隨著城市建筑的快速開發(fā)及人們對便捷生活要求的提高，電梯已經(jīng)成為城市內(nèi)高層建筑和公共場所不可或缺的建筑設(shè)備。

一、電梯的發(fā)展歷史

19世紀(jì)中葉，在工業(yè)革命深入的過程中，垂直運(yùn)送貨物和人員的需求已經(jīng)是如此之迫切，各方面的條件也都已具備，但當(dāng)時(shí)的蒸汽升降機(jī)卻一直解決不了一個(gè)關(guān)鍵的安全問題——只要起吊繩突然斷裂，升降梯便會急速墜落到底層，這種天生的安全痼疾使得它的使用受到大大的局限。1852年，奧的斯為了解決升降機(jī)的安全問題，奧的斯發(fā)明了一種裝置，他將帶有鋸齒狀的鐵條固定在導(dǎo)軌上，在轎廂的上部設(shè)置了一個(gè)彈簧片，并將其與機(jī)械聯(lián)動(dòng)裝置和制動(dòng)棘爪連接起來。曳引繩固定在彈簧片的中心，曳引繩破斷時(shí)彈簧片恢復(fù)原始形狀，強(qiáng)迫機(jī)械聯(lián)動(dòng)裝置動(dòng)作，然后制動(dòng)爪伸入鋸齒狀的鐵條阻止電梯下落。

就這樣，世界上第一臺“安全升降機(jī)”發(fā)明出來了。從此電梯迎來了歷史上真正發(fā)展的開端。不過，奧的斯公司的生意并沒有因此而立刻火爆起來。奧的斯公司的記載表明，1854年當(dāng)年他們只銷售出幾臺升降梯，1855年也只有15臺，到了1856年共售出27臺，那時(shí)的升降梯還全部限于貨運(yùn)使用。1857年3月，在紐約百老匯一家專營法國瓷器和玻璃器皿的商店里，安裝了世界上第一臺安全客運(yùn)升降梯。該商店共五層，當(dāng)時(shí)就算是相當(dāng)高的建筑物了，升降梯的動(dòng)力是由建筑物內(nèi)的蒸汽動(dòng)力站利用一系列軸及皮帶驅(qū)動(dòng)的。該梯可載重500公斤，速度為每分鐘約12米。

因?yàn)樵谏堤堇锟梢蕴魍麅?yōu)美的風(fēng)景，而深受上層階級很多人的歡迎。雖然奧的斯被人們稱為“電梯之父”，但事實(shí)上，奧的斯本人從來沒有造出過真正的電梯，因?yàn)樵谒哪甏?，機(jī)器普遍使用的動(dòng)力而且是煤燒出來的蒸汽。直到1889年12月，奧的斯電梯公司才在紐約的第瑪瑞斯特大樓安裝了第一部名副其實(shí)的電梯——它采取直流電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力，通過渦輪減速器帶動(dòng)卷筒上纏繞的繩索，懸掛并升降轎廂。

這座古老的電梯，每分鐘只能走10米左右。1900年，以交流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)的電梯問世。1902年，瑞士的迅達(dá)公司研制成功了世界上第一臺按鈕式自動(dòng)電梯，采取全自動(dòng)的控制方式，提高了電梯的輸送能力和安全性。隨后電梯進(jìn)入了快速發(fā)展階段。

二、根據(jù)電梯的不同屬性，

電梯主要分類情況如下

三、電梯的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

從空間上分主要包含：機(jī)房部分、井道及底坑部分、轎廂部分、層站部分。

從系統(tǒng)上分主要包含以下幾大系統(tǒng)：

● 曳引系統(tǒng)：曳引系統(tǒng)的主要功能是輸出與傳遞動(dòng)力，使電梯運(yùn)行。曳引系統(tǒng)主要由曳引機(jī)、曳引鋼絲繩，導(dǎo)向輪，反繩輪組成。

