中信大廈垂直交通系統設置及新技術應用

吳丕陽，秦繼紅，孟慶賀

(中信和業投資有限公司，北京 100026)

1 工程概況

1.1 項目概況

中信大廈位于北京市商務中心區核心區，東至金和東路，南鄰規劃綠地，西至金和路，北至光華路，項目規劃用地面積11 478m2，總建筑面積43.7萬m2，其中地上35萬m2，地下8.7萬m2，建筑高度528m，建筑層數地上108層，地下8層，深度達40m，是北京最高也是最深建筑。工程主體結構形式為：內筒采用鋼骨勁性混凝土結構(型鋼柱、鋼板剪力墻)，外筒采用由混凝土巨型柱、巨型斜撐和帶狀桁架組成的三維巨型框架結構，以辦公為主，是集會議、觀光及多功能商業的超高層智能化建筑。該工程于2013年7月30日開工，2018年12月20日完工，是世界上唯一一幢結構高度>500m、抗震設防烈度為8度的超高層建筑。

1.2 電梯配置概況

電梯根據4種不同區域有9種分類：穿梭電梯、觀光電梯、VIP電梯、區間客梯、公共電梯、專屬電梯、服務電梯、廚房電梯和消防電梯(見圖1)；電梯速度從1～10m/s共有12種；提升高度為1～514.5m；根據井道不同分為單井道、雙井道、三井道和多井道；按轎廂類型分為單轎廂和雙轎廂；按機房情況分為無機房電梯和有機房電梯。整個大廈共100臺垂直電梯、39臺自動扶梯，包含辦公區電梯65臺、觀光貴賓電梯7臺、后勤服務梯19臺、公共服務電梯9臺。其中雙轎廂電梯21臺、消防電梯8臺、輔助消防疏散電梯(VIP電梯)2臺、超大服務電梯(3 600kg)1臺。電梯工程于2016年3月30日開工，2018年9月30日完工。

圖1 中信大廈垂直系統

2 垂直交通系統設置

建筑地上108層、地下8層，有6個夾層，最多可容納18 000人同時辦公，配套需要服務人員(安保、保潔、工程維修、物業等)約2 000人，同時還有各區段升級改造裝飾、機電施工人員約1 500人/d， 觀光區平均接待人員約12 000人/d，合計約3.3萬人/d；另外每日使用電梯的人流及工況還有客戶人員、服務單位人員(送水、快遞、綠化等)、裝飾、機電材料上運、設備、設施及家具上運、食材上運及施工垃圾和廚余垃圾下運等，人流動向和垂直交通系統設置將直接影響大廈運行效率和整體品質。面對復雜的人流和運輸壓力，如何設計動線、匹配相應的電梯運力、采用適用的行業前沿技術，是垂直交通系統的智慧所在，也是對大廈建設、設計、施工、電梯供應商等參建單位的極大考驗。

2.1 垂直分區

根據功能布局，將大廈垂直分成10個區，其中Z0/ZB區為首層大堂、地下大堂、物業用房、停車場及重要設備機房，是大廈核心區域，承擔大樓日常運行基礎保障功能，包括人車交通接駁、物資流轉、能源運行、樓宇管理、共享服務等功能,是決定整個大廈正常運行的動力區；Z1～Z7區為大廈基本運行功能區域，包括辦公和輔助配套功能，每個區域有12～14個辦公樓層，均有獨立的設備層和避難層；Z8區為觀光及多功能商業區域。垂直分區如圖2所示。

圖2 中信大廈垂直分區

2.2 垂直動線規劃

為合理設置大廈人流動向，避免動線交叉形成擁堵，對豎向交通進行整體規劃，形成獨特垂直運輸系統。

1)每個功能區域垂直系統均按各功能區平面出入口對應設置，觀光、辦公、會議、后勤、貴賓均按需求獨立配置，避免平面和垂直交通交叉擁堵與碰撞。

2)充分借鑒上海中心、深圳平安金融中心、廣州周大福金融中心、上海環球金融中心等超高層應用成熟的垂直交通布置，每個區域動線獨立劃分，每2個區設置1個空中轉換樓層，利用雙轎廂穿梭電梯將辦公人員從首層/地下大堂集中轉運至相應空中轉換樓層，通過扶梯和區內電梯分流至各區段樓層，即采用“穿梭電梯+區間電梯”和“穿梭電梯+扶梯+區間電梯”方式轉換。

