垂直电梯在越江桥梁工程中的应用初探

魏 华

（同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司，上海市 200092）

0 引言

行人及非机动车采用垂直电梯上下桥过江的通行方式在国内外并不多见，目前的规范（包括民用建筑相关规范）对于这项设计内容暂时没有针对性的规定。因此在具体的工程中就要考虑以下几个问题如何解决：

（1）垂直电梯的规模如何确定：究竟采用什么规格、多少个垂直电梯才能满足行人及非机动车在高峰小时的通行需求呢？

（2）垂直电梯布设设计中需考虑的其他因素，特别是哪些影响通行的因素及措施呢？

本文即对上述问题在实际工程中的运用成果进行简单的介绍。

1 工程概述

某地一座越江大桥，主桥总长约540m，桥面高度距离地面约为28m，因需与两岸道路平交，非机动车道坡度无法满足骑行要求。结合各方面意见，对行人及非机动车（以下简称人非）过江的方式进行了比选。人非骑行坡道方案主要缺点是骑行坡道长度过长（单侧坡道长度近1.1 km）、骑行折返次数多、体量大造价高。垂直电梯方案主要的优点是方便、安全且更人性化、体量小造价低；缺点是需要对应更多的管理服务及维护工作。通过对垂直电梯方案及骑行坡道方案的比选，从“安全、适用、经济”等原则综合考虑，最终本工程采用垂直电梯方案进行人非过江。

2 垂直电梯的规模确定

2.1 设计依据性参数调查研究

垂直电梯方案最终的规模确定与非机动车、电梯的技术参数密切相关，故我们先对相关设计参数进行了调查研究。

2.1.1 非机动车车型尺寸及重量设计参数

《建筑工程交通设计及停车库（场）设置标准》（DG/T J08—2014）对非机动车停车库设计参数也有详细的规定，若采用垂直式停车方式，单排停车的停车长度为2.00 m，停车宽度为0.5 m。这个尺寸是针对自行车而言的，按照规范规定的停车位换算当量系数，自行车为1.0，助动车为1.2。也就是说，如果考虑停放的是助动车，则停车宽度考虑为0.5×1.2=0.6 m。

对市场上的助动车进行调研，以某品牌电动车为例，其产品尺寸范围：长度1400～1970 mm，宽度 240～720 mm，高度 955～1200 mm，与规范基本吻合。

经过实际调研，见图1，图1（a）4.8 m的宽度，很轻松停放了8辆助动车，图1（b）1.0 m的宽度，也可停放2辆较大的助动车。可见，按照0.6 m的宽度停放助动车、按照规范规定的0.5 m宽度停放自行车、按照规范规定的2 m长度停放上述非机动车是较为合适的。

根据《电动自行车通用技术条件》（GB 17761—1999），电动自行车整车质量应不大于40 kg。2015年，《电动自行车通用技术条件》标准协调组会议召开，四部委对修订条款中重量、速度、电压、功率、骑行功能、全电动等六条主要项目条款作出新要求，其中整车质量（含电池）有所提高，不大于55 kg。因此，自行车及助动车重量均可按照55 kg考虑。

图1 非机动车停车宽度实际照片

2.1.2 乘客设计参数

《电梯制造与安装安全规范》（GB 7588—2003）中规定，乘客重量按75 kg计算，当乘客人数超过20人时（轿厢面积大于3.13 m2），每增加1人，增加0.115 m2。因此我们偏安全地取值每位乘客占用电梯的面积为0.115 m2。

2.1.3 电梯设计参数

《电梯制造与安装安全规范》（GB 7588—2003）对电梯的额定载重、最大轿厢面积、运行速度等参数都进行了详细的规定，经过整理相关条文，以额定载重为5 t、7 t、10 t的电梯为例，技术参数见表1。

表1 电梯关键参数表

电梯的运行速度是一项重要的技术参数，对于常规的电梯产品而言，国内品牌的电梯一般是按照国标执行，国外品牌的电梯运行速度略有提升，如5 t电梯可做到0.63 m/s，7 t电梯可做到0.5 m/s，10 t电梯可做到0.35 m/s。如果想继续提高运行速度，如提高到1 m/s，基本上只能依靠进口，最大吨位只能做到5 t，而且相同吨位的电梯设备费用从几十万升高到几百万。由于桥面标高距地面约30 m，并不像高层建筑上百米的高度，提高电梯速度带来的运载效率并不明显，性价比较低。因此后续比选时，我们偏安全的将推荐方案电梯的运行速度取为低值、比选方案的电梯运行速度取为高值。

2.2 垂直电梯规模的计算

2.2.1 设计流量

表2为本工程行人与非机动车的流量预测结果。

表2 行人及非机动车流量预测结果表

2.2.2 电梯运行周期

因单侧对向行驶会带来流量交织，从而造成较大的通行效率的损失，故本次设计仍拟采用右侧通行的单向通行方式。以北向南右侧行人及非机动车为例，即为：通过北岸的东侧电梯从地面上桥（中间不设置停靠）→步行或骑行通过越江主桥→通过南岸的东侧电梯从桥上下到地面（中间不设置停靠）。

