隨著城市建筑的快速開發及人們對便捷生活要求的提高，電梯已經成為城市內高層建筑和公共場所不可或缺的建筑設備。

一、電梯的發展歷史

19世紀中葉，在工業革命深入的過程中，垂直運送貨物和人員的需求已經是如此之迫切，各方面的條件也都已具備，但當時的蒸汽升降機卻一直解決不了一個關鍵的安全問題——只要起吊繩突然斷裂，升降梯便會急速墜落到底層，這種天生的安全痼疾使得它的使用受到大大的局限。1852年，奧的斯為了解決升降機的安全問題，奧的斯發明了一種裝置，他將帶有鋸齒狀的鐵條固定在導軌上，在轎廂的上部設置了一個彈簧片，并將其與機械聯動裝置和制動棘爪連接起來。曳引繩固定在彈簧片的中心，曳引繩破斷時彈簧片恢復原始形狀，強迫機械聯動裝置動作，然后制動爪伸入鋸齒狀的鐵條阻止電梯下落。

就這樣，世界上第一臺“安全升降機”發明出來了。從此電梯迎來了歷史上真正發展的開端。不過，奧的斯公司的生意并沒有因此而立刻火爆起來。奧的斯公司的記載表明，1854年當年他們只銷售出幾臺升降梯，1855年也只有15臺，到了1856年共售出27臺，那時的升降梯還全部限于貨運使用。1857年3月，在紐約百老匯一家專營法國瓷器和玻璃器皿的商店里，安裝了世界上第一臺安全客運升降梯。該商店共五層，當時就算是相當高的建筑物了，升降梯的動力是由建筑物內的蒸汽動力站利用一系列軸及皮帶驅動的。該梯可載重500公斤，速度為每分鐘約12米。

因為在升降梯里可以眺望優美的風景，而深受上層階級很多人的歡迎。雖然奧的斯被人們稱為“電梯之父”，但事實上，奧的斯本人從來沒有造出過真正的電梯，因為在他的年代，機器普遍使用的動力而且是煤燒出來的蒸汽。直到1889年12月，奧的斯電梯公司才在紐約的第瑪瑞斯特大樓安裝了第一部名副其實的電梯——它采取直流電動機為動力，通過渦輪減速器帶動卷筒上纏繞的繩索，懸掛并升降轎廂。

這座古老的電梯，每分鐘只能走10米左右。1900年，以交流電動機傳動的電梯問世。1902年，瑞士的迅達公司研制成功了世界上第一臺按鈕式自動電梯，采取全自動的控制方式，提高了電梯的輸送能力和安全性。隨后電梯進入了快速發展階段。

二、根據電梯的不同屬性，

電梯主要分類情況如下

三、電梯的內部結構

從空間上分主要包含：機房部分、井道及底坑部分、轎廂部分、層站部分。

從系統上分主要包含以下幾大系統：

● 曳引系統：曳引系統的主要功能是輸出與傳遞動力，使電梯運行。曳引系統主要由曳引機、曳引鋼絲繩，導向輪，反繩輪組成。

● 導向系統：導向系統的主要功能是限制轎廂和對重的活動自由度，使轎廂和對重只能沿著導軌作升降運動。導向系統主要由導軌，導靴和導軌架組成。

● 轎廂：轎廂是運送乘客和貨物的電梯組件，是電梯的工作部分。轎廂由轎廂架和轎廂體組成。

● 門系統：門系統的主要功能是封住層站入口和轎廂入口。門系統由轎廂門，層門，開門機，門鎖裝置組成。

● 重量平衡系統：系統的主要功能是相對平衡轎廂重量，在電梯工作中能使轎廂與對重間的重量差保持在限額之內，保證電梯的曳引傳動正常。系統主要由對重和重量補償裝置組成。

● 電力拖動系統：電力拖動系統的功能是提供動力，實行電梯速度控制。電力拖動系統由曳引電動機，供電系統，速度反饋裝置，電動機調速裝置等組成。

● 電氣控制系統：電氣控制系統的主要功能是對電梯的運行實行操縱和控制。電氣控制系統主要由操縱裝置，位置顯示裝置，控制屏（柜），平層裝置，選層器等組成。

● 安全保護系統：保證電梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故發生。由電梯限速器、安全鉗、夾繩器、緩沖器、安全觸板、層門門鎖、電梯安全窗、電梯超載限制裝置、限位開關裝置組成。