3)相鄰2個區電梯采用高低區運行模式設置，相互獨立不交叉；每個區電梯運力均獨立核算，確保每組電梯平均等候時間和5min載客比率均達到5A辦公樓標準。

4)為真正實現超甲級標準，提高辦公品質，每個辦公樓層均要實現白領即辦公人員和藍領及后勤人員平面通行和垂直交通不交叉。

5)為確保大廈垂直系統安全性、便捷性、先進性、擴展性和性價比，多應用電梯廠家前沿技術，但要求采用的“四新技術”必須應用成熟、性能穩定。

2.3 垂直交通設計

在大廈業態、建筑造型、結構體系和功能分區確定后，組織設計、交通顧問、物業顧問等參建單位對大廈的平面布局、流線和垂直交通動向進行反復研討、對比。由于大廈主要功能為辦公，因此，以辦公區電梯配置為例進行闡述。辦公區電梯設計按大廈中人口密度、出席率、平均間隔時間、5min載客比率等重要指標作為假定設計標準，如表1所示，進行電梯數量、載重量、載人數量、速度等指標配置，如表2所示。

表1 辦公區電梯設計標準

表2 辦公區電梯設計方案

辦公區電梯設計方案完成后，按相同方式計算、配置觀光、后勤、會議用梯。全部電梯理論計算、初步配置完成后，組織建設、設計、交通顧問、物業顧問、總承包單位、有高速電梯業績的電梯供應商等單位反復研討、對比和論證，最終確定大廈電梯配置方案。

2.4 垂直電梯系統設置

大廈客用垂直交通系統由2個部分組成：由雙轎廂穿梭電梯構架的大交通系統和由區內電梯構架的小循環系統。大堂采用雙層轉換格局設置，每個區均設置6臺雙轎廂電梯接駁。Z1，Z2區人員從首層大堂南北入口進入后直接乘坐區間電梯至Z1，Z2區相應樓層；Z3，Z5，Z7區人員分別從首層大堂北側、西側、東側入口進入后乘坐低區、中區和高區穿梭電梯上轎廂至對應Z3區空中大堂32層、Z5區空中大堂60層、Z7區空中大堂91層換乘區內電梯至辦公樓層，如圖3所示。Z4，Z6，Z7區人員分別從地下1層夾層大堂北側、西側、東側入口進入后乘坐低區、中區和高區穿梭電梯的下轎廂至對應的Z3區空中大堂31層、Z6區空中大堂59層和Z7區空中大堂90層換乘區內電梯至辦公樓層，如圖4所示。Z3，Z5，Z7區空中大堂均為3層共享大堂設置，每個大堂公共空間采用6臺扶梯相互轉換，每個辦公區段均配置6～8臺區間客梯，負責區段樓層內轉換。此模式可使每個區辦公人員的動線完全獨立，相互之間不會產生交叉和擁堵。

圖3 首層辦公流線

圖4 地下1層夾層辦公流線

為滿足高端辦公、接待需求，在大廈內設置2臺運行速度10m/s的VIP電梯，可直達全樓每個區行政辦公樓層，實現高端辦公人員或客戶與其他辦公人員及客戶的流線分離。在緊急情況下，可作為大廈輔助疏散電梯，從各區避難層將人員轉移至首層。

后勤服務人員(安保、保潔、工程巡視、維修、物業、送水、快遞、綠化、施工人員、餐廳運行等)動線與辦公人員動線完全分離，后勤人員快速通行采用8臺消防服務電梯和1臺超大服務電梯TX-01至全樓的任一樓層；其中3臺消防服務電梯TA-01～TA-03 可快速將后勤服務人員運送至可到達的任一樓層，也可將人員轉運至對應區段任一樓層，區段內后勤服務人員利用ZB～Z7區每個區內設置的1臺后勤服務電梯TS在本區內流動(見圖5)，TS電梯共8臺。

