电梯发展史：从阿基米德到迪拜塔
----电梯发展史：从阿基米德到迪拜塔
上传时间：2015-08-21 11:06:23 来源：中国新闻周刊(北京)
埃及吉萨金字塔群是世界七大奇迹之一,其中最大、保存最完好的胡夫金字塔，高146.6米，底边长230.5米，由200多万块巨石堆砌而成，每块石头重2.5吨至15吨不等。据多方推论，要将体量如此巨大的石块向顶层运送，并在几十年内建好，需要10万人力。他们将石块沿着地面斜坡往上托运，在金字塔周围以脚手架的方式层层堆砌，直至竣工。这是发生在公元前2600年至公元前2500年的故事。
从金字塔到迪拜塔
显然，人类社会很早就有了垂直运输的需求。古希腊时期，阿基米德改进了以滑轮和绳索为主要组成部分的起重装置，设计了一种由人力驱动的卷筒式卷扬机，它被视为现代电梯的鼻祖。公元前100年左右的中国出现了辘轳与桔槔，它们是由杠杆演变而来的汲水工具，并流行于春秋时期。公元前80年，角斗士和动物们乘坐非常原始的升降设备从地下上升至斗兽场。在中世纪的手稿里，就有人描绘了货物被吊起并运到各个地方的场景，以及许多操作升降装置的人。
到了1203年，位于法国海岸边的一座修道院的升降平台做了一个巨大的踏轮，通过把绳子缠绕在结实的柱子上，由毛驴提供提升的动力，提起负重。这段时期，升举重物的器具主要用于农业生产和生活。这些装置基本上相类似，均由卷筒、支架、杠杆、绳索、容器(取物装置)组成。情况到了18世纪逐渐有所改观，机械动力被运用到了升降梯上。风流的路易十五赋予了它新的功能：他在凡尔赛宫搭建了一个私人“飞梯”，方便其与情妇在较高的楼层相见。
但至此，升降梯还有一个根本的安全隐患：一旦缆绳断裂，负载平台就必然会发生坠毁事故。幸而1852年，美国人伊莱沙·格雷夫斯·奥的斯解决了这个问题。他在升降平台顶部安装一个特制弹簧缓冲器，使之与牵引绳相连，并在牵引轨道的每一面都装上一个棘尺条作为安全装置。当电梯突然下落，或弹簧缓冲器受到撞击后，安全装置被弹簧的反作用力触动，夹住导轨，使轿厢和对重(电梯曳引系统的组成部分，其作用是平衡轿厢的重量)减速。这是世界上第一部以蒸汽机为动力、配有安全装置的载人升降机，这台载人升降机于1854年在纽约水晶宫世博会上展出。
经过一代代人的研究与创新，现代电梯的安全系统已相当完善。目前广泛使用的轿厢式电梯可分为两大类，一种是曳引电动机直接驱动的曳引电梯，即那种被六条或八条钢丝绳吊在半空中的电梯，它靠钢丝绳与曳引轮槽之间产生的摩擦力驱动来实现升降;另一种是液压传动的液压电梯，它基于液压原理运行，因其载重量大、运行平稳、节能低噪、故障率低、井道利用率高等优点，近来在商场、办公楼、停车场、车站与机场等公共场合被广泛使用。
无论是哪种形式，现代电梯的安全装置均包括了制动器、调速器、刹车器和缓冲器，更高级的电梯还可能带有地震感知装置等。这些安全设施都经过多角度考量测试而得，形式多变，不断向智能化发展，旨在确保电梯的下坠速度能被控制，以保护乘梯人的安全。
尽管如此，致命电梯事故仍会发生，但这往往是在最极端的情况下——例如，所有曳引绳同时断裂。1945年就发生了这样的事故。一架B-25轰炸机由于在浓雾中迷失了方向，撞上纽约帝国大厦79层，烧断了两部电梯的曳引绳，使之从75层急速坠落。但由于当时电梯巷道内空气已被压缩，电梯上的减震弹簧尚未完全失效，加之梯底的缓冲器同时起作用，电梯中的一名女操作员虽受重伤，却幸而保命。
这位电梯操作员的幸运，一部分来自其身处的城市——纽约是电梯的故乡，行业技术水平、律法条令的规范化为世界前列。今日的纽约拥有约58000部电梯，每年电梯运行次数超过110亿，每天平均运行次数约3000万，而因电梯事故死伤的人数很少。根据美国劳工统计局和美国消费者产品安全委员会的数据，2011年美国因电梯事故而死亡的人数约为27人，换言之，乘坐一次电梯发生致命意外的可能为0.00000015% 。与之对比，2011年美国因交通意外而身亡的人数为32479人。也就是说，只要保养得宜，在所有交通工具中，电梯算得上是最安全的一种。
