龔夢雅/GONG Mengya

1 高層住宅電梯在設計使用中存在的問題

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(shù)及標準層面積、戶數(shù)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(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(shù)少及承載人數(shù)少的問題。

在這些問題中，等待時間長、電梯個數(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

電梯的服務水平主要受到以下4個因素影響：（1）電梯臺數(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(shù)量

電梯的數(shù)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(shù)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(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(shù)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(shù)量進行研究。

1.2 設計規(guī)范標準不高

1 高層住宅發(fā)展過程

2 電梯使用中存在的問題

目前我國有相關規(guī)范對住宅的電梯數(shù)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(shù)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(shù)和標準層戶數(shù)都越來越多，但由于《住宅設計規(guī)范》中并未對層數(shù)和戶數(shù)較多時的電梯數(shù)量進行規(guī)定，因此出現(xiàn)有些住宅已經(jīng)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。

2 高層住宅電梯服務水平評價

2.1 高層住宅電梯服務水平評價因素

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?shù)群螂娞莸臅r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(shù)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(shù)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(shù)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 國外高層住宅電梯服務水平評價標準

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(xiàn)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)評價標準

2.3 國內高層住宅電梯服務水平評價標準

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(jù)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(shù)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(shù)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(shù)的評價標準如表6所示。

3 高層住宅電梯服務水平計算方法

3.1 國外高層住宅電梯服務水平計算方法

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(shù)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(jù)實際經(jīng)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(shù)A與電梯額定載重人數(shù)相等。一般高層住宅電梯運行的最高層數(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(shù)：

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(shù)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(jù)實際經(jīng)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(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

計算得到一部電梯的平均運行間隔時間后，可以根據(jù)以下公式計算該電梯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(shù)及高峰期客流量與層數(shù)關系（2部1000kg電梯、2.5m/s）

3.2 國內高層住宅電梯服務水平計算方法

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(xiàn)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(shù)。

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(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，F(xiàn)=n[1-((n-1)/n)γ]，n為電梯?？繉訑?shù)。

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(shù)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(shù)關系

4 高層住宅電梯配置數(shù)量計算

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(shù)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。

4.1 平均運行間隔時間

根據(jù)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(shù)增加，電梯的平均運行間隔時間如表7和圖5所示。

根據(jù)計算可知，設置2部1000kg、梯速為2.5m/s的電梯，當住宅層數(shù)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(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(shù)相關。表9和圖6中列出了當標準層戶數(shù)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(shù)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(shù)超過26層或每層12戶、層數(shù)超過24層時，電梯的運力不足。

如表10所示，分析總戶數(shù)與電梯輸送能力的關系，可知當單臺電梯服務戶數(shù)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(shù)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(shù)關系（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)關系（2部1000kg電梯、2.5m/s）

7 電梯平均運行間隔時間與層數(shù)關系（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)關系（3部1000kg電梯、2.5m/s）（1-8圖片來源：作者自繪）

5 結論

根據(jù)以上計算分析，當住宅層數(shù)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(shù)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(jīng)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(shù)達到25層及25層以上，單臺電梯服務戶數(shù)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(jīng)驗，根據(jù)項目中的層數(shù)及高度適當增加電梯的數(shù)量，保證住宅品質?！?/p>