圖5 后勤流線

建筑材料、設備、家具、食材等上運及垃圾下運等采用TA-01～TA-03，TX-01電梯運輸；TA-01～TA-03服務的樓層從地下2層至105層共109層，在火災等緊急情況下作為消防應急電梯使用，在日常情況下作為后勤服務電梯使用；大廈中使用效率最高的電梯為超大服務電梯TX-01，提升高度514.5m，額定載重3.6t，額定載人48人/次，服務的樓層為地下4層至105層，可停靠111個樓層；為確保消防救援效能，TX-01電梯也按消防應急電梯設置。這4臺電梯均配備雙路互投電源及柴發緊急供電“三級供電系統”，確保電源穩定可靠。

大廈塔冠區域設置360°全景觀光和餐飲等配套商業設施，經調研分析預計有300萬～500萬人/年觀光人流。為確保運行效率，將觀光入口獨立于大廈設置，位于大廈東南、西南側，觀光人員從地下1層/地下1層夾層乘坐3臺速度為10m/s觀光電梯OS-01～OS-03至105層/105夾層,然后乘坐4臺扶梯和2臺客梯轉運至106層及以上樓層。

3 新技術的應用

3.1 躍層電梯技術的應用

建造期間，大型材料和設備主要利用塔式起重機吊運，施工人員上下，小型材料、設備上樓，建筑垃圾清運主要通過電梯運輸，而臨時施工電梯安全性低、載重小、速度慢等問題導致運行效率較低，為解決好該難題，通過多次調研和安全論證后，應用躍層電梯技術。

躍層電梯分為安裝和運行2個部分：安裝部分包括頂部及雙層保護平臺、安裝平臺、放繩/(纜)裝置；運行部分包括可提升的電梯機房、標準電梯層門、電梯轎廂。躍層電梯如圖6所示。

圖6 躍層電梯示意

在主體結構施工期間，內筒結構樓板施工至20層時開始安裝躍層電梯，在核心筒結構快速增長期間同步安裝井道ALC板隔墻、電梯導軌、電梯廳門等。2016年8月4臺躍層電梯正式啟用，成為建造期間垂直運輸核心設備。躍層電梯在核心筒樓板每上升4個樓層，臨時電梯機房就向上跳躍1次，自行爬升4個樓層，提升高度18～20m。隨著結構樓層上升不斷向上跳躍，直至結構封頂，電梯機房完工后，將正式電梯曳引機、控制柜等設備安裝完成，將臨時轎廂、鋼絲繩等更換后轉換為最終交付電梯。

躍層電梯技術參數如表3所示，其中最大提升高度為514.5m，是世界上首次在高度超過500m以上項目中使用；運行速度為4m/s，是國內運行速度最快的臨時施工電梯速度(速度為1m/s，載人8人/次)的4倍，單臺運輸能力相當于8～12臺臨時施工電梯，4臺躍層電梯相當于24～60臺臨時施工電梯運力；電梯門開關均為自動，而施工電梯門開關需手動控制。躍層電梯與臨時施工電梯相比，具有安全性高、運行速度快、承載能力高、故障率低、安裝簡單、停機時間短、不額外占用其他電梯井道、不影響其他工序和不受溫度、天氣狀況影響等特點，極大地提升了運行效率和功效，破解了超高層建筑施工瓶頸，加快了大廈整體建造速度。

表3 躍層電梯技術參數

通過使用躍層電梯每天可節省875工(8h/工)的乘梯時間，每年可節約32萬工，折算每年縮短工期約4個月；全面施工階段躍層電梯最高服務樓層實際達到102層，提升高度達480m，實際縮短工時遠超預測工時，通過使用躍層電梯技術，整體工期至少縮短12個月，產生了巨大的經濟和社會效益。

3.2 雙轎廂電梯技術的應用

雙轎廂電梯為通過1臺曳引機牽引，使2個轎廂在同1個電梯井道內運行；根據設置，分別停靠在奇數層和偶數層進行轉換。應用高速雙轎廂電梯，為高樓層辦公人員提供高速、高效、便捷的換乘路徑，避免早、午高峰時在轉換大廳擁擠，提高了乘坐舒適感及大廈整體形象和品質。

