龔夢(mèng)雅/GONG Mengya

1 高層住宅電梯在設(shè)計(jì)使用中存在的問題

1970年代末，為了解決城市住宅短缺、城市建設(shè)用地緊張的矛盾，城市建設(shè)向空中發(fā)展，高層住宅誕生。隨著土地價(jià)格上漲，高層住宅逐漸演變?yōu)殚_發(fā)商追求高容積率及利潤(rùn)最大化的手段，高層住宅的層數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)層面積、戶數(shù)都有較大增長(zhǎng)。高層住宅的發(fā)展過程如圖1所示。

隨著高層住宅的不斷發(fā)展，居住者對(duì)電梯的需求也越來越高。如圖2所示，通過問卷調(diào)研及訪談，可以發(fā)現(xiàn)74%的被訪者反映自己所住小區(qū)的住宅電梯不能滿足使用需求。其中有34%的人覺得平時(shí)等待電梯的時(shí)間長(zhǎng)，30%的人認(rèn)為目前電梯的尺寸小，還有20%及16%的被訪者提出存在電梯個(gè)數(shù)少及承載人數(shù)少的問題。

在這些問題中，等待時(shí)間長(zhǎng)、電梯個(gè)數(shù)少、承載人數(shù)少主要反映出電梯數(shù)量不能滿足使用需求，而電梯尺寸小主要說明電梯容量不能滿足需求。

1.1 影響電梯使用效率的因素

電梯的服務(wù)水平主要受到以下4個(gè)因素影響：（1）電梯臺(tái)數(shù)；（2）電梯的額定速度；（3）電梯的額定載重量；（4）電梯的服務(wù)方式。下面將分別分析這4個(gè)因素改變時(shí)對(duì)電梯服務(wù)水平的影響。

（1）電梯數(shù)量

電梯的數(shù)量越多，運(yùn)載能力越強(qiáng)，乘客的等待時(shí)間越短，電梯的使用效率也越高。

（2）電梯的額定速度

電梯的運(yùn)行速度越高，從主樓層離開后再回到主樓層運(yùn)行的時(shí)間越小，電梯的運(yùn)載能力和使用效率也隨之提升。

（3）電梯額定載重量

當(dāng)電梯數(shù)量一樣，電梯額定載重量增大時(shí)，電梯的輸送能力會(huì)相應(yīng)增加，但同時(shí)搭乘電梯的人數(shù)也隨之增加，電梯停站數(shù)和出入電梯的人數(shù)均增加，因此可能導(dǎo)致電梯的運(yùn)行間隔時(shí)間增加，使用效率降低。

（4）電梯服務(wù)方式

單臺(tái)電梯常用的服務(wù)方式為集選控制，即所有的層站和轎廂的信號(hào)都會(huì)被記錄，然后按層站順序依次應(yīng)答。若有多臺(tái)電梯時(shí)，可采用群控方式，幾臺(tái)電梯可以共同使用信號(hào)系統(tǒng)，聯(lián)動(dòng)控制響應(yīng)轎廂內(nèi)及不同層站的呼叫信號(hào)。除此之外，住宅建筑一般僅在首層客流量大，中間層之間相互聯(lián)系的人流量并不多，也可采用下集選控制的方式，除首層外其他樓層的層站呼叫不設(shè)置向上的操作。

這4個(gè)因素的變化都會(huì)不同程度地影響電梯的使用效率，而電梯數(shù)量的改變對(duì)使用效率的影響最為明顯，因此考慮對(duì)高層住宅電梯配置的數(shù)量進(jìn)行研究。