電梯的系統分類詳見附圖一

附圖一：電梯系統分類示意圖

電梯內部結構示意圖詳見附圖二

附圖二：電梯內部結構示意圖

電梯產品作為機電一體化的特種設備，是機械裝置、電力驅動和計算機控制的集中體現。電梯整機的核心技術集中在驅動技術和控制技術。目前，電梯主要采用的驅動技術為永磁同步無齒曳引技術、控制技術主要為VVVF（變頻變壓調速）。

四、電梯的選型基本計算配置

隨著國家城鎮化步伐的加快及大中型城戶籍制度的放開，住宅產品的市場需求將迎來小幅度的上漲。那對于住宅在開發過程中應該如何配置電梯產品就對設計者提出了挑戰。針對目前市場的住宅產品線我們主要分為三大類：超高層住宅、高層住宅、多層及別墅產品。對于以上住宅產品我們應該如何配置電梯，在配置電梯時不同產品類別的關注點又有何不同。

在研究電梯配置前，我們先來了解一下電梯評價的兩個關鍵指標。5分鐘運力（HC5）及平均侯梯時間(WT)。五分鐘運力是指全部電梯在滿載運行狀態下五分鐘內能夠輸送的全部乘客數占全部需要輸送乘客數量的百分比。平均侯梯時間即平均等待時間。對于高層而言垂直交通的配置問題直接關系到開發的成本及客戶的滿意度。如何平衡開發成本和垂直運力就成了設計階段的關鍵。在設計階段對于電梯的配置選型主要涉及到三個主要方面，一、電梯的數量 二、電梯的載重量 三、電梯的速度。我們先來說明確定這三個要素的基本原則。

1.電梯數量的基本原則為下述公式：

電梯數量=建筑總人數/每臺電梯服務人數 或 電梯數量=樓層總層數/每臺電梯服務層數

注：每臺電梯服務人數一般按200~250人確定（辦公）；

每臺電梯服務層數一般按4~5層確定（辦公）

2.電梯速度的基本原則為下述公式：

電梯速度=提升高度/行程時間

注：行程時間為從基站直駛到最高層的時間，不考慮加減速的時間。

3.電梯載重量的基本原則為下述公式：

CL=P*75KG P=Ar*INT Ar= BP*HC5/300s

注：CL=Car load[電梯載重]；

P=Passenger per car (car load with 80%) [轎廂滿載率80%情況下的乘客數量];

Ar=Arrival Rate [到達率];

BP=buiding population[建筑總人數];

INT= interpretation of interval [間隔時間];

HC=Handling capacity [運輸能力]

確定了基本原則以后，我們針對住宅產品進行分析，根據我國《住宅設計規范》：十二層及以上的高層住宅，每棟樓設置的電梯數量不應少于兩臺。其中宜配置一臺可容納擔架的電梯。根據國際電梯標準CIBSE GUIDE D-2010其推薦值見下表：

注：INT= interpretation of interval [間隔時間];

HC=Handling capacity [運輸能力];

WT=Wating time (等候時間)

有上表可見對于住宅而言五分鐘運力應該在6%~8%之間。平均侯悌時間應該在40S~60S之間。對于高層住宅而言我們可根據住宅產品的定位確定電梯數量。詳見下表（經驗值）：

電梯速度確定電梯行程時間即可根據提升高度計算。行程時間可根據住宅檔次確定。詳見下表（經驗值）：

根據國際電梯標準CIBSE GUIDE D-2010 可知HC5和INT即可根據公式計算電梯載重量。

五、超高層住宅配置選型及關注要點

首先我們分析超高層建筑。超高層建筑一般指建筑高度超過100米的建筑。

除前述基本配置之外，超高層住宅在設計階段還應重點關注以下兩點：電梯的煙囪效應及活塞效應。煙囪效應就是由于建筑物內外空氣的溫度差產生了空氣密度的差別，于是形成壓力差，趨使室內外空氣的流動。室內溫度高的空氣，因比重小而上升，并從建筑物上部風口排除，這時會在低密度空氣原來的地方形成負壓區，于是室外溫度比較低而比重大的新鮮空氣從建筑物的底部被吸入，室內外的空氣源源不斷的進行流動。這種由熱壓而引起的自然通風被稱為煙囪效應。井道內的煙囪效應與提升高度，井道內外溫度差，環境壓力等因素成正比。煙囪效應是室內外溫差形成的熱壓及室外風壓共同作用的結果，通常以前者為主，而熱壓值與室內外溫差產生的空氣密度差及進排風口的高度差成正比。這說明，室內溫度越是高于室外溫度，建筑物越高，煙囪效應也越明顯。就一棟建筑物而言，理論上視建筑物的一半高度位置為中和面，認為中和面以下房間從室外滲入空氣，中和面以上房間從室內滲出空氣。不同季節的影響見附圖三：

