垂直電梯在越江橋梁工程中的應用初探

魏 華

（同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司，上海市 200092）

0 引言

行人及非機動車采用垂直電梯上下橋過江的通行方式在國內外并不多見，目前的規范（包括民用建筑相關規范）對于這項設計內容暫時沒有針對性的規定。因此在具體的工程中就要考慮以下幾個問題如何解決：

（1）垂直電梯的規模如何確定：究竟采用什么規格、多少個垂直電梯才能滿足行人及非機動車在高峰小時的通行需求呢？

（2）垂直電梯布設設計中需考慮的其他因素，特別是哪些影響通行的因素及措施呢？

本文即對上述問題在實際工程中的運用成果進行簡單的介紹。

1 工程概述

某地一座越江大橋，主橋總長約540m，橋面高度距離地面約為28m，因需與兩岸道路平交，非機動車道坡度無法滿足騎行要求。結合各方面意見，對行人及非機動車（以下簡稱人非）過江的方式進行了比選。人非騎行坡道方案主要缺點是騎行坡道長度過長（單側坡道長度近1.1 km）、騎行折返次數多、體量大造價高。垂直電梯方案主要的優點是方便、安全且更人性化、體量小造價低；缺點是需要對應更多的管理服務及維護工作。通過對垂直電梯方案及騎行坡道方案的比選，從“安全、適用、經濟”等原則綜合考慮，最終本工程采用垂直電梯方案進行人非過江。

2 垂直電梯的規模確定

2.1 設計依據性參數調查研究

垂直電梯方案最終的規模確定與非機動車、電梯的技術參數密切相關，故我們先對相關設計參數進行了調查研究。

2.1.1 非機動車車型尺寸及重量設計參數

《建筑工程交通設計及停車庫（場）設置標準》（DG/T J08—2014）對非機動車停車庫設計參數也有詳細的規定，若采用垂直式停車方式，單排停車的停車長度為2.00 m，停車寬度為0.5 m。這個尺寸是針對自行車而言的，按照規范規定的停車位換算當量系數，自行車為1.0，助動車為1.2。也就是說，如果考慮停放的是助動車，則停車寬度考慮為0.5×1.2=0.6 m。

對市場上的助動車進行調研，以某品牌電動車為例，其產品尺寸范圍：長度1400～1970 mm，寬度 240～720 mm，高度 955～1200 mm，與規范基本吻合。

經過實際調研，見圖1，圖1（a）4.8 m的寬度，很輕松停放了8輛助動車，圖1（b）1.0 m的寬度，也可停放2輛較大的助動車。可見，按照0.6 m的寬度停放助動車、按照規范規定的0.5 m寬度停放自行車、按照規范規定的2 m長度停放上述非機動車是較為合適的。

根據《電動自行車通用技術條件》（GB 17761—1999），電動自行車整車質量應不大于40 kg。2015年，《電動自行車通用技術條件》標準協調組會議召開，四部委對修訂條款中重量、速度、電壓、功率、騎行功能、全電動等六條主要項目條款作出新要求，其中整車質量（含電池）有所提高，不大于55 kg。因此，自行車及助動車重量均可按照55 kg考慮。

圖1 非機動車停車寬度實際照片

2.1.2 乘客設計參數

《電梯制造與安裝安全規范》（GB 7588—2003）中規定，乘客重量按75 kg計算，當乘客人數超過20人時（轎廂面積大于3.13 m2），每增加1人，增加0.115 m2。因此我們偏安全地取值每位乘客占用電梯的面積為0.115 m2。

2.1.3 電梯設計參數

《電梯制造與安裝安全規范》（GB 7588—2003）對電梯的額定載重、最大轎廂面積、運行速度等參數都進行了詳細的規定，經過整理相關條文，以額定載重為5 t、7 t、10 t的電梯為例，技術參數見表1。

表1 電梯關鍵參數表

電梯的運行速度是一項重要的技術參數，對于常規的電梯產品而言，國內品牌的電梯一般是按照國標執行，國外品牌的電梯運行速度略有提升，如5 t電梯可做到0.63 m/s，7 t電梯可做到0.5 m/s，10 t電梯可做到0.35 m/s。如果想繼續提高運行速度，如提高到1 m/s，基本上只能依靠進口，最大噸位只能做到5 t，而且相同噸位的電梯設備費用從幾十萬升高到幾百萬。由于橋面標高距地面約30 m，并不像高層建筑上百米的高度，提高電梯速度帶來的運載效率并不明顯，性價比較低。因此后續比選時，我們偏安全的將推薦方案電梯的運行速度取為低值、比選方案的電梯運行速度取為高值。

2.2 垂直電梯規模的計算

2.2.1 設計流量

表2為本工程行人與非機動車的流量預測結果。

表2 行人及非機動車流量預測結果表

2.2.2 電梯運行周期

因單側對向行駛會帶來流量交織，從而造成較大的通行效率的損失，故本次設計仍擬采用右側通行的單向通行方式。以北向南右側行人及非機動車為例，即為：通過北岸的東側電梯從地面上橋（中間不設置?？浚叫谢蝌T行通過越江主橋→通過南岸的東側電梯從橋上下到地面（中間不設置?？浚?。

