超高层建筑竖向交通核心设计——电梯工程设计及技术

张娴

中南建筑设计院股份有限公司 湖北 武汉 430071

1 超高层建筑的电梯设计

在我国相关规范中建筑高度超过100米时，不论住宅及公共建筑均为超高层建筑。对于超高层办公楼，为同时容纳上万人的办公、生活等需求，应如何设计最重要的竖向交通之一的电梯？若要满足这么多人在上班早高峰及午餐高峰等时间乘梯不拥堵，又该如何优化电梯设计？

对于高层建筑及大型建筑而言如何能够有效地处理复杂及大量的人流，是提升建筑的功能及经济性不可获缺的重要元素。

长久以来，电梯对于超高层建筑来说，想要后期使用时顺畅，设计之初就不能只简单满足规范上的零星条款，电梯本是复杂的系统，需要考虑建筑的层数、楼层人员密度、大楼总人数等情况，来确定电梯分区、台数、速度、载重等的各类参数的适配。

比如“中南科研中心”大楼，建筑总高度200.05米，总建筑面积约27.8万平方米，容积率4.0，地下三层，地上为一栋42层超高层办公楼、一栋18层高层办公楼、一栋五层裙房及一栋一层的展厅组成。

2 超高层建筑电梯的布置方式

电梯作为超高层建筑中的主要垂直交通工具，其占用的空间和经济成本较大。所以在设计电梯时，要根据实际情况，同时结合国家有关规范标准，采取合理的措施对电梯设计中存在的问题进行很好的处理，注重电梯在安全、速度以及平稳性方面的设计，使得电梯能够稳定正常的运行。

2.1 间隔时间设计

电梯的服务质量主要取决于电梯候梯时间的长短。最好的电梯的候梯时间应该应在乘客到达门厅终点站时，即有一轿厢在等候着，或只需等待片刻轿厢即到。人们在门厅的平均等候时间，应是间隔时间之半。所以在超高层电梯设计的时候要将各种布局控制好，以便于电梯能更好的为人们服务。设计者还要将布局控制以及区域电梯系统的控制结合起来。因为对于超高层电梯来说，比如每二十层左右设一个标准区域，根据服务人数配置所需梯台数，这种划分方式可以很好的将乘客快速的送达到目的地，符合超高层电梯的自身特点。

2.2 电梯分区

随着建筑物楼层数的增加，电梯的梯台数也需要与整体服务人数、楼层数匹配增加，电梯井道整体所占的面积也随之增加。为了提升电梯的运输效率，降低成本，增加建筑的使用空间，为乘客减少等候的时间，在设计时，当建筑高度超过一定的数值时，应合理的分布电梯空间。

一般而言，超高层电梯应集中设置于标准层边缘或核心，电梯群宜采用分层或分区设置。建筑的电梯如何分区呢，我们以200.05米的42层主楼为例，主塔楼电梯共23台，其中核心筒分布19台梯，摆渡梯4台。

图1 主楼核心筒电梯分区平面图

首先超高层建筑，考虑对整体电梯运行效率的提升，应将地上和地下电梯分段，核心筒内电梯不下地下室，设摆渡梯在首层大堂换乘，此做法有利于：

A.建筑在地上与地下室的温差对电梯影响；

B.超高速电梯的深底坑对结构底板的影响较大，超深底坑需增设坑中坑支护，整体施工难度及造价会增加；

C.电梯下地下室后，每层停站频率大、开关门时间过长、电梯加速度提升不起来等导致耗时较大；

D.以及考虑办公楼门禁要求，访客需在门厅等级换乘。

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地上部分，主塔楼地上42层，设3个避难层，避难层分别为十一层、二十二层、三十三层，将建筑整体分为四段。建筑第一、二层为大堂，第五层为餐厅、厨房，第六层为架空层，其余楼层均为办公。

电梯利用避难层分区，可以更好的利用避难层的高度设置电梯冲顶高度及设置电梯机房。结合建筑核心筒的电梯分布，将电梯分为三个区，分别为低区、中区、高区，主要运行楼层段如下：

表1 电梯分区

图2 主楼电梯分区服务楼层剖面示意图

2.3 电梯梯速选择

规范要求电梯梯速需满足最高楼层到达疏散楼层所需时间不超过60秒，但通常项目中常按30-40秒达到来选梯速。考虑以上几个条件后，电梯的基本参数就出来了：

表2 电梯梯速参数对照表

2.4 群控及智能派梯

确定电梯硬件的基本参数后，需加持系统等软件，比如“群控”、“目的楼层系统”等。系统将根据多名乘客所选目的楼层，分析计算最高效的配送方式来分配电梯，发出指令，乘客根据系统所排梯乘坐即可。电梯智能化系统还可与门禁、闸机联动，采用面部信息识别技术进入闸机并同时派梯；可与机器人联动，使其在楼宇内乘梯送物件、资料等；可在手机APP中使用二维码呼梯，或向访客发送单次使用二维码进入楼宇内乘梯等多种扩展功能。这些智能化系统可在高效提升电梯运行效率的同时，愉悦乘客使用体验感。