1.2 設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)不高

1 高層住宅發(fā)展過程

2 電梯使用中存在的問題

目前我國(guó)有相關(guān)規(guī)范對(duì)住宅的電梯數(shù)量進(jìn)行規(guī)定，相關(guān)條文如表1所示。《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》中很早就對(duì)電梯數(shù)量進(jìn)行了規(guī)定，目前執(zhí)行的《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50096-2011一直沿用了1987年《住宅建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》中的規(guī)定“12層及12層以上的住宅，每棟樓的電梯不應(yīng)少于兩臺(tái)”。隨著近年土地資源緊張，設(shè)計(jì)師從節(jié)地角度考慮，設(shè)計(jì)的高層住宅的層數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)層戶數(shù)都越來越多，但由于《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》中并未對(duì)層數(shù)和戶數(shù)較多時(shí)的電梯數(shù)量進(jìn)行規(guī)定，因此出現(xiàn)有些住宅已經(jīng)達(dá)到30層、每層超過8戶時(shí)也仍只設(shè)置了2部電梯，電梯的服務(wù)水平較低。

2 高層住宅電梯服務(wù)水平評(píng)價(jià)

2.1 高層住宅電梯服務(wù)水平評(píng)價(jià)因素

電梯的服務(wù)水平是乘客乘坐或等候電梯的方便程度的客觀衡量標(biāo)準(zhǔn)。服務(wù)水平的高低直觀反映在乘客候梯的煩躁程度上，當(dāng)?shù)群螂娞莸臅r(shí)間過長(zhǎng)，超過心理預(yù)期時(shí)，乘客就會(huì)煩躁和不耐煩，而且煩躁程度與等候時(shí)間的平方正相關(guān)。對(duì)于乘客等候電梯的時(shí)間，與電梯的運(yùn)行時(shí)間及電梯數(shù)量相關(guān)。

因此在衡量電梯服務(wù)水平時(shí)，主要考察以下兩個(gè)指標(biāo)：（1）平均運(yùn)行間隔時(shí)間：指一臺(tái)電梯相鄰兩次離開主樓層的時(shí)間間隔平均值，若為多臺(tái)同型號(hào)電梯聯(lián)動(dòng)，則為一臺(tái)電梯的平均運(yùn)行間隔時(shí)間與電梯臺(tái)數(shù)的商。（2） 輸送能力：在給定的時(shí)間周期內(nèi)，單梯或群梯能夠運(yùn)送的乘客數(shù)占該住宅內(nèi)總?cè)丝诘陌俜直?，一般情況下能滿足5分鐘（min）高峰期的乘梯要求, 就可以認(rèn)為電梯的選擇是合理的。

2.2 國(guó)外高層住宅電梯服務(wù)水平評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2.2.1 美國(guó)《垂直交通手冊(cè)》

美國(guó)《垂直交通手冊(cè)》中提出住宅建筑中等待時(shí)間超過60秒（s）時(shí)，乘客會(huì)出現(xiàn)煩燥的情況。對(duì)于住宅建筑中電梯的平均運(yùn)行間隔時(shí)間和5min輸送能力的標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

2.2.2 英國(guó)《暖通設(shè)計(jì)手冊(cè)》

英國(guó)《暖通設(shè)計(jì)手冊(cè)》中對(duì)住宅人數(shù)計(jì)算、電梯平均運(yùn)行間隔時(shí)間和5min輸送能力的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定如表3、4所示。

2.2.3 日本電梯協(xié)會(huì)指引

日本電梯協(xié)會(huì)規(guī)定高檔公寓的電梯5min輸送能力不低于5%，普通公寓不低于3.5%。一臺(tái)電梯的平均間隔時(shí)間不超過90s，兩臺(tái)電梯不超過60s。

表1 各時(shí)期關(guān)于住宅電梯數(shù)量的相關(guān)規(guī)定小結(jié)

表2 美國(guó)住宅建筑電梯服務(wù)水平評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

表3 英國(guó)住宅建筑人數(shù)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)（人/間）

表4 英國(guó)住宅建筑電梯服務(wù)水平評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

表5 電梯服務(wù)水平評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

表6 單臺(tái)電梯服務(wù)戶數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2.3 國(guó)內(nèi)高層住宅電梯服務(wù)水平評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)于電梯服務(wù)水平的指標(biāo)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，目前不同規(guī)范有不同的規(guī)定，具體條文如表5所示。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，高層住宅電梯的平均運(yùn)行間隔時(shí)間最長(zhǎng)不應(yīng)超過120s，5min輸送能力不應(yīng)少于總?cè)藬?shù)的7.5%。

