吳丕陽,秦繼紅,孟慶賀
(中信和業(yè)投資有限公司,北京 100026)
中信大廈位于北京市商務(wù)中心區(qū)核心區(qū),東至金和東路,南鄰規(guī)劃綠地,西至金和路,北至光華路,項目規(guī)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(shù)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(jié)構(gòu)形式為:內(nèi)筒采用鋼骨勁性混凝土結(jié)構(gòu)(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(jié)構(gòu),以辦公為主,是集會議、觀光及多功能商業(yè)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(jié)構(gòu)高度>500m、抗震設(shè)防烈度為8度的超高層建筑。
電梯根據(jù)4種不同區(qū)域有9種分類:穿梭電梯、觀光電梯、VIP電梯、區(qū)間客梯、公共電梯、專屬電梯、服務(wù)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(jù)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(qū)電梯65臺、觀光貴賓電梯7臺、后勤服務(wù)梯19臺、公共服務(wù)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(wù)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(tǒng)
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(wù)人員(安保、保潔、工程維修、物業(yè)等)約2 000人,同時還有各區(qū)段升級改造裝飾、機電施工人員約1 500人/d, 觀光區(qū)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(wù)單位人員(送水、快遞、綠化等)、裝飾、機電材料上運、設(shè)備、設(shè)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(tǒng)設(shè)置將直接影響大廈運行效率和整體品質(zhì)。面對復(fù)雜的人流和運輸壓力,如何設(shè)計動線、匹配相應(yīng)的電梯運力、采用適用的行業(yè)前沿技術(shù),是垂直交通系統(tǒng)的智慧所在,也是對大廈建設(shè)、設(shè)計、施工、電梯供應(yīng)商等參建單位的極大考驗。
根據(jù)功能布局,將大廈垂直分成10個區(qū),其中Z0/ZB區(qū)為首層大堂、地下大堂、物業(yè)用房、停車場及重要設(shè)備機房,是大廈核心區(qū)域,承擔(dān)大樓日常運行基礎(chǔ)保障功能,包括人車交通接駁、物資流轉(zhuǎn)、能源運行、樓宇管理、共享服務(wù)等功能,是決定整個大廈正常運行的動力區(qū);Z1~Z7區(qū)為大廈基本運行功能區(qū)域,包括辦公和輔助配套功能,每個區(qū)域有12~14個辦公樓層,均有獨立的設(shè)備層和避難層;Z8區(qū)為觀光及多功能商業(yè)區(qū)域。垂直分區(qū)如圖2所示。
圖2 中信大廈垂直分區(qū)
為合理設(shè)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(guī)劃,形成獨特垂直運輸系統(tǒng)。
1)每個功能區(qū)域垂直系統(tǒng)均按各功能區(qū)平面出入口對應(yīng)設(shè)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(huán)球金融中心等超高層應(yīng)用成熟的垂直交通布置,每個區(qū)域動線獨立劃分,每2個區(qū)設(shè)置1個空中轉(zhuǎn)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(zhuǎn)運至相應(yīng)空中轉(zhuǎn)換樓層,通過扶梯和區(qū)內(nèi)電梯分流至各區(qū)段樓層,即采用“穿梭電梯+區(qū)間電梯”和“穿梭電梯+扶梯+區(qū)間電梯”方式轉(zhuǎn)換。
3)相鄰2個區(qū)電梯采用高低區(qū)運行模式設(shè)置,相互獨立不交叉;每個區(qū)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(biāo)準(zhǔn)。
4)為真正實現(xiàn)超甲級標(biāo)準(zhǔn),提高辦公品質(zhì),每個辦公樓層均要實現(xiàn)白領(lǐng)即辦公人員和藍領(lǐng)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(tǒng)安全性、便捷性、先進性、擴展性和性價比,多應(yīng)用電梯廠家前沿技術(shù),但要求采用的“四新技術(shù)”必須應(yīng)用成熟、性能穩(wěn)定。
