при ходьбе, с верхних этажей было сложно выбраться на свежий воздух, а жаркое летнее солнце превращало комнату под крышей в своего рода тепловую ловушку. Не удивительно, что чердак и мансарда стали местом обитания свободных художников или больных людей, боящихся сквозняков.
Лифт не только сделал проживание в высотном доме более комфортным, но и придал новый статус квартирам на верхних этажах. В наше бы время сказали, что подъемник сделал мансарды гламурными, повысил их эстетическую составляющую. Теперь с каждым этажом цена квадратного метра стала расти, а не падать. Пентахауз - модное словечко, означающее жилье на верхних этажах, приобрело свой статусный смысл именно в 1920 году вместе с популяризацией лифтов. Начиная с этого момента и до наших дней под крышей небоскребов стали селиться исключительно богатые люди, руководители крупных компаний и звезды шоу-бизнеса. Высота возвышала человека, позволяла дальше видеть и смотреть на всех свысока, стала символом мощи и успеха.
Лифт до неузнаваемости преобразил рабочее место офисного клерка. Раньше планировка зданий формировалась вокруг лестничных площадок и была менее организована, чем сейчас, из-за большого количества черных ходов, антресолей и дублирующих входных дверей на том же этаже. Внедрение лифтов ненавязчиво упростило планировочную схему. Теперь вестибюль или холл, в центр которого прибывает и отбывает лифт, стал естественным фокусом на каждом уровне, а этажи получили четкие границы и нумерацию. Это и заложило основы планировки современного офисного здания.
К 1970 году лифтовая инженерия стала довольно важной отраслью, поэтому началось объединение мелких компаний в крупные концерны. Финны Kone и немцы из Thyssenkrupp приобрели шведского производителя Schidler и американскую компанию Otis и в результате стали владеть 2/3 мирового рынка. Оставшаяся доля была под контролем японцев из Hitachi and Mitsubishi Electric. Китай вел себя достаточно тихо, скорей всего, по причине отсутствия должного инженерного мастерства, но если Поднебесная и не является лидером отрасли, то все равно сильно влияет на рынок. У китайских девелоперов аппетиты очень большие: они хотят самые высокие и быстрые подъемные механизмы. Если в начале 21 века в Китай было поставлено 40 000 лифтов, то уже к 2016 году их количество выросло до 600 000, а это три четверти от 825 000 - именно столько продалось по всему миру. В мире насчитывается около 100 зданий, чья высота превышает 300 метров и около половины из них построено в Китае. И если в отдельных странах небоскребы возводят в количестве нескольких штук для поднятия престижа государства, то в Поднебесной их штампуют десятками.
Для лифтопроизводителей и архитекторов высотные здания создают массу трудностей, им приходится работать на пределе возможностей с пространством и временем. Профессор Kheir Al-Kodmany из Иллинойсского университета обнаружил, что после 28-секундного ожидания лифта у человека возникает стресс. Люди с плохим настроением вряд ли повысят рентабельность помещения, поэтому нужен компромисс между количеством лифтов и площадью этажей. К тому же, если кто-то обращал внимание, то верхушки небоскребов имеют зауженную форму. Такой профиль помогает уменьшить ветровую нагрузку и снизить изгибающие моменты на нижние этажи и фундамент дома. Но тогда лифтовые шахты на самом верху могу занять до 40% площади этажа, поэтому чем больше шахт, тем меньше прибыли девелоперу.
Над увеличением скорости лифта активно работают японские производители из Mitsubishi. Обычно кабина едет не выше 8-9 м/с, но для Шанхайской башни в Китае сделали модель лифта с удвоенной скоростью - 20 м/с. И хотя люди ценят быстроту, возникают некоторые проблемы с разгоном. Ускорение лифта составляет всего одну десятую часть от среднего ускорения легкового автомобиля, все потому, что прижатие к полу в стоячем положении человек воспринимает менее комфортно, чем на мягком сиденье. Это значит, что лифт задействует максимальную скорость ограниченный промежуток времени, и то, если будет двигаться по длинной шахте без остановок. И даже тогда люди ощущают дискомфорт, особенно если речь идет об ускорении при спуске. Лифт мог бы сразу набрать скорость в 20 м/с всего за 2 секунды, если бы инженеры ему позволили отправиться в краткосрочное свободное падение, но вряд ли пассажиры это одобрят.
