超高層辦公建筑電梯交通配置分析及評估

程予川，楊云鎧，傅劍鋒，何開遠(yuǎn)

（中機(jī)中聯(lián)工程有限公司，重慶 400039）

0 引言

超高層建筑是指建筑高度超過100m以上的建筑物，為了滿足人和貨物快速、安全、高效的運(yùn)輸，在建筑設(shè)計(jì)方案前期結(jié)合建筑、結(jié)構(gòu)和機(jī)電專業(yè)，合理評估和組織豎向交通設(shè)計(jì)，是超高層建筑設(shè)計(jì)的重要組成部分。超高層建筑電梯分區(qū)設(shè)計(jì)與建筑方案階段對建筑功能分區(qū)、建筑業(yè)態(tài)和避難層設(shè)計(jì)緊密相連。電梯在樓層的服務(wù)站數(shù)，服務(wù)樓層面積及樓層的使用強(qiáng)度（人均使用面積），電梯數(shù)量、電梯型號與建筑結(jié)構(gòu)、初始投資和后期使用效率有直接和緊密的聯(lián)系。本文將結(jié)合具體的超高層辦公建筑分析電梯設(shè)計(jì)的性能指標(biāo)、方法、流程，并對電梯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行評估[1]。

1 電梯設(shè)計(jì)的性能指標(biāo)和參數(shù)

1.1 主要服務(wù)性能指標(biāo)

根據(jù)CIBSE Guide D標(biāo)準(zhǔn)[2]，評價(jià)電梯系統(tǒng)的運(yùn)行性能和服務(wù)指標(biāo)主要依靠如下三個(gè)參數(shù)：（1）5min的運(yùn)輸能力（5 minutes handling capacity）：電梯系統(tǒng)在5min內(nèi)能運(yùn)輸?shù)目側(cè)藬?shù)占電梯服務(wù)樓層總?cè)藬?shù)的百分比，通常是指高峰時(shí)段5min服務(wù)能力；（2）平均等待時(shí)間（AWT）：乘客在電梯廳呼梯到相應(yīng)的服務(wù)電梯門開始打開的平均時(shí)間；（3）到達(dá)目的站時(shí)間（ATTD）：乘客從呼梯到電梯最終達(dá)到目的樓層開門之間的時(shí)間。

不同超高層建筑的使用需求及業(yè)態(tài)對電梯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有不同的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合CIBSE Guide D標(biāo)準(zhǔn)及國內(nèi)關(guān)于電梯使用需求標(biāo)準(zhǔn)，超高層建筑電梯設(shè)計(jì)的主要評價(jià)指標(biāo)如表1所示。

表1 辦公建筑電梯性能評價(jià)指標(biāo)[1]

1.2 電梯的額定載客量和額定載重量

參考《家用電梯制造與安裝規(guī)范》GB758-2003[4]及CIBSE Guide D標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，電梯的額定載客量 （人）按照額定載重量（kg）除以75kg/人計(jì)算，結(jié)果向下取整。考慮到乘客體重、乘梯所占空間及電梯裝修因素的影響，電梯交通分析通常取額定載客數(shù)的80%。

1.3 消防電梯和貨梯的設(shè)計(jì)需求

根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50016-2014[6]，消防電梯從服務(wù)樓層底層到頂層允許運(yùn)行時(shí)間不超過60s，且消防電梯數(shù)量設(shè)置要求為：“每層面積不大于1500m2，應(yīng)設(shè)置一臺電梯，介于1500m2和4500m2之間設(shè)置兩臺，超過4500m2，應(yīng)設(shè)置3臺，且消防電梯宜設(shè)置在不同的防火分區(qū)內(nèi)”。

考慮到超高層建筑空間的有限性及價(jià)值性，設(shè)計(jì)中通常將貨運(yùn)電梯與消防電梯進(jìn)行統(tǒng)籌考慮，兼顧消防和貨運(yùn)的共同需求。

1.4 服務(wù)樓層和人員密度分析

1.4.1 電梯的服務(wù)樓層估算

由于超高層辦公建筑豎向?yàn)楦呙芏取⒍喾?wù)功能區(qū)間、多服務(wù)人群的特點(diǎn)，在建筑設(shè)計(jì)初期，進(jìn)行合理的功能區(qū)間劃分及人流的分流與引導(dǎo)對電梯的設(shè)計(jì)和服務(wù)質(zhì)量尤其重要。

