SCAN 的祖师爷是电梯，但电梯自己早就不用它了
- 作者：Bougie
- 创建于：2026-11-01
现在走进一栋 2010 年以后盖的写字楼，大堂里很可能找不到上行按钮。取而代之的是一块数字键盘：先输入你要去的楼层，屏幕立刻回你一个字母——"请乘 C 梯"。你走到 C 梯门口等着，轿厢里反而没有楼层按钮了。
这个动作改变的不是流程顺序，而是问题的性质。按传统的按法，电梯系统在你按下"上行"的那一刻只知道一件事：一层有个人，不知道要去哪。输入目的地之后，系统在你走进轿厢之前就知道你的一切。排队问题和派单问题，就差这一下输入。
有意思的是这条时间线：这个构想 1961 年就有人提出来了，第一套真正跑起来的系统 1990 年才落地。中间的 29 年，卡住它的不是想象力，是继电器。
先把另一条线讲完，因为那条线上有个更广为人知的事实。
# 一、SCAN 得管电梯叫一声祖师爷
学过操作系统的人都知道 SCAN：磁头沿着一个方向扫到底，沿途响应所有请求，到头再折返。它有个别名，就叫电梯算法（elevator algorithm）——名字的来历很直白，因为它复制的正是电梯的走法：一路向上，只停顺路的楼层，顶楼再回头。OSTEP 教材里那段解释写得很传神：想象你从 10 楼下到 1 楼，有人在 3 楼上了梯按了 4——如果电梯按"最近优先"跑，它真的会掉头上去。"最近请求优先"（SSTF）会让中间楼层的请求吃到最多服务，而两头挨饿；电梯的走法用"方向"代替"距离"做优先级，保证任何请求最多等一趟，不会饿死。
这条谱系里还藏着一个细节：这个算法最早的公开文献，出现在高德纳《计算机程序设计艺术》第一卷里。Knuth 用加州理工学院数学楼的一台电梯做模拟，讲的其实是协程和双向链表。电梯成了计算机科学的第一批教具。
更妙的是，现实中绝大多数电梯跑的确实是这套东西的近似版——集选控制：响应同方向的呼梯，方向上没有请求就掉头。把电梯换成磁头、楼层换成柱面，就是 LOOK。1970 年代磁盘工程师把电梯的运行方式写成磁盘调度算法，一点心理负担都没有，因为他们照抄的是一个已经稳定运行了几十年的系统。
然后反讽来了。磁盘那边把电梯算法养大、又看着它被 SSD 淘汰的时候，电梯那边自己先叛变了。今天新装的目的地派单系统，跑的已经不是 SCAN 的逻辑——它连"电梯要自己判断去哪"这个前提都拆掉了。
# 二、在线问题的死结
要理解电梯为什么叛变，得先看 SCAN 式控制的天花板在哪。
传统电梯是个在线系统：请求一个一个到达，每个请求到达时只带一个比特的信息——这个楼层有人在等，方向朝上。至于这个人最终去几层，电梯要等他进了轿厢才知道。这个信息缺口堵死了一切优化：系统不知道 8 点 52 分大堂里那 11 个人里有 6 个都去 12 层，只能让他们挤进第一辆到的车，然后看着轿厢在 12 层、9 层、15 层之间来回减速。
早高峰上行（morning peak）是这个缺口杀伤力最大的场景。每一趟的停站数近似等于"轿厢里不同目的地的个数"——装 13 个人去 13 个楼层，就要开 13 次门；13 个人去 3 个楼层，只要开 3 次。同样的运输量，停站数可以差四倍，而每次停站的开销（开门、上下客、关门、重新加速）是刚性的。
硬件工程师当然也在拼命。纽约世贸中心双塔是硬件路线的极端作品：110 层的楼，如果按传统方式一层不落，低区一半的面积得让给电梯井。最终方案是把垂直交通做成了地铁：每座塔 99 部客梯，44 层和 78 层各设一个"天空大堂"，23 部快梯每部能装 55 个人，以每分钟 1600 英尺（约 8.1 米/秒）直奔换乘层，再换区间的本地梯。用整个中间楼层换来了"少一半井道"。
另一头是物理极限。电梯靠钢缆吊着，缆绳自己有重量：单程提升到 500 米左右，"缆绳扛得住缆绳自己"就成了过不去的坎。哈利法塔 504 米的单程电梯至今保持着世界纪录，再往上必须中途换乘。2013 年通力推出碳纤维缆绳 UltraRope，给出的对比数字很能说明缆绳有多重：500 米提升距离下，钢缆系统的运动质量是 29 吨，碳纤维方案只要 12.8 吨；到 800 米，钢缆要 108.6 吨，碳纤维只要 13.9 吨。