因此垂直電梯的一個周期時間計算見式（1）。

式中：RTT為電梯運行周期時間；Tk為電梯開門及關門總時間，可以根據電梯廠家及規范提供的開關門時間進行取值；Tp為電梯進入轎廂及出轎廂總時間?？梢愿鶕崪y或者經驗（公式）進行取值，其與電梯出入組織措施等因素均有關，另行具體研究；Tr為電梯運行總時間?？梢愿鶕娞葸\行高度、啟動加速度及運行速度計算得到。

根據上述計算公式，本工程最終的電梯運行高度約為24.5 m，電梯運行速度按照0.5 m/s為例，啟動及停止的運行加速度均按照0.5 m/s2計，則電梯上行及下行的運行時間均為50 s。如果將人非進出電梯的時間控制在30 s/次，可以計算出電梯（運行速度分別為0.5 m/s及0.35 m/s時）單個運行周期所需時間見表3。

2.2.3 電梯數量的確定

本工程中，電梯需要輸送的對象有行人、自行車及助動車三種類型。為簡化計算，本次設計擬將上述三種類型運輸對象折算為所需占用的電梯面積，再根據所需面積及單個電梯所提供的面積確定電梯的數量。

由此我們根據上述人非每小時的單向流量，可以計算出高峰小時單向需要的電梯面積，見表4。

表4 高峰小時需要的電梯面積

根據前面章節中已經初步選定了的轎廂面積，計算得到對應的三種類型電梯的最小數量計算結果見表5。

表5高峰小時需要的電梯數量計算表

2.2.4 電梯規模的設計結論

因此，按照2038年的流量換算的高峰小時所需電梯面積，單向單側需要分別需要設置4部5 t電梯或者3部7 （t或10 t）電梯。

7 t電梯（運行速度為0.5 m/s）的造價相對較高，而4部5 t電梯在非高峰通行期間具有更好的經濟適應性。綜合比選，最終采用全橋共設置16部5 t電梯的方案。

3 垂直電梯方案其他設計因素

3.1 電梯廂內尺寸的擬定

從設計流量結果可知，本工程步行過江的行人較少，主要以非機動車過江為主。因此轎廂尺寸布置時，從提高垂直電梯排放非機動車的效率而言，其電梯廂內尺寸需充分考慮非機動車的尺寸。本次設計擬考慮電梯廂內縱向尺寸為2 m的倍數，則電梯初擬尺寸見表6。

3.2 電梯載重的驗算

本次設計采用的電梯單位面積載重量為5000/9=555.5 kg/m2。

非機動車重量為55 kg，騎行考慮每輛非機動車兩個人的重量為2×75=150 kg，則非機動車單位面積重量最大為（55+150）/（2×0.5）=255 kg/m2。其數值遠小于上述電梯的載重標準，因此非機動車不影響本工程電梯的載重安全。

雖然本工程高峰小時流量是以非機動車為主的，但我們仍要考慮電梯滿人是的極限情況，并對此工況進行電梯載重驗算。因為行人單位面積重量最大為75/0.115=652 kg/m2。其數值大于電梯單位面積載重量，因此需要對電梯滿人工況時行人的最大數量進行控制。綜合各方面因素，本工程要求電梯滿人時最大人數不得超過60個（5000/75=66.6）。

3.3 進出電梯措施的考慮

為確保高峰通行期間，非機動車及行人乘梯秩序良好，減少或避免通行混亂無序，提高進出電梯的通行效率，必須設置合理疏導措施。以進電梯為例，建議設置如下幾點疏導措施。

（1）在電梯入口處設置等待區域及通行區域。等待區域縱深可以考慮與電梯縱深4 m對應。通行區域可根據實際情況偏安全的考慮為2 m寬度。

（2）在等待區域設置一定寬度的隔離裝置，便于強制非機動車及行人在此有序排隊。從人性化角度出發，建議采用柔性隔離裝置，避免發生刮擦碰傷的情況。隔離裝置的間距可根據非機動車及行人的寬度綜合考慮，建議為0.5 m左右。本工程中每部電梯的進口共設置5道隔離裝置，布置即為4×0.5 m。

（3）電梯入口旁建議增設告示牌。告示牌應通過清晰簡潔的文字圖片來指引及告知乘梯人注意事項。電梯出口建議設置明晰的導向標線引導行人及非機動車疏散通行。

（4）必要時可以安排專門人員維持乘梯秩序，也可通過廣播方式引導有序乘梯。

4 設計計算電梯時間的確定

（1）按照4×15=60人考慮行人進入電梯的時間。其中每個人進入電梯的時間按照1.4 s考慮，則總時間Tp=15×1.4=21 s。

（2）按照縱向2輛非機動車考慮進入電梯的時間。非機動車前進4 m距離啟停總時間經過實測約為15 s。

（3）上述數據均通過模擬實測通過驗證可行。本工程在設計時按照一定的安全富余取值為30 s。后期運營時可以進一步完善及精細化此項數據。

5 結語

本越江大橋工程最終采用了垂直電梯上下橋的人非過江方式，對本方案的設計及工程規模確定做出了有益的探索及嘗試，并初步得到了相關理論計算內容、設計過程等結論。本文還對垂直電梯方案設計中需要考慮的其他因素提出了自己的幾點看法，對今后類似工程有著一定借鑒作用。