事实上，让公众对电梯的安全性有了信心，正是美国人奥的斯的另一个重要贡献。1857年，纽约百老汇的一个百货商场第一次使用了奥的斯发明的电梯，该商场只有5层楼高，电梯运行速度为每分钟40英尺(约12.2米)。而今天，世界最高建筑迪拜的哈利法塔(也称迪拜塔)，高828米，连同地下共有169层，大楼内共有56部电梯穿梭其间，平均速度能达到每秒10米 。安全问题的解决解放了升降梯行业，也为那些想建造更高层建筑物的设计者们打开了通途。
电梯与城市
18世纪起步的工业革命宣告了城市化的开始。到了19世纪，日益增长的人口密度与原有的土地面积不相匹配，城市化的飞速发展从客观上要求建筑界在密集度方面有所创新。在1852年奥的斯发明安全升降装置之前，超过6层的建筑物较为罕见，人们不愿爬太多阶梯，而水压式垂直升降机能提升的高度只有15米。
1871年芝加哥发生了一场大火，灾后高效的城市重建被视为第一要务，节约城市商业用地，增加更多营业面积是主导思路之一。在这样的社会背景下，芝加哥家庭保险大楼落成。这一建筑被视作现代摩天大楼的起源。该大楼设计使用金属制的柱与梁取代石与砖以支持上一层的楼面，减轻了建筑物的重量，为修建更高的结构提供了可能。这也是对芝加哥地价昂贵、用地不足问题的应对。显然，电梯的普遍使用是建造此类摩天大楼的前提。很快，电梯开始在纽约公寓住宅中出现，并扩展到华尔街、白宫、政府大楼。
电梯出现前，阁楼与顶部楼层被视为杂货间、洗衣房，或供仆役和穷人居住。电梯运用初期，其安全性还不被完全接受，它仅仅满足了人们在办公区高楼层中物理移动的需要。直到1920年，纽约开发商推出了“顶层公寓”(Penthouse)的概念，使居住顶层或带有露台的楼层成为有钱人的专利，他们甚至能够建造属于自己的私人电梯，阻隔外人。
一方面，电梯空间为完全陌生的人提供了交集的可能，另一方面，它进一步定位了社会阶级。就像精准描绘了20世纪五六十年代纽约的《广告狂人》，剧中与电梯相关的场景多达59个，它们上上下下地带动剧情发展，其象征意义不言而喻。
频繁地与陌生人在这么狭小的空间里相遇，不免会有尴尬的事情发生。于是，电梯空间的设计要同时考虑舒适与安全。19世纪，电梯门还不能自动打开，需要人自行开关。老电影里常看到的衣着精致的电梯员，其实是一种安全保障。1887年，能自动开关的电梯门出现，该发明让乘梯人不再会因为忘记关门而意外掉入梯井中，也让乘坐电梯的过程多了一份私密性与安全感。
经过多年的探索和演变，现代标准的电梯空间设计建议，每人所占面积至少为0.19平方米。按照这个标准，站在满员的电梯里会被挤得不像样，但电梯是一个能让陌生人之间接受这种“亲密接触”的公共空间。这种设计同时能最大限度地杜绝超重，确保安全。文化对电梯设计也有影响，实际上，亚洲人对拥挤的梯内空间接受度更大。
随着技术的发展，建筑的高度相对来说更容易被达成，而竞赛的重点转移到了电梯的速度、舒适度、安全性与创意度上。异军突起的亚洲国家，比西方甚至更加热衷于此。1930年建造的纽约克莱斯勒大楼高318.9米，拥有77层，电梯运行速度仅为4.5米/秒。到了2004年，台北101大楼高509米，共106层，电梯运行速度为16.8米/秒，从5楼直达89楼的室内观景台只需37秒。东芝出品的能调节舱压的压力控制系统帮了大忙，它解决了电梯超高速行驶过程中的气压变化问题，能够减缓乘客耳膜的不适，同时减少舱体与空气摩擦时产生的噪音。
正在建设的广州CFT周大福财富中心的电梯由日立承包。据称，日立将把花费4年时间开发出的高输出功率的永磁电机运用于此，在加强绳索强度的同时减轻其重量。该电梯还配有检测风压导致的横向振动的零部件，负责减轻振动，使得乘坐体验更加舒适。预计财富中心落成后，电梯运行的速度能达到20米/秒。
发展中国家面临的城市化挑战比任何时候都多，几乎每年都有6000万左右的人口向城市转移。根据奥的斯公司的调查，每5天，镶有奥的斯标志的电梯运送的总人数就与世界人口总数相当。尽管这个数据只是一个形象的类比，但它充分说明了电梯在人类生活中越来越重要的事实。
在人流量大、人口密集的开放式场所，电动扶梯能有效舒缓拥堵。与升降机相比，电动扶梯所占空间较多，而且行走的垂直速度相对缓慢，但是因其连续运作，无需等待，使得其总载客量反而高很多。
