垂直電梯在越江橋梁工程中的應(yīng)用初探

魏 華

（同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計研究院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

0 引言

行人及非機(jī)動車采用垂直電梯上下橋過江的通行方式在國內(nèi)外并不多見，目前的規(guī)范（包括民用建筑相關(guān)規(guī)范）對于這項設(shè)計內(nèi)容暫時沒有針對性的規(guī)定。因此在具體的工程中就要考慮以下幾個問題如何解決：

（1）垂直電梯的規(guī)模如何確定：究竟采用什么規(guī)格、多少個垂直電梯才能滿足行人及非機(jī)動車在高峰小時的通行需求呢？

（2）垂直電梯布設(shè)設(shè)計中需考慮的其他因素，特別是哪些影響通行的因素及措施呢？

本文即對上述問題在實際工程中的運用成果進(jìn)行簡單的介紹。

1 工程概述

某地一座越江大橋，主橋總長約540m，橋面高度距離地面約為28m，因需與兩岸道路平交，非機(jī)動車道坡度無法滿足騎行要求。結(jié)合各方面意見，對行人及非機(jī)動車（以下簡稱人非）過江的方式進(jìn)行了比選。人非騎行坡道方案主要缺點是騎行坡道長度過長（單側(cè)坡道長度近1.1 km）、騎行折返次數(shù)多、體量大造價高。垂直電梯方案主要的優(yōu)點是方便、安全且更人性化、體量小造價低；缺點是需要對應(yīng)更多的管理服務(wù)及維護(hù)工作。通過對垂直電梯方案及騎行坡道方案的比選，從“安全、適用、經(jīng)濟(jì)”等原則綜合考慮，最終本工程采用垂直電梯方案進(jìn)行人非過江。

2 垂直電梯的規(guī)模確定

2.1 設(shè)計依據(jù)性參數(shù)調(diào)查研究

垂直電梯方案最終的規(guī)模確定與非機(jī)動車、電梯的技術(shù)參數(shù)密切相關(guān)，故我們先對相關(guān)設(shè)計參數(shù)進(jìn)行了調(diào)查研究。

2.1.1 非機(jī)動車車型尺寸及重量設(shè)計參數(shù)

《建筑工程交通設(shè)計及停車庫（場）設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)》（DG/T J08—2014）對非機(jī)動車停車庫設(shè)計參數(shù)也有詳細(xì)的規(guī)定，若采用垂直式停車方式，單排停車的停車長度為2.00 m，停車寬度為0.5 m。這個尺寸是針對自行車而言的，按照規(guī)范規(guī)定的停車位換算當(dāng)量系數(shù)，自行車為1.0，助動車為1.2。也就是說，如果考慮停放的是助動車，則停車寬度考慮為0.5×1.2=0.6 m。

對市場上的助動車進(jìn)行調(diào)研，以某品牌電動車為例，其產(chǎn)品尺寸范圍：長度1400～1970 mm，寬度 240～720 mm，高度 955～1200 mm，與規(guī)范基本吻合。

經(jīng)過實際調(diào)研，見圖1，圖1（a）4.8 m的寬度，很輕松停放了8輛助動車，圖1（b）1.0 m的寬度，也可停放2輛較大的助動車?？梢姡凑?.6 m的寬度停放助動車、按照規(guī)范規(guī)定的0.5 m寬度停放自行車、按照規(guī)范規(guī)定的2 m長度停放上述非機(jī)動車是較為合適的。

根據(jù)《電動自行車通用技術(shù)條件》（GB 17761—1999），電動自行車整車質(zhì)量應(yīng)不大于40 kg。2015年，《電動自行車通用技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)組會議召開，四部委對修訂條款中重量、速度、電壓、功率、騎行功能、全電動等六條主要項目條款作出新要求，其中整車質(zhì)量（含電池）有所提高，不大于55 kg。因此，自行車及助動車重量均可按照55 kg考慮。

圖1 非機(jī)動車停車寬度實際照片

2.1.2 乘客設(shè)計參數(shù)

《電梯制造與安裝安全規(guī)范》（GB 7588—2003）中規(guī)定，乘客重量按75 kg計算，當(dāng)乘客人數(shù)超過20人時（轎廂面積大于3.13 m2），每增加1人，增加0.115 m2。因此我們偏安全地取值每位乘客占用電梯的面積為0.115 m2。