● 導(dǎo)向系統(tǒng)：導(dǎo)向系統(tǒng)的主要功能是限制轎廂和對重的活動(dòng)自由度，使轎廂和對重只能沿著導(dǎo)軌作升降運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)向系統(tǒng)主要由導(dǎo)軌，導(dǎo)靴和導(dǎo)軌架組成。

● 轎廂：轎廂是運(yùn)送乘客和貨物的電梯組件，是電梯的工作部分。轎廂由轎廂架和轎廂體組成。

● 門系統(tǒng)：門系統(tǒng)的主要功能是封住層站入口和轎廂入口。門系統(tǒng)由轎廂門，層門，開門機(jī)，門鎖裝置組成。

● 重量平衡系統(tǒng)：系統(tǒng)的主要功能是相對平衡轎廂重量，在電梯工作中能使轎廂與對重間的重量差保持在限額之內(nèi)，保證電梯的曳引傳動(dòng)正常。系統(tǒng)主要由對重和重量補(bǔ)償裝置組成。

● 電力拖動(dòng)系統(tǒng)：電力拖動(dòng)系統(tǒng)的功能是提供動(dòng)力，實(shí)行電梯速度控制。電力拖動(dòng)系統(tǒng)由曳引電動(dòng)機(jī)，供電系統(tǒng)，速度反饋裝置，電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置等組成。

● 電氣控制系統(tǒng)：電氣控制系統(tǒng)的主要功能是對電梯的運(yùn)行實(shí)行操縱和控制。電氣控制系統(tǒng)主要由操縱裝置，位置顯示裝置，控制屏（柜），平層裝置，選層器等組成。

● 安全保護(hù)系統(tǒng)：保證電梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故發(fā)生。由電梯限速器、安全鉗、夾繩器、緩沖器、安全觸板、層門門鎖、電梯安全窗、電梯超載限制裝置、限位開關(guān)裝置組成。

電梯的系統(tǒng)分類詳見附圖一

附圖一：電梯系統(tǒng)分類示意圖

電梯內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖詳見附圖二

附圖二：電梯內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

電梯產(chǎn)品作為機(jī)電一體化的特種設(shè)備，是機(jī)械裝置、電力驅(qū)動(dòng)和計(jì)算機(jī)控制的集中體現(xiàn)。電梯整機(jī)的核心技術(shù)集中在驅(qū)動(dòng)技術(shù)和控制技術(shù)。目前，電梯主要采用的驅(qū)動(dòng)技術(shù)為永磁同步無齒曳引技術(shù)、控制技術(shù)主要為VVVF（變頻變壓調(diào)速）。

四、電梯的選型基本計(jì)算配置

隨著國家城鎮(zhèn)化步伐的加快及大中型城戶籍制度的放開，住宅產(chǎn)品的市場需求將迎來小幅度的上漲。那對于住宅在開發(fā)過程中應(yīng)該如何配置電梯產(chǎn)品就對設(shè)計(jì)者提出了挑戰(zhàn)。針對目前市場的住宅產(chǎn)品線我們主要分為三大類：超高層住宅、高層住宅、多層及別墅產(chǎn)品。對于以上住宅產(chǎn)品我們應(yīng)該如何配置電梯，在配置電梯時(shí)不同產(chǎn)品類別的關(guān)注點(diǎn)又有何不同。

在研究電梯配置前，我們先來了解一下電梯評價(jià)的兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。5分鐘運(yùn)力（HC5）及平均侯梯時(shí)間(WT)。五分鐘運(yùn)力是指全部電梯在滿載運(yùn)行狀態(tài)下五分鐘內(nèi)能夠輸送的全部乘客數(shù)占全部需要輸送乘客數(shù)量的百分比。平均侯梯時(shí)間即平均等待時(shí)間。對于高層而言垂直交通的配置問題直接關(guān)系到開發(fā)的成本及客戶的滿意度。如何平衡開發(fā)成本和垂直運(yùn)力就成了設(shè)計(jì)階段的關(guān)鍵。在設(shè)計(jì)階段對于電梯的配置選型主要涉及到三個(gè)主要方面，一、電梯的數(shù)量 二、電梯的載重量 三、電梯的速度。我們先來說明確定這三個(gè)要素的基本原則。

