作者: 邝信尧 | 2016-07-10 21:10

超高层建筑人流动线规划与管理

从物业管理角度探讨超高层建筑应关注事宜

20世纪建成的超高层建筑大多以单业态为发展模式，像在广州于1996年建成的中信广场(390米)、在深圳于1996年建成的信兴广场(384米)，还有在香港于1992年建成的中环广场(374米)，都是以办公为主要业态。踏进21世纪后，超高层建筑慢慢地变成多业态模式，例如在台北于2004年建成的台北101大楼(508米)、在上海于2008年建成的上海环球金融中心(492米)，还有分别在香港于2010年建成的环球贸易广场和于2003年建成的国际金融中心二期(412米)，它们除了办公楼业态以外，还加入了酒店、服务式公寓、商场、观光层等不同的业态。由于目前超高层建筑的发展模式倾向多业态发展，从物业管理规划和运营的角度来说，它们与一般以往的超高层建筑将会有一定差异。

首先，从工程技术层面来看，不同的业态有不同设备与系统的需求。从设计到运营，如何设置不同设备与系统之间的联动尤其重要，例如消防监控、安防监控等，都需要建立起联动关系。除此之外，也要考虑一些硬件和外围管理，例如卸货区的规划和管理、停车场的规划和管理、车流动线等。不过，支撑着人类向高空发展的核心元素是怎么带动人流、规划和管理它的动线，包括通过垂直交通运输的设计与安排、出入口的管理，还有门禁系统的设置等。在设计前期及早考虑并咨询垂直运输事宜，进行专项研究，对超高层建筑设计有着巨大意义。

人流动线的规划和管理

人流动线的规划与管理，就是合理、有效地分配人群在进入建筑物、走出建筑物及在建筑物里面的安全流向。超高层建筑的人流动线规划跟一般建筑物的规划并不一样。总面积超300米的建筑的人流动线规划，与一般多层低于100米的建筑物截然不同。一个占地面积比较大的项目，在出入口的比例、电扶梯的数量、升降机的选型等方面都有着与超高层项目完全不同的要求。超高层项目由于底层面积比较小，出入口的数量会相对少很多，如何快速、有效地疏导人潮，我们需要从垂直运输方面着手。与一般多层或高层建筑物相比较，超高层建筑的特有形态和特质，在物理上已经决定了垂直运输所占权重在其内部交通中会远大于水平运输。在目前的技术水平下，垂直交通主要依赖电梯系统、楼梯和电扶梯来保持正常运转，其中又以电梯系统最为重要。

对于高层建筑而言，合理的电梯配置可以通过人们对电梯的使用来分配人群的流向，使建筑物空间得到充分的利用，并节省使用者的时间;不合理的电梯配置，则会降低大楼的运输效率，造成动线拥挤与混乱，或造成电梯利用率较低。普遍估计，电梯设置的成本约占整体高层建筑物造价的10%~12%，且楼层愈高其比重愈大，所以适当的交通规划，可减少大楼内电梯所占的楼板面积，同时还能减少未来运营产生的维修费和电费。因而大楼内的电梯配置、规划与管理非常重要。建筑物施工后，电梯规划很难再改动，所以应在建设初期就做出完整的设计方案。

电梯系统的宏观考虑因素

成功的超高层电梯系统考虑到了多方面的因素。从发展商的角度出发，经济因素占有很大的比例，因此物业管理者必须考虑到电梯系统与超高层建筑本身的经济关系。其中，电梯的数量尤其重要，因为这将直接影响发展商的财务预算。最好的设计就是数量恰到好处，能起到最快疏导人流的作用，也不会造成超购导致楼层面积和经济成本的浪费。电梯的数量会影响核心筒的面积与所占楼层面积的比例，也就是会影响以后可出租/出售的有效面积，间接影响发展商的财务收入。标准服务楼层的面积在一定程度上决定了电梯数量和选型，合适的电梯数量和选型有助于减轻发展商的财务负担。此外，合理地根据结构体系，安排好电梯分区分组的平面布局能有效地疏导人流，提高经济效益。

