エレベーターは「最高速度」を上げるより「扉を1秒速くする」方が効くことがある
エレベーターは「最高速度」を上げるより「扉を1秒速くする」方が効くことがある
――20階建てオフィスで、150→180m/minと「戸開閉1秒短縮」を実際に計算してみた
前回、エレベーターについて調べていて、かなり面白いことが分かった。
エレベーターの性能は、
「かごが何m/minで走るか」
だけでは決まらない。
戸開時間。
戸閉時間。
乗降時間。
停止回数。
加減速。
群管理。
こうした数秒の積み重ねが、建物全体の輸送能力を左右する。
そこで今回は、かなり単純な疑問を実際に計算してみる。
«20階建てオフィスなら、エレベーターを150m/minから180m/minへ高速化するのと、各停止で戸開閉を合計1秒短くするのでは、どちらが効くのか。»
結論から言うと、今回の混雑時モデルでは、
«150→180m/min：RTTを約5.37秒短縮
戸開閉を1秒短縮：RTTを約11.56秒短縮»
となった。
つまり、
«扉を1秒短縮する方が、かご速度を20％上げるより約2.15倍大きな効果になった。»
もちろん、これは設定した条件下での比較であり、あらゆる建物に当てはまる数字ではない。
しかし、「なぜ高速エレベーターでドア制御が重要なのか」を理解するには、かなり面白い結果である。
そもそもエレベーターの性能は何で測るのか
エレベーター交通計画では、
Round Trip Time：RTT
が重要になる。
これは簡単に言えば、
«基準階を出発したエレベーターが乗客を各階へ運び、再び基準階へ戻ってくるまでの一巡時間»
である。
ISO 8100-32:2020は、オフィス・ホテル・住宅の乗用エレベーターについて、交通計画と機種選定の標準的方法を規定している。現在も有効な規格であり、2025年の定期レビューでも継続が確認されている。
エレベーター交通解析の研究では、RTTは大きく、
走行時間
＋
停止に伴う時間
＋
扉時間
＋
乗客の乗降時間
として扱われる。
Al-SharifらのRTT研究でも、door opening time、door closing time、passenger transfer timeなどが明示的に変数へ組み込まれている。
つまり、
«扉が動いている数秒も、エレベーター交通計画上は立派な「輸送時間」である。»
20階建てオフィスを仮定する
今回は比較が分かりやすいように、簡易モデルを作った。
条件| 設定
建物| 20階建て
基準階| 1階
行先階| 2～20階の19フロア
階高| 4.0m
乗客| 15人／1運転
行先| 各階同確率
基本速度| 150m/min＝2.5m/s
高速化案| 180m/min＝3.0m/s
加速度| 1.0m/s²
戸開| 2秒
戸閉| 3秒
戸開閉合計| 5秒
改善案| 戸開閉合計を4秒へ
乗降時間| 1人あたり乗車1.2秒＋降車1.2秒
エレベーター台数| 6台
乗降時間1.2秒という値は、Al-SharifらのRTT計算例でも用いられている代表的な仮定値である。
今回はさらに100万回の仮想運転を発生させ、
「15人が19フロアへランダムに向かう」
場合の平均走行時間を求めた。
なお、これは比較のための簡易モデルである。
実設計では、jerk、戸開先行、start delay、実際の階別人口、目的階予約、群管理、かご定員、交通パターンなどを含める必要があり、正式な交通計画はISO 8100-32等に基づく詳細計算・シミュレーションが必要になる。
まず、15人乗ると何階くらいに止まるのか
19フロアへ15人がランダムに向かう場合、
予想停止階数は、
S = N × {1 − (1 − 1/N)^P}
で求められる。
N＝19フロア
P＝15人
を入れると、
S ≒10.56停止
になる。
つまり15人乗ったとしても、15回停止するわけではない。
同じ階へ向かう人がいるため、平均すると約10.6階で停止する。
ここが重要である。
戸開閉時間は、
停止するたびに発生する。
まず150m/minで走らせる
150m/minは、
2.5m/s
である。
ただし、エレベーターは常に2.5m/sで走れるわけではない。
停止階から発進し、
加速
↓
定格速度
↓
減速
↓
停止
する必要がある。
特に1～2階程度の短距離では、定格速度まで到達する前に減速を開始する場合がある。
今回の簡易モデルでは、加減速対称・jerk無視として、距離dに対して定格速度まで到達できる場合は、
t = d/v ＋ v/a
定格速度へ到達できない場合は、
t = 2√(d/a)
として計算した。
100万回の仮想運転を行った結果、
150m/minの場合の平均走行時間は、
«86.69秒»
となった。
ここには各停止階間の走行と、最上到達階から1階へ戻る走行を含んでいる。
では180m/minにするとどうなるか
180m/minは、
3.0m/s
である。
150→180m/minなので、
最高速度としては、
20％アップ
である。
直感的には、
「走行時間も20％くらい減るのでは？」
と思ってしまう。