在大廈業(yè)態(tài)、建筑造型、結(jié)構(gòu)體系和功能分區(qū)確定后,組織設(shè)計、交通顧問、物業(yè)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(fù)研討、對比。由于大廈主要功能為辦公,因此,以辦公區(qū)電梯配置為例進行闡述。辦公區(qū)電梯設(shè)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(biāo)作為假定設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),如表1所示,進行電梯數(shù)量、載重量、載人數(shù)量、速度等指標(biāo)配置,如表2所示。
表1 辦公區(qū)電梯設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)
表2 辦公區(qū)電梯設(shè)計方案
辦公區(qū)電梯設(shè)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(shè)、設(shè)計、交通顧問、物業(yè)顧問、總承包單位、有高速電梯業(yè)績的電梯供應(yīng)商等單位反復(fù)研討、對比和論證,最終確定大廈電梯配置方案。
大廈客用垂直交通系統(tǒng)由2個部分組成:由雙轎廂穿梭電梯構(gòu)架的大交通系統(tǒng)和由區(qū)內(nèi)電梯構(gòu)架的小循環(huán)系統(tǒng)。大堂采用雙層轉(zhuǎn)換格局設(shè)置,每個區(qū)均設(shè)置6臺雙轎廂電梯接駁。Z1,Z2區(qū)人員從首層大堂南北入口進入后直接乘坐區(qū)間電梯至Z1,Z2區(qū)相應(yīng)樓層;Z3,Z5,Z7區(qū)人員分別從首層大堂北側(cè)、西側(cè)、東側(cè)入口進入后乘坐低區(qū)、中區(qū)和高區(qū)穿梭電梯上轎廂至對應(yīng)Z3區(qū)空中大堂32層、Z5區(qū)空中大堂60層、Z7區(qū)空中大堂91層換乘區(qū)內(nèi)電梯至辦公樓層,如圖3所示。Z4,Z6,Z7區(qū)人員分別從地下1層夾層大堂北側(cè)、西側(cè)、東側(cè)入口進入后乘坐低區(qū)、中區(qū)和高區(qū)穿梭電梯的下轎廂至對應(yīng)的Z3區(qū)空中大堂31層、Z6區(qū)空中大堂59層和Z7區(qū)空中大堂90層換乘區(qū)內(nèi)電梯至辦公樓層,如圖4所示。Z3,Z5,Z7區(qū)空中大堂均為3層共享大堂設(shè)置,每個大堂公共空間采用6臺扶梯相互轉(zhuǎn)換,每個辦公區(qū)段均配置6~8臺區(qū)間客梯,負責(zé)區(qū)段樓層內(nèi)轉(zhuǎn)換。此模式可使每個區(qū)辦公人員的動線完全獨立,相互之間不會產(chǎn)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(nèi)設(shè)置2臺運行速度10m/s的VIP電梯,可直達全樓每個區(qū)行政辦公樓層,實現(xiàn)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(qū)避難層將人員轉(zhuǎn)移至首層。
后勤服務(wù)人員(安保、保潔、工程巡視、維修、物業(yè)、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(wù)電梯和1臺超大服務(wù)電梯TX-01至全樓的任一樓層;其中3臺消防服務(wù)電梯TA-01~TA-03 可快速將后勤服務(wù)人員運送至可到達的任一樓層,也可將人員轉(zhuǎn)運至對應(yīng)區(qū)段任一樓層,區(qū)段內(nèi)后勤服務(wù)人員利用ZB~Z7區(qū)每個區(qū)內(nèi)設(shè)置的1臺后勤服務(wù)電梯TS在本區(qū)內(nèi)流動(見圖5),TS電梯共8臺。
圖5 后勤流線
建筑材料、設(shè)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(wù)的樓層從地下2層至105層共109層,在火災(zāi)等緊急情況下作為消防應(yīng)急電梯使用,在日常情況下作為后勤服務(wù)電梯使用;大廈中使用效率最高的電梯為超大服務(wù)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(wù)的樓層為地下4層至105層,可???11個樓層;為確保消防救援效能,TX-01電梯也按消防應(yīng)急電梯設(shè)置。這4臺電梯均配備雙路互投電源及柴發(fā)緊急供電“三級供電系統(tǒng)”,確保電源穩(wěn)定可靠。
大廈塔冠區(qū)域設(shè)置360°全景觀光和餐飲等配套商業(yè)設(shè)施,經(jīng)調(diào)研分析預(yù)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(shè)置,位于大廈東南、西南側(cè),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(zhuǎn)運至106層及以上樓層。
建造期間,大型材料和設(shè)備主要利用塔式起重機吊運,施工人員上下,小型材料、設(shè)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(dǎo)致運行效率較低,為解決好該難題,通過多次調(diào)研和安全論證后,應(yīng)用躍層電梯技術(shù)。