除了经济因素，从管理者及使用者的角度出发，电梯的运行效率也相当重要。专业的电梯系统规划对电梯等候时间有严格的考量。用户在电梯大堂里候梯时间的长短，是衡量电梯服务质量的主要标准。间隔时间或候梯时间一般是指轿厢从电梯大堂出发时的平均等候时间。理想的电梯系统,应在乘客到达电梯大堂终点站时，即有一轿厢在等候着，或只需等待片刻轿厢即到。人们在电梯大堂的平均等候时间, 应是间隔时间之半。电梯的运行速度直接影响电梯的运行效率。不同区域和功能，选择适当的电梯速度可以提高疏导人流的效率。另外，电梯载重和轿厢大小也会对电梯运行效率有影响，载客量越多能更有效地疏导人流。超高层有着上百层服务楼层，必须充分地考虑安排什么电梯停靠什么楼层(即电梯的分区分组)和组织停站数。服务楼层面积和楼层人均使用面积也是重要的数据。应计算出电梯的最有效效率，除了以上要素，大楼的使用业态、交通峰值时段、电梯组控制方式(分控或群控)，甚至电梯轿厢的开关门方式都要纳入考虑因素。这些因素之间有着密切关系，其呈现的复杂数学关系将对以后电梯的电脑控制程式提供重要的数据。

电梯系统的设计参考指标

随着高层建筑的迅速发展，建筑物的高度也在不断攀升，如前文所述，为了保证人员和货物能有组织、有效率并安全地上下穿越垂直的大型建筑物，关键就是电梯系统的设计。第一步就是综合各方需求，与发展商共同明确、拟定电梯系统的设计标准。

根据中国国家设计标准，对电梯系统的数量、载重、梯速、控制方式等相关要素进行系统配置，有以下四个性能参数来定义服务质量：(1)电梯数量配备需要保证每部电梯服务的办公楼面积不超过5,000平方米(或每部电梯服务不超过三个楼层)。(2)5分钟运载能力：电梯系统在5分钟内能运载的人数占电梯服务楼层总人数的百分比，通常指达到最高峰流量时的5分钟运载能力，国内标准通常在11%~15%。当然，电梯5分钟运载能力越强，电梯服务质量越高。(3)平均候梯时间：从乘客在厅站登记呼梯信号到相应的电梯门开始打开的平均时间，等候时间过长说明电梯系统运行性能差，会影响乘客的情绪，国内标准为少于40秒。平均候梯时间又称为电梯平均运行间隔。平均运行间隔越短，即乘客候梯时间越短，电梯的服务质量就越好。平均运行间隔又被称为大楼电梯系统服务质量主参数。(4)到达目的楼层时间：是候梯时间和运行时间的总和，其中运行时间指的是电梯开门响应召唤开始一直到电梯到达乘客的目的楼层再次打开门的时间。

电梯系统的组成参数

除以上四个设计参考指标外，考虑到现今超高层建筑趋向高密度及多业态发展，垂直运输的需求也趋向复杂。至于人群分流，我们必须考量以下两项参数，分别是电梯在停层数量与区域的分类和使用电梯人数。

一个多业态的超高层建筑，除了核心筒内的多组客梯，还必须配置消防电梯、货梯、车库梯、电梯大堂的电扶梯等，分别对应不同服务楼层与人群。酒店的电梯与办公楼的电梯因为高峰时段、使用人数不一样，电梯的定位就不一样。办公楼电梯一般连接着底层，此区域的电梯必须与停车库电梯独立分开，以达到减少往返行程、减少电梯大堂的电梯等候时间、集中办公楼电梯的目标服务楼层，从而增加区间客梯的服务标准，提升效率和管理质量。

另一项影响电梯系统组成参数的要素，是电梯的平均使用人数。在办公楼业态中，一般可按每人有效净面积8m2~12m2 计算。有效净面积即总建筑面积减去不能提供人娱乐、居住与办公的面积(如楼梯、电梯井道、电梯大堂、公共走道、卫生间、设备间、结构面积等)。可是，多数标准对办公建筑没有细分定义，没有明确多层、高层或超高层之间的区别。人均使用面积反映出电梯系统相关要素之间的典型制衡：办公楼人均使用面积的减少将引起楼层使用人数的增加，需要增加核心筒面积(人数增加将导致电梯系统运输容量增加，要求增加井道、扩大井道或提高梯速，同时卫生间洁具配置增加)。然而在单层总建筑面积已确定的前提下，核心筒面积增加反而会造成使用面积的减小，从而导致楼层可容纳人数的减少。因此办公楼人均使用面积标准的确定是设计参数函数关系中的关键。

