办公楼中双层电梯和单层电梯的混合用途方案

关键词： 双层（DD）电梯、单层（SD）电梯、载重能力、混合用途、停靠站数、电梯速度、价格比较、节省空间。 

摘要

只有当双层电梯（DD电梯）用作穿梭电梯时，才能节省50%的空间；而与单层电梯（SD电梯）相比，双层电梯只能节省30%（或三分之一）的空间，而非预期的50%。然而，在每层运力相同的情况下，双层电梯的设备和维护成本是单层电梯的2.5至3.5倍。这使得双层电梯对于发展中国家而言并非理想的解决方案。此外，在非高峰时段，当两层电梯同时运行但乘客数量较少时，双层电梯会消耗过多的能源。本文提出了一种创新的混合方案，将双层电梯与单层电梯相结合，以优化办公楼（尤其是单租户办公楼）的空间利用率、降低成本并提高能源效率。

之前一个29层的办公楼项目最初需要12部SD电梯。如果用相同单层运力的DD电梯替换，则需要8部DD电梯。最终，采用了一种优化方案：6部DD电梯服务于G(1)至23层，3部SD电梯服务于24至29层。这6部DD电梯仅在高峰时段运行，而3部SD电梯则持续运行。高峰时段，这3部SD电梯仅服务于顶层六层的管理人员；而在非高峰时段，则向所有住户开放，从而显著降低了能耗。 

这种混合方案也适用于更高的办公楼。对于45-55层的办公楼，需要两组直驱电梯和四部短程电梯；对于65-75层的办公楼，则需要三组直驱电梯和五部短程电梯。每组直驱电梯服务20层，以最大限度地利用直驱电梯，但这种安排的主要目的是在非高峰时段显著节约能源。 

1。 简介

这项创新最初源于作者在2017年至2019年间，在建于20世纪60年代的威斯敏斯特市政厅（WCH）将六部单层（SD）电梯更换为六部双层（DD）电梯的经验（梁洪亮，2020）。WCH项目是英国首个将六部单层电梯完全更换为六部双层电梯的项目，也可能是全球第二个此类项目。在此期间，作者观察到，与单层电梯相比，双层电梯在非高峰时段的能耗显著更高。此外，由于双层电梯需要持续运行，其磨损加剧，导致维护和维修成本更高。本文介绍了一种在办公楼中采用双层电梯和单层电梯混合使用的方案。

2. 办公楼的设计标准

2.1 早晨单向上行高峰交通群体处理能力

团体运载能力用于评估高峰时段电梯服务的“数量”。它是指在用于衡量平均等待时间的相同5分钟客流周期内，电梯能够运送的人数或区域人口百分比： 

高峰时段团体处理能力 = 5 分钟内达到 12% 或以上 

2.2 早高峰单行道平均间隔 (AI) 或平均等待时间 

平均间隔时间 (AI) 或平均等待时间 (AWT) 与高峰时段电梯服务的“质量”相关。下表列出了我们根据平均等待时间评估服务水平的标准：

3. 此处应用的垂直运输设计原则 

自2014年6月起，笔者一直从事垂直运输（VT）咨询工作；请在标题3处将“垂直运输”改为“VT”。在物理学中，功率被定义为作用于物体的做功速率。它是一个随时间变化的量，反映了完成任务的速度。功率的公式为P = W / t，其中P代表功率，W代表功，t代表时间。本质上，功率的计算方法是用所做的功除以完成该功所需的时间。

假设一栋 25-30 层的办公楼，SD 电梯位于一个区域，则 VT 处理能力可以表示如下：

P= n₁ x SX Qg x (1.5 xv₁) = 2/3 xn₁ x D x Qg x (1.5 xv₁) = 1/2 xn₁ x D x Qg x (1.5 xv₁) + 3 x SX Qg x (2 xv₁) =fxm/s

注意：如果单层电梯位于两个区域；

P= (1/2 xn₁) x SX Qg xv₁ + (1/2 x n1) x SX Qg x (2 xv₁) = n₁ x S x Qg x (1.5 xv₁)

其中：

3.1 原则 01

垂直运输（VT）设计的第一原则是尽可能减少升降井的数量。

3.2 原则 02

VT设计的第二个原则是尽可能降低电梯速度。当电梯速度超过2.5米/秒时，每增加2米/秒，单位成本就会翻倍。对于低层建筑，速度不应超过4.0米/秒。这是因为当速度超过3.5-4.0米/秒时，绳索配置会从2:1变为1:1，导致机器体积是2:1系统的两倍，从而显著增加成本。为了在不提高电梯速度的情况下提高处理效率，关键在于减少停靠次数。对于高性能系统，8.7秒的楼层间循环时间（T）意味着每次停靠至少需要5秒，这会严重影响平均等待时间。对于办公楼，根据ISO 8100-32:2020标准，标称运行时间应在20-30秒范围内。 

除了减少停靠次数外，另一种方法是提高电梯轿厢的载重能力。在办公楼中，标准轿厢的最小载重能力为1,275公斤。将其提高到1,600公斤、1,800公斤或2,000公斤可以提高搬运效率。在相同速度下，每部电梯的成本只会增加20%至30%，而提高速度则会导致成本增加50%至100%。