電梯的平均運(yùn)行間隔時(shí)間和5min輸送能力的計(jì)算較為復(fù)雜，因此除這兩個(gè)指標(biāo)外，也可用單臺(tái)電梯服務(wù)戶數(shù)對(duì)電梯的服務(wù)水平進(jìn)行直接判斷?！都夹g(shù)措施》中關(guān)于住宅電梯服務(wù)戶數(shù)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表6所示。

3 高層住宅電梯服務(wù)水平計(jì)算方法

3.1 國(guó)外高層住宅電梯服務(wù)水平計(jì)算方法

3.1.1 美國(guó)《垂直交通手冊(cè)》

3.1.1.1 平均運(yùn)行間隔時(shí)間INT

高層住宅電梯的理想模型為雙向交通模式，上下行人數(shù)相同。如圖3所示，電梯的平均運(yùn)行間隔時(shí)間由3部分組成：（1）大堂乘客進(jìn)出電梯所需時(shí)間；（2）電梯上行時(shí)間；（3）電梯下行時(shí)間。其中上下行時(shí)間又分別由4部分組成： （1）電梯運(yùn)行時(shí)間；（2）停站開關(guān)門時(shí)間；（3）停站乘客進(jìn)出電梯時(shí)間；（4）不可預(yù)見時(shí)間。

電梯的平均運(yùn)行間隔時(shí)間可以表示為：

INT=TL+TU+TD

其中，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，電梯每次停站開關(guān)門時(shí)間為6.6s，乘客進(jìn)電梯耗時(shí)4s，出電梯耗時(shí)3s。電梯每次停站的不可預(yù)見時(shí)間主要與開關(guān)門和乘客進(jìn)出電梯有關(guān)，當(dāng)電梯門為單扇900mm時(shí)，不可預(yù)見時(shí)間約為停站時(shí)間的20%。

除此之外，計(jì)算時(shí)一般認(rèn)為電梯承載人數(shù)A與電梯額定載重人數(shù)相等。一般高層住宅電梯運(yùn)行的最高層數(shù)為總高度的75%，下行停站數(shù)約為上行停站數(shù)的70%。

3.1.1.2 5min輸送能力HC

計(jì)算得到一部電梯的平均運(yùn)行間隔時(shí)間后，可以通過以下公式計(jì)算該電梯5min的輸送人數(shù)：

HC=(5×60×A)/INT

3.1.1.3 乘客平均候梯時(shí)間AWT

乘客平均候梯時(shí)間約為平均間隔時(shí)間的55%～60%。

3.1.2 英國(guó)《暖通設(shè)計(jì)手冊(cè)》

3.1.2.1 平均運(yùn)行間隔時(shí)間INT

高層住宅電梯的理想模型為雙向交通模式，上行下行人數(shù)相同。如圖4所示，電梯的平均運(yùn)行間隔時(shí)間由2部分組成：（1）電梯上行時(shí)間；（2）電梯下行時(shí)間。其中上下行時(shí)間又分別由3部分組成：（1）電梯運(yùn)行時(shí)間；（2）停站開關(guān)門時(shí)間；（3）停站乘客進(jìn)出電梯時(shí)間。

電梯的平均運(yùn)行間隔時(shí)間可以表示為：

INT=TU+TD

其中，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，電梯每次停站開關(guān)門時(shí)間為5.5s，每個(gè)乘客進(jìn)出電梯耗時(shí)1s。