极端情况都不是最好的选择，应反复优化以逼近最优，找到合适的使用档次达到经济平衡。这种相互制约体现在载重与候梯时间、开门快慢与调平方式等许多细节设计。

电梯系统的配置原则、选型与运营方式

对高层以至超高层建筑物的配置，电梯大堂一般采取集中在大楼的中央位置，而电梯大堂设置时应尽量避开大楼主通道，以避免影响主通道的动线流畅。为了乘客方便，大楼主要通道应有候梯大堂位置的标示。不同服务楼层的电梯布置在一起时，应在候梯大堂标明各自服务楼层，以免乘客乘错电梯造成困扰。同一群组控制的电梯服务楼层建议最好一致，以避免目的地楼层与所搭乘电梯的服务楼层不一致，而造成二次转乘。而货梯、消防梯、车库梯等，都不建议并联或群控，以免电梯大堂外乘候时间过长。

单层轿厢电梯系统

目前大部分单业态的建筑物都采用单层轿厢电梯系统的运营方式。此方式可再细分成每层停靠或跳层停靠等方式。若楼层不多，将电梯分组以奇数/偶数跳层停靠方式运行，这是一个简单、有效的提高运转效率及节省电梯大堂设计成本的方式。可惜由于电梯分别只停靠奇数或偶数层，对于行动不便者或需要奇数/偶数层来回的乘客将会造成不便。如果楼层很多，就算电梯被分为奇数/偶数楼层群组，由于电梯运转一周的时间增加，乘客等候时间也会相对增加，故此方式只适合20层或以下的建筑物。

群组分区模式的电梯系统

随着建筑物愈建愈高，对于人流分配来说，仅提升电梯的运行速度或数量并不是唯一的解决方法。当建筑物更高，服务楼层更多，使用人数更多的时候，垂直分区是建筑高度增加的必然结果。当建筑物拥有40个服务楼层时，我们开始看到群组分区模式的出现。群组分区是把大楼分成低、中、高三区，每区运用几台单层轿厢电梯独立于三区运行。由于电梯井道长，备有急行区，电梯运转效率提高。另外，电梯不需要转乘，乘客等待时间缩短。可是，当楼层更多，群组过量时，底层可使用面积将减少，电梯大堂会变得拥挤，降低流通性。过多的群组也会增加核心筒面积，降低服务楼层的有效面积。

双层轿厢电梯系统

如前文所述，当建筑物高度提升，总体量增加的时候，最直接的办法就是提升电梯速度或增加数量。目前，在超高层电梯的性能方面，虽然三菱电梯公司已经研发出一种可达到18米/秒的超高速电梯，但是这种超高速电梯的成本非常高。另外，这项技术并没有输入中国市场，每一部都必须在日本生产再进口中国，程序繁复，费用高昂。而且，就算刨除购置成本，如果只是单纯靠提升电梯速度与增加数量，再快的速度也存在相对极限，只增加个别电梯数量也会使非使用面积增加，变相减少可使用面积，降低经济效益，得不偿失。于是，多家电梯公司都在研发用什么方法能够在同一个电梯井道使载客量加倍，也就是说是否可以在一个轿厢上再加一个轿厢，那不就能解决乘客量增加的问题了吗?因此，双层轿厢电梯系统应运而生了。

双层轿厢电梯的原理很简单，就是运用两部电梯以相同层高的方式，把上/下层叠合在一起，同时运送奇数/偶数楼层的乘客(见图1)

