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Le funiculaire articulé : une mise à jour

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The 888

Le système de « nouvelle génération », qui devrait réduire de 40 % le nombre total d'unités de transport vertical dans les immeubles de grande hauteur, est proposé pour une application dans les grands projets.

par Fritz King, Lars Hesselgren, Peter Severin, Patrik Sveder, David Tonegran et Sirpa Salovaara

Le concept de funiculateur articulé est un saut quantique dans le transport vertical dans les immeubles de grande hauteur et les stations de métro souterraines profondes. Un système connecté de «trains», il s'agit d'un métro aérien vertical qui dessert les halls du ciel et d'un système de modules qui desservent des étages individuels (ELEVATOR WORLD, août et octobre 2013). Un tel système ne nécessite que deux puits verticaux, ce qui augmente le pourcentage d'espace au sol utilisable et la vitesse de transport des passagers et a le potentiel d'évacuer les étages supérieurs des immeubles de grande hauteur plus rapidement que les systèmes d'ascenseurs actuels.

L'efficacité du système réside dans le fait que de nombreux trains/nacelles partagent les deux mêmes puits. Cela réduit la taille du noyau de l'ascenseur et augmente les ratios bruts/nets au sol jusqu'à 30 % par rapport aux immeubles de grande hauteur actuels, qui peuvent avoir des ratios bruts/nets au sol aussi bas que 60 %. Cela affecte négativement le potentiel de revenus. De plus, chaque ascenseur conventionnel nécessite son propre arbre, rails, câbles et moteurs. Ceci est intrinsèquement inefficace et coûteux. Une réduction du nombre de cages d'ascenseur augmente les ratios bruts/nets au sol et réduit les coûts de construction.

Trains connectés

Un développement pour le funiculateur articulé est un système continu et connecté de « trains » à grande vitesse qui s'arrêtent au niveau du plancher du Sky Lobby désigné comme « stations » (Figure 1).

Le système s'arrête simultanément à toutes les stations montantes et descendantes, et les étages intermédiaires (entre les stations) sont desservis par des nacelles individuelles ou des ascenseurs conventionnels. Un seul train Funiculator Articulé peut être équipé d'une ou plusieurs voitures de train en fonction des besoins de transport vertical du bâtiment. La plupart des immeubles de grande hauteur avec des halls d'entrée utilisent des ascenseurs conventionnels à deux étages pour desservir ces zones. Un système de funicateur articulé comparable utiliserait deux wagons par train. Il est raisonnable d'assimiler un tel wagon à un ascenseur conventionnel, car ils sont équivalents en taille et en capacité de passagers. Le nombre total d'unités de transport vertical avec des trains de funiculateurs articulés qui desservent les halls d'entrée et les ascenseurs conventionnels qui desservent les étages entre les halls d'entrée est inférieur au nombre total d'unités de transport vertical d'un système d'ascenseur tout conventionnel.[1]

Le funiculaire articulé a le potentiel de réduire de 40 % le nombre total d'unités de transport vertical dans les immeubles de grande hauteur. Un autre développement qu'il met en œuvre est celui des modules individuels qui s'arrêtent à chaque étage. À ce titre, ils fonctionnent comme et remplacent tous les ascenseurs conventionnels, augmentant ainsi encore les ratios plancher brut/net. Le développement des systèmes de nacelle du funicateur articulé individuel est plus complexe que les systèmes de train connectés et nécessite des systèmes de contrôle de gestion du trafic pour gérer des variables telles que les chemins, l'emplacement, la vitesse, la programmation et la congestion du trafic. Les dosettes seront rangées en bas et en haut d'une boucle de circulation particulière et seront contrôlées par répartition pour une efficacité maximale.

Arbres de transport vertical — Moins, c'est mieux

Les technologies actuelles de transport vertical se traduisent par de grands noyaux d'ascenseur qui consomment de grands volumes du bâtiment. Le volume d'espace consacré aux ascenseurs dans les immeubles de grande hauteur est énorme lorsqu'on les additionne le long du bâtiment. Un système de transport vertical efficace pourrait remplacer cet énorme gaspillage d'espace par des programmes générateurs de revenus. Un système ne nécessitant que deux cages réduit considérablement le nombre de cages d'ascenseur dans les immeubles de grande hauteur et les installations souterraines. De plus, le funiculaire articulé peut être équipé de portes des deux côtés des wagons afin que les passagers puissent sortir tandis que d'autres entrent. Cela réduira les temps de chargement/déchargement et augmentera le flux de passagers.