配置的21臺高速雙轎廂電梯，分為4個組別：6臺速度為7m/s低區穿梭電梯SL-01～SL-06、6臺速度為9m/s中區穿梭電梯SM-01～SM-06 、6臺速度為10m/s高區穿梭電梯SH-01～SH-06和3臺速度為10m/s觀光電梯OS-01～OS-03；觀光電梯提升高度為508m，為世界上提升高度最高的雙轎廂電梯。辦公區3組雙轎廂電梯的2個轎廂分別?？吭诘叵?層夾層和首層大堂，將乘坐地鐵和地面交通進入大廈的辦公人員分別運送至各自高度的空中大堂轉換樓層，配合上、下2組區間電梯進行人員轉換，快速、舒適、便捷將辦公人員運送至對應樓層。

實踐表明，單臺曳引機使機房布置更具緊湊性和靈活性，單位井道內運力成倍提升，減少乘梯等候時間，減少電梯運行次數，優化了大廈垂直交通，提高運輸效率達80%；與單轎廂對比，雙轎廂系統軸更長，重量匹配更為均衡，乘坐舒適感更佳；21臺雙轎廂電梯的應用，減少了電梯機房、井道和停靠前室面積，相當于增加凈使用面積約22 400m2；雙轎廂電梯的高運輸效率，減少了設備損耗，延長了設備使用年限，并節約了總用電量，降低運行能耗，實現了綠色環保目標。

3.3 消防輔助疏散電梯技術的應用

設置2臺速度為8m/s的VIP電梯VS-01～VS-02作為輔助疏散電梯(見表4)。為確保緊急疏散要求，VIP電梯必須按消防電梯標準設置，在防火、防水、防煙、通訊等方面，遵循消防電梯技術要求：動力與控制線纜為耐火型、基坑設集水坑及排水設施、井道滿足2h耐火極限、轎廂裝修采用不燃材料、機房設計滿足消防電梯的要求等，另外，配備雙路互投電源及柴發緊急供電“三級供電系統”，確保電源穩定可靠。

表4 輔助疏散電梯技術參數

3.4 永磁同步無齒輪曳引機技術的應用

永磁同步無齒輪曳引機主要由永磁同步電動機、緊湊整合的曳引輪和轉子、2組獨立抱閘等組成。原理為通過高精度速度傳感器的檢測、反饋和快速電流跟蹤的變頻裝置的控制，以同步轉速進行轉動，有與直流電動機相同的線性、恒定轉距及可調節速度的電動機平穩地直接驅動曳引輪。共有74臺垂直電梯應用了永磁同步無齒輪曳引機技術，根據電梯情況分別配置9種規格永磁同步無齒輪曳引機。該曳引機對比液壓電梯、傳統曳引機更堅固可靠，具有安全可靠、運行平穩、恒定轉距、調速范圍寬、體積小巧、質量小、免維護、低噪聲、環保、高效和節能等性能優點，如表5所示。

表5 性能對比

采用的永磁同步無齒輪曳引機，對比其他廠家，曳引機功率減小約20%、額定電流減小約30%、功率因數達0.95，在行業技術中處于領先地位。

3.5 目的樓層選層系統技術的應用

辦公區47臺區間電梯全部采用廳外目的選層系統技術，即在83個辦公樓層安裝了目的選層控制器，乘客在電梯廳有序選擇前往的樓層。

在目的選層系統控制下，電梯根據乘客數量和電梯實時狀態，控制器將指引乘客乘坐專門分配的電梯，系統將相同目的地樓層乘客分配在同一電梯轎廂內。通過這種方式，可在不增加電梯數量情況下，乘客乘梯井然有序，有效減少上行高峰時電梯運行中的停站，加快整個行程速度，縮短乘客到達目的樓層時間，提升電梯處理客流能力，提高電梯上行高峰的輸送效率，如圖7所示。

圖7 傳統群控系統及目的樓層選層系統

為便于乘客使用、減少磨損及避免異物按壓造成的損壞，選用10英寸觸摸鍵盤式液晶屏的目的選層控制器，該控制器按壓反應靈敏、壽命長、15°傾斜設計，顯示區域與面板齊平、易清潔，觸摸區域較大且清晰可見，能顯示更多樓層信息、不易造成誤操作，表面劃傷時僅需更換表層玻璃而非整個液晶屏，維護成本低。