图1 双层轿厢电梯系统

由于这种系统的特点是能够帮助大楼设置更少的电梯数量、更小的轿厢面积、更慢的额定速度、更少的停站数，相比添置一部传统单层轿厢电梯少用了核心空间，并能够缩短乘客运送时间，增加服务楼层可使用面积，在安装快捷、维修维护方面也大致相同，所以自20世纪中期发明以来，在超高层建筑里面它是被广泛使用和认可的。可是，这种系统也有弊病，相比传统单层轿厢电梯，它的设置成本当然比较高。另外，由于它是上/下层叠合，层高一致，意味着大楼层楼间的距离必须固定，降低灵活性。因为，它是以上/下层停靠，这将会增加乘客乘错电梯轿厢的几率。同时，由于它的配置，必须使用稍大的电梯井道，增加机房的承重，电梯大堂与中转厅也必须上/下两层连接起来，相比传统电梯系统多牺牲一层至两层服务楼。

空中大厅与穿梭梯的组合运营电梯系统

双层轿厢电梯系统效果显著，但当建筑物达到50~60个服务楼层或以上时，必须配置空中大厅与穿梭梯的组合运营模式，才能把垂直运输发挥得淋漓尽致。这种方式主要是将建筑物分成数段，以高速穿梭电梯直达空中大厅，再转乘区间服务电梯到达目的地楼层。使用空中大厅与穿梭梯组合方式，比群组分区设计的电梯大堂及电梯井道占用面积少。此组合方式的优点是，可以把底层电梯大堂的人群分流到空中大厅，减少出/入口的负担，然后再把乘客分流到各个服务分区，这叫做群区运转(Bank)。当群区运转能够应用于6~10个停止层时，其运转效率最佳(停止层不足或超过时反而会降低其运转效率)，它的RTT值(电梯运行一周所需时间)也会相对减少。因此建议每个服务分区最好能够控制在6~10层，以确保电梯的高运输能力及效率。另外，高层区域的服务分区楼层应比低层分区酌情减少，可以更有效降低电梯运转之RTT值，使每个分区的服务水准更平均化。

目前，一些知名的已建超高层项目就已经采纳这种电梯系统的方式，其中吉隆坡于1998年建成的452米高地上88层的双峰塔就是其中之一。这栋大楼主要被划分为两个区域，41/42层为空中大厅，1/2层为底层电梯大堂，底层电梯大堂与空中大厅以双层轿厢穿梭电梯连接。大楼分两个区域，区域一和区域二再细分为2~3组的低、中、高层分区，它们分别以双层轿厢电梯服务区间楼层;而23楼和61/62楼分别是区域一和区域二的中间转继楼层。大楼主楼(1/2层)与空中大厅(41/42层)的上/下层另设有电扶梯疏导转换层间的乘客。

除了一些已建成的超高层项目采用这种电梯系统方式外，一些目前在建的超高层项目也有采用，上海的一个超高层项目就是其中之一。这个大楼同样被划分为两个区域，37/38层为空中大厅，1/2层为底层电梯大堂，底层电梯大堂与空中大厅以双层轿厢穿梭电梯连接。区域一(1/2层至34层)再细分为低(1/2层至5~18层)、高(1/2层至19~34层)层分区，分别以双层轿厢电梯在区间服务(见图2)。

图2 上海某在建超高层项目的电梯区域一分布

底层电梯大堂(1/2层)与空中大厅(37/38层)以双层轿厢高速穿梭电梯连接(见图3)。

图3 上海某在建超高层项目的电梯系统与空中大厅分布

区域二(37/38层至63层)从空中大厅以上开始，再细分为低(37/38层至39~52层)、高(37/38层至51~63层)层区，分别以双层轿厢电梯在区间服务(见图4)。

图4 上海某在建超高层项目的电梯区域二分布

图2、图3、图4显示，发展商配置大楼最高速的电梯(7米/秒)来当穿梭电梯。两个区域中的低层分区选用2.5米/秒的电梯，而高层分区选用5米/秒的电梯(因为电梯井道较长，可以备有加速急行区)。另外一个值得注意的地方是分区服务楼层的数量，如前文描述，当采用群区运转方式时，高层区域的服务分区楼层应比低层分区酌予减少，可以更有效降低电梯运转之RTT值，使每个区域的服务水准更平均化。图中分区四共有13楼层，分区三共有14楼层，分区二有16楼层，而分区一有14楼层，这显示此项目的确在不同分区特别安排不同楼层数量，以达到更低电梯运转RTT值。

