歐洲電動環鏈葫蘆和控制器的測試及評估

弗蘭·馮·霍芬

2010年，國際電工委員會制定的IEC 61508標準《電氣/電子/可編程電子安全系統的功能安全》（2010版）正式生效。此后，歐洲強制規定：電視臺及所有演出場所，在觀眾席上方使用的舞臺機械與自動控制系統，必須符合IEC 61508規定的SIL 3（安全完整性等級）標準。此外，吊掛系統及使用還須符合《產品安全法》、《機械指令》、BGV C1（《德國娛樂產業舞臺和制作設施事故預防標準》）等多項法規和實務守則。對歐洲演藝設備制造商、使用方等產生了重要影響。

演藝行業中，臨時演出行業和一些固定場館大量使用電動環鏈葫蘆，其承載的設備種類繁多，配置各異。歐洲業界對環鏈葫蘆的使用方法，應該提交（給業主）的文件，需要測試的內容（以及如何測試）等事項，也一直有各種不同的聲音。

本文為筆者兩年前發表的專訪，通過采訪專家約翰納斯·赫恩（任德國雇主責任保險協會（VBG）舞臺與電影電視制作產業總監），解釋歐洲實行的幾大法規和守則的使用范圍、聯系與區別。近幾年在中國的工作訪問中，筆者感受到很多中國演藝設備制造商希望了解歐洲標準，進入這個市場，同時，中國劇場、電視臺、演出公司等演藝場館管理者，也希望借鑒先進的管理經驗，保護人員的人身安全。因此，筆者再次整理該稿件，希望為廣大中國讀者提供參考。

問：什么時候、什么情況下，吊掛系統必須使用符合BGV C1的規定？

赫恩：在舞臺上的、運動著的吊掛系統，都應符合BGV C1的吊掛系統規定。此外，演出地點和劇場的固定安裝，也應符合BGV C1法規的吊掛系統規定（參見UVV BGV C1法規，第I部分）。

問：根據BGV C1法規，利用吊掛系統在人員上方換景，都有哪些基本要求？

赫恩：吊掛系統必須符合現存的機械法規和電氣法規，即：《產品安全法》（僅限于設備與產品安全）、《機械指令》、BGV C1，以及大量的實務守則。這些法規在DIN56950中都有概述。

重要的機械和電氣特征包括：需要承載的結構元素、需要承載的繩索、兩個制動器、吊掛系統配備的過載保護，以及普通限位開關和緊急限位開關。這也是C1環鏈葫蘆和D8環鏈葫蘆的明顯區別。此外，配備控制器的系統還必須保證其功能的安全性。這就意味著系統不能僅僅具有功能上的安全性，還須在任何情況下，都能永久地實現功能上的安全性。

控制器在研發時必須嚴格遵循相關法規，且經過權威機構的認證，證實其與相關法規保持一致。本文討論的法規主要是指DIN EN 61508（其中引用了SIL術語），和DIN EN ISO13849（其中介紹了PL（“性能級別”）術語）。此外，業界還有一定相關的法規，例如DIN EN 62061，其中參考了DIN EN 61508的大量內容，且只考慮完整的子系統。

問：《BGV C1事故預防法規》與DIN 56950、DIN EN 60204和 DIN EN 61508之間的關系是什么？后者與《產品安全法》和《機械指令》有什么關系？

赫恩：涉及機械設備的GBV C1法規主要只針對機械的操作人員和使用人員。由于后者僅允許使用機械設備，對安全的要求僅限于基本的機械法規，這就意味著機械設備本身必須符合所涉及的法規。BGV C1的附件中列出了這些標準。

問題中的標準通常被稱之為監管產品的“實務守則”，主要針對產品制造商。《產品安全法》和《機械指令》共同組成了法律框架。

問：像SQ P2（參見《演藝科技》2011年第4、5、7期《德國》）這樣的行業標準，其法律地位如何？更具體一點，專家每四年對D8+的吊掛系統進行一次測試，該訴求是必須的，還是只是應該而已？