Une réduction drastique du nombre de puits de transport verticaux a un impact majeur sur l'architecture, la construction et la densification des immeubles de grande hauteur. Un noyau d'ascenseur plus petit ou inexistant réduira les dimensions de plancher requises, ce qui entraînera des immeubles de grande hauteur compacts et plus minces. Cela réduira à son tour la quantité de matériaux de façade et d'autres coûts de construction. Des plans d'étage plus petits permettront aux développeurs de situer plus de bâtiments sur le même terrain, ce qui augmentera leurs revenus.

Conception du système et du pod

La conception du funiculateur articulé est très flexible, offrant des alignements verticaux et horizontaux, des inclinaisons, des courbes et des torsions. Le système peut être générique (par exemple, entouré d'alignements verticaux rectilignes) ou expressif (par exemple, à l'extérieur d'un bâtiment en forme). Un pod générique offre une conception simple avec un degré de liberté de rotation. Parce que les modules génériques sont enfermés à l'intérieur des puits et non vus par le public, la plupart de leurs conceptions négligent l'élégance et l'expression architecturale, mettant l'accent sur l'efficacité mécanique et la rentabilité (Figure 4).

Les systèmes de transport vertical peuvent être bien plus que des machines pour transporter des passagers. Le funiculateur articulé offre des contributions aux formes et expressions architecturales qui peuvent être passionnantes et innovantes. Le système peut être visible et présenté dans le cadre de l'architecture du bâtiment. Ses formes et ses alignements peuvent ajouter une quatrième dimension à l'architecture du bâtiment : une architecture dynamique qui bouge. Ces modules mettent l'accent sur l'élégance et l'expression architecturale et utilisent deux ou trois degrés de liberté de rotation. Ils sont également conçus avec des fenêtres et des murs de verre pour améliorer les vues panoramiques.

Études de cas

Stations de métro de Stockholm

Stockholm Local Traffic (SL), propriétaire du système de métro de Stockholm, en Suède, prévoit d'étendre ses lignes existantes et d'en construire de nouvelles. L'extension de Nacka aura des stations souterraines profondes à environ 100 m sous le niveau du sol dans de la roche granitique dure. Le système de transport vertical transportera les passagers de routine et devra évacuer deux rames de métro entièrement chargées dans un délai limité. 

La profondeur extrême rend les escaliers mécaniques irréalisables, car les temps de trajet des passagers seraient de l'ordre de plusieurs minutes. L'utilisation d'ascenseurs conventionnels nécessiterait environ 10 ascenseurs conventionnels - cinq à chaque extrémité de la station - et 10 puits associés qui devront être dynamités à travers du granit dur. Le fournisseur de métro, cependant, estime que le funiculaire articulé est une alternative valable. Cette application aurait deux boucles - une boucle à chaque extrémité de la station - avec deux puits pour chaque boucle, soit un total de quatre puits contre 10. Cette réduction des puits réduirait considérablement les coûts d'excavation et le temps de construction.

La proposition est d'avoir deux systèmes de dosettes séparés de deux dosettes chacun dans chaque boucle, ce qui donne un total de quatre dosettes par boucle. Tandis qu'un système de nacelles charge et décharge les passagers, le deuxième système de nacelles est en mouvement depuis et vers la station suivante. Cela améliore le flux de passagers continu et ininterrompu (Figure 7).

Le 888 : Funiculateur articulé comme expression de construction

Le funiculaire articulé peut également être utilisé comme une expérience unique. Une décision de conception fondamentale pour le système est ses degrés de liberté de rotation. Les premières études de conception indiquent que, fondamentalement, un système à trois degrés de liberté est préférable, car il permet un énorme potentiel d'adaptation à différentes configurations de bâtiments. Un examen plus approfondi indique que la cabine ne nécessite que deux degrés de liberté, tandis que le troisième peut être obtenu par la configuration de la voie. De manière critique, cela signifie que la piste doit permettre des trajectoires de type hélicoïdal avec un couple associé dans la trajectoire (Figure 8).

Le funiculaire articulé intègre une technologie de l'information moderne pour permettre un « horaire à la demande » complet. Le système saura, grâce aux applications mobiles, quels utilisateurs s'approchent et ont besoin d'être transportés vers leur destination. Les temps d'attente pour les pods seront minimisés, car le système les pré-attribuera pour réduire les temps d'attente.

PLP/Architecture contribue à un exemple extrême de ce qui peut être réalisé avec le funiculateur articulé à travers un gratte-ciel de grande taille proposé. Surnommé le « 888 », le bâtiment doit mesurer 888 m de haut jusqu'au dernier étage et être couronné d'une boucle de funicateur articulé qui s'étend jusqu'à une hauteur de 1000 9 m au-dessus du sol (Figure XNUMX).