电动扶梯原理简单，核心部件是两根链条，它们绕着两对齿轮进行循环转动。扶梯顶部的电动机驱动传动齿轮，以转动链圈。但也正是由于结构简单，使之在机械和电气方面风险较大。电网失压等造成电动机反转或驱动力不足，驱动装置与梯级链轮之间的驱动链断链;超载等原因都会导致扶梯故障。扶梯运营方应该定时检修并正确提示安全的乘梯方式，而乘客也应尽量遵守安全提示，以避免意外发生。
150年来，电梯在材质、样式、操纵控制系统方面不断推陈出新，电梯种类繁多，但各种电梯被接受的前提条件仍在其安全性能的不断提高，在此基础上电梯的趣味性也有所发展，有的电梯并因而成为人文景观。比如，张家界的百龙天梯，垂直高差335米，运行高度326米，由154米的山体内竖井和172米的贴山钢结构井架组成，采用三台双层全暴露观光并列分体运行。乘客身在其中完全能感受到自然盛景的气势恢弘。再比如，香港长达800米的半山扶梯，连接了中环街市、沿阁麟街、荷李活道、些利街、摩罗庙交加街、罗便臣道等中心区域，在方便了行人的同时，也完整地展现了东方之珠的风情。
未来电梯
未来电梯的发展不仅是在速度、长度等方面的比拼，而且已经涌现出更多超乎人们想象的“概念电梯”。
2013年，芬兰公司Kone研制出了超轻质碳纤维的“超级绳索”(ultrarope)，长度远远超过现有电梯曳引绳，可达1000米。该绳的研制花费了9年时间，成品会比传统钢丝绳轻7倍，能耗少，且使用寿命是前者的两倍。“超级绳索”的出现，是对电梯工业的又一次解放。它将被用在沙特阿拉伯城市吉大的王国塔，该塔预计2019年完工，楼高约1600米。倘若这幢摩天高楼成功落成，未来2000米以上的人类建筑就不再是幻想。
意图颠覆电梯技术的公司不仅这一家，德国的蒂森克虏伯公司于2014年宣布，其未来的新型电梯技术“MULTI”已处在开发阶段，2016年将公布测试结果。他们借鉴磁悬浮列车设计原理，意欲摆脱传统的曳引绳，用升降机井让电梯快速升降。该公司还声称，磁悬浮系统将使电梯实现“水平输送”，多个输送舱形成复杂回路，更适合运用于人口密度高的大型城市建筑。
的确，地球上最理想的电梯应该是在水平与垂直方向都能随意移动的。这样一来，建筑物的形式将不再受限，公共空间的使用与设计将物尽其用，人们也能在等待、乘梯的过程上花更少的时间。那么地球外呢?由美国航空航天局(NASA)前工程师迈克尔·莱恩创办的电梯港集团公司宣称，由于在月球上建太空电梯比在地球上建更容易，所以该公司可用现有技术在月球上建造一座太空电梯，并表示这一想法能在2020年成为现实。
最早从技术角度讨论了“太空电梯”这个概念的是科幻作家阿瑟·克拉克。他于1978年出版的《天堂之泉》曾构想：人们可乘电梯去太空观光，并实现外太空和地球之间更便捷的物资交换。太空电梯与普通电梯的不同在于它的作用。它的主体是一条永久性连接太空站和地球表面的缆绳，用于货物运送。此外，被地球带动旋转的太空电梯可以被做成一个发射系统，如此，飞船从地面运送到大气层外足够高的地方，只需一点加速度，就可以起航。
2005年3月23日，美国宇航局正式宣布太空天梯已成为世纪挑战的首选项目。俄国和日本也不甘示弱。比如，日本建筑公司大林组，其太空电梯初步计划里，安装在轨道站上的太阳能电池板负责为太空电梯提供能量，升降舱可容纳30名游客，速度约为201公里/小时，只需一周左右便可进入距离地面约3.6万公里的太空。当然，太空电梯的研制面临着很多困难，比如，引绳所需的纳米碳管还只是毫米级制品，距实际运用水平差距甚远;电梯会因太阳风、月球和太阳的重力影响而摇摆不定;太空垃圾可能会撞裂曳引绳，造成无法预估的损失。
从某种意义上说，电梯之于城市，就如纸张之于阅读。而对于地球而言，没有电梯，人口的分布将平铺在地球表面上，人类将受限于有限、单一的空间;没有电梯，城市将没有垂直空间，没有密集的人口，没有更高效的资源利用;没有电梯，就没有不断升起的高楼大厦，那样，人类就不可能创造出现代意义的城市和文明。
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