赫恩：行業標準為實務守則，同樣的，DIN標準和雇主責任保險協會（BGI，BGI即為Information of VBG）的信息陳述也是實務守則。如果操作者能通過其他方式達到同樣的安全級別，是可以放棄實務守則的。但放棄時，提出其他解決方案的人，必須提交一份風險評估的文件，作為證明。

D8 + 環鏈葫蘆是BGV C1范疇內的“機械設備”，且在人的上方承重，因此，必須經過C1吊掛系統測試。

問：這些規范也適用于外國制造商和使用外國設備的德國境內的巡演嗎？

赫恩：如果外國制造商想讓自己的產品應用于德國巡演，就必須遵循《機械指令》、《產品安全法》和實務守則的規定。

關于“巡演產品”，德國行業安全法律（即：BGV A1）要求即便是外國公司，也需要遵循德國的法律法規。

問：很多人認為，只要是BGV C1環鏈葫蘆，就什么都可以做，這種假設正確嗎？

赫恩：如果一套BGV C1吊掛系統完全滿足要求，且使用時遵循正確的方法，可以進行相應的環境移動操作。“完全符合要求”是指從設計階段就符合各種要求，且完成了所有相關的檢測。

這種類型的系統包括實際使用的BGV C1環鏈葫蘆和相應的控制系統。關于控制系統，其要求取決于要移動的載荷的類型，換景移動的性質，以及環鏈葫蘆本身的自然特性。

遺憾的是，隨著時間的推移，市場上總有一些產品，打著BGV C1的旗號卻名不副實，滿足不了所有的條件。更直率一點，他們聲稱擁有的那些特性實際上根本就沒有。這樣的營銷會帶給每個相關人員，尤其是因為相信營銷內容而購買的使用者極大的困擾及風險。

問：哪些基本法規對適用于換景的控制器有規定？

赫恩：對用戶來說，關于控制器的法規主要來自BGV C1，盡管沒有對控制器的直接規定，但是確實提到了DIN 56950。前文中提到的規程都要求遵循DIN EN 61508或DIN EN ISO 13849。也可以另辟他徑，考慮《產品安全法》、服從《機械指令》。這兩項法規是針對供應商的，但是無論使用什么標準，最終達到的效果基本上相同。

問：用戶如何確定所需系統的基本特性的特殊要求？

赫恩：通過對所有可預見的風險進行評估，可以得到與功能和安全相關的要求。評估主要源于對以下元素的分析：換景移動、即將移動的載荷類型及相關環境。根據相關標準（即DIN EN 61508或DIN EN ISO 13849）提供的風險圖表，每個以安全為導向的功能都能確定其必要的安全級別。

問：SIL（安全完整性等級）是什么意思？是如何確定的？

赫恩：安全完整性等級（德語為Sicherheits –Integritats-Level）源于DIN EN 61508，它包括對控制器可靠性的測量（含硬件和軟件）。如果復雜系統的安全功能需要由電子可編程控制器來實現，就必須使用SIL的分類方法。在確定安全完整性等級的時候，可以參考由DIN提供的合適的風險圖表。第一步需要識別風險。對于每個單獨的風險，需要借助風險圖表進行風險評估。通過這種方式，可以確認在控制器實現的安全完整性等級，該功能可以識別出可能發生的危害的嚴重性以及其發生的可能性。

這就意味著不同的功能需要不同的安全完整性等級（如：過載保護或急停功能），這取決于當初設計的保護是針對什么樣的風險。在實踐中，一般不對單獨的功能進行區分，而是執行SIL最大值。