3 美國(guó)電梯平均運(yùn)行間隔時(shí)間示意

4 英國(guó)電梯平均運(yùn)行間隔時(shí)間示意

表7 電梯平均運(yùn)行間隔時(shí)間計(jì)算（2部1000kg電梯、2.5m/s）

表8 電梯輸送能力計(jì)算（2部1000kg電梯、2.5m/s）

除此之外，計(jì)算時(shí)一般認(rèn)為電梯承載人數(shù)AC為電梯額定載重人數(shù)Q的80%。

3.1.1.2 5min輸送能力HC

計(jì)算得到一部電梯的平均運(yùn)行間隔時(shí)間后，可以根據(jù)以下公式計(jì)算該電梯5min的輸送人數(shù)：

HC=(5×60×AC)/INT

3.1.1.3 乘客平均候梯時(shí)間AWT

乘客平均候梯時(shí)間與平均間隔時(shí)間的關(guān)系如下：

AWT=[0.4+(1.8×AC/Q-0.77)2]×INT

表9 電梯5min輸送人數(shù)及高峰期客流量與層數(shù)關(guān)系（2部1000kg電梯、2.5m/s）

3.2 國(guó)內(nèi)高層住宅電梯服務(wù)水平計(jì)算方法

3.2.1 平均運(yùn)行間隔時(shí)間

電梯從某一樓層離開再回到次樓層為一個(gè)運(yùn)行周期，完成這個(gè)運(yùn)行周期所需的時(shí)間即為該電梯的運(yùn)行間隔時(shí)間。這段時(shí)間(TR)可以分為上行時(shí)間(TU)和下行時(shí)間(TD)兩部分，每部分都由4部分組成，分別是運(yùn)行時(shí)間(T1)、開關(guān)門時(shí)間(T2)、上下客時(shí)間(T3)及不可預(yù)見的其他時(shí)間(T4)。因此電梯的運(yùn)行時(shí)間可以表示為：

TR=TU+TD=TU1+TU2+TU3+TU4+TD1+TD2+TD3+TD4

其中運(yùn)行時(shí)間T1=S/V+F×V/a，S為電梯的行程，V為電梯的額定速度，a為電梯的加速度，一般認(rèn)為不會(huì)引起人體不舒適的加速度為0.8m/s2，F(xiàn)為電梯可能停站。

開關(guān)門時(shí)間T2=F×t2，t2為每次開關(guān)門的時(shí)間，一般自動(dòng)開關(guān)門時(shí)間約為4～6s，可以取5s。

上下客時(shí)間T3=t3×γ，t3為每人上下電梯所需的時(shí)間，一般為3.4s，γ為平均乘客人數(shù)。

不可預(yù)見的其他時(shí)間T4為額外耗時(shí)，主要與開關(guān)門及上下客時(shí)間有關(guān)，根據(jù)大量數(shù)據(jù)歸納可得T4=0.1×(T2+T3)。

除此之外，一般可以認(rèn)為電梯的載客率為80%，則上行平均乘客人數(shù)γU=0.8×A，A為電梯的額定載重量，下行平均乘客人數(shù)為上行的2/3。另外，電梯可能停站與平均乘客人數(shù)也相關(guān)，F(xiàn)=n[1-((n-1)/n)γ]，n為電梯?？繉訑?shù)。

通過計(jì)算所得TR為一臺(tái)電梯的運(yùn)行間隔時(shí)間，若有n臺(tái)相同的電梯成組聯(lián)動(dòng)布置，則電梯組的平均運(yùn)行間隔時(shí)間Tj=TR/n。

3.2.2 5min輸送能力

計(jì)算得到一部電梯的運(yùn)行間隔時(shí)間后，可以計(jì)算該電梯5min的輸送人數(shù)q=[5×60×(γU+γD)]/TR，n臺(tái)電梯的總輸送能力Q=nq。

表10 電梯5min輸送能力與總戶數(shù)關(guān)系

4 高層住宅電梯配置數(shù)量計(jì)算

假設(shè)高層住宅層高2.8m，共設(shè)置2部電梯，電梯的額定速度為2.5m/s，額定載重量為1000kg（13人），計(jì)算隨著住宅層數(shù)增加電梯的平均運(yùn)行間隔時(shí)間和5min輸送能力是否能滿足住戶使用需求。

4.1 平均運(yùn)行間隔時(shí)間

根據(jù)3.2.1中電梯平均運(yùn)行間隔時(shí)間的計(jì)算公式，在假設(shè)條件下，隨著住宅層數(shù)增加，電梯的平均運(yùn)行間隔時(shí)間如表7和圖5所示。