3.3 原则 03

VT设计的第三项原则是避免使用双层电梯，除非用作接驳电梯。每部双层电梯的设备和维护成本是同等容量单层电梯的2.5至3.5倍。此外，即使只有少量乘客，双层电梯在非高峰时段也会消耗更多能源，因为两层电梯都需要运行。

如果一栋楼的所有电梯都是双层的，无论该楼是否划分区域，都会出现另一个问题：在顶层工作的乘客将面临最长的乘车时间。通常，顶层是高管和贵宾办公室所在地，这意味着这些身份较高的人员的乘车体验会比他们的下属更差。此外，他们的隐私也无法得到很好的保障。因此，理想的解决方案是在顶层使用单层电梯，以确保为贵宾提供更好的服务。

4. 如何才能最大限度地减少所需的电梯数量？

通过在高层建筑中使用“目的地呼叫”控制系统、双层电梯和空中大堂，可以节省大量空间。下图1展示了使用双层电梯（DD电梯）而非单层电梯（SD电梯）所节省的核心空间对比（Godwin A CPD）。图2展示了其他设计者的一个实际项目，该设计存在三个主要问题：首先，高层建筑中双层电梯的运行速度为6米/秒，导致设备成本和维护费用非常高昂。其次，每组双层电梯仅服务14层，远低于最有效的20层（Godwin A CPD），因此两组电梯都存在严重的设备冗余问题。第三，非高峰时段的能源消耗过高。    

4.1 单层电梯和双层电梯的有效楼层数

双层电梯有两个电梯轿厢，一个叠在另一个上面，悬挂在一个钢索内，这样就可以同时为两个相邻楼层的乘客提供服务。

4.2 双层升降机应用经验法则

根据戈德温的说法：

• 有效楼层范围为 20，而单层升降机的有效楼层范围为 12。
• 大型地板
• 每层人口100-120人
• 40-60层，无空中大堂
• 80-100层以上，设有空中大堂
• 穿梭快梯
• 纤细的高层建筑，70层以上
• 低层建筑，10-20层，每层200人。
• 楼层高度统一最佳

5. 问题探索与设计开发 

5.1 初始设计

作者曾参与一个发展中国家的29层办公楼项目，该项目的初始设计（图4和图5以及表5）已获客户批准。其性能如表6所示。然而，几个月后，客户要求评估该建筑的双层电梯方案。提出此要求的主要原因是人口数量大幅增加，而餐厅位于02层，但除停车电梯外，没有其他客梯可直达该层。采用双层电梯后，可以安装两部自动扶梯，方便乘客从02层（地面层）前往01层。

5.1 第二设计方案 八部双层电梯

第二种设计方案如图 6 和图 7A 所示，其中八部双层电梯组成一个组。图 7B 是作者在图 2（他人实际项目）基础上进行的创新。图 7B 的八部双层电梯位于同一目的地控制组内，但它们共用四个楼层，以提高容错性和操控性。其性能如表 8 所示，甚至优于图 7A。 

 5.2 混合用途 三部单层电梯和六部双层电梯

经过Adsimulo（Godwin等人，2012）的多次模拟，最终设计出第三种方案，即混合使用三部单层电梯和六部双层电梯（图8和图9）。其性能如表9所示。

5.3 工程评估 

第三种设计方案结合了双层（DD）和单层（SD）电梯，需要九个电梯井道，使得电梯核心筒非常紧凑。然而，由于项目所在地的特殊性，作者并未推荐此方案。尽管如此，这种设计方案可能适用于发达国家，尤其是在伦敦、巴黎和纽约等国际大都市。

6。结论

MovvéO Ltd 的 Adrian Godwin (1958-2019) 得出结论，节省 30% 的空间是基于 VT 交通模拟的结果，这意味着如果一栋低于 30 层的办公楼需要 12 部 SD 电梯，则需要 8 部 DD 电梯才能有足够的处理能力。 

这座29层办公楼采用三部单层电梯和六部双层电梯的混合用途设计，与在两个区域分别安装两组六部单层电梯相比，可以节省四分之一的井道数量，但占用的空间略少。虽然该方案尚未正式发布，但对于国际大都市28-30层的办公楼而言，这将是最佳的电梯解决方案。这种混合方案也适用于更高的办公楼：对于45-55层的办公楼，需要两组单层电梯和四部双层电梯；对于65-75层的办公楼，则需要三组单层电梯和五部双层电梯。每组单层电梯服务20层，以最大限度地利用其运力，但这种布局的主要目的是在非高峰时段显著节省能源。

7. 作者注

阿德里安·戈德温是首位在双层电梯中应用目的地控制技术的人。本文主要参考了他面向建筑师的关于垂直交通设计和BIM最新趋势的继续教育演示文稿，部分图片和表格直接取自该演示文稿。因此，本文也谨以此文纪念戈德温先生，他既是我的导师，也是我的偶像。