1.電梯數(shù)量的基本原則為下述公式：

電梯數(shù)量=建筑總?cè)藬?shù)/每臺電梯服務(wù)人數(shù) 或 電梯數(shù)量=樓層總層數(shù)/每臺電梯服務(wù)層數(shù)

注：每臺電梯服務(wù)人數(shù)一般按200~250人確定（辦公）；

每臺電梯服務(wù)層數(shù)一般按4~5層確定（辦公）

2.電梯速度的基本原則為下述公式：

電梯速度=提升高度/行程時(shí)間

注：行程時(shí)間為從基站直駛到最高層的時(shí)間，不考慮加減速的時(shí)間。

3.電梯載重量的基本原則為下述公式：

CL=P*75KG P=Ar*INT Ar= BP*HC5/300s

注：CL=Car load[電梯載重]；

P=Passenger per car (car load with 80%) [轎廂滿載率80%情況下的乘客數(shù)量];

Ar=Arrival Rate [到達(dá)率];

BP=buiding population[建筑總?cè)藬?shù)];

INT= interpretation of interval [間隔時(shí)間];

HC=Handling capacity [運(yùn)輸能力]

確定了基本原則以后，我們針對住宅產(chǎn)品進(jìn)行分析，根據(jù)我國《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》：十二層及以上的高層住宅，每棟樓設(shè)置的電梯數(shù)量不應(yīng)少于兩臺。其中宜配置一臺可容納擔(dān)架的電梯。根據(jù)國際電梯標(biāo)準(zhǔn)CIBSE GUIDE D-2010其推薦值見下表：

注：INT= interpretation of interval [間隔時(shí)間];

HC=Handling capacity [運(yùn)輸能力];

WT=Wating time (等候時(shí)間)

有上表可見對于住宅而言五分鐘運(yùn)力應(yīng)該在6%~8%之間。平均侯悌時(shí)間應(yīng)該在40S~60S之間。對于高層住宅而言我們可根據(jù)住宅產(chǎn)品的定位確定電梯數(shù)量。詳見下表（經(jīng)驗(yàn)值）：

電梯速度確定電梯行程時(shí)間即可根據(jù)提升高度計(jì)算。行程時(shí)間可根據(jù)住宅檔次確定。詳見下表（經(jīng)驗(yàn)值）：

根據(jù)國際電梯標(biāo)準(zhǔn)CIBSE GUIDE D-2010 可知HC5和INT即可根據(jù)公式計(jì)算電梯載重量。

五、超高層住宅配置選型及關(guān)注要點(diǎn)

首先我們分析超高層建筑。超高層建筑一般指建筑高度超過100米的建筑。

除前述基本配置之外，超高層住宅在設(shè)計(jì)階段還應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下兩點(diǎn)：電梯的煙囪效應(yīng)及活塞效應(yīng)。煙囪效應(yīng)就是由于建筑物內(nèi)外空氣的溫度差產(chǎn)生了空氣密度的差別，于是形成壓力差，趨使室內(nèi)外空氣的流動(dòng)。室內(nèi)溫度高的空氣，因比重小而上升，并從建筑物上部風(fēng)口排除，這時(shí)會在低密度空氣原來的地方形成負(fù)壓區(qū)，于是室外溫度比較低而比重大的新鮮空氣從建筑物的底部被吸入，室內(nèi)外的空氣源源不斷的進(jìn)行流動(dòng)。這種由熱壓而引起的自然通風(fēng)被稱為煙囪效應(yīng)。井道內(nèi)的煙囪效應(yīng)與提升高度，井道內(nèi)外溫度差，環(huán)境壓力等因素成正比。煙囪效應(yīng)是室內(nèi)外溫差形成的熱壓及室外風(fēng)壓共同作用的結(jié)果，通常以前者為主，而熱壓值與室內(nèi)外溫差產(chǎn)生的空氣密度差及進(jìn)排風(fēng)口的高度差成正比。這說明，室內(nèi)溫度越是高于室外溫度，建筑物越高，煙囪效應(yīng)也越明顯。就一棟建筑物而言，理論上視建筑物的一半高度位置為中和面，認(rèn)為中和面以下房間從室外滲入空氣，中和面以上房間從室內(nèi)滲出空氣。不同季節(jié)的影響見附圖三：