2.1.3 電梯設(shè)計參數(shù)

《電梯制造與安裝安全規(guī)范》（GB 7588—2003）對電梯的額定載重、最大轎廂面積、運行速度等參數(shù)都進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定，經(jīng)過整理相關(guān)條文，以額定載重為5 t、7 t、10 t的電梯為例，技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 電梯關(guān)鍵參數(shù)表

電梯的運行速度是一項重要的技術(shù)參數(shù)，對于常規(guī)的電梯產(chǎn)品而言，國內(nèi)品牌的電梯一般是按照國標(biāo)執(zhí)行，國外品牌的電梯運行速度略有提升，如5 t電梯可做到0.63 m/s，7 t電梯可做到0.5 m/s，10 t電梯可做到0.35 m/s。如果想繼續(xù)提高運行速度，如提高到1 m/s，基本上只能依靠進(jìn)口，最大噸位只能做到5 t，而且相同噸位的電梯設(shè)備費用從幾十萬升高到幾百萬。由于橋面標(biāo)高距地面約30 m，并不像高層建筑上百米的高度，提高電梯速度帶來的運載效率并不明顯，性價比較低。因此后續(xù)比選時，我們偏安全的將推薦方案電梯的運行速度取為低值、比選方案的電梯運行速度取為高值。

2.2 垂直電梯規(guī)模的計算

2.2.1 設(shè)計流量

表2為本工程行人與非機(jī)動車的流量預(yù)測結(jié)果。

表2 行人及非機(jī)動車流量預(yù)測結(jié)果表

2.2.2 電梯運行周期

因單側(cè)對向行駛會帶來流量交織，從而造成較大的通行效率的損失，故本次設(shè)計仍擬采用右側(cè)通行的單向通行方式。以北向南右側(cè)行人及非機(jī)動車為例，即為：通過北岸的東側(cè)電梯從地面上橋（中間不設(shè)置?？浚叫谢蝌T行通過越江主橋→通過南岸的東側(cè)電梯從橋上下到地面（中間不設(shè)置?？浚?/p>

因此垂直電梯的一個周期時間計算見式（1）。

式中：RTT為電梯運行周期時間；Tk為電梯開門及關(guān)門總時間，可以根據(jù)電梯廠家及規(guī)范提供的開關(guān)門時間進(jìn)行取值；Tp為電梯進(jìn)入轎廂及出轎廂總時間。可以根據(jù)實測或者經(jīng)驗（公式）進(jìn)行取值，其與電梯出入組織措施等因素均有關(guān)，另行具體研究；Tr為電梯運行總時間?？梢愿鶕?jù)電梯運行高度、啟動加速度及運行速度計算得到。

根據(jù)上述計算公式，本工程最終的電梯運行高度約為24.5 m，電梯運行速度按照0.5 m/s為例，啟動及停止的運行加速度均按照0.5 m/s2計，則電梯上行及下行的運行時間均為50 s。如果將人非進(jìn)出電梯的時間控制在30 s/次，可以計算出電梯（運行速度分別為0.5 m/s及0.35 m/s時）單個運行周期所需時間見表3。

2.2.3 電梯數(shù)量的確定

本工程中，電梯需要輸送的對象有行人、自行車及助動車三種類型。為簡化計算，本次設(shè)計擬將上述三種類型運輸對象折算為所需占用的電梯面積，再根據(jù)所需面積及單個電梯所提供的面積確定電梯的數(shù)量。

由此我們根據(jù)上述人非每小時的單向流量，可以計算出高峰小時單向需要的電梯面積，見表4。

表4 高峰小時需要的電梯面積

根據(jù)前面章節(jié)中已經(jīng)初步選定了的轎廂面積，計算得到對應(yīng)的三種類型電梯的最小數(shù)量計算結(jié)果見表5。

表5高峰小時需要的電梯數(shù)量計算表

2.2.4 電梯規(guī)模的設(shè)計結(jié)論

因此，按照2038年的流量換算的高峰小時所需電梯面積，單向單側(cè)需要分別需要設(shè)置4部5 t電梯或者3部7 （t或10 t）電梯。

7 t電梯（運行速度為0.5 m/s）的造價相對較高，而4部5 t電梯在非高峰通行期間具有更好的經(jīng)濟(jì)適應(yīng)性。綜合比選，最終采用全橋共設(shè)置16部5 t電梯的方案。