附圖三：不同季節煙囪效應的表現

電梯井道煙囪效應造成的影響大致有以下幾個方面：

（1） 流動的井道風會從層門門縫擠出，造成噪音；

（2） 風壓嚴重時會影響電梯開關門；

（3） 當發生火災時，煙囪效應會將濃煙或火苗抽入井道內，造成危險；

（4） 能量的損耗較大；

對電梯開關門的影響，國家標準要求“阻止關門力不應大于150N”, 通過對日立，奧蒂斯，三菱，蒂森，迅達達五大廠家的咨詢，五大廠家對煙囪效應對開關門的影響的設計標準：按照電梯門兩側的壓力小于100Pa作為標準。

在設計階段如何減小煙囪效應的影響主要有以下幾點：

通過上表可知在侯悌廳設置前室或隔斷是降低煙囪效應最經濟有效的措施。這就需要在建筑方案設計時建筑師給予充分的考慮。

其次對于超高層建筑電梯需要關注的就是活塞效應。高速電梯轉換周圍空氣的速度通常比周圍環境能夠轉移這些被置換的空氣速度要快。空氣具有粘性和可被壓縮的特性，當電梯在井道內高速運行的時候，會將與電梯運行的相反方向的空氣“吸”進來，同時壓縮電梯前進方向的空氣，當找到任何一處可能的縫隙（包括廳門門縫）時，這些被壓縮的空氣就會被擠出去，產生擾人的噪音和振動。這就是電梯運行的活塞效應。通過調研各電梯廠家，活塞風效應一般在5m/s高速單井道電梯中出現。合理的電梯阻塞比范圍如下：

為減少活塞效應我們可以采取以下措施：

（1） 盡量避免單井道的設計，而采用通井道的設計，并且在電梯運行模式上進行控制，盡量避免通井道內各電梯出現同時下降或同時上升的情況。則單井道電梯所壓縮的空氣除了其井道外還有另外的空間讓它擴散，以減少井道內空氣的壓力，從根本上降低活塞效應的不良影響。

（2） 在單井道或雙井道的頂層和底坑各設有大孔通向室外，孔的面積最好等于1.5倍的轎廂地臺面積。因此轎廂在接近頂層和底層的時候，壓縮的空氣可以向井道外擴散。

再次超高層建筑還需要關注：建筑搖擺對電梯系統的影響，一般建筑高度超過250米以后才加以考慮。目前超高層住宅的高度基本不超過此高度，因此本文不做討論。

六、高層住宅配置選型及關注要點

高層住宅在設計階段還應重點關注問題：井道尺寸、沖頂高度、基坑深度等。電梯的沖頂高度及基坑深度與電梯的速度成正比關系。對于高層住宅我們對了五大廠家的主流電梯型號進行了對比（僅以1000KG及1050KG舉例）。詳見下表：

通過上表分析可見在轎內尺寸變化不大的情況下。五大廠家的井道尺寸有明顯不同。井道寬度最小為迅達2000mm最大為蒂森2200mm。對于進深而言通力最小僅為1820.而三菱的井道進深則達到了2250mm。然而對于井道的凈面積而言通力最小為3.95m2,三菱最大為4.83 m2。這就需要建筑設計者在方案設計時就應確定電梯品牌從而確定相應的井道尺寸。不然在后期的施工工程中就可能會出現如下情況：若井道尺寸過小會造成后期招標品牌電梯轎廂無法安裝。后期工程改造會成本增加。而電梯井道面積過大會增加公攤面積，從而導致住戶的套內使用面積減少。其次國家標準《城市居住區規劃設計標準》GB50180-2018，已于今年正式實施。住宅高度被限制在80米。在屋頂建筑面積較小且限高的情況下，需要重點關注沖頂高度，若電梯機房面積大于屋頂面積的1/4之一，則機房高度要記入建筑高度。可能會突破限制高度。對于沖頂高度我們可以看出在相同速度的情況下（2.00m/s），蒂森的沖頂高度最小為4050mm.而日立的沖頂高度最大為4700mm。在高層住宅中往往會涉及到消防電梯的設置?！督ㄖO計防火規范》GB 50016-2018年版要求建筑高度大于33米的住宅建筑必須設置消防電梯，且消防電梯的載重不得小于800KG，電梯從首層至頂層的時間不得超過60S.且每層都需停靠。所以對于消防電梯的速度及載重選擇都已經有了明確的要求。