3.6 碳纖維繩曳引技術的應用

碳纖維材料在電梯系統中使用屬于世界首次。碳纖維曳引繩與傳統鋼絲繩對比，安全可靠，通過了歐盟EN和美國ASME測試和認證。在同樣曳引力情況下，質量不及傳統鋼絲繩15%，比傳統鋼絲繩強度大，具有更優秀的彎曲疲勞性，更耐高溫，具備阻燃特性，無延展性，無需定期停梯割繩，減少維護成本。表面彈性材料有利于電梯平穩加、減速，降低運行噪聲，有效提升乘坐舒適度；自身擺動頻率與大樓風擺頻率不重合，解決了大風天氣電梯停運難題；使用壽命達15年，為傳統鋼絲繩使用壽命的3倍，有效降低電梯啟動電流，節約30%能耗，減少運營費用。

公司組織相關單位及業內專家多次論證后，提升高度>400m的客用電梯VS，SH，OS組共11臺電梯使用碳纖維繩曳引技術，對11臺電梯進行初步測算，10年可節約電費約117萬元，如表6所示。

表6 使用碳纖維曳引繩的電梯節約能耗和電費測算

3.7 其他“四新技術”的應用

1)為縮短安裝時間，加快安裝速度，確保施工安全，在電梯放線、導軌安裝等工序作業中，現場摒棄利用搭設腳手架傳統工藝，全部采用自動提升平臺技術也稱提拉克操作平臺技術(Tirak)進行安裝作業，不受場地、工序等影響。對于井道長度>200m的電梯安裝，根據井道長度和整體結構工程進展情況創新采用分段安裝技術；長度>300m時，分成3段進行安裝。較通常井道全部完成后再開始安裝電梯方式縮短2/3工期。

2)為使電梯運行安全可靠、平穩，采用雙段式安全鉗技術、動態基礎隔振懸掛系統技術和地震感應檢測技術，及時檢測到地震波等異常情況，與電梯聯動，在任何運行工況下保護好乘客和電梯；采用電梯廠家獨有的E-Link電梯監控技術和 24/7云管家遠程監控技術，保證電梯運行中每刻均能被大廈監控中心和電梯廠家技術專家團隊實時監控，第一時間發現電梯運行中各種狀況，快速提出處理措施和應急方案，而且根據累積數據進行分析，及時采取有效的運行策略和維保方案，延長設備及部件使用壽命，最大限度地發揮設備性能，整體降低運營成本。

3)為確保電梯運行平穩、順滑，提高舒適性，采用風擺智能控制技術，減輕電梯井道氣流對轎廂的晃動；采用空氣動力學加壓轎廂技術，將轎廂上、下運行過程中的氣流分散，降低轎廂內部噪聲和震動；采用主動式滾輪導靴技術，通過可調整的彈簧和運動限位，減少電梯晃動，減輕乘客在高速電梯行進中眩暈的感覺；采用耳壓控制技術，減輕高速電梯上、下行程中對耳膜沖擊而引起不適。

4)為確保便捷性，采用人工智能群控系統技術和目的樓層選層系統技術，根據不同時段、不同人流，優化派梯系統，使客流體驗更完美、舒適。

5)為節省能耗、降低運營成本，垂直電梯均采用能源再生回饋技術，30%電能可回收利用，真正實現大廈節能環保。

6)為節約空間，釋放更多可用空間，26臺后勤服務電梯采用無機房電梯，74臺電梯采用體積小、質量輕的永磁同步無齒輪曳引機，21臺超高速電梯采用了雙層轎廂。

7)超高層井道煙囪效應和風環境異常復雜，降低冬季電梯嘯叫并保證室內外溫差過大時電梯正常運行，采用迷宮結構絕緣防火廳門技術，有效阻止井道內外空氣流動，減少大廈熱量損失；采用自動重型門機技術，自動偵測開關門力矩而隨之調整，降低煙囪效應帶來的不利工況，確保電梯冬季能夠順利運行。

4 結語

經過多方論證、精心設計、綜合選擇、合理組織，精細調試，克服了安裝中工序相互交叉影響、工序相互搭接和眾多單位配合等難題，在30個月的極限工期內，實現了139臺電梯全部投入使用的目標。