双层电梯——真正的解决方案？

作者：西蒙·鲁塞特，霍尔·利电梯工程公司负责人

引言/历史

自人类仰望星空以来，似乎就有一种与生俱来的需要，那就是建造高耸的建筑，用于居住、工作或祭祀他们所信仰的神灵。在过去的五千年里，世界各地建造了许多大型砖石建筑，用作神庙、休憩场所或防御工事，例如埃及的金字塔、柬埔寨的安康瓦特寺和南美洲的马丘比丘。

显然，这类建筑没有机械化的垂直交通工具！这种情况在19世纪末才出现，当时伊莱沙·格雷夫斯·奥的斯发明了第一部安全电梯，并在纽约水晶宫的学院博览会上进行了演示。北美的繁荣恰逢其时，一些世界上最高的建筑也随之拔地而起。例如，1973年竣工的芝加哥西尔斯大厦，共110层，是第一座采用空中大堂、DD电梯和本地SD电梯的建筑。这些巨型建筑需要一种全新的人员流动方式，而这要追溯到1854年。

这项发明，连同采用钢材的新型建筑技术，催生了克莱斯勒大厦、帝国大厦和埃菲尔铁塔等一系列高层建筑。1930年以前建造的所有建筑都使用传统的单层（SD）电梯轿厢，按楼层排列服务。奥的斯电梯公司率先发明了一种将两节轿厢置于同一吊索内的电梯，并于1931年在纽约市66层的“城市服务大楼”安装了八部配备乘务员操作的“双层”电梯。上层轿厢服务于偶数楼层，下层轿厢服务于奇数楼层。然而，这项技术在该建筑中的应用并不完全合适，因为下层轿厢原本是为计划建在地下室的地铁站服务的。但地铁最终并未建成，最终人们发现，仅使用上层轿厢服务所有楼层就足以满足客流量的需求！

双层电梯（DD）可以与铁路相提并论。铁路利用共用的连接车厢和单一驱动系统水平运送大量乘客——双层电梯则采用相同的原理，通过双层堆叠的车厢形成垂直列车。双层电梯由上下两节乘客车厢组成，两节车厢共用一套悬挂和驱动系统。上下两层电梯可以同时服务相邻的两个楼层，高峰时段，上下两层电梯会分别服务于“偶数层”和“奇数层”。

自1930年以来，随着建筑物越来越高、结构越来越复杂，对直驱式电梯的需求稳步增长。20世纪60年代迎来了新的曙光，直驱式电梯正是在这一时期真正发挥了其优势。

首批全部采用DD本地电梯和单区DD穿梭电梯的建筑是吉隆坡的双子塔，共88层，由奥的斯公司于1997年建成。香港的国际金融中心（IFC）大厦也采用了相同的技术，共88层，同样由奥的斯公司于2004年建成。首批全部采用DD本地电梯和双区DD穿梭电梯的建筑是台北金融中心，共101层，由东芝公司于2004年建成。这座508米高的建筑成为当时世界上最高的建筑，突破了半公里大关。它还将高速电梯的速度从12米/秒提升至16.8米/秒，相当于垂直方向的最高速度超过60公里/小时。世界最高建筑的称号由迪拜塔保持，这是一个于 2010 年竣工的综合用途住宅项目，高 829 米，配备两部以 10 米/秒的速度运行的双层 (DD) 电梯以及一系列单层 (SD) 电梯。

欧洲/北美模式

全球数百栋建筑中安装了数千部双层电梯。与目前全球近6.5万部电梯（参见全球电梯图）相比，双层电梯仅占全球电梯市场的0.01%，且仅用于高层建筑。奥的斯公司供应了全球约80%的双层电梯；其他供应商包括通力、三菱、迅达、日立和东芝。

DD电梯在美国、亚洲和中国较为常见。尽管欧洲拥有全球超过50%的电梯，但仅有24部DD电梯，分布在六栋建筑中。英国首套DD系统由Express Lift公司安装在当时的国民西敏寺银行大厦（现为42号塔楼）。该大厦配备了五部DD电梯以及若干部SD电梯。

伦敦目前约有86万平方英尺的商业办公空间已被占用。新建商业办公楼需求旺盛，空间紧张导致建筑高度不断增加。如果市场需要超过35层的建筑，那么直达式电梯或许能够解决垂直运输难题。

北美模式主要应用于约100层高的建筑，采用SD型本地电梯和DD型摆渡电梯连接空中大堂。这种模式似乎不太适用于英国或欧洲；主要是因为欧洲很少有如此高的建筑——大多数建筑可能在30到60层之间。在英国，DD型电梯很可能用作客梯，而不是摆渡电梯。对于乘客而言，体验将是一样的——他们未必会意识到自己乘坐的是DD型电梯。

直驱式电梯已被设计为伦敦多座规划高层建筑的主要垂直交通工具，例如英国地产公司British Land的Broadgate Tower、杰拉德·罗森（Gerald Ronson）的Heron Tower、Sellar Properties的伦敦桥大厦、Land Securities的黑衣修士桥大厦以及DIFA的Bishopsgate Tower。如果这些项目得以建成，未来5-10年内英国的直驱式电梯数量预计将增至约50部，使欧洲的直驱式电梯安装量增加两倍。