しかし結果はそうならない。
計算結果は、
150m/min
86.69秒
↓
180m/min
81.32秒
だった。
短縮されたのは、
«5.37秒»
である。
率にすると、
約6.2％
しか走行時間は減っていない。
最高速度は20％上げたのに、走行時間は20％減らない。
なぜか。
エレベーターは短距離では最高速度まで出せない
理由は単純である。
20階建てオフィスの上昇運転では、
1階
↓
3階
↓
5階
↓
6階
↓
8階……
のように、細かく停止する。
そのたびに、
加速
↓
減速
を繰り返す。
つまり、
«最高速度を上げても、その最高速度で走れる時間そのものが短い。»
特に停止回数が増えるほど、この傾向は強くなる。
自動車で考えると分かりやすい。
高速道路なら、
100km/hから120km/hへ上げれば効果は大きい。
しかし信号だらけの市街地で、
最高速度だけ120km/hにしても、
目的地への到着時間はそれほど変わらない。
高頻度停止するエレベーターも、構造的にはこれに近い。
では、「扉を1秒だけ短く」してみる
次に、
戸開2秒
＋
戸閉3秒
＝5秒
だったものを、
合計4秒
にする。
つまり、
«1停止あたり、たった1秒短縮する。»
だけである。
予想停止回数は、
10.56回。
RTTでは基準階での扉動作もあるため、
約11.56回分
の扉時間が発生する。
したがって、
1秒 × 11.56
＝
«11.56秒短縮»
となる。
最高速度を、
150→180m/min
へ20％上げた効果は、
5.37秒
だった。
一方、
扉を1秒短縮すると、
11.56秒
である。
したがって、
11.56 ÷ 5.37 ≒ 2.15
となる。
つまりこの条件では、
«扉を1秒短くする方が、最高速度を20％上げるより約2.15倍RTT短縮効果が大きい。»
RTT全体で比較すると、さらに分かりやすい
今回のモデルでは、
乗客15人について、
乗車1.2秒
＋
降車1.2秒
を仮定している。
したがって乗降時間は合計、
36秒
となる。
これを含めてRTTを比較すると、次のようになった。
ケース| RTT| 基準からの短縮| 6台運転時のInterval| 5分間輸送人数
150m/min・戸開閉5秒| 180.47秒| ―| 30.08秒| 149.6人
180m/min・戸開閉5秒| 175.10秒| ▲5.37秒| 29.18秒| 154.2人
150m/min・戸開閉4秒| 168.92秒| ▲11.56秒| 28.15秒| 159.8人
RTTから算出すると、
150→180m/minへの高速化による輸送能力改善は、
«約＋3.1％»
一方、
戸開閉を1秒短縮すると、
«約＋6.8％»
となる。
つまり、
«最高速度を20％上げるより、「毎回発生する1秒」を削る方が効いた。»
ただし、停止が少なければ結果は変わる
ここは重要である。
「扉を速くした方が必ず高速化より有利」
という意味ではない。
例えば、前回の記事と同じように、
途中停止を6回
と仮定する。
さらに、
3階
6階
9階
12階
15階
18階
のように比較的長い距離を走るケースとして同じ計算をすると、
150→180m/minによる走行時間短縮は、
約6.1秒
となる。
一方、戸開閉1秒短縮は、
基準階を含めれば、
約7秒
である。
この場合は、
«ほぼ互角»
になる。
つまり、この問題には境界条件がある。
停止回数が増えるほど「扉」が強くなる
今回の計算から見えてくるのは、
エレベーター高速化には二つの異なるレバーがあるということである。
一つは、
移動中の時間を削ること。
もう一つは、
停止中の時間を削ること。
停止回数が少なく、
長距離を走る高層建物なら、
最高速度を上げる効果が大きくなる。
逆に、
停止回数が多く、
各停止間距離が短い建物では、
最高速度を上げても定格速度を使える時間が少ない。
一方、扉時間は、
止まるたびに必ず発生する。
だから、
«停止密度が高くなるほど、Door Timeの価値が相対的に高くなる。»
今回の20階・15人モデルは、まさに後者である。
三菱電機が「クイックドア」に力を入れる理由も見えてくる
この計算をすると、
なぜメーカーがドア制御をかなり重要視しているのかも理解しやすい。
三菱電機のAXIEZ-LINKsでは、
クイックドアシステム
として、戸開閉を従来より早いタイミングで開始し、戸開閉時間そのものも短縮する仕組みを採用している。
同社は、このクイックドアシステム単独でも、条件によって輸送能力が従来機種比で最大13.8％向上するとしている。
さらにセンシングドアシステムや可変速制御を組み合わせた場合には、同社計算で輸送能力最大21.6％向上としている。
つまりメーカーも、
「モーターを高速化する」
だけではなく、
«停止時に失われている数秒を回収する»
方向へかなり高度な最適化を行っている。
実はこれは「局所最適」と「全体最適」の話でもある
ここまで考えると、
エレベーターの話を超えて、かなり面白い。
最高速度という数字は分かりやすい。
150m/min。
180m/min。