在實現控制功能期間和之后，需要重復地測試，查看預期的安全完整性是否已經實現，并提供相應證明。SIL3的測試必須由獨立的檢測單位完成。

問：當在BGV C1環境下使用時，是否存在這樣的可能，即根據DIN EN ISO 13849設計控制器？

赫恩：是的，對于不太復雜的控制系統，此前已經提到過，這種可能性確實存在。主要針對電視行業的說明性指示可以從免費的BGIA小冊子《機械控制器的功能安全—DIN EN ISO13849的應用》里找到，可從DGUV/IFA處獲取。

問：DIN EN 61508與DIN EN ISO 13849有什么區別？

赫恩：DIN EN 61508是一份沒有統一的國際文件，旨在給標準制定者提供一套基本的思路，包括制造行業（制造工程）和機械控制系統。DIN EN ISO 13849則是源于“機械安全”系列的一份統一的標準，其設計旨在監督“機械控制器”的使用是否符合《機械指令》的要求，并預先設定好結構，通過這種形式成為（DIN EN 61508的）一份可實現的說明書。

DIN56950“演出設備——機械安裝——安全要求和檢測”與上述兩個標準具有同等的權威性。該標準建議對復雜的控制系統參考DIN EN 61508，而對更簡單的系統則參考DIN EN ISO13849。例如，環鏈葫蘆以組為單位運動，但是不會將載荷連接起來同步運動。

DIN EN 61508給制造商（設計師/編程師）提供了更廣范圍的設計選項，但這也會使針對系統的測試變得非常復雜。DIN EN ISO13849則給出了硬件設計的一系列方法（“交換結構”），這令對系統可靠性進行的判斷變得更加容易。

問：誰負責確定控制器的安全級別？

赫恩：就控制器本身來說，安全級別基本上由制造商負責確定。他負責定義自己所設計的控制器的應用范圍，并描述合理的使用是由哪些要素構成的。操作人員或用戶，必須從自己的角度鄭重地考慮清楚其將采購的控制器能做些什么。

因此，如果使用者希望一款控制器能符合腦海中的應用范圍，就需要對每個功能所要求的安全等級做出分析，并根據這些分析結果選擇一款控制器。

同時，操作人員也有責任只使用設計合適、功能有安全性保障，并經過相應檢測和認證的系統。如果一個操作人員想使用一套沒有經過測試的系統，為此還采取了一些湊合和“變通”的辦法（如目測和傳統的急停功能達到相應的安全等級），那么這種行為不僅是錯誤的而且也是違法的。

問：供應商有必要對控制器進行認證嗎？

赫恩：首先，從原則上講不需要。因為根據《機械指令》制造的機械和系統，僅僅需要一份符合（法規的）聲明就足夠了。但也存在一種限制因素，因為對于某位檢測人員來說，要對一個并沒有積極參與過研發的控制器機型作出評估和認證，基本是不可能的。需要移景的系統必須滿足BGV C1認證。而對一個沒有經過認證的控制器而言，應由認證專家進行評估。因此，認證應為產品進入市場的必要條件。滿足DIN EN 61508中SIL3的復雜的控制器，必須經過獨立的第三方檢測機構測試。

問：通過軟件可以保證控制器與安全相關的功能，有沒有可能根據做出的功能測試得出控制器可靠性的結論？例如，在驗收測試時得出結論？

赫恩：不，功能測試只能檢查在檢測期間系統的功能性。系統因此是否就能在功能上達到安全或在任何情況下都能達到功能安全，不能以這種方式確認。從原理上講，軟件只能發揮其最初編程所能實現的功能。

問：《機械指令》、DIN EN 60204、DIN EN ISO 13849和DIN EN 61508，這些都是歐洲的法律標準。這些不僅僅適用于德國，也適用于整個歐洲吧？

赫恩：在制造商和產品的流通方面，您談到的那些法規適用于任何一家在歐洲制造產品的廠商以及/或“讓其產品在歐洲市場流通”的廠商。這是“帶入流通”的新概念。在歐洲，針對用戶或操作人員的法規，各國與各國不同。終端用戶，通常都受制于所操作的系統所在國的法律。