Финские специалисты из Kone считают, что гонка за секундами особой роли не сыграет, ведь сильно задерживает офисного клерка сам процесс открывания и закрывания дверей. Основной упор инженеры Kone делают на программном обеспечении, которое позволит минимизировать холостые поездки и ненужные остановки кабины. Правильные алгоритмы помогут не только уменьшить время поездки, но и снизить количество шахт, необходимых для обслуживания пассажиропотока в небоскребе. Речь идет о системе "управления пунктом назначения", которая подскажет человеку, в какой лифт следует зайти, чтобы быстрей добраться до офиса. Она поможет сэкономить до 30% времени. Как одну из мер увеличения пропускной способности специалисты всерьез рассматривают двухэтажные лифты, которые будут обслуживать лишь четные или нечетные этажи. Также существуют попытки разместить в одной шахте два лифта, один из которых обслуживает нижнюю часть здания, а другой - только скай-лобби. Но подобная задумка довольно сложна с технической стороны.
Сравнение высоты подъема и скорости лифтов в известных небоскребах
В действительности, чем выше здание, тем сложней для него проектировать лифт. Знаменитая высотка Дубаи Бурдж-Халифа состоит из 163 этажей, а ее верхушка находится на уровне чуть меньше километра. Но туристы никогда не попадут на самый последний этаж с помощью лифта, потому что он поднимается только до отметки в 504 метров. Высоту ограничивает стальной трос, который при увеличении длины становится настолько тяжелым, что может порваться под собственным весом.
Подобную проблему поможет решить новый трос UltraRope от финской компании Kone, состоящий из углеродного фиброволокна. К 2020 году его впервые будут использовать в небоскребе Jeddah Tower, который строится в Саудовской Аравии. Его высота должна превысить километр, а кабина лифта в нем сможет подняться на высоту 660 метров. Но по словам инженеров это не предел и легко создать углеродный трос километровой длины для более высоких зданий.
У технологии UltraRope вообще много преимуществ. Известно, что ветер достаточно сильно раскачивает верхушки небоскребов, что приводит к резонансу с обычным стальным тросом, который начинает колебаться как натянутая гитарная струна и может повредить лифтовую шахту и электрокабели. Инженеры Kone воссоздали подобные условия в своей испытательной башне, заставив колебаться 240-тонный кусок бетона на уровне 21 этажа. Трос UltrRope показал прекрасные результаты, он был невосприимчив к раскачке, так как углеродное волокно обладает другой частотой резонанса.
Технологические разработки, опробованные в Ротвайле, приведут к революционным изменениям - позволят инженерам вообще отказаться от подъемных тросов. Компания Thyssenkrupp создала специальную высокоскоростную систему рельс Multi для движения лифтовой кабины с помощью силы электромагнитного взаимодействия наподобие поездов на магнитной подушке.
Система лифтов Multi
Свободная от тросов система Multi снимет все ограничения, накладываемые конструктивными особенностями здания, и позволит лифтам двигаться не только вертикально, но и горизонтально. Шахты смогут иметь сложную ветвистую структуру и давать дорогу не только на верхние этажи, но и в соседние здания через специальные коридоры. Подобная "дорожная" сеть позволит лифтам двигаться на большой скорости, а при необходимости уступать дорогу другим или обгонять медленные кабины. По сути, процесс станет похожим на движение автомобилей по автостраде.
Первое здание с электромагнитными лифтами уже возводится в Берлине, это East Side Tower, которая находится в процессе сертификации и экспертизы до 2020 года. По задумке инженеров в будущем лифтовая система Multi станет обслуживать здания высотой в 250 этажей и выше. Технологическая гибкость конструкции позволит изменять число кабин, чтобы сделать небоскреб более энергоэффективным или ускорить пассажиропоток между этажами.
Вместе с размерами может измениться и привычная форма зданий. Британские архитекторы предлагают отойти от планировки вокруг ядра лифтовой шахты и возводить небоскребы в форме обруча, по окружности которого будут курсировать быстрые электромагнитные лифты, доставляющие сотрудников в отдельные офисы. Возможно исчезнет такое понятие как общественный транспорт, а вместо него появятся транспортные узлы, откуда до местных зданий будут отправлять лифтовые кабины в горизонтальном направлении. Городская инфраструктура станет похожей на тропические леса, чью уникальную экосистему природа связала воедино за несколько тысяч лет. Возможно, что боковые лифты будущего превратят мегаполисы в навесные структуры еще до того, как исполнится двести лет со дня оформления первого патента Отиса. И тогда мы увидим, как города поднимаются в небо и сливаются вместе в удивительные архитектурные конгломераты.