Високите сгради съществуват благодарение на асансьорите, а не обратно. От функционална гледна точка вертикалното асансьорно ядро е главната артерия на сградата и в конструктивен аспект - гръбнакът на сградата. С изобретяването от Илайджа Отис през 1853 г. на аварийната спирачка (клинов механизъм) асансьорът се превръща в безопасна и постижима възможност за транспортиране на хора във високите сгради и премахва едно от ограниченията пред израстването във височина. Така започва бурното разпространение на високите сгради по света, като Америка и Азия повишават все повече границата на височината: "Бурж Халифа" е най-високата с 828 метра в момента.

Предизвикателства и ограничения
Различни са предизвикателствата пред строителството на високи сгради, а именно: финансови - цена на земята и на труда, време за строителство - фази, инвестиционен риск, разрешени работни часове през светлата част на денонощието, фундиране, сеизмични и ветронапорни рискове, достъпност и мобилност на нивото на терена, строителни регулации, енергийна консумация и ефективност, и често реализацията на подобен проект се решава точно от някой от тези фактори. Най-високите сгради на европейския континент в момента се строят в Москва и Истанбул. В Северна Америка компаниите имат дългогодишен опит в изграждане на подобни обекти. В последните години в Азия се изграждат активно високи сгради, като осем от десетте най-високи в света са в Югоизточна Азия и Китай, където 300 - 400 м е норма, а в проект са редица сгради от 500 - 600 м.

Асансьорите
Достъпът има ключова роля в изграждането на високите сгради. Вътрешните транспортни системи функционират като главна артерия на сградата и определят функционалността и качеството на живота в рамките на кулата и често определят значителната загуба на отдаваеми площи на всяко ниво. Асансьорното ядро е често подкрепящата структура на сградата, особено в по-малки конструкции. Ето защо е важно участието на специалист по трафика още на първоначалните проучвателни етапи на планиране заедно с предприемача, архитекта и конструктора. Спецификаците за вътрешния транспорт трябва да бъдат по най-логичните маршрути при заемане на минимално пространство за стълбища и шахти.

Анализ на капацитета и времето за изчакване
При проектиране на асансьорна система за ниски или високи сгради се използват подобни методи на оценка като се вземат предвид фактори като предназначението на сградата - офис, жилища, хотел или смесена, вероятния брой постоянни ползватели и основни пикови моменти - сутрин при качване, вечер при слизане или по време на обедната почивка. Оттук се извежда формулата за капацитета, който е фактор от постоянните обитатели на сградата, заетостта на асансьорите и пиковото потребление, изразено като % от заетостта на 5 минути.
При изработването на модел на трафика трябва да бъдат взети предвид следните особености на сградата:
- височина и брой на етажите
- разпределение на обитателите в сградата
- главни входно-изходни нива
- разпределение на обитателите по асансьорни групи, ако дадената точка е достъпна по повече от една група
- ползване на стълбите.
Анализът на трафика дава възможност за предложение за съответна конфигурация на асансьорите, като първоначално се изхожда от минал опит и успешни схеми.
Оценката на трафика трябва да отчете най-напред:
- броя на асансьори по групи
- номиналния асансьорен товарен капацитет
- реалистични прогнози за заетост на кабината
- номинална скорост.
Фактори на втори етап на оценка на трафика:
- ускорение на асансьора
- време на вратите - отваряне, затваряне, вид на вратата, размери
- време за излизане и влизане - тип потребители, достъп, заетост на кабината.

Адекватното управление на трафика
- На първо място: достатъчен капацитет в пиковите моменти.
- Второ: времето за изчакване трябва да остане в разумни граници в цялата сграда, не само на главните нива.
- Трето: скоростите на асансьорите трябва да бъдат достатъчно високи за достигане на крайната точка в рамките на приемливо време.
- Допълнителни съображения:
* в случай на поддръжка или отказ на някое от съоръженията оставащият транспортен капацитет да бъде достатъчен за да поеме капацитета
* праговете на толеранс трябва да бъдат добре изчислени, в противен случай отклоненията от нормата могат да доведат до силно увеличени времена на изчакване или недостатъчен капацитет
* предвидимост: конфигурацията на асансьорите трябва да бъде съобразена с разумно предвидими бъдещи промени, така че да бъдат удовлетворени нуждите на бъдещи наематели
* допълнителни товарни/противопожарни асансьори: ако могат да бъдат интегрирани в групите от пътнически асансьори.
При отчитане на тези фактори основният принцип е съобразяване на асансьорната концепция (брой асансьори, товароподемност, номинална скорост) с изискванията на сградата (брой етажи, заетост на етаж, брой на основни спирки на асансьора, отделни асансьори за паркинга, ескалатори, разположение на ресторанта) или обратното. Честа грешка от практиката обаче е "нагласяване" със задна дата на данни като входно-изходно време, заетост на кабината, заетост във върхови моменти.