因此垂直电梯的一个周期时间计算见式（1）。

式中：RTT为电梯运行周期时间；Tk为电梯开门及关门总时间，可以根据电梯厂家及规范提供的开关门时间进行取值；Tp为电梯进入轿厢及出轿厢总时间。可以根据实测或者经验（公式）进行取值，其与电梯出入组织措施等因素均有关，另行具体研究；Tr为电梯运行总时间。可以根据电梯运行高度、启动加速度及运行速度计算得到。

根据上述计算公式，本工程最终的电梯运行高度约为24.5 m，电梯运行速度按照0.5 m/s为例，启动及停止的运行加速度均按照0.5 m/s2计，则电梯上行及下行的运行时间均为50 s。如果将人非进出电梯的时间控制在30 s/次，可以计算出电梯（运行速度分别为0.5 m/s及0.35 m/s时）单个运行周期所需时间见表3。

2.2.3 电梯数量的确定

本工程中，电梯需要输送的对象有行人、自行车及助动车三种类型。为简化计算，本次设计拟将上述三种类型运输对象折算为所需占用的电梯面积，再根据所需面积及单个电梯所提供的面积确定电梯的数量。

由此我们根据上述人非每小时的单向流量，可以计算出高峰小时单向需要的电梯面积，见表4。

表4 高峰小时需要的电梯面积

根据前面章节中已经初步选定了的轿厢面积，计算得到对应的三种类型电梯的最小数量计算结果见表5。

表5高峰小时需要的电梯数量计算表

2.2.4 电梯规模的设计结论

因此，按照2038年的流量换算的高峰小时所需电梯面积，单向单侧需要分别需要设置4部5 t电梯或者3部7 （t或10 t）电梯。

7 t电梯（运行速度为0.5 m/s）的造价相对较高，而4部5 t电梯在非高峰通行期间具有更好的经济适应性。综合比选，最终采用全桥共设置16部5 t电梯的方案。

3 垂直电梯方案其他设计因素

3.1 电梯厢内尺寸的拟定

从设计流量结果可知，本工程步行过江的行人较少，主要以非机动车过江为主。因此轿厢尺寸布置时，从提高垂直电梯排放非机动车的效率而言，其电梯厢内尺寸需充分考虑非机动车的尺寸。本次设计拟考虑电梯厢内纵向尺寸为2 m的倍数，则电梯初拟尺寸见表6。

3.2 电梯载重的验算

本次设计采用的电梯单位面积载重量为5000/9=555.5 kg/m2。

非机动车重量为55 kg，骑行考虑每辆非机动车两个人的重量为2×75=150 kg，则非机动车单位面积重量最大为（55+150）/（2×0.5）=255 kg/m2。其数值远小于上述电梯的载重标准，因此非机动车不影响本工程电梯的载重安全。

虽然本工程高峰小时流量是以非机动车为主的，但我们仍要考虑电梯满人是的极限情况，并对此工况进行电梯载重验算。因为行人单位面积重量最大为75/0.115=652 kg/m2。其数值大于电梯单位面积载重量，因此需要对电梯满人工况时行人的最大数量进行控制。综合各方面因素，本工程要求电梯满人时最大人数不得超过60个（5000/75=66.6）。

3.3 进出电梯措施的考虑

为确保高峰通行期间，非机动车及行人乘梯秩序良好，减少或避免通行混乱无序，提高进出电梯的通行效率，必须设置合理疏导措施。以进电梯为例，建议设置如下几点疏导措施。

（1）在电梯入口处设置等待区域及通行区域。等待区域纵深可以考虑与电梯纵深4 m对应。通行区域可根据实际情况偏安全的考虑为2 m宽度。

（2）在等待区域设置一定宽度的隔离装置，便于强制非机动车及行人在此有序排队。从人性化角度出发，建议采用柔性隔离装置，避免发生刮擦碰伤的情况。隔离装置的间距可根据非机动车及行人的宽度综合考虑，建议为0.5 m左右。本工程中每部电梯的进口共设置5道隔离装置，布置即为4×0.5 m。

（3）电梯入口旁建议增设告示牌。告示牌应通过清晰简洁的文字图片来指引及告知乘梯人注意事项。电梯出口建议设置明晰的导向标线引导行人及非机动车疏散通行。

（4）必要时可以安排专门人员维持乘梯秩序，也可通过广播方式引导有序乘梯。

4 设计计算电梯时间的确定

（1）按照4×15=60人考虑行人进入电梯的时间。其中每个人进入电梯的时间按照1.4 s考虑，则总时间Tp=15×1.4=21 s。

（2）按照纵向2辆非机动车考虑进入电梯的时间。非机动车前进4 m距离启停总时间经过实测约为15 s。

（3）上述数据均通过模拟实测通过验证可行。本工程在设计时按照一定的安全富余取值为30 s。后期运营时可以进一步完善及精细化此项数据。

5 结语

本越江大桥工程最终采用了垂直电梯上下桥的人非过江方式，对本方案的设计及工程规模确定做出了有益的探索及尝试，并初步得到了相关理论计算内容、设计过程等结论。本文还对垂直电梯方案设计中需要考虑的其他因素提出了自己的几点看法，对今后类似工程有着一定借鉴作用。