超高層建筑豎向交通核心設計
——電梯工程設計及技術

張嫻

中南建筑設計院股份有限公司 湖北 武漢 430071

1 超高層建筑的電梯設計

在我國相關規范中建筑高度超過100米時，不論住宅及公共建筑均為超高層建筑。對于超高層辦公樓，為同時容納上萬人的辦公、生活等需求，應如何設計最重要的豎向交通之一的電梯？若要滿足這么多人在上班早高峰及午餐高峰等時間乘梯不擁堵，又該如何優化電梯設計？

對于高層建筑及大型建筑而言如何能夠有效地處理復雜及大量的人流，是提升建筑的功能及經濟性不可獲缺的重要元素。

長久以來，電梯對于超高層建筑來說，想要后期使用時順暢，設計之初就不能只簡單滿足規范上的零星條款，電梯本是復雜的系統，需要考慮建筑的層數、樓層人員密度、大樓總人數等情況，來確定電梯分區、臺數、速度、載重等的各類參數的適配。

比如“中南科研中心”大樓，建筑總高度200.05米，總建筑面積約27.8萬平方米，容積率4.0，地下三層，地上為一棟42層超高層辦公樓、一棟18層高層辦公樓、一棟五層裙房及一棟一層的展廳組成。

2 超高層建筑電梯的布置方式

電梯作為超高層建筑中的主要垂直交通工具，其占用的空間和經濟成本較大。所以在設計電梯時，要根據實際情況，同時結合國家有關規范標準，采取合理的措施對電梯設計中存在的問題進行很好的處理，注重電梯在安全、速度以及平穩性方面的設計，使得電梯能夠穩定正常的運行。

2.1 間隔時間設計

電梯的服務質量主要取決于電梯候梯時間的長短。最好的電梯的候梯時間應該應在乘客到達門廳終點站時，即有一轎廂在等候著，或只需等待片刻轎廂即到。人們在門廳的平均等候時間，應是間隔時間之半。所以在超高層電梯設計的時候要將各種布局控制好，以便于電梯能更好的為人們服務。設計者還要將布局控制以及區域電梯系統的控制結合起來。因為對于超高層電梯來說，比如每二十層左右設一個標準區域，根據服務人數配置所需梯臺數，這種劃分方式可以很好的將乘客快速的送達到目的地，符合超高層電梯的自身特點。

2.2 電梯分區

隨著建筑物樓層數的增加，電梯的梯臺數也需要與整體服務人數、樓層數匹配增加，電梯井道整體所占的面積也隨之增加。為了提升電梯的運輸效率，降低成本，增加建筑的使用空間，為乘客減少等候的時間，在設計時，當建筑高度超過一定的數值時，應合理的分布電梯空間。

一般而言，超高層電梯應集中設置于標準層邊緣或核心，電梯群宜采用分層或分區設置。建筑的電梯如何分區呢，我們以200.05米的42層主樓為例，主塔樓電梯共23臺，其中核心筒分布19臺梯，擺渡梯4臺。

圖1 主樓核心筒電梯分區平面圖

首先超高層建筑，考慮對整體電梯運行效率的提升，應將地上和地下電梯分段，核心筒內電梯不下地下室，設擺渡梯在首層大堂換乘，此做法有利于：

A.建筑在地上與地下室的溫差對電梯影響；

B.超高速電梯的深底坑對結構底板的影響較大，超深底坑需增設坑中坑支護，整體施工難度及造價會增加；

C.電梯下地下室后，每層停站頻率大、開關門時間過長、電梯加速度提升不起來等導致耗時較大；

D.以及考慮辦公樓門禁要求，訪客需在門廳等級換乘。

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地上部分，主塔樓地上42層，設3個避難層，避難層分別為十一層、二十二層、三十三層，將建筑整體分為四段。建筑第一、二層為大堂，第五層為餐廳、廚房，第六層為架空層，其余樓層均為辦公。

電梯利用避難層分區，可以更好的利用避難層的高度設置電梯沖頂高度及設置電梯機房。結合建筑核心筒的電梯分布，將電梯分為三個區，分別為低區、中區、高區，主要運行樓層段如下：

表1 電梯分區

圖2 主樓電梯分區服務樓層剖面示意圖

2.3 電梯梯速選擇

規范要求電梯梯速需滿足最高樓層到達疏散樓層所需時間不超過60秒，但通常項目中常按30-40秒達到來選梯速。考慮以上幾個條件后，電梯的基本參數就出來了：

表2 電梯梯速參數對照表

2.4 群控及智能派梯

確定電梯硬件的基本參數后，需加持系統等軟件，比如“群控”、“目的樓層系統”等。系統將根據多名乘客所選目的樓層，分析計算最高效的配送方式來分配電梯，發出指令，乘客根據系統所排梯乘坐即可。電梯智能化系統還可與門禁、閘機聯動，采用面部信息識別技術進入閘機并同時派梯；可與機器人聯動，使其在樓宇內乘梯送物件、資料等；可在手機APP中使用二維碼呼梯，或向訪客發送單次使用二維碼進入樓宇內乘梯等多種擴展功能。這些智能化系統可在高效提升電梯運行效率的同時，愉悅乘客使用體驗感。