硬件的路很难走，而且每一米都要用钱和钢缆去堆。但"不知道乘客去哪"这个信息缺口，一分钱钢材都不用，补上它只需要在乘客进梯之前多问一句。
# 三、1961 年的想法，1990 年才有算力
"让乘客先报目的地"这个想法，1961 年悉尼的 Leo Port 就提出了。生不逢时：那个年代的电梯控制器是继电器搭的，一堆电磁开关连"记住所有等待者的目的地再统一分配"都做不到，更别提优化。构想被整整压了 29 年。
1985 年，Schindler 的工程师 Joris Schroeder 在《Elevator World》上发表了题为 Destination Dispatching 的文章，第一次系统地把这件事写成工程方案；1990 年他和 Paul Friedli 拿到专利，同年在汉堡一家电力公司的大楼里装下了第一套 Miconic 10。1992 年产品正式发布，1993 年装进美国印第安纳波利斯的 Ameritech 大楼。此后二十年，三菱 2002 年出了 DOAS，奥的斯 Compass 和通力 Polaris 在 2005 年前后跟进——今天所有大堂键盘，都是 Miconic 10 的后代。
派单系统做的事，拆开看就是把一个在线问题改造成离线问题：
- 需求先于运输出现。所有目的地在乘客进梯之前就已声明，调度器拿到的是完整的请求集合，不再是逐个到达的盲盒。
- 分组是显式的。去同一层的乘客被指派到同一部梯，轿厢的停站数从"人数"塌缩成"楼层数"。
- 排队从一条变成 N 条。乘客不再挤在同一个大堂口，而是各自站在被指派的电梯门口。分配本身就是负载均衡。
顺带解决了一批旧毛病。有人替一屋子同事按一次电梯，系统只会当成一个人——老系统里这个动作会骗出好几部空车。乘客改变主意不去了，刷卡一取消，系统撤掉这次呼叫，不会派一部空梯去接一个已经走掉的人。
这些说法的实证部分，我决定自己跑一遍看看。
# 四、把两种算法放进同一栋楼
我写了一个离散时间步模拟（scripts/experiments/elevator-dispatch.mjs）：一栋 1 层大堂加 20 层办公楼的建筑，4 部电梯，载客 13 人，轿厢速度 2.5 m/s，每次停站 1 秒加减速惩罚，开门 1.2 秒、关门 1.2 秒、每名乘客上下 0.6~0.8 秒。客流是经典早高峰：所有乘客从大堂上行，泊松到达，目的地四成流量集中在三个"整层租户"楼层，其余均匀分布。两种控制方式跑在同一份客流上：一边是集选控制（SCAN 式，共享一条大堂队列，先到先上），一边是目的地派单（进梯前分配，同层同车，各自在指定门口排队）。每组参数跑 5 个随机种子取均值。
结果最有意思的地方不是派单赢了，而是它在哪赢、在哪输：
| 到达率（人/分钟） | 集选：平均等待 | 派单：平均等待 | 集选：每趟停站 | 派单：每趟停站 |
|---|---|---|---|---|
| 8 | 2.2 秒 | 7.0 秒 | 1.4 | 2.1 |
| 10 | 5.0 秒 | 14.7 秒 | 2.2 | 2.4 |
| 12 | 10.1 秒 | 24.0 秒 | 3.8 | 2.5 |
| 14 | 26.1 秒 | 35.3 秒 | 8.5 | 3.9 |
| 16 | 169.3 秒 | 46.4 秒 | 9.1 | 5.9 |
| 18 | 458.5 秒 | 65.6 秒 | 8.9 | 5.8 |
| 20 | 728.1 秒 | 285.4 秒 | 8.8 | 8.0 |
（表里略掉了 90 分位等待和平均乘梯时间，模拟脚本里都有。）