双层电梯的优点/局限性

DD电梯的真正优势在于，虽然运送乘客的时间与SD电梯相同，但所需的井道面积却更小。轿厢比例约为2:3，因此8个SD轿厢可以替换为5或6个DD轿厢。DD电梯高效运行的经验法则是每个电梯组覆盖约15至18层，但这完全取决于建筑布局。在为特定建筑选择电梯系统时必须谨慎，因为在某些情况下，该技术可能并不适用。为了使DD电梯高效运行，楼层面积必须超过2000平方米，以确保需求均衡，并使乘客前往相邻楼层的重合率较高。可以使用诸如Elevate（Peters Research公司出品）之类的软件来计算性能指标。然后，可以使用《电梯手册》（Barney 2005）来验证结果，以确定DD电梯是否是有效的解决方案。

乘客会被引导至自动扶梯；从这里他们可以选择前往的楼层，无论是偶数层还是奇数层。当电梯停靠响应上层呼叫时，任何楼层的呼叫都会被接受。一种常见的楼层呼叫处理方式是将楼层呼叫分配给后层。前层则负责响应与后层电梯停靠时间一致的呼叫。更高效的解决方案是选择最佳楼层来响应楼层呼叫。现代双轨电梯采用先进的控制系统，确保选择最佳楼层，从而最大限度地减少乘客的等待时间、运行时间和每部电梯的停靠次数。上行时，下层负责响应上行呼叫；下行时，下层负责响应下行呼叫。

现代控制系统，例如大厅呼叫分配系统 (HCA)，解决了乘客在车厢内自行决定目的地的问题，因为目的地信息可以在大厅的触摸屏上输入。目的地请求会根据乘客的偏好进行个性化设置，然后按楼层分组，从而大幅提高运营效率。HCA 还消除了非高峰时段乘客的不便之处，例如，当一个楼层停靠呼叫时，另一个楼层却没有相应的停靠点或车厢。此外，HCA 也无需在两节车厢内安装闭路电视摄像头和显示屏来查看乘客的乘车情况。

英国的大多数 DD 列车装置将采用 HCA 控制系统，有些，例如由 Kohn Pederson Fox 设计的 Heron Tower，甚至配备了玻璃 DD 车厢！（请参阅风景优美的 DD 列车作为参考，因为这并非 Heron 的列车）。

案例分析

最近，我参与了维多利亚一座现有办公大楼的新型垂直交通（VT）系统设计。该大楼共有27层，办公面积约28万平方英尺。此次翻新工程计划通过增建至多三层高层以及扩建立面，将办公面积扩大至44万平方英尺。原有的垂直交通系统由两组各6节车厢的列车组成，分别服务于高层和低层区域。办公面积的增加将使这种配置的性能无法满足要求。为了解决这个问题，我们研究了多种方案：

1. 保留现有的 12 个井道，并新增 4 个井道。这将提供能够达到 BCO 性能要求的低层、中层和高层建筑系统。显而易见的问题是这 4 个新井道的位置以及净室内面积 (NIA) 的损失。（参见低层、中层和高层建筑图 1 和图 2）。
2. 提供低层、中层和高层建筑系统，并利用HCA控制系统提升系统性能。这仍然需要相同的系统，但低层建筑系统仅减少到三个。HCA控制系统在上行高峰模式下效率最高，但在双向和下行高峰模式下效率较低。
3. 保留现有井道并安装双层客梯。分析结果表明，可安装四部低层和四部高层双层客梯。该方案的呼叫重合率达到77%，满足建筑控制办公室（BCO）的性能要求。此方案使每组电梯节省了两个井道，由于该建筑的货梯预留空间有限，这些井道可用于安装两部新的货梯。
4. 为了解决上下两层同时载客的问题，需要在两个大堂层之间设置自动扶梯。为了符合《残疾歧视法案》(DDA) 的要求，还需要在上下层之间设置两部接驳电梯，并且恰好有两个竖井可供使用（参见双层楼组图 1 和图 2）。值得一提的是，接驳电梯上方的竖井空间可以用来安装机电设备竖井。

本案例研究展示了双层电梯的一些关键优势。例如，减少核心筒空间的使用，减少电梯安装数量，从而腾出空间用于其他服务。这些基本原则也可应用于新项目。

报告也指出了一些潜在的局限性。主要通道区域需要扩大，以便容纳自动扶梯和摆渡电梯，从而符合《残疾人歧视法》（DDA）的要求。此外，还必须考虑设置适当的指示牌，引导乘客进入正确的楼层，到达目的地。如前所述，HCA（人机交互控制）在很大程度上可以缓解这些问题。

在比较双节电梯（DD）和单节电梯（SD）时，财务影响当然不容忽视。众所周知，双节电梯的初始购置成本是单节电梯的两倍。虽然达到与单节电梯相同的性能要求所需的双节电梯轿厢数量较少，但并非只有单节电梯的一半。因此，双节电梯是一种更昂贵的解决方案。然而，其节省的空间对楼宇业主来说极具吸引力，因为增加的办公空间意味着在建筑物的整个使用寿命期间更高的收益。双节电梯的年度维护成本低于单节电梯，并且由于停靠次数减少，高峰时段的运行时间也比单节电梯更短。停靠次数的减少也有助于节能。

现代直推式电梯还可以克服一系列常见的反对意见和担忧，例如下表所列的那些：