2.5 電梯流量分析

在建筑完工以后增加或者減少電梯的數量幾乎是不可能的。因此對建筑的電梯數量、載重及速度等配置進行仔細的分析及優化便成為了必要的工作。

此時，收集電梯服務區域的人數，利用專業軟件模擬最不利的交通流量(高峰流量)，根據“流量分析”結論，優化調整參數配置。最終使其結果滿足幾項關鍵指標，“五分鐘運載能力”、“平均間隔時間”“平均等候時間”、“平均到站時間”。

根據調整后的參數，再次以軟件計算復核結論，指標滿足5A級寫字樓的標準：

2.6 設計上的優化

確定電梯硬件及軟件參數后，還需要對設計圖紙中的細節進行優化，以保障電梯高效輸出，以及增加乘坐時的舒適性。此時，我們需要了解超高層建筑中，高速梯運行時的兩個容易出現問題的問題：

圖3 活塞效應和煙囪效應示意圖

A.電梯井道活塞效應：轎廂在狹長而封閉的井道內高速運行時，就如同活塞，轎廂上下及周圍的空氣因其運動而產生的氣壓，以及空氣的高速流動，這種效應被稱作活塞效應。

活塞效應中，空氣因高速流動而變得嘈雜兵會引起空氣分流，導致轎廂內會感受到更高的噪聲，在轎廂接近和或經過樓層時層站外的嘯叫聲也會相當大；并且空氣流會造成轎廂運行中的震動。

為降低活塞效應，設計上盡量不使用單井道電梯，可使空氣彼流通泄壓，同時因配置的智能派梯系統，計算機會控制不發生兩臺轎廂同時并排上下的運行情況出現；在不能避免使用單井道的電梯設計時，需采取降低活塞效應的手段，如利用與電梯的井道相鄰的全程管道井的內壁上設置泄壓孔，來釋放壓差等。

B.電梯井道煙囪效應：是指建筑內外及地下室空氣的溫差形成的熱壓，以及室外風壓引起的建筑內電梯井道中的空氣靠密度差的作用，沿垂直方向行成的強對流現象。建筑物越高，電梯井道內的煙囪效應越明顯。

電梯井道的煙囪效應，會造成井道拔風、嘯叫、電梯門難以關閉和電梯安全問題，對建筑室內環環境及能耗影響較大，建筑內發生火災時，煙囪效應也會加速火勢蔓延。

緩解煙囪效應較為有效的方法，可以增強井道結構密閉性，阻斷通風通道，比如在地下室及首層門廳設置電梯廳，減少有溫差的空氣對其行成的空氣對流；可以利用降溫設備冷卻電梯井內空氣溫度，使其形成反向氣流，對沖熱空氣上浮力等。

C.電梯井道檢修及轎廂救援

規范中規定電梯門的設置不大于11米，其實是為了滿足轎廂的應急救援要求。

較多高層與超高層建筑首層門廳的高大空間設計是，是很容易忽略此問題的。部分電梯公司也衍開發出新功能，比如相鄰且相通的轎廂，可在相對的轎廂側壁對向開檢修門，滿足應急互救的逃生疏散要求。

D.轎廂沖頂高度及機房設置

常規的電梯分區依靠避難層分配解決電梯沖頂及設置電梯機房，但僅靠避難層的高度，難以解決高速梯較高的轎廂沖頂高度，以及較高的電梯機房的需求。所以應在設計階段考慮加高避難層，或將避難層其下的一層納入上一個電梯分區方案來解決此問題。

2.7 細部與細節

曾在上海的一座國內數一數二的超高層建筑中見過一部貨梯，轎廂內吊頂不似常規的平頂，而是在一側高出0.6米空間，據電梯制造商說是將轎廂頂部設備放置一側，則使高出的空間可以滿足較大尺寸的貨物上電梯。這樣的設計既不影響電梯任何設備參數及造價，又能滿足更多的使用需求，可見設計中還是有很多細節可待發掘與提升。

電梯的轎廂裝飾，也是較多設計師在設計時容易忽視的地方。這個環節不在前端設計，需要后期內裝設計時整體把控，根據業態的不同，搭配不同的內裝風格，使其與建筑大堂、電梯廳風格更融合。而在設計前期預留足夠噸位，裝修面層即可。

2.8 了解市場行情

即了解各大電梯制造商和具體建筑中的使用情況，關注各大品牌核心技術、新發明及專利，也可能會在設計之處給設計師們新思路。

在一次考察電梯制造商與其使用的建設項目過程中，了解到較多可能影響到設計初期方案的技術。例如近幾年市場上的“雙轎廂電梯”，在一個井道內設兩臺轎廂同時運行，可節省井道面積、提升運載能力、降低能耗等，但設計前期就需考慮設置雙層大堂。有的電梯產品可以滿足臨時調整設備部分參數，使其臨時提高轎廂載重，可滿足建筑使用中，較大重型設備的垂直運輸，使用完后恢復調整設置等。

3 結束語

電梯工程是一個較為繁雜的系統，關系著整個建筑后期幾十年的使用情況，需要了解的相關知識較多。成為一名優秀的建筑師，應多了解些類似電梯這樣與建筑息息相關的專項體統知識，以及與建筑全生命周期的各環節內容。