Приемливи резултати
Основният критерий за оценка на управлението на вертикалния транспорт винаги остава времето за изчакване и времето за достигане на крайната точка. Няма твърдо фиксирани стандарти, а само практически резултати в зависимост от предназначението на сградата, амбициозността на проекта и наличния бюджет. Индикация за номиналните времена за пътуване - височина и скорост, за офис кула, са около 30 сек., за жилищна висока сграда - 30-40 сек. Номиналното време за пътуване се разглежда като константа, която определя промяната на скоростта на асансьора.

Изчисления или симулации
За ниски и средновисоки сгради изчисленията са достатъчни, но за високите симулациите са задължителни за анализ на трафика.

Предизвикателства при проектиране на асансьорни системи за високи сгради
Разликите при подготовката и проектирането на системи за ниско- и средновисоки и високи сгради са огромни.

* При високите сгради са възможни много повече асансьорни конфигурации
Централно асансьорно ядро е адекватно за средновисоки сгради до 70 м. За управление на достъпа при високите сгради има редица разнообразни опции в зависимост от височината, а фокусът е върху възможните ползи от разделянето на сградата на различни асансьорни зони - например две зони (достъп до ниските части/достъп до високите части), или тройно разпределение (ниски/средни/високи части). В сгради над 200 метра се разглежда физическото обособяване на асансьорни системи на отделни групи - ниските зони се обслужват от асансьори от основното фоайе, високите зони са достъпни от трансферни фоайета, обслужвани от асансьори-совалки. Колкото е по-висока сградата, толкова повече сегменти на асансьорната система има, а майсторството е в правилното позициониране на нивата на трансфера и изискваните товароподемност и бързина на асансьорите.

* Баланс между отделните параметри
При високите сгради отделните параметри като върхово търсене, население, време за отваряне/затваряне на вратите, време за влизане/излизане от кабината могат да имат доста по-сериозно въздействие от средновисоките сгради, а дори малките отклонения в параметрите могат да създадат големи проблеми поради дължината на веригата и сложността на релациите.

* Прецизност на проекта
Проектът за небостъргач трябва да бъде много прецизен още от самото начало, защото последващи изменения са почти невъзможни. Затова, ако са предвидени толеранси в определени отношения те, трябва да бъдат ясно комуникирани още от самото начало, а промените в процеса на работа веднага да бъдат обсъждани с експертите за отразяването им в схемата на асансьорите.

* Системи за контрол
Системата за повикване от входното фоайе са адекватни за повечето ниски сгради, но контролът на дестинацията е за препоръчване за високите сгради, където изкуственият интелект, качеството на разпознаване на модели и адаптивността играят ключова роля, както и вземане под внимание на системи като Twin Lift.

Технологии при високоскоростните асансьори
Въпреки че няма големи разлики по отношение на системите за окачване и водене при ниските и високите сгради, има други аспекти като системната технология и комфорт на пътниците. Нивото на контролните системи, изискванията за безопасност, товароподемността и съответната цена на тези системи нарастват експоненциално с увеличаване на височината, същото се отнася и за теглото на кабелите и енергопотреблението.
Високоскоростните асансьори във високите сгради поставят и сериозно предизвикателство по отношение на изместването на въздуха в шахтата. Въздушното съпротивление има за резултат не само по-голяма енергоемкост, но и генерира свистящи и свирещи звуци в кабината. Ето защо кабините в тези случаи трябва да имат аеродинамичен дизайн, подобен на капка, със спойлери отстрани за отвеждане на въздуха. За избягване на почукващите звуци при преминаване на етажните площадки шахтата трябва да бъде напълно тапицирана за безшумно преминаване на кабината, която също да бъде шумоизолирана, а проникването на звуци през вентилационната система - минимизирано.
Допълнителен проблем при високоскоростните асансьори е ефектът на вакуумната помпа при движението на кабината, ето защо при високите сгради е необходимо шахтите да бъдат свързани, така че въздухът да циркулира. Най-добрият вариант асансьорите да бъдат окачени в една открита шахта, но това намалява общата товароподемност. Ето защо всички шахти трябва да бъдат част от една система с противопожарни и вентилационни съоръжения. На практика разделителните стени на шахтите често са перфорирани или са изпълнени свързващи отвори в горната или долната част на шахтите за осигуряване на обмен на изместения при движението въздух.
Системата за водене на кабината трябва да бъде изключително добре калибрирана с цел повишаване на комфорта. Релсите трябва да бъдат за тежко натоварване, водещите повърхности и връзките да бъдат напълно полирани с позициониране до микрони при монтажните точки, защото всяка неравност създава хоризонтални вибрации при високи скорости. Необходима е и висококачествена ролна система водачи. Задачата се усложнява още повече поради необходимостта водещата система на асансьора да бъде в състояние да компенсира ефекта от слягането на сградата и термичните и климатични изменения.
Разликата в налягането при основата и при горната част на шахтата също има важна роля при проектирането. За да бъде предотвратен ефектът на комина и въздухът да свири през процепите на етажните врати, те трябва да бъдат направени въздухонепроницаеми. На нивото на основното фоайе директният достъп до външната среда трябва да бъде елиминиран чрез двойно изолирани врати. Машинните помещения също трябва да бъдат възможно в най-голяма степен въздухонепроницаеми и въпреки използването на механична вентилация вентилационните отвори не трябва да се отварят директно към външния въздух.