附圖三：不同季節(jié)煙囪效應(yīng)的表現(xiàn)

電梯井道煙囪效應(yīng)造成的影響大致有以下幾個(gè)方面：

（1） 流動(dòng)的井道風(fēng)會從層門門縫擠出，造成噪音；

（2） 風(fēng)壓嚴(yán)重時(shí)會影響電梯開關(guān)門；

（3） 當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，煙囪效應(yīng)會將濃煙或火苗抽入井道內(nèi)，造成危險(xiǎn)；

（4） 能量的損耗較大；

對電梯開關(guān)門的影響，國家標(biāo)準(zhǔn)要求“阻止關(guān)門力不應(yīng)大于150N”, 通過對日立，奧蒂斯，三菱，蒂森，迅達(dá)達(dá)五大廠家的咨詢，五大廠家對煙囪效應(yīng)對開關(guān)門的影響的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：按照電梯門兩側(cè)的壓力小于100Pa作為標(biāo)準(zhǔn)。

在設(shè)計(jì)階段如何減小煙囪效應(yīng)的影響主要有以下幾點(diǎn)：

通過上表可知在侯悌廳設(shè)置前室或隔斷是降低煙囪效應(yīng)最經(jīng)濟(jì)有效的措施。這就需要在建筑方案設(shè)計(jì)時(shí)建筑師給予充分的考慮。

其次對于超高層建筑電梯需要關(guān)注的就是活塞效應(yīng)。高速電梯轉(zhuǎn)換周圍空氣的速度通常比周圍環(huán)境能夠轉(zhuǎn)移這些被置換的空氣速度要快?？諝饩哂姓承院涂杀粔嚎s的特性，當(dāng)電梯在井道內(nèi)高速運(yùn)行的時(shí)候，會將與電梯運(yùn)行的相反方向的空氣“吸”進(jìn)來，同時(shí)壓縮電梯前進(jìn)方向的空氣，當(dāng)找到任何一處可能的縫隙（包括廳門門縫）時(shí)，這些被壓縮的空氣就會被擠出去，產(chǎn)生擾人的噪音和振動(dòng)。這就是電梯運(yùn)行的活塞效應(yīng)。通過調(diào)研各電梯廠家，活塞風(fēng)效應(yīng)一般在5m/s高速單井道電梯中出現(xiàn)。合理的電梯阻塞比范圍如下：

為減少活塞效應(yīng)我們可以采取以下措施：

（1） 盡量避免單井道的設(shè)計(jì)，而采用通井道的設(shè)計(jì)，并且在電梯運(yùn)行模式上進(jìn)行控制，盡量避免通井道內(nèi)各電梯出現(xiàn)同時(shí)下降或同時(shí)上升的情況。則單井道電梯所壓縮的空氣除了其井道外還有另外的空間讓它擴(kuò)散，以減少井道內(nèi)空氣的壓力，從根本上降低活塞效應(yīng)的不良影響。

（2） 在單井道或雙井道的頂層和底坑各設(shè)有大孔通向室外，孔的面積最好等于1.5倍的轎廂地臺面積。因此轎廂在接近頂層和底層的時(shí)候，壓縮的空氣可以向井道外擴(kuò)散。

再次超高層建筑還需要關(guān)注：建筑搖擺對電梯系統(tǒng)的影響，一般建筑高度超過250米以后才加以考慮。目前超高層住宅的高度基本不超過此高度，因此本文不做討論。

六、高層住宅配置選型及關(guān)注要點(diǎn)

