龔夢雅/GONG Mengya
1970年代末,為了解決城市住宅短缺、城市建設用地緊張的矛盾,城市建設向空中發(fā)展,高層住宅誕生。隨著土地價格上漲,高層住宅逐漸演變?yōu)殚_發(fā)商追求高容積率及利潤最大化的手段,高層住宅的層數及標準層面積、戶數都有較大增長。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,居住者對電梯的需求也越來越高。如圖2所示,通過問卷調研及訪談,可以發(fā)現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%的人覺得平時等待電梯的時間長,30%的人認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數少及承載人數少的問題。
在這些問題中,等待時間長、電梯個數少、承載人數少主要反映出電梯數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。
電梯的服務水平主要受到以下4個因素影響:(1)電梯臺數;(2)電梯的額定速度;(3)電梯的額定載重量;(4)電梯的服務方式。下面將分別分析這4個因素改變時對電梯服務水平的影響。
(1)電梯數量
電梯的數量越多,運載能力越強,乘客的等待時間越短,電梯的使用效率也越高。
(2)電梯的額定速度
電梯的運行速度越高,從主樓層離開后再回到主樓層運行的時間越小,電梯的運載能力和使用效率也隨之提升。
(3)電梯額定載重量
當電梯數量一樣,電梯額定載重量增大時,電梯的輸送能力會相應增加,但同時搭乘電梯的人數也隨之增加,電梯停站數和出入電梯的人數均增加,因此可能導致電梯的運行間隔時間增加,使用效率降低。
(4)電梯服務方式
單臺電梯常用的服務方式為集選控制,即所有的層站和轎廂的信號都會被記錄,然后按層站順序依次應答。若有多臺電梯時,可采用群控方式,幾臺電梯可以共同使用信號系統(tǒng),聯(lián)動控制響應轎廂內及不同層站的呼叫信號。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置向上的操作。
這4個因素的變化都會不同程度地影響電梯的使用效率,而電梯數量的改變對使用效率的影響最為明顯,因此考慮對高層住宅電梯配置的數量進行研究。
1 高層住宅發(fā)展過程
2 電梯使用中存在的問題
目前我國有相關規(guī)范對住宅的電梯數量進行規(guī)定,相關條文如表1所示?!蹲≌O計規(guī)范》中很早就對電梯數量進行了規(guī)定,目前執(zhí)行的《住宅設計規(guī)范》GB50096-2011一直沿用了1987年《住宅建筑設計規(guī)范》中的規(guī)定“12層及12層以上的住宅,每棟樓的電梯不應少于兩臺”。隨著近年土地資源緊張,設計師從節(jié)地角度考慮,設計的高層住宅的層數和標準層戶數都越來越多,但由于《住宅設計規(guī)范》中并未對層數和戶數較多時的電梯數量進行規(guī)定,因此出現有些住宅已經達到30層、每層超過8戶時也仍只設置了2部電梯,電梯的服務水平較低。
電梯的服務水平是乘客乘坐或等候電梯的方便程度的客觀衡量標準。服務水平的高低直觀反映在乘客候梯的煩躁程度上,當等候電梯的時間過長,超過心理預期時,乘客就會煩躁和不耐煩,而且煩躁程度與等候時間的平方正相關。對于乘客等候電梯的時間,與電梯的運行時間及電梯數量相關。
因此在衡量電梯服務水平時,主要考察以下兩個指標:(1)平均運行間隔時間:指一臺電梯相鄰兩次離開主樓層的時間間隔平均值,若為多臺同型號電梯聯(lián)動,則為一臺電梯的平均運行間隔時間與電梯臺數的商。(2) 輸送能力:在給定的時間周期內,單梯或群梯能夠運送的乘客數占該住宅內總人口的百分比,一般情況下能滿足5分鐘(min)高峰期的乘梯要求, 就可以認為電梯的選擇是合理的。
2.2.1 美國《垂直交通手冊》
美國《垂直交通手冊》中提出住宅建筑中等待時間超過60秒(s)時,乘客會出現煩燥的情況。對于住宅建筑中電梯的平均運行間隔時間和5min輸送能力的標準如表2所示。
2.2.2 英國《暖通設計手冊》
英國《暖通設計手冊》中對住宅人數計算、電梯平均運行間隔時間和5min輸送能力的標準規(guī)定如表3、4所示。
2.2.3 日本電梯協(xié)會指引