240m/min。
数字が大きいほど速そうに見える。
しかし建物の利用者が本当に欲しいのは、
「最高速度の高い機械」
ではない。
欲しいのは、
«目的階まで早く到着できること»
である。
すると評価すべきなのは、
かご速度だけではなく、
加減速
×
停止回数
×
戸開
×
乗降
×
戸閉
×
待ち時間
×
群管理
を含んだ、
End-to-Endの時間
になる。
局所的に、
「最高速度を20％上げた」
としても、
全体では3％しか改善しないかもしれない。
逆に、
「扉をたった1秒短くした」
だけで、
全体が7％近く改善する可能性がある。
これは、
«システムの性能は、一番派手な部分の性能では決まらない。»
ということでもある。
建築設備は「秒の積み重ね」を設計している
今回の計算で、一番面白かったのはここだった。
エレベーターの扉が、
「スッ」
と1秒速く開閉する。
利用者からすれば、
ほんのわずかな違いである。
しかし、
それが1日何百回、
何千回と繰り返される。
さらに複数台のエレベーターで発生する。
すると、
その「たった1秒」が、
建物全体では大きな輸送能力差になる。
そしてこれはエレベーターだけではない。
駅のホーム。
自動改札。
空港の保安検査。
物流センター。
生産ライン。
建設現場。
あらゆるシステムで、
«大きな性能改善は、最高性能を上げることより、繰り返し発生する小さなロスを消すことで生まれることがある。»
エレベーターの扉を見ていて、
そんなことまで考えるとは思わなかった。
しかし、
「このエレベーター、扉めちゃくちゃ速いな」
という小さな違和感を追いかけていくと、
最後には、
«建物の中の人流をどう最適化するか»
という、かなり本質的な設備計画の問題につながっていた。
エレベーターは、
単に速く上下する箱ではない。
«走る数秒、止まる数秒、人が乗り降りする数秒まで含めて、人の移動時間を最適化する交通システムなのである。»
今回の計算で一番重要な数字
20階建て・15人乗車・19行先階の簡易モデル
150 → 180m/min
→ 5.37秒短縮
戸開閉を各停止1秒短縮
→ 11.56秒短縮
RTT改善率
高速化
→ 約3.0％短縮
ドア短縮
→ 約6.4％短縮
5分間輸送能力
高速化
→ 約＋3.1％
ドア短縮
→ 約＋6.8％
したがって今回の条件では、
«「20％速く走る」より、「停止するたび1秒を削る」方が約2.15倍効いた。»
ただし停止回数が少なく長距離運転が主体になるほど、この関係は逆転し得る。
ここが、エレベーター交通計画の面白いところである。
参考資料
ISO, ISO 8100-32:2020, Lifts for the transportation of persons and goods — Part 32: Planning and selection of passenger lifts to be installed in office, hotel and residential buildings. 2020. オフィス・ホテル・住宅の乗用エレベーター交通計画・選定方法を規定。2025年レビューで継続確認。
Al-Sharif, L., Abu Alqumsan, A. M., & Khaleel, R. (2014), “Derivation of a universal elevator round trip time formula under incoming traffic,” Building Services Engineering Research and Technology, 35(2). RTTを走行、停止、扉、乗降時間等へ分解する解析モデル。
Siikonen, M.-L., Traffic Planning Methodology, Council on Tall Buildings and Urban Habitat関連資料. Up-peak時のRTT、Interval、Handling Capacityの基本関係を整理。
2026年公開のエレベーター交通解析研究でも、ISO 8100-32で用いられるRTT式として、最高到達階、予想停止回数、停止時間、乗客移動時間を組み込んだモデルが整理されている。停止時間には加減速やドア時間等が含まれる。
三菱電機ビルソリューションズ「AXIEZ-LINKs」――クイックドアシステムによる戸開閉時間短縮と、輸送能力最大13.8％改善、センシングドア等との組合せによる最大21.6％改善をメーカー計算値として掲載。
※本記事の数値計算は、比較の構造を確認するための簡易Synthetic Analysisであり、実際の建築物におけるエレベーター選定結果を示すものではない。実施設計では、メーカー交通計算およびISO/JIS等に基づく詳細条件の確認が必要である。この第2弾は、**「150→180m/min＝5.37秒」「扉1秒短縮＝11.56秒」**を中央に置き、その下に「なぜ？→停止回数が増えるほど扉時間が累積する」という構成で1枚図解にするとかなり強いです。 画像化