根據(jù)計(jì)算可知，設(shè)置2部1000kg、梯速為2.5m/s的電梯，當(dāng)住宅層數(shù)達(dá)到或超過24層時(shí)，電梯組的平均運(yùn)行間隔時(shí)間大于規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)120s，可以認(rèn)為這時(shí)2部電梯已經(jīng)不能較好地滿足住戶的使用需求。

4.2 5min輸送能力

電梯組5min能輸送的人數(shù)和平均運(yùn)行間隔時(shí)間以及電梯的額定載重量相關(guān)。在本節(jié)假定的條件下，電梯的5min輸送能力如表8所示。

當(dāng)電梯的5min輸送能力不小于高峰期客流量時(shí)，就可以認(rèn)為電梯的輸送能力能夠滿足住戶的使用需求。高峰期客流量與樓棟總戶數(shù)相關(guān)。表9和圖6中列出了當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)層戶數(shù)分別為2～12戶時(shí)的高峰期客流量。

由圖表可知，每單元不超過6戶時(shí)，2部電梯的輸送能力能滿足樓棟高峰期使用需求。每層8戶、層數(shù)超過30層時(shí)，電梯的輸送能力小于高峰期客流量。每層10戶、層數(shù)超過26層或每層12戶、層數(shù)超過24層時(shí)，電梯的運(yùn)力不足。

如表10所示，分析總戶數(shù)與電梯輸送能力的關(guān)系，可知當(dāng)單臺(tái)電梯服務(wù)戶數(shù)超過120戶時(shí)，2部1000kg、額定速度為2.5m/s的電梯的輸送能力不再能滿足樓棟高峰期居民的使用需求。

當(dāng)電梯服務(wù)水平，即電梯的平均運(yùn)行間隔時(shí)間及5min輸送能力不能滿足住戶使用需求時(shí)，可考慮通過增加電梯數(shù)量進(jìn)行改善。

如圖7、8所示，當(dāng)增加1部電梯后，電梯組的平均運(yùn)行間隔時(shí)間明顯減少，5min輸送能力增加，電梯的服務(wù)水平提高。除此之外，從圖表可以看到，3部電梯的綜合服務(wù)水平基本可以滿足100m以下住宅的使用需求。

5 電梯平均運(yùn)行間隔時(shí)間與層數(shù)關(guān)系（2部1000kg電梯、2.5m/s）

6 電梯5min輸送人數(shù)及高峰期客流量與層數(shù)關(guān)系（2部1000kg電梯、2.5m/s）

7 電梯平均運(yùn)行間隔時(shí)間與層數(shù)關(guān)系（3部1000kg電梯、2.5m/s）

8 電梯5min輸送人數(shù)及高峰期客流量與層數(shù)關(guān)系（3部1000kg電梯、2.5m/s）（1-8圖片來源：作者自繪）

5 結(jié)論

根據(jù)以上計(jì)算分析，當(dāng)住宅層數(shù)超過24層時(shí)，2部2.5m/s、額定載重量為1000kg的電梯的平均運(yùn)行間隔時(shí)間超過120s。另外當(dāng)單臺(tái)電梯服務(wù)戶數(shù)超過120戶時(shí)，2部電梯的5min輸送能力小于高峰期客流量。在這兩種情況下，電梯為運(yùn)力不足的狀態(tài)，服務(wù)水平不能滿足住戶的使用需求。

當(dāng)電梯運(yùn)力不足時(shí)，如果土地和經(jīng)濟(jì)條件允許，可以考慮增設(shè)1部電梯改善電梯組的服務(wù)水平。

綜合分析各項(xiàng)指標(biāo)，建議當(dāng)住宅樓棟層數(shù)達(dá)到25層及25層以上，單臺(tái)電梯服務(wù)戶數(shù)超過100戶時(shí)，考慮設(shè)置3部電梯，以保證居住品質(zhì)。

隨著住宅不斷向高層發(fā)展，作為主要垂直交通方式的電梯也越來越重要，生活節(jié)奏的加快以及老齡化的日益嚴(yán)峻也使得居住者對(duì)電梯的需求發(fā)生變化，因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到這些變化，突破原有的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)項(xiàng)目中的層數(shù)及高度適當(dāng)增加電梯的數(shù)量，保證住宅品質(zhì)。□