Комфорт на пътуване
Комфортът на пътуване в асансьор основно се определя от нивата на шума вътре и от хоризонталните вибрации на кабината. Кабините трябва да бъдат проектирани така, че да поглъщат шума до по-малко от 52 dB, като нива над 60dB са недопустими. При скоростните асансьори се прилагат и допълнителни мерки за намаляване на нивото на шум.
Хоризонталните вибрации на кабината също трябва да бъдат минимизирани, което поставя високи изисквания към окачването, релсите и системата от водачи. При скорости над 3 м/сек. са необходими допълнителни мерки за осигуряване на комфорт, докато при скорости под 2.5 м/сек. не са необходими почти никакви специфични мерки.
За осигуряване на допълнителен комфорт има изисквания и към омекотяване на вертикалното ускоряване и забавяне и вибрации.
Повишаването и понижаването на налягането в кабината също трябва да бъдат минимизирани. При слизане със скорости над 8–10 м/сек. повишаването на налягането може да се почувства болезнено в ушите на пътниците, като имат роля и абсолютните стойности в началото и в края на спускането. При изключително високи скорости, каквито се използват при супер- и меганебостъргачите - 17 м/сек., кабините са под налягане както при самолетите. Въпреки че при издигане негативните ефекти се усещат по-малко, те също трябва да бъдат взети предвид.
Не на последно място при оценка на комфорта трябва да бъде разгледана разполагането на пътниците в кабината и трябва да бъде ограничена до 70% от теоретичния лимит на товароподемност и средно тегло от 75 на лице.

Асансьорна евакуация
Всички са запознати с инструкциите да не използват асансьори в спешни случаи или при пожар. В супервисоките сгради над 300 метра пълна евакуация по стълбите обаче е невъзможна - евакуирането на цяла кула над 400 метра би отнело от един до три часа. През последните години благодарение на опита от Азия и Австралия се откроиха две тенденции - евакуация по зони и евакуация с асансьори.
Зоновата евакуация означава евакуиране само да дадена зона, не на цялата сграда. Всяка зона има обозначено евакуационно ниво, до което хората могат да избягат по стълби до преминаване на опасността. Тези евакуационни нива могат да поддържат системите до един час и дават възможност за използване на евакуационните стълби. При небостъргача "Тайпе 101" има евакуационни зони в основата на всеки осеметажен сегмент.
При втората тенденция асансьорите не са резервирани за пожарникари или авариен персонал и някои или всички асансьори са предназначени точно за евакуационни цели. Това означава, че те имат много допълнителни системи за гарантиране на сигурността, пожарна безопасност, контрол и мониторинг.
За справяне с изискванията за транспорт в спешни ситуации на паника е възможно асансьорите в авариен режим да могат да функционират в друга рамка за допустим товар, режим на отваряне-затваряне и директно спиране на партера, допустима скорост на спускане и ускорение.
Благодарение на различни съвременни системи за сградно управление е възможно да бъдат променени евакуационните процедури в зависимост от вида и мястото на аварийната ситуация да бъдат определени вариантите за евакуация - зонова, пълна, отгоре надолу или обратно. Могат да бъдат необходими допълнителни проверки дали излизането на основното ниво е безопасна опция, или трябва да бъде използван алтернативен маршрут (NEN-EN 81-73). Шахтите също така трябва да бъдат под налягане, за да не се изпълнят с дим, а вкарваният въздух да се взема от зони без дим. Бъдещите опции трябва да включват динамична вентилация, която автоматично търси зони с чист въздух без дим.
В днешно време се извършват много изследвания за възможностите и рисковете при асансьорна евакуация.

Заключение
Асансьорните системи за високи сгради изискват внимателен и безпристрастен анализ и детайлна симулация. Не само характеристиките на сградата, нейните обитатели и върхови натоварвания трябва да бъдат коректно моделирани, но и асансьорната конфигурация и физическо и динамично зониране трябва да бъдат определени. Добрият избор на групова контролна система играе ключова роля, както и правилният избор на групови зони, асансьорен капацитет и номинална скорост. Тъй като асансьорните ядра формират конструктивното ядро, трябва да бъдат предвидени на ранен проектен етап, за да бъдат създадени подходящи решения, защото на по-късен етап корекциите са трудни и невъзможни. Симулациите трябва да гарантират, че не са направени нереални донагласявания на данни, което да попречи на пътникопотока.
Редица допълнителни технически мерки са необходими за осигуряване на безопасността и комфорта в кабината при високи скорости. Много високи са изискванията към окачването, релсите и водещите системи, като предавателните и контролните системи трябва да бъда предназначени за високо натоварване и с голяма надеждност. Като последно звено интелигентната система за управление определя транспортната ефикасност. Тези фактори определят и по-високата пропорционална цена на асансьорните системи за високи сгради, обвързана с височината на сградата.

Използвано е изследване на Deerns Consulting Engineers