Le bâtiment est divisé en quatre segments : bas, milieu, haut et couronne. Les segments supérieur et inférieur contiennent de très grandes plaques de sol, et des études de conception sont en cours pour explorer diverses façons d'exploiter ces plaques. La section du milieu a un grand trou à travers le bâtiment – ​​un « Central Park » – autour duquel se trouvent plusieurs hôtels et appartements de grande valeur (Figure 10).

Les systèmes envisagés pour cette tour seront à la fois des trains connectés et des nacelles individuelles dans des boucles séparées. Le bâtiment est si grand qu'il mérite sa propre station de métro/train à grande vitesse située en dessous. Les boucles funiculaires articulées à grande vitesse sont intégrées au niveau de la plate-forme, au rez-de-chaussée et à la station de métro. Tel qu'il est conçu, les passagers débarquant des métros et des trains peuvent traverser le quai pour attraper un funiculaire qui les conduira à un hall ou à un étage aérien (Figure 11). Il y a trois boucles pour les modules individuels (chaque boucle desservant 96 étages) qui ont des chemins différents utilisant la structure verticale. D'autres études détermineront les capacités requises de tous les systèmes, mais il semble probable que tout facteur limitatif impliquerait principalement le nombre de nacelles disponibles, plutôt que la capacité des voies (Figure 12).

Conclusion

Le funiculaire articulé offre plus qu'un moyen de transporter des personnes de haut en bas d'un bâtiment. Dans des applications telles que le 888, où il serait à 1,000 XNUMX m dans les airs, les gens viendraient à monter le système comme une attraction à part entière, un peu comme le London Eye à Londres. Le funiculaire articulé offre des solutions nouvelles et efficaces pour les immeubles de grande hauteur et les stations de métro profondes d'aujourd'hui. La réalité de la densification urbaine exige ce saut quantique dans le transport vertical.

Références
[1] Ericsson-Lantz, C. et Skröder, E. « The Articulated Funiculators Potential to Evacuate High-Rise Buildings », Université de technologie de Luleå, 2013 (pure.ltu.se/portal/files/44158502/LTU-EX- 2013-44006091.pdf).
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Fritz King, Lars Hesselgren, Peter Severin, Patrik Sveder, David Tonegran et Sirpa Salovaara

Fritz King, Lars Hesselgren, Peter Severin, Patrik Sveder, David Tonegran et Sirpa Salovaara

Fritz King, PE, est ingénieur en structure et développeur commercial pour les structures grandes et complexes chez Tyréns AB. Il possède plus de 32 ans d'expérience internationale dans la gestion, l'analyse, la conception et la construction de structures complexes en acier et en béton, y compris les immeubles de grande hauteur, les centrales électriques, les arénas et les ponts. King a travaillé aux États-Unis, en Finlande et en Suède. Il est titulaire d'un BSc en ingénierie architecturale de l'Université du Colorado et d'une maîtrise en ingénierie structurelle de l'Université Cornell à Ithaca, New York.

Lars Hesselgren est directeur de PLP Research et associé principal chez PLP/Architecture. Il est directeur fondateur du SmartGeometry Group et professeur invité à Chalmers, Göteborg, Suède. Il a contribué à la géométrie complexe de nombreux bâtiments, dont la Pinnacle Tower à Londres. Hesselgren a reçu le Bently Lifetime Achievement Award en 2002 et a été coprésident de Advances in Architectural Geometry en 2010.

Peter Severin est ingénieur structure et chef de projet chez Tyréns AB. Il est expérimenté dans la conception de structures complexes en béton et en acier et dans la gestion de grands projets d'ingénierie multidisciplinaires. Il a travaillé sur des immeubles de grande hauteur et leur rénovation. Severin enseigne également au Royal Institute of Technology de Stockholm et encadre des étudiants en thèse. Il est titulaire d'une maîtrise et d'un baccalauréat en génie des structures de l'institut susmentionné.

Sirpa Salovaara est un fournisseur d'études de marché et étudie les tendances mondiales vitales pour la navigation. Elle fait également la promotion des innovations auprès des magazines internationaux, des journaux et des articles Web, et aide à la rédaction d'articles, de présentations et d'articles. Salovaara a 20 ans d'expérience dans les relations publiques et les études de marché, ayant travaillé pour l'ambassade de l'Office du tourisme égyptien, Berlitz International et l'Institut d'études sociales de l'Université de Stockholm.

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