高層住宅在設(shè)計(jì)階段還應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注問題：井道尺寸、沖頂高度、基坑深度等。電梯的沖頂高度及基坑深度與電梯的速度成正比關(guān)系。對于高層住宅我們對了五大廠家的主流電梯型號進(jìn)行了對比（僅以1000KG及1050KG舉例）。詳見下表：

通過上表分析可見在轎內(nèi)尺寸變化不大的情況下。五大廠家的井道尺寸有明顯不同。井道寬度最小為迅達(dá)2000mm最大為蒂森2200mm。對于進(jìn)深而言通力最小僅為1820.而三菱的井道進(jìn)深則達(dá)到了2250mm。然而對于井道的凈面積而言通力最小為3.95m2,三菱最大為4.83 m2。這就需要建筑設(shè)計(jì)者在方案設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)確定電梯品牌從而確定相應(yīng)的井道尺寸。不然在后期的施工工程中就可能會出現(xiàn)如下情況：若井道尺寸過小會造成后期招標(biāo)品牌電梯轎廂無法安裝。后期工程改造會成本增加。而電梯井道面積過大會增加公攤面積，從而導(dǎo)致住戶的套內(nèi)使用面積減少。其次國家標(biāo)準(zhǔn)《城市居住區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50180-2018，已于今年正式實(shí)施。住宅高度被限制在80米。在屋頂建筑面積較小且限高的情況下，需要重點(diǎn)關(guān)注沖頂高度，若電梯機(jī)房面積大于屋頂面積的1/4之一，則機(jī)房高度要記入建筑高度?？赡軙黄葡拗聘叨?。對于沖頂高度我們可以看出在相同速度的情況下（2.00m/s），蒂森的沖頂高度最小為4050mm.而日立的沖頂高度最大為4700mm。在高層住宅中往往會涉及到消防電梯的設(shè)置。《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB 50016-2018年版要求建筑高度大于33米的住宅建筑必須設(shè)置消防電梯，且消防電梯的載重不得小于800KG，電梯從首層至頂層的時(shí)間不得超過60S.且每層都需停靠。所以對于消防電梯的速度及載重選擇都已經(jīng)有了明確的要求。

七、多層住宅及別墅配置選型及關(guān)注要點(diǎn)

對于多層住宅配置電梯的產(chǎn)品一般為花園洋房，花園洋房及別墅在電梯的選擇上主要是考慮品質(zhì)。因此對于電梯一般會進(jìn)行二次裝修。這就需要再電梯設(shè)計(jì)選型時(shí)對電梯的預(yù)留重量及弱電功能要給予重點(diǎn)關(guān)注。我們?nèi)砸晕宕髲S家的主流型號進(jìn)行舉例。詳見下表：

由上表可知五大廠家1000（1050）KG的最大裝修預(yù)留重量在系統(tǒng)不升級的情況下，一般為250~400KG。因多層住宅建筑高度不高，故隨行電纜及鋼絲繩自重較輕故一般都能達(dá)到最大裝修預(yù)留重量。其次需要關(guān)注的就是電梯和住宅小區(qū)弱電信息系統(tǒng)的對接。高檔花園洋房有電梯入戶的產(chǎn)品類型，這就需要設(shè)置電梯權(quán)限問題，業(yè)主必須進(jìn)行刷卡選層。而對于訪客業(yè)主可以通過可是對講系統(tǒng)確認(rèn)后與電梯進(jìn)行聯(lián)動(dòng)。給予訪客目的層的授權(quán)。其就涉及到可視對講系統(tǒng)與電梯控制系統(tǒng)的對接。