現(xiàn)代城市建筑設(shè)計(jì)主要分為地上和地下兩個(gè)部分，地下空間通常用于車庫和設(shè)備用房，地上部分為主要的使用功能空間。電梯的使用通常在區(qū)間末端最為頻繁和耗時(shí)，如果服務(wù)電梯直接連通地上和地下空間，將會極大地降低電梯的使用效率，因此通常情況下，電梯的主要服務(wù)入口均設(shè)置于首層，地上和地下的服務(wù)電梯采用獨(dú)立設(shè)置，首層電梯廳作為地下和地上空間的中轉(zhuǎn)服務(wù)層。

地上超高層塔樓的主要豎向電梯分為三類：客運(yùn)電梯、貨運(yùn)電梯和消防電梯。客運(yùn)電梯與消防電梯的主要區(qū)別是在火災(zāi)情況下，客運(yùn)電梯將停止使用，因此客運(yùn)電梯除了在避難層不停外，其他樓層均設(shè)置有停站。貨運(yùn)電梯通常情況下與消防電梯共用，以減少設(shè)備投資和節(jié)省使用空間。另外，根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50016-2014[6]，兩個(gè)避難層間高度不宜大于50m，標(biāo)準(zhǔn)并未強(qiáng)制要求，實(shí)際的設(shè)計(jì)中建筑避難層間隔不宜超過15層。

因此，客運(yùn)電梯的設(shè)計(jì)除了滿足使用性能的要求，還需結(jié)合消防要求，進(jìn)行綜合權(quán)衡設(shè)計(jì)，以得到經(jīng)濟(jì)和高效的電梯系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

1.4.2 電梯的服務(wù)人數(shù)估算

通常情況下，電梯服務(wù)人數(shù)的估算應(yīng)該結(jié)合方案平剖面、業(yè)態(tài)功能及使用標(biāo)準(zhǔn)等來估算使用人數(shù)。參考《建筑設(shè)計(jì)常用常數(shù)》GB-08J911[5]中關(guān)于辦公室面積定額的數(shù)據(jù)：辦公建筑中的使用人數(shù)可按10～12m2/人的使用面積估算。文獻(xiàn)中使用了每人有效凈面積8～12m2/人計(jì)算。有效凈面積的定義為樓層總的建筑面積扣除樓梯、電梯井道電梯廳、公共走道、衛(wèi)生間、設(shè)備間和結(jié)構(gòu)面積等后的主要使用空間的凈使用面積。方案階段若無詳細(xì)的數(shù)據(jù)，可以參考設(shè)置有效凈面積為建筑樓層總建筑面積的70%。另外，在施工深化設(shè)計(jì)階段，逐層進(jìn)行使用功能和人員分配進(jìn)行精細(xì)話的統(tǒng)計(jì)分析有助于電梯設(shè)計(jì)的綜合成本進(jìn)行有效的核算。

2 辦公建筑客流及交通需求分析

參考CIBSE Guide D標(biāo)準(zhǔn)，典型的辦公建筑人流主要分布在早上班高峰（8:00-9:00），午餐外出就餐的上下高峰12:30左右，及晚上的下班高峰18:00左右，具體豎向需求分布如圖1所示。

3 電梯設(shè)計(jì)及評估步驟

圖1 典型辦公建筑客流需求分布圖[2]

通常的電梯設(shè)計(jì)和評估如圖2所示，主要分為模擬數(shù)據(jù)估算、電梯初步選型、電梯服務(wù)質(zhì)量評估和循環(huán)優(yōu)化等步驟，直到設(shè)計(jì)電梯方案滿足建筑設(shè)計(jì)需求和后期使用品質(zhì)需求。

圖2 電梯設(shè)計(jì)和評估步驟

4 設(shè)計(jì)和評估實(shí)例

4.1 項(xiàng)目概況

該項(xiàng)目位于城市核心商業(yè)地塊，為大型的集商業(yè)、酒店及高檔辦公為一體的綜合性項(xiàng)目。總建筑面積約為74萬m2，其中包括兩棟超高層辦公建筑，均為10.81萬m2。建筑高度176.30m，地上37層，每層建筑面積3024.44 m2，地下5層，總的結(jié)構(gòu)形式為框架-核心筒。