日本電梯協(xié)會規(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%。一臺電梯的平均間隔時間不超過90s,兩臺電梯不超過60s。
表1 各時期關于住宅電梯數量的相關規(guī)定小結
表2 美國住宅建筑電梯服務水平評價標準
表3 英國住宅建筑人數計算標準(人/間)
表4 英國住宅建筑電梯服務水平評價標準
表5 電梯服務水平評價標準
表6 單臺電梯服務戶數評價標準
對于電梯服務水平的指標的評價標準,目前不同規(guī)范有不同的規(guī)定,具體條文如表5所示。根據相關規(guī)定,高層住宅電梯的平均運行間隔時間最長不應超過120s,5min輸送能力不應少于總人數的7.5%。
電梯的平均運行間隔時間和5min輸送能力的計算較為復雜,因此除這兩個指標外,也可用單臺電梯服務戶數對電梯的服務水平進行直接判斷?!都夹g措施》中關于住宅電梯服務戶數的評價標準如表6所示。
3.1.1 美國《垂直交通手冊》
3.1.1.1 平均運行間隔時間INT
高層住宅電梯的理想模型為雙向交通模式,上下行人數相同。如圖3所示,電梯的平均運行間隔時間由3部分組成:(1)大堂乘客進出電梯所需時間;(2)電梯上行時間;(3)電梯下行時間。其中上下行時間又分別由4部分組成: (1)電梯運行時間;(2)停站開關門時間;(3)停站乘客進出電梯時間;(4)不可預見時間。
電梯的平均運行間隔時間可以表示為:
INT=TL+TU+TD
其中,根據實際經驗,電梯每次停站開關門時間為6.6s,乘客進電梯耗時4s,出電梯耗時3s。電梯每次停站的不可預見時間主要與開關門和乘客進出電梯有關,當電梯門為單扇900mm時,不可預見時間約為停站時間的20%。
除此之外,計算時一般認為電梯承載人數A與電梯額定載重人數相等。一般高層住宅電梯運行的最高層數為總高度的75%,下行停站數約為上行停站數的70%。
3.1.1.2 5min輸送能力HC
計算得到一部電梯的平均運行間隔時間后,可以通過以下公式計算該電梯5min的輸送人數:
HC=(5×60×A)/INT
3.1.1.3 乘客平均候梯時間AWT
乘客平均候梯時間約為平均間隔時間的55%~60%。
3.1.2 英國《暖通設計手冊》
3.1.2.1 平均運行間隔時間INT
高層住宅電梯的理想模型為雙向交通模式,上行下行人數相同。如圖4所示,電梯的平均運行間隔時間由2部分組成:(1)電梯上行時間;(2)電梯下行時間。其中上下行時間又分別由3部分組成:(1)電梯運行時間;(2)停站開關門時間;(3)停站乘客進出電梯時間。
電梯的平均運行間隔時間可以表示為:
INT=TU+TD
其中,根據實際經驗,電梯每次停站開關門時間為5.5s,每個乘客進出電梯耗時1s。
3 美國電梯平均運行間隔時間示意
4 英國電梯平均運行間隔時間示意
表7 電梯平均運行間隔時間計算(2部1000kg電梯、2.5m/s)
表8 電梯輸送能力計算(2部1000kg電梯、2.5m/s)
除此之外,計算時一般認為電梯承載人數AC為電梯額定載重人數Q的80%。
3.1.1.2 5min輸送能力HC
計算得到一部電梯的平均運行間隔時間后,可以根據以下公式計算該電梯5min的輸送人數:
HC=(5×60×AC)/INT
3.1.1.3 乘客平均候梯時間AWT
乘客平均候梯時間與平均間隔時間的關系如下:
AWT=[0.4+(1.8×AC/Q-0.77)2]×INT
表9 電梯5min輸送人數及高峰期客流量與層數關系(2部1000kg電梯、2.5m/s)
3.2.1 平均運行間隔時間
電梯從某一樓層離開再回到次樓層為一個運行周期,完成這個運行周期所需的時間即為該電梯的運行間隔時間。這段時間(TR)可以分為上行時間(TU)和下行時間(TD)兩部分,每部分都由4部分組成,分別是運行時間(T1)、開關門時間(T2)、上下客時間(T3)及不可預見的其他時間(T4)。因此電梯的運行時間可以表示為:
TR=TU+TD=TU1+TU2+TU3+TU4+TD1+TD2+TD3+TD4
其中運行時間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,一般認為不會引起人體不舒適的加速度為0.8m/s2,F為電梯可能停站。