問：對 BGV C1環鏈葫蘆進行調試前，需要做哪些必要的測試或驗收檢測？

赫恩：如果機械設備不在《機械指令》范疇內，但卻在舞臺上使用，就需要進行初步測試、結構測試和驗收測試。如果是一套復雜的系統，專家就必須驗證：根據DIN56950的認證要求，是否所有的安全功能都符合SIL3的要求，且都經過獨立的檢驗單位檢驗。對于不需要遵循《機械指令》的機械，這些測試沒有正規的要求，可以通過一份符合（法規的）聲明取代，并做目測和功能測試（見BBG 912第3.1.1段）。endprint

問：在哪種情況下，需要對系統進行檢測？而在哪種情況下，持有每個環鏈葫蘆的檢測證書就夠了？

赫恩：如果每個單獨的環鏈葫蘆在使用時互不干涉，且不會涉及到人員的移動。此時進行對每個單獨的環鏈葫蘆的機械和電氣設備的目測和功能性測試，再加上一份符合（法規的）聲明，就足夠了。一旦環鏈葫蘆以組合的方式在系統中使用，且整套系統的安全性取決于每個單獨的零部件，就必須對整套系統進行評估。例如，在一套復雜系統中，有一套系統采用多個C1環鏈葫蘆移動共同的載荷，此時要求保證環鏈葫蘆的同步性，且需要判斷是否存在碰撞的風險。在所有類似的案例中，全套系統都需由一位權威專家檢測，同時專家還必須要求廠商出示控制器的合格證書。

問：舞臺吊掛系統和控制器的制造商和供應商一般都需要提供哪些文件、證書或其他符合性聲明呢？

赫恩：一方面，制造商必須提交給用戶的文件包括：EC符合聲明、操作和安裝說明書、維護說明、測試說明、測試標準，及處置指導。制造商還應該有檢測證書。此外，雖然有些資料供應商沒有義務提交給用戶，但制造商也需保留。因為這些資料需要提供給參與檢測的人員（如檢測機構或專家）。其中包括危險和風險分析、規劃和工程數據、工廠證書等。DIN56950規定了具體的文件信息。

問：檢測的準則是什么？都包括哪些內容？

赫恩：臨時演出設備的檢測準則在BGG912“演藝行業舞臺系統和制作設施的安全測試和機械設備”中有所描述。這些準則基于BGV C1和 BetrSichV（軍械工業安全和健康）的要求。其中描述了需要做的測試類型，并在附件中標明了適用標準。這些準則同時涵蓋了經常性測試的規則，并有助于確定測試的時間間隔。基本的規則是D8+和C1電動環鏈葫蘆必須每一年被專家測試一次，每四年被權威專家測試一次。組織此類測試的單位為操作人員或用戶，而測試人員則需要保證所進行的測試符合相關法規。

問：哪些人有資格做哪些類型的檢測？

赫恩：有資格對機械設備進行檢測的人基本上被分為兩類：“專家”和“權威專家”。專家一般是制造商的雇員或其他由制造商培訓過的技術工人。權威專家是被事故保險提供商授權的工程師。根據授權范圍的不同，這些人可以根據授權對各種不同類型的機械設備做檢測。如果涉及特殊技術，可能有必要引入一位有相應資格的專家，例如控制器的評估（參見BG912，第4.2部分）。

問：在檢測吊載演員的飛行系統的電動環鏈葫蘆時，需要特別注意些什么？

赫恩：飛行系統通常要么使用手動配重系統，要么使用傳統的換景用的單點葫蘆（劇場設備用）。在臨時演出行業，可以使用C1電動環鏈葫蘆這樣的換景用葫蘆。C1電動環鏈葫蘆如果要用在飛行系統，就必須符合《機械指令》的要求。換句話說，僅僅有一份符合聲明是不夠的。相反，需要由權威專家完成初步測試、結構測試和驗收測試——這在BGG912中有所要求。

（編輯 張 翔）endprint