双子电梯系统

虽然双层轿厢电梯系统和空中大厅群区运转模式均可有效减少电梯井道的数量，提高大楼经济效益，但它们最主要的缺点就是由于双层轿厢电梯必须以上/下层方式运行，除了乘客容易走错轿厢，如果其中一轿厢停站而另外一轿厢并没有需要，乘客要被迫在轿厢等待，造成乘客的乘坐体验落差较大，以至于服务品质感参差不齐。于是，电梯公司开始研究解决方案，并由蒂森电梯公司研发了一个进化版的双层轿厢电梯——双子电梯。

双子电梯系统与双层轿厢电梯系统其实原理十分相似，它同样在单一电梯井道中配置两个电梯轿厢，一个在上，一个在下。不同之处在于上下轿厢相对独立，它们由各自独立的主机操控(图5)，而控制系统、安全部件、对重和钢丝绳都是独立运作，只有导轨和梯门是共用。

图5 双子电梯系统

双子电梯比双层轿厢电梯优越的地方在于它的上下轿厢是独立的，可以以不同速度向不同方向运行，这样它的运送能力增强，运送速度提高，井道数也相对减少，进而每层的可使用或可租/售面积随之增加，经济效益也更明显。此外，除了两个轿厢正常独立运作外，到了特别时段，还可以灵活地进行分区服务，即上轿厢高速服务高区，下轿厢低速服务低区。在非繁忙时段，甚至可以把其中一个轿厢停于井道顶部或底部，将另一轿厢作为传统单层轿厢电梯使用，以达到节约能源的目的。再者，由于双子电梯是以两个单轿厢电梯叠置而成，在采购、安装和维保时都能大量、标准地使用和操作，使得成本也比双层轿厢电梯低。

但是，到目前为止，它还不是一个完美的电梯系统。它们是在单电梯井道行走，表示上下轿厢将无法穿越运行，当遇到此种状况时，将会增加乘客的等候时间，造成混乱。幸运的是，现今科技发达，除了硬件规格一路进步，电脑软件的发展也可以帮助解决操作系统的一些问题。目前，最为先进的一套电梯程式控制系统，叫做目的楼层控制系统(DSC: Destination‐Selection Control System)。这套系统的特点在于乘客到达电梯大堂的时候，能够在进入电梯前，在大堂选择目的地楼层。当系统接收到指令后，它将会指派最快能够到达的电梯来接载乘客(注意最快并不等于最接近，它的目的是缩短乘客候梯时间)。接着，控制系统会在电子标示板上指示乘客到达指定电梯编号与位置候梯，有效提升效率。值得注意的是，采用此控制系统意味着电梯里的按钮板可以舍弃，从而可以增大电梯梯门，使乘客更方便出入。不过，由于此系统非常复杂，系统无时无刻不运算统计，而且目前技术尚新，人才短缺，维修及改动系统费用高昂，无疑会打击一些发展商采用这套系统的积极性。尽管如此，笔者相信随着科技的发展，系统将继续提升，可以更广泛地同时应用于多组电梯系统。

未来电梯系统的构想

从一开始的单层轿厢电梯到群组分区模式，从双层轿厢电梯再到空中大厅与穿梭电梯组合模式，再到双子电梯与目的楼层控制系统的出现，垂直运输随着建筑物高度的攀升，其技术与类型也随之进步。对于未来垂直运输的发展，以下是笔者的大胆构想与假设，同时也提出了垂直运输的一些隐患。

当我们看到双层轿厢电梯可以配合空中大厅与穿梭梯的运用时，笔者相信未来将会看到更多超高层建筑妥善利用各电梯系统的优点，将不同的电梯系统混合使用。打比方说，单层轿厢电梯(稳定可靠、技术成熟)用于停车库、消防、避难梯;配合空中大厅系统(分流效果显著)，双层轿厢电梯(载客量高、充分运用井道空间)作为高速穿梭梯于空中大厅与底层电梯大堂间运行;每个分区(分流作用)再利用双子电梯(灵活性高，效率高)运送乘客到目的楼层，整套系统可再配置目的楼层控制系统，加强效率与便利性。