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(biāo)準(zhǔn)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(jié)構(gòu)施工期間,內(nèi)筒結(jié)構(gòu)樓板施工至20層時開始安裝躍層電梯,在核心筒結(jié)構(gòu)快速增長期間同步安裝井道ALC板隔墻、電梯導(dǎo)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(shè)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(jié)構(gòu)樓層上升不斷向上跳躍,直至結(jié)構(gòu)封頂,電梯機房完工后,將正式電梯曳引機、控制柜等設(shè)備安裝完成,將臨時轎廂、鋼絲繩等更換后轉(zhuǎn)換為最終交付電梯。
躍層電梯技術(shù)參數(shù)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(nèi)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(dāng)于8~12臺臨時施工電梯,4臺躍層電梯相當(dāng)于24~60臺臨時施工電梯運力;電梯門開關(guān)均為自動,而施工電梯門開關(guān)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(shù)參數(shù)
通過使用躍層電梯每天可節(jié)省875工(8h/工)的乘梯時間,每年可節(jié)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(wù)樓層實際達到102層,提升高度達480m,實際縮短工時遠超預(yù)測工時,通過使用躍層電梯技術(shù),整體工期至少縮短12個月,產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟和社會效益。
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(nèi)運行;根據(jù)設(shè)置,分別??吭谄鏀?shù)層和偶數(shù)層進行轉(zhuǎn)換。應(yīng)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(zhuǎn)換大廳擁擠,提高了乘坐舒適感及大廈整體形象和品質(zhì)。
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(qū)穿梭電梯SL-01~SL-06、6臺速度為9m/s中區(qū)穿梭電梯SM-01~SM-06 、6臺速度為10m/s高區(qū)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(qū)3組雙轎廂電梯的2個轎廂分別停靠在地下1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(zhuǎn)換樓層,配合上、下2組區(qū)間電梯進行人員轉(zhuǎn)換,快速、舒適、便捷將辦公人員運送至對應(yīng)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(nèi)運力成倍提升,減少乘梯等候時間,減少電梯運行次數(shù),優(yōu)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(tǒng)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(yīng)用,減少了電梯機房、井道和停靠前室面積,相當(dāng)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(shè)備損耗,延長了設(shè)備使用年限,并節(jié)約了總用電量,降低運行能耗,實現(xiàn)了綠色環(huán)保目標(biāo)。
設(shè)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(biāo)準(zhǔn)設(shè)置,在防火、防水、防煙、通訊等方面,遵循消防電梯技術(shù)要求:動力與控制線纜為耐火型、基坑設(shè)集水坑及排水設(shè)施、井道滿足2h耐火極限、轎廂裝修采用不燃材料、機房設(shè)計滿足消防電梯的要求等,另外,配備雙路互投電源及柴發(fā)緊急供電“三級供電系統(tǒng)”,確保電源穩(wěn)定可靠。
表4 輔助疏散電梯技術(shù)參數(shù)
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(zhuǎn)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(zhuǎn)速進行轉(zhuǎn)動,有與直流電動機相同的線性、恒定轉(zhuǎn)距及可調(diào)節(jié)速度的電動機平穩(wěn)地直接驅(qū)動曳引輪。共有74臺垂直電梯應(yīng)用了永磁同步無齒輪曳引機技術(shù),根據(jù)電梯情況分別配置9種規(guī)格永磁同步無齒輪曳引機。該曳引機對比液壓電梯、傳統(tǒng)曳引機更堅固可靠,具有安全可靠、運行平穩(wěn)、恒定轉(zhuǎn)距、調(diào)速范圍寬、體積小巧、質(zhì)量小、免維護、低噪聲、環(huán)保、高效和節(jié)能等性能優(yōu)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(shù)達0.95,在行業(yè)技術(shù)中處于領(lǐng)先地位。