舒适区里（每分钟 8~10 个人，4 部梯毫无压力），派单反而更慢：它把你锁死在被指派的那部梯上，哪怕隔壁正好有一部空车开门。这是我一开始没预料到的，但细想很合理——指派剥夺了你"见梯就上"的自由，买来的是系统层面的秩序。到了每分钟 12 个人，形势反转：集选的轿厢开始被拼成一堆不同目的地的"站站乐"，每趟停站冲到 3.8 次以上，平均乘梯时间涨到 77 秒；派单把同层的人拼进同一部车，每趟停站 2.5 次。
真正的分水岭在 14 到 16 人之间。每分钟 16 个人时，集选控制彻底塌方——平均等待 169 秒，90 分位 265 秒，系统进入"越忙越乱"的正反馈：乘客堆在大堂，车辆全被长队占死。同样的负载，派单的等待是 46 秒。每分钟 18 个人，是 458 秒对 66 秒，7 倍。集选的容量悬崖在 15 人上下，派单把它推到了 19 人左右——同样的 4 部梯、同样的井道，一栋楼没多砌一块砖，多扛了两成客流。
厂商标榜目的地派单"平均出行时间缩短最多 30%"，我的模拟没跑出这么漂亮的普适数，跑出来的是另一个形状的结论：这套系统的价值不在平时，在峰值。平时它甚至收一点税；悬崖边上它是救命的。而电梯销售报告里最值钱的恰恰是峰值场景——业主按"早高峰多少分钟清空大堂"验收一栋楼。
当然要把丑话说在前面：这是玩具模型。没有层间串流，没有分区群控，没有"电梯避开满员楼层"这类真实产品里的技巧，到达分布也是理想化的。结论的形状（悬崖后移、峰值下差异被放大）比具体数字可信。
# 五、它拿走的东西
派单不是白拿的。
轿厢里没有楼层按钮，意味着轮椅使用者、儿童、赶时间的你，都不能临时改道；去错了楼层，只能等下一轮。每个乘客被绑在一张 RFID 卡上——你几点、去几层，系统记得清清楚楚，电梯从公共设施变成了带审计日志的固定资产。派单系统大量落地的地方之一，恰恰是门禁一体化的写字楼：那块键盘同时是考勤机。
还有一层更软的代价：排队的"公平感"变了。共享队列时代，先到先上是人人都看得懂的规则；指派制下，你可能眼睁睁看着一部空车关门上走，而屏幕告诉你你的车在 40 秒后到。系统整体更优了，个体视角里出现了无法申诉的不公平。这跟机场安检分"常客通道"是一类问题——效率的每一次提升，都在重新分配等待的权利。
# 六、不停止的，和不用绳的
把视野拉远一点，目的地派单只是垂直交通这两年革新的前菜，真正离谱的还在井道里。
欧洲至今留着一种反直觉的老设计：paternoster，无门小轿厢串成一条链，在大楼里永远循环，0.3 米每秒，不停站，乘客自己看着时机跳上跳下。名字来自主祷文开头两个词——轿厢像念珠一样绕着链子转。1868 年利物浦 Oriel Chambers 被认为装了最早的一套。它慢，但吞吐量惊人：没有任何一次开门等待，也没有任何调度，是"把等待时间降为零"的最暴力解。代价同样暴力：今天很多国家禁止新建，现存的大多在德国和捷克的老楼里，作为被祖父条款保护着的活化石。
而现代版的"不停站"，走的是完全另一条路。2017 年 6 月，蒂森克虏伯在罗特魏尔 246 米的试验塔里公开了 MULTI：没有缆绳，轿厢靠直线电机在井道里运行，多个轿厢像地铁列车一样在同一组井道里循环，还能在换乘器上横着切进隔壁井道。按官方口径，运力最多比传统方案高五成，井道占地最多省一半。第一份订单签给了柏林的 East Side Tower，那栋楼 2023 年建成——但 MULTI 至今没有走出试验塔：公开资料里，至少到 2024 年，真实建筑中还没有装上一套。工程师们低估了让监管机构相信"没有缆绳的电梯不会掉"需要多少年。
无论哪条路线胜出，方向是同一个：电梯正在从"一个响应呼梯的箱子"变成"一套有全局视野的运输系统"。调度器进大堂，缆绳退出井道，paternoster 把"调度"彻底删掉——三个方向互相矛盾，但都在否定同一件事：那个 SCAN 时代的假设——电梯必须在请求到达后才开始猜。
下次你站在大堂键盘前输入楼层的那个瞬间，可以想一下自己提交了什么：不是一次呼叫，是一个带完整元数据的作业——目的地、身份、时间戳，全都有。系统收下它，给你分一个门。你不再是排队的人，你变成了调度器眼里的一个 job。