第二种假设是电梯系统的功能转换。现在我们看到的电梯系统都只配备独立功能，如果能够混合使用，效果将会更佳。为了增强大楼的适应力，电梯控制系统将自动按实际需求，调节使用适当功能。双层轿厢电梯能否在下行需求较大时，分拆轿厢为双子电梯，更快地把分布于不同楼层的人群送往电梯大堂或空中大厅?当上行需求较大时，双子电梯又能否叠合起来成为双层轿厢电梯，加大载客量，加快运送拥挤在大堂的人群到中转楼层再分流呢?这未必是一个最好的方案，但也可以给我们提供一个思考的空间。

第三种构思寄希望于新技术的出现。双层轿厢电梯广泛地应用于很多的超高层建筑，证明其优点被广泛认可，未来我们是否会看到“三层”轿厢电梯，再加强运载能力、加快乘客运送时间呢?而双子电梯又是否会发展为“三子”电梯，更加强它的灵活性呢?目前，所有电梯都用电力配合钢索推动，未来是否会有另外一种新型能量可以推动电梯运行呢?数年前，德国与日本的科学家分别发明了利用磁力运行的电梯。日本的日立电梯公司称已能够巧妙利用Maglev技术应用于电梯，此技术已经成功应用于水平运输，例如上海浦东机场的磁浮高速列车，其水平运行速度最快可达450公里/小时(大概125米/秒)，如果此技术能应用于垂直运输，是否意味着电梯可能提速呢?此外，德国亚琛工业大学科学家发明的磁动力试验电梯虽然只有4米高，但已经试验成功证明它的可行性。由于磁动力电梯不需要钢索，它并不需要在单一垂直电梯井道运行，除了上升下行外，也可以水平滑行。同一井道里甚至可以有一部以上电梯同时运作。不妨天马行空地想象一下，电梯井道可以是循环式的，容许电梯从底层到高层，再水平移动，再从另一条井道回到底层。

不过，当建筑物愈建愈高，电梯井道愈建愈长，我们必须更细心考虑垂直运输的一些安全隐患。在国内，我们发现愈来愈多的城市对外宣布要发展超高层项目，有一个必须研究的自然隐患，就是地震。中国有部分地区处于地震带，建设超高层项目当然能够为当地城市建立地标标杆，带来经济效益。可是，我们必须确保在设施中考虑到最高级的防震元素，大楼的电梯系统能否耐震，必须认真探讨。此外，当遇到火灾，大楼群众需要避难时，超高层项目里的避难层与消防梯/避难梯成为主要避难途径。在设计阶段，发展商也必须把这个重要的安全系数列入考虑范围。万一整个大楼电力中断，电梯是否配备后备电源，确保电梯继续运作，至于后备电力要持续多久才可以确保大楼使用人群的安全，必须在建设前期就与专业机电团队统算。

结论

毋庸置疑，现在人们的生活更加高密度与多样化，超高层建筑的发展趋势也同样变得高密度及多功能化。当愈来愈多的功能放置在同一个“垂直城市”里，垂直运输随之转变并高速发展。一个那么大体量的建筑物，人群如何在里面有效、安全地流动是最重要的部分。而在一个超高层建筑里，人流动线最根本的组成部分就是垂直运输系统。从大楼运营的角度出发，物业管理团队应该在项目设计初期就参与垂直运输的设计与规划，甚至在核心筒尺寸确定之前就要参与。根据团队的经验，考虑建造大楼的经济因素、成本效益、电梯运行效率、人流疏导元素、电梯组成参数、设计指标、系统的配置、选型、运营方式等，提前深入探讨这些问题，能提前对整体垂直运输系统进行优化。随着超高层建筑的蓬勃发展，其衍生出的电梯产业也会相对地快速发展。对未来电梯系统的技术与发展模式，笔者抱有乐观的态度，并相信不久的将来我们又会看到新型系统的出现，为不断“长高”的摩天大厦提供重要的人流疏导支持。

(原载于《现代物业·设施管理》2016年第6期)