七、多層住宅及別墅配置選型及關注要點

對于多層住宅配置電梯的產品一般為花園洋房，花園洋房及別墅在電梯的選擇上主要是考慮品質。因此對于電梯一般會進行二次裝修。這就需要再電梯設計選型時對電梯的預留重量及弱電功能要給予重點關注。我們仍以五大廠家的主流型號進行舉例。詳見下表：

由上表可知五大廠家1000（1050）KG的最大裝修預留重量在系統不升級的情況下，一般為250~400KG。因多層住宅建筑高度不高，故隨行電纜及鋼絲繩自重較輕故一般都能達到最大裝修預留重量。其次需要關注的就是電梯和住宅小區弱電信息系統的對接。高檔花園洋房有電梯入戶的產品類型，這就需要設置電梯權限問題，業主必須進行刷卡選層。而對于訪客業主可以通過可是對講系統確認后與電梯進行聯動。給予訪客目的層的授權。其就涉及到可視對講系統與電梯控制系統的對接。

對于別墅產品的細分一般分為獨棟、聯排、疊拼等。開發商在進行別墅產品的開發過程中分為配置電梯和預留條件兩種情況。無論哪種情況根據產品特點都會采用無機房、低載重、低速電梯產品。而對于預留條件產品，一般開發商會預留電梯井道而電梯由業主在二次裝修時自行采購。預留井道時結構一般會在樓板處開設洞口，洞口周邊設置梁進行加固。若井道尺寸過小就會導致后期業主對梁進行拆除后再進行加固留下安全隱患。故預留井道時必須按最大尺寸預留。因別墅電梯低載重、低速度的特點。在業主選購電梯時不會增加額外的成本。

為給讀者一個直觀的配置選擇方向，我們對超高層、高層、多層及別墅建筑做一個綜合比較分析。僅以迅達為例，詳見下表：

有上表可見，超高層建筑配置的電梯基本趨向為高速度、大載重、大機房。這也是由超高層建筑的特點所決定的，其建筑高度高提升高度大，相應配置的曳引系統要求高。所以整體參數的配置要提高才能滿足運力要求。而對于超高層建筑我們一般會分區設置。而對于普通中高層建筑電梯配置基本趨向于小機房、常用速度及基本載重量。而對于多層及別墅建筑的基本趨向于無機房、低載重及低速度。而沖頂高度及基坑尺寸都會隨載重的增加而變大。

而從用戶角度來講，用戶最關注的為電梯的安全性，而用戶最直觀的感受為乘梯的體驗感。電梯的安全性，這就涉及到產品質量、品牌影響力、運營維保情況及應急預案等相關內容。從開發角度講主流地產商選擇的電梯均為市場主流品牌，客戶對其質量及品牌的認可度極高。所以運營維保及應急預案就成為了決定安全性的主要因素。目前主流品牌廠家在各個城市均會有運營維保中心，且每部電梯都實現了實時監測、事故自動報警等功能。而體驗感涉及到了電梯的另外幾個方面：電梯的速度、侯悌廳門頭的選擇、電梯內部的裝飾效果。速度選擇過快會對乘梯者帶來耳鳴等不適感、侯悌廳的門頭選擇會直接影響大堂的裝飾效果、電梯的內部裝飾是乘梯者視覺感受的決定項。

八、電梯未來發展趨勢

目前從電梯的發展來看，出現了為提高單次運力的雙轎廂電梯、為實現人員更好的分流的自動派梯系統。且目前由蒂森克虜伯研發的無繩電梯已得到了應用。無繩電梯打破了井道的束縛，可以豎向及橫向進行移動。對傳統電梯的運輸形式實現了巨大的突破。詳見附圖四:

附圖四：無繩電梯示意圖

但隨著物聯網及云技術的不斷發展，通過建立電梯信息交流網絡將每一臺電梯的實時運作信息和各關鍵指標參數上傳至云平臺， 由電梯制造廠商或其他負責機構統一管理實現信息共享信息交流。電梯物聯網通過配置具有運行參數采集功能的數據系統，實現電梯安全的智能化監管。