3 垂直電梯方案其他設(shè)計因素

3.1 電梯廂內(nèi)尺寸的擬定

從設(shè)計流量結(jié)果可知，本工程步行過江的行人較少，主要以非機(jī)動車過江為主。因此轎廂尺寸布置時，從提高垂直電梯排放非機(jī)動車的效率而言，其電梯廂內(nèi)尺寸需充分考慮非機(jī)動車的尺寸。本次設(shè)計擬考慮電梯廂內(nèi)縱向尺寸為2 m的倍數(shù)，則電梯初擬尺寸見表6。

3.2 電梯載重的驗算

本次設(shè)計采用的電梯單位面積載重量為5000/9=555.5 kg/m2。

非機(jī)動車重量為55 kg，騎行考慮每輛非機(jī)動車兩個人的重量為2×75=150 kg，則非機(jī)動車單位面積重量最大為（55+150）/（2×0.5）=255 kg/m2。其數(shù)值遠(yuǎn)小于上述電梯的載重標(biāo)準(zhǔn)，因此非機(jī)動車不影響本工程電梯的載重安全。

雖然本工程高峰小時流量是以非機(jī)動車為主的，但我們?nèi)砸紤]電梯滿人是的極限情況，并對此工況進(jìn)行電梯載重驗算。因為行人單位面積重量最大為75/0.115=652 kg/m2。其數(shù)值大于電梯單位面積載重量，因此需要對電梯滿人工況時行人的最大數(shù)量進(jìn)行控制。綜合各方面因素，本工程要求電梯滿人時最大人數(shù)不得超過60個（5000/75=66.6）。

3.3 進(jìn)出電梯措施的考慮

為確保高峰通行期間，非機(jī)動車及行人乘梯秩序良好，減少或避免通行混亂無序，提高進(jìn)出電梯的通行效率，必須設(shè)置合理疏導(dǎo)措施。以進(jìn)電梯為例，建議設(shè)置如下幾點疏導(dǎo)措施。

（1）在電梯入口處設(shè)置等待區(qū)域及通行區(qū)域。等待區(qū)域縱深可以考慮與電梯縱深4 m對應(yīng)。通行區(qū)域可根據(jù)實際情況偏安全的考慮為2 m寬度。

（2）在等待區(qū)域設(shè)置一定寬度的隔離裝置，便于強制非機(jī)動車及行人在此有序排隊。從人性化角度出發(fā)，建議采用柔性隔離裝置，避免發(fā)生刮擦碰傷的情況。隔離裝置的間距可根據(jù)非機(jī)動車及行人的寬度綜合考慮，建議為0.5 m左右。本工程中每部電梯的進(jìn)口共設(shè)置5道隔離裝置，布置即為4×0.5 m。

（3）電梯入口旁建議增設(shè)告示牌。告示牌應(yīng)通過清晰簡潔的文字圖片來指引及告知乘梯人注意事項。電梯出口建議設(shè)置明晰的導(dǎo)向標(biāo)線引導(dǎo)行人及非機(jī)動車疏散通行。

（4）必要時可以安排專門人員維持乘梯秩序，也可通過廣播方式引導(dǎo)有序乘梯。

4 設(shè)計計算電梯時間的確定

（1）按照4×15=60人考慮行人進(jìn)入電梯的時間。其中每個人進(jìn)入電梯的時間按照1.4 s考慮，則總時間Tp=15×1.4=21 s。

（2）按照縱向2輛非機(jī)動車考慮進(jìn)入電梯的時間。非機(jī)動車前進(jìn)4 m距離啟?？倳r間經(jīng)過實測約為15 s。

（3）上述數(shù)據(jù)均通過模擬實測通過驗證可行。本工程在設(shè)計時按照一定的安全富余取值為30 s。后期運營時可以進(jìn)一步完善及精細(xì)化此項數(shù)據(jù)。

5 結(jié)語

本越江大橋工程最終采用了垂直電梯上下橋的人非過江方式，對本方案的設(shè)計及工程規(guī)模確定做出了有益的探索及嘗試，并初步得到了相關(guān)理論計算內(nèi)容、設(shè)計過程等結(jié)論。本文還對垂直電梯方案設(shè)計中需要考慮的其他因素提出了自己的幾點看法，對今后類似工程有著一定借鑒作用。