2.5 电梯流量分析

在建筑完工以后增加或者减少电梯的数量几乎是不可能的。因此对建筑的电梯数量、载重及速度等配置进行仔细的分析及优化便成为了必要的工作。

此时，收集电梯服务区域的人数，利用专业软件模拟最不利的交通流量(高峰流量)，根据“流量分析”结论，优化调整参数配置。最终使其结果满足几项关键指标，“五分钟运载能力”、“平均间隔时间”“平均等候时间”、“平均到站时间”。

根据调整后的参数，再次以软件计算复核结论，指标满足5A级写字楼的标准：

2.6 设计上的优化

确定电梯硬件及软件参数后，还需要对设计图纸中的细节进行优化，以保障电梯高效输出，以及增加乘坐时的舒适性。此时，我们需要了解超高层建筑中，高速梯运行时的两个容易出现问题的问题：

图3 活塞效应和烟囱效应示意图

A.电梯井道活塞效应：轿厢在狭长而封闭的井道内高速运行时，就如同活塞，轿厢上下及周围的空气因其运动而产生的气压，以及空气的高速流动，这种效应被称作活塞效应。

活塞效应中，空气因高速流动而变得嘈杂兵会引起空气分流，导致轿厢内会感受到更高的噪声，在轿厢接近和或经过楼层时层站外的啸叫声也会相当大；并且空气流会造成轿厢运行中的震动。

为降低活塞效应，设计上尽量不使用单井道电梯，可使空气彼流通泄压，同时因配置的智能派梯系统，计算机会控制不发生两台轿厢同时并排上下的运行情况出现；在不能避免使用单井道的电梯设计时，需采取降低活塞效应的手段，如利用与电梯的井道相邻的全程管道井的内壁上设置泄压孔，来释放压差等。

B.电梯井道烟囱效应：是指建筑内外及地下室空气的温差形成的热压，以及室外风压引起的建筑内电梯井道中的空气靠密度差的作用，沿垂直方向行成的强对流现象。建筑物越高，电梯井道内的烟囱效应越明显。

电梯井道的烟囱效应，会造成井道拔风、啸叫、电梯门难以关闭和电梯安全问题，对建筑室内环环境及能耗影响较大，建筑内发生火灾时，烟囱效应也会加速火势蔓延。

缓解烟囱效应较为有效的方法，可以增强井道结构密闭性，阻断通风通道，比如在地下室及首层门厅设置电梯厅，减少有温差的空气对其行成的空气对流；可以利用降温设备冷却电梯井内空气温度，使其形成反向气流，对冲热空气上浮力等。

C.电梯井道检修及轿厢救援

规范中规定电梯门的设置不大于11米，其实是为了满足轿厢的应急救援要求。

较多高层与超高层建筑首层门厅的高大空间设计是，是很容易忽略此问题的。部分电梯公司也衍开发出新功能，比如相邻且相通的轿厢，可在相对的轿厢侧壁对向开检修门，满足应急互救的逃生疏散要求。

D.轿厢冲顶高度及机房设置

常规的电梯分区依靠避难层分配解决电梯冲顶及设置电梯机房，但仅靠避难层的高度，难以解决高速梯较高的轿厢冲顶高度，以及较高的电梯机房的需求。所以应在设计阶段考虑加高避难层，或将避难层其下的一层纳入上一个电梯分区方案来解决此问题。

2.7 细部与细节

曾在上海的一座国内数一数二的超高层建筑中见过一部货梯，轿厢内吊顶不似常规的平顶，而是在一侧高出0.6米空间，据电梯制造商说是将轿厢顶部设备放置一侧，则使高出的空间可以满足较大尺寸的货物上电梯。这样的设计既不影响电梯任何设备参数及造价，又能满足更多的使用需求，可见设计中还是有很多细节可待发掘与提升。

电梯的轿厢装饰，也是较多设计师在设计时容易忽视的地方。这个环节不在前端设计，需要后期内装设计时整体把控，根据业态的不同，搭配不同的内装风格，使其与建筑大堂、电梯厅风格更融合。而在设计前期预留足够吨位，装修面层即可。

2.8 了解市场行情

即了解各大电梯制造商和具体建筑中的使用情况，关注各大品牌核心技术、新发明及专利，也可能会在设计之处给设计师们新思路。

在一次考察电梯制造商与其使用的建设项目过程中，了解到较多可能影响到设计初期方案的技术。例如近几年市场上的“双轿厢电梯”，在一个井道内设两台轿厢同时运行，可节省井道面积、提升运载能力、降低能耗等，但设计前期就需考虑设置双层大堂。有的电梯产品可以满足临时调整设备部分参数，使其临时提高轿厢载重，可满足建筑使用中，较大重型设备的垂直运输，使用完后恢复调整设置等。

3 结束语

电梯工程是一个较为繁杂的系统，关系着整个建筑后期几十年的使用情况，需要了解的相关知识较多。成为一名优秀的建筑师，应多了解些类似电梯这样与建筑息息相关的专项体统知识，以及与建筑全生命周期的各环节内容。