辦公區(qū)47臺區(qū)間電梯全部采用廳外目的選層系統(tǒng)技術(shù),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(tǒng)控制下,電梯根據(jù)乘客數(shù)量和電梯實時狀態(tài),控制器將指引乘客乘坐專門分配的電梯,系統(tǒng)將相同目的地樓層乘客分配在同一電梯轎廂內(nèi)。通過這種方式,可在不增加電梯數(shù)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(tǒng)群控系統(tǒng)及目的樓層選層系統(tǒng)
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(yīng)靈敏、壽命長、15°傾斜設(shè)計,顯示區(qū)域與面板齊平、易清潔,觸摸區(qū)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。
碳纖維材料在電梯系統(tǒng)中使用屬于世界首次。碳纖維曳引繩與傳統(tǒng)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(zhì)量不及傳統(tǒng)鋼絲繩15%,比傳統(tǒng)鋼絲繩強度大,具有更優(yōu)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(wěn)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(fēng)擺頻率不重合,解決了大風(fēng)天氣電梯停運難題;使用壽命達15年,為傳統(tǒng)鋼絲繩使用壽命的3倍,有效降低電梯啟動電流,節(jié)約30%能耗,減少運營費用。
公司組織相關(guān)單位及業(yè)內(nèi)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(shù),對11臺電梯進行初步測算,10年可節(jié)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(jié)約能耗和電費測算
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(dǎo)軌安裝等工序作業(yè)中,現(xiàn)場摒棄利用搭設(shè)腳手架傳統(tǒng)工藝,全部采用自動提升平臺技術(shù)也稱提拉克操作平臺技術(shù)(Tirak)進行安裝作業(yè),不受場地、工序等影響。對于井道長度>200m的電梯安裝,根據(jù)井道長度和整體結(jié)構(gòu)工程進展情況創(chuàng)新采用分段安裝技術(shù);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(wěn),采用雙段式安全鉗技術(shù)、動態(tài)基礎(chǔ)隔振懸掛系統(tǒng)技術(shù)和地震感應(yīng)檢測技術(shù),及時檢測到地震波等異常情況,與電梯聯(lián)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(jiān)控技術(shù)和 24/7云管家遠程監(jiān)控技術(shù),保證電梯運行中每刻均能被大廈監(jiān)控中心和電梯廠家技術(shù)專家團隊實時監(jiān)控,第一時間發(fā)現(xiàn)電梯運行中各種狀況,快速提出處理措施和應(yīng)急方案,而且根據(jù)累積數(shù)據(jù)進行分析,及時采取有效的運行策略和維保方案,延長設(shè)備及部件使用壽命,最大限度地發(fā)揮設(shè)備性能,整體降低運營成本。
3)為確保電梯運行平穩(wěn)、順滑,提高舒適性,采用風(fēng)擺智能控制技術(shù),減輕電梯井道氣流對轎廂的晃動;采用空氣動力學(xué)加壓轎廂技術(shù),將轎廂上、下運行過程中的氣流分散,降低轎廂內(nèi)部噪聲和震動;采用主動式滾輪導(dǎo)靴技術(shù),通過可調(diào)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(shù),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(tǒng)技術(shù)和目的樓層選層系統(tǒng)技術(shù),根據(jù)不同時段、不同人流,優(yōu)化派梯系統(tǒng),使客流體驗更完美、舒適。
5)為節(jié)省能耗、降低運營成本,垂直電梯均采用能源再生回饋技術(shù),30%電能可回收利用,真正實現(xiàn)大廈節(jié)能環(huán)保。
6)為節(jié)約空間,釋放更多可用空間,26臺后勤服務(wù)電梯采用無機房電梯,74臺電梯采用體積小、質(zhì)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(yīng)和風(fēng)環(huán)境異常復(fù)雜,降低冬季電梯嘯叫并保證室內(nèi)外溫差過大時電梯正常運行,采用迷宮結(jié)構(gòu)絕緣防火廳門技術(shù),有效阻止井道內(nèi)外空氣流動,減少大廈熱量損失;采用自動重型門機技術(shù),自動偵測開關(guān)門力矩而隨之調(diào)整,降低煙囪效應(yīng)帶來的不利工況,確保電梯冬季能夠順利運行。
經(jīng)過多方論證、精心設(shè)計、綜合選擇、合理組織,精細調(diào)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(nèi),實現(xiàn)了139臺電梯全部投入使用的目標(biāo)。