對于別墅產(chǎn)品的細(xì)分一般分為獨(dú)棟、聯(lián)排、疊拼等。開發(fā)商在進(jìn)行別墅產(chǎn)品的開發(fā)過程中分為配置電梯和預(yù)留條件兩種情況。無論哪種情況根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)都會采用無機(jī)房、低載重、低速電梯產(chǎn)品。而對于預(yù)留條件產(chǎn)品，一般開發(fā)商會預(yù)留電梯井道而電梯由業(yè)主在二次裝修時(shí)自行采購。預(yù)留井道時(shí)結(jié)構(gòu)一般會在樓板處開設(shè)洞口，洞口周邊設(shè)置梁進(jìn)行加固。若井道尺寸過小就會導(dǎo)致后期業(yè)主對梁進(jìn)行拆除后再進(jìn)行加固留下安全隱患。故預(yù)留井道時(shí)必須按最大尺寸預(yù)留。因別墅電梯低載重、低速度的特點(diǎn)。在業(yè)主選購電梯時(shí)不會增加額外的成本。

為給讀者一個(gè)直觀的配置選擇方向，我們對超高層、高層、多層及別墅建筑做一個(gè)綜合比較分析。僅以迅達(dá)為例，詳見下表：

有上表可見，超高層建筑配置的電梯基本趨向?yàn)楦咚俣?、大載重、大機(jī)房。這也是由超高層建筑的特點(diǎn)所決定的，其建筑高度高提升高度大，相應(yīng)配置的曳引系統(tǒng)要求高。所以整體參數(shù)的配置要提高才能滿足運(yùn)力要求。而對于超高層建筑我們一般會分區(qū)設(shè)置。而對于普通中高層建筑電梯配置基本趨向于小機(jī)房、常用速度及基本載重量。而對于多層及別墅建筑的基本趨向于無機(jī)房、低載重及低速度。而沖頂高度及基坑尺寸都會隨載重的增加而變大。

而從用戶角度來講，用戶最關(guān)注的為電梯的安全性，而用戶最直觀的感受為乘梯的體驗(yàn)感。電梯的安全性，這就涉及到產(chǎn)品質(zhì)量、品牌影響力、運(yùn)營維保情況及應(yīng)急預(yù)案等相關(guān)內(nèi)容。從開發(fā)角度講主流地產(chǎn)商選擇的電梯均為市場主流品牌，客戶對其質(zhì)量及品牌的認(rèn)可度極高。所以運(yùn)營維保及應(yīng)急預(yù)案就成為了決定安全性的主要因素。目前主流品牌廠家在各個(gè)城市均會有運(yùn)營維保中心，且每部電梯都實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)測、事故自動(dòng)報(bào)警等功能。而體驗(yàn)感涉及到了電梯的另外幾個(gè)方面：電梯的速度、侯悌廳門頭的選擇、電梯內(nèi)部的裝飾效果。速度選擇過快會對乘梯者帶來耳鳴等不適感、侯悌廳的門頭選擇會直接影響大堂的裝飾效果、電梯的內(nèi)部裝飾是乘梯者視覺感受的決定項(xiàng)。

八、電梯未來發(fā)展趨勢

目前從電梯的發(fā)展來看，出現(xiàn)了為提高單次運(yùn)力的雙轎廂電梯、為實(shí)現(xiàn)人員更好的分流的自動(dòng)派梯系統(tǒng)。且目前由蒂森克虜伯研發(fā)的無繩電梯已得到了應(yīng)用。無繩電梯打破了井道的束縛，可以豎向及橫向進(jìn)行移動(dòng)。對傳統(tǒng)電梯的運(yùn)輸形式實(shí)現(xiàn)了巨大的突破。詳見附圖四:

附圖四：無繩電梯示意圖

但隨著物聯(lián)網(wǎng)及云技術(shù)的不斷發(fā)展，通過建立電梯信息交流網(wǎng)絡(luò)將每一臺電梯的實(shí)時(shí)運(yùn)作信息和各關(guān)鍵指標(biāo)參數(shù)上傳至云平臺， 由電梯制造廠商或其他負(fù)責(zé)機(jī)構(gòu)統(tǒng)一管理實(shí)現(xiàn)信息共享信息交流。電梯物聯(lián)網(wǎng)通過配置具有運(yùn)行參數(shù)采集功能的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電梯安全的智能化監(jiān)管。