開關門時間T2=F×t2,t2為每次開關門的時間,一般自動開關門時間約為4~6s,可以取5s。
上下客時間T3=t3×γ,t3為每人上下電梯所需的時間,一般為3.4s,γ為平均乘客人數。
不可預見的其他時間T4為額外耗時,主要與開關門及上下客時間有關,根據大量數據歸納可得T4=0.1×(T2+T3)。
除此之外,一般可以認為電梯的載客率為80%,則上行平均乘客人數γU=0.8×A,A為電梯的額定載重量,下行平均乘客人數為上行的2/3。另外,電梯可能停站與平均乘客人數也相關,F=n[1-((n-1)/n)γ],n為電梯??繉訑怠?/p>
通過計算所得TR為一臺電梯的運行間隔時間,若有n臺相同的電梯成組聯(lián)動布置,則電梯組的平均運行間隔時間Tj=TR/n。
3.2.2 5min輸送能力
計算得到一部電梯的運行間隔時間后,可以計算該電梯5min的輸送人數q=[5×60×(γU+γD)]/TR,n臺電梯的總輸送能力Q=nq。
表10 電梯5min輸送能力與總戶數關系
假設高層住宅層高2.8m,共設置2部電梯,電梯的額定速度為2.5m/s,額定載重量為1000kg(13人),計算隨著住宅層數增加電梯的平均運行間隔時間和5min輸送能力是否能滿足住戶使用需求。
根據3.2.1中電梯平均運行間隔時間的計算公式,在假設條件下,隨著住宅層數增加,電梯的平均運行間隔時間如表7和圖5所示。
根據計算可知,設置2部1000kg、梯速為2.5m/s的電梯,當住宅層數達到或超過24層時,電梯組的平均運行間隔時間大于規(guī)范標準120s,可以認為這時2部電梯已經不能較好地滿足住戶的使用需求。
電梯組5min能輸送的人數和平均運行間隔時間以及電梯的額定載重量相關。在本節(jié)假定的條件下,電梯的5min輸送能力如表8所示。
當電梯的5min輸送能力不小于高峰期客流量時,就可以認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相關。表9和圖6中列出了當標準層戶數分別為2~12戶時的高峰期客流量。
由圖表可知,每單元不超過6戶時,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、層數超過30層時,電梯的輸送能力小于高峰期客流量。每層10戶、層數超過26層或每層12戶、層數超過24層時,電梯的運力不足。
如表10所示,分析總戶數與電梯輸送能力的關系,可知當單臺電梯服務戶數超過120戶時,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。
當電梯服務水平,即電梯的平均運行間隔時間及5min輸送能力不能滿足住戶使用需求時,可考慮通過增加電梯數量進行改善。
如圖7、8所示,當增加1部電梯后,電梯組的平均運行間隔時間明顯減少,5min輸送能力增加,電梯的服務水平提高。除此之外,從圖表可以看到,3部電梯的綜合服務水平基本可以滿足100m以下住宅的使用需求。
5 電梯平均運行間隔時間與層數關系(2部1000kg電梯、2.5m/s)
6 電梯5min輸送人數及高峰期客流量與層數關系(2部1000kg電梯、2.5m/s)
7 電梯平均運行間隔時間與層數關系(3部1000kg電梯、2.5m/s)
8 電梯5min輸送人數及高峰期客流量與層數關系(3部1000kg電梯、2.5m/s)(1-8圖片來源:作者自繪)
根據以上計算分析,當住宅層數超過24層時,2部2.5m/s、額定載重量為1000kg的電梯的平均運行間隔時間超過120s。另外當單臺電梯服務戶數超過120戶時,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,電梯為運力不足的狀態(tài),服務水平不能滿足住戶的使用需求。
當電梯運力不足時,如果土地和經濟條件允許,可以考慮增設1部電梯改善電梯組的服務水平。
綜合分析各項指標,建議當住宅樓棟層數達到25層及25層以上,單臺電梯服務戶數超過100戶時,考慮設置3部電梯,以保證居住品質。
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峻也使得居住者對電梯的需求發(fā)生變化,因此在設計時應考慮到這些變化,突破原有的設計經驗,根據項目中的層數及高度適當增加電梯的數量,保證住宅品質?!?/p>