中高區(qū)電梯、消防兼貨運(yùn)電梯、車庫電梯均設(shè)置于超高層核心筒內(nèi)。地下層到地上辦公和商務(wù)空間均設(shè)置有專用的車庫電梯，達(dá)到功能分類和導(dǎo)流的作用，具體位置如圖3所示。中高區(qū)電梯入口位于建筑一層大堂，具體的位置分布如下圖3所示。低區(qū)電梯入口位于建筑三層，具體位置分布如圖4所示。

圖3 典型辦公建筑一層大堂平面圖

圖4 典型辦公建筑三層平面圖

地上樓層根據(jù)前期客戶需求及服務(wù)的需求，電梯服務(wù)樓層概況如表2所示。根據(jù)消防設(shè)計(jì)要求，項(xiàng)目避難層分別設(shè)置于11層和26層。

表2 電梯服務(wù)樓層概況（客梯）

項(xiàng)目建筑每層有效凈面積按照每層建筑面積70%計(jì)算，每人有效凈使用面積10m2/人，向下取整，每層服務(wù)人數(shù)為211人。

4.2 電梯方案計(jì)算結(jié)果

根據(jù)建筑使用需求，項(xiàng)目電梯設(shè)計(jì)采用分區(qū)設(shè)計(jì)，分為低、中、高三區(qū)，分別服務(wù)的樓層如表3所示。低區(qū)電梯服務(wù)主要入口位于3層，中高區(qū)的主要服務(wù)入口位于1層。電梯服務(wù)廳設(shè)計(jì)有明確的指示標(biāo)牌，達(dá)到人流引導(dǎo)和分流的效果。

表3 分區(qū)服務(wù)電梯

參考CIBSE Guide D計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)電梯設(shè)計(jì)分區(qū)，使用電梯專業(yè)分析軟件Elevate分別針對高、中、低三區(qū)進(jìn)行電梯方案設(shè)計(jì)模擬評估，不同分區(qū)電梯方案模擬計(jì)算結(jié)果如表5-表7所示。

針對不同分區(qū)，考慮到造價(jià)和模擬分析計(jì)算結(jié)果，建筑地上部分低、中和高區(qū)的合理電梯配置如表8所示。

4.3 消防電梯/貨梯

項(xiàng)目地上功能層面積3024.44 m2，每層設(shè)2個(gè)防火分區(qū)，分別設(shè)置一臺消防電梯，共兩臺。考慮到超高層空間的有效性，消防電梯兼做貨梯。根據(jù)CIBSE Guide D標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)消防電梯兼做貨梯時(shí)，服務(wù)電梯應(yīng)不小于1600kg。該項(xiàng)目消防電梯從首層到頂層高度約200m，因此，該項(xiàng)目消防電梯選擇額定載重量1800kg，速度4m/s。從首層到頂層運(yùn)行時(shí)間約50s，滿足消防要求。

表4 電梯設(shè)計(jì)評價(jià)指標(biāo)

表5 高區(qū)模擬結(jié)果

表6 中區(qū)模擬結(jié)果

表7 低區(qū)模擬結(jié)果

表8 分區(qū)電梯配置

5 結(jié)論和建議

超高層建筑電梯設(shè)計(jì)是建筑豎向功能分區(qū)及使用需求深入調(diào)研分析后的建筑設(shè)備設(shè)計(jì)的重要組成部分。同時(shí)，對電梯設(shè)計(jì)的詳細(xì)定量化的分析設(shè)計(jì)又對建筑人流、物流、能耗和成本綜合權(quán)衡分析起到重要的反饋影響，進(jìn)而將對超高層建筑核心筒的優(yōu)化和平面功能布局設(shè)計(jì)以及電梯設(shè)計(jì)投資等產(chǎn)生重要的影響。

[1]黃懷海.超高層辦公建筑垂直交通能夠系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)研究-以成都金融城南塔的雙子電梯系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例[J].建筑技術(shù)，2011（Z3）.

[2]Gina Barney,Ken Butcher.Transportation Systems in Buildings (CIBSE Guide D)[M].3rd Revised edition.Chartered Institution of Building Services Engineers，2005.

[3]肖鐵軍.酒店及公寓電梯交通配置分析及評估[J].建筑電氣，2010（1）.

[4]GB7588-2003電梯制造與安裝規(guī)范》，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003.

[5]中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院.08J911建筑專業(yè)設(shè)計(jì)常用數(shù)據(jù)[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2008.

[6]中華人民共和國住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB50016-2014建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014.