大型游樂設施安全評價技術研究

摘要：目前，人們的精神文化生活日漸豐富，各種類型的大型游樂主題樂園相繼開放，讓人們的娛樂生活變得更加豐富多彩。然而我國大型游樂設施產業發展時間不長，大型游樂設施的制造、安裝、使用、維護等都相應缺乏嚴格的標準與規定，從而導致了大型游樂設施在使用過程中的眾多問題。文章針對大型游樂設施安全評價技術進行了研究。

關鍵詞：大型游樂設施；安全評價技術；評價方法；大型游樂主題樂園；設施故障 文獻標識碼：A

中圖分類號：TU714 文章編號：1009-2374（2016）29-0170-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.29.079

當前我國各種類型的大型游樂設施故障發生率位居全球前列。大型游樂設施的安全性直接影響著游客在使用大型游樂設施中的人身安全，存在較大的社會安全隱患。鑒于此，建立高效、科學的大型游樂設施安全評價體系，運用合理的安全評價技術對于保證大型游樂設施的安全顯得十分重要。因此，文章主要針對我國大型游樂設施的安全現狀進行研究，并且針對其安全評價技術進行了闡述。

1 我國大型游樂設施安全現狀

1.1 質量不合格

大型游樂設施質量不合格主要是指當前大型游樂設施在設計、材料選擇使用、焊接制造等環節中存在著沒有滿足國家相關安全標準，在安裝與改造環節中沒有符合相應的安全技術規范而存在的質量問題。針對當前大型游樂設施存在的質量不合格問題，大型游樂設施生產企業應該嚴格遵循國家頒布的安全技術規定來開展安全管理工作，始終秉持安全人機工程學原則來保證大型游樂設施的安全。游樂園在使用大型游樂設施的時候，應該購買擁有設計文件、產品質量合格證明、安裝使用維修說明等正規廠家生產的游樂設施，并要求有安裝資質的安裝單位按技術規范進行安裝，從而減少大型游樂設施的質量問題，降低大型游樂設施的運行風險。

1.2 操作不當

大型游樂設施在運行使用的過程中由于工作人員缺乏專業性，時常出現操作不當、違規使用的情況。在使用過程中沒有按照操作規范與指示進行操作，在沒有明確規章制度與操作規程的情況下開始使用。同時，由于大型游樂設施操作人員流動性大，存在部分員工在沒有了解大型游樂設施操作程序的情況下就上崗操作。鑒于大型游樂設施在日常操作使用中存在的這一問題，需要在大型游樂設施操作人員上崗前進行專業而充分的培訓工作，保證其能夠以專業的工作技能操作大型游樂設施。將大型游樂設施的安全操作與其績效掛鉤，實施獎懲制度，激勵大型游樂設施操作人員可以嚴格按照操作規范進行。

1.3 超期使用

大型游樂設施中同時也普遍存在設備與裝置到合格期后沒有進行年檢或者使用雖然經過年檢但沒有通過年檢的設備。我國明確規定大型游樂設施必須要在經過國家檢驗機構的合格批注才可以運行使用。而部分游樂園的大型游樂設施經營者出于節約成本或省事的目的，往往存在逃避檢驗的情況或者僅僅開展自檢與安全備案，給大型游樂設施的安全運行埋下了巨大的安全隱患。

1.4 維護不當

大型游樂設施在游樂園的運營過程中普遍存在后期維護不當，沒有在規定時間到設備安全監測部門對設備的安全性進行檢測的情況，在日常運營中存在違法使用的情況。針對大型游樂設施維護工作，游樂園需要嚴格按照相關技術規范，采用定期檢驗的方式避免大型游樂設施由于維護不當所導致的安全隱患。大型游樂設施需要定期維護的部件包括安全附件、安全保護裝置等。大型游樂設施需要每月進行一次全面的檢查與維護，如維護檢修過程中出現異常情況需要及時進行處理，直至安全隱患消除。另外，在大型游樂設施存在嚴重安全事故隱患、失去維修價值的情況下必須強行報廢。

2 大型游樂設施安全評價技術

2.1 有限元分析技術

在大型游樂設施中海盜船是十分常見的設備之一，在海盜船運行使用過程中安全杠是保護游客乘坐安全的主要元件之一，其強度指標是保證安全的關鍵。本次研究的海盜船安全杠組件材料為AISI304，不銹鋼管焊接制作而成，鋼管初始厚度在1.5mm左右。材料許用應力為500MPa。游客在乘坐海盜船過程中雙手的推力主要作用在安全杠的橫梁上，如圖1所示。

乘客雙手推力作用力假設為250kg，按照五人乘坐來進行計算，其總推力為1250kg。現使用COSMOSWorks下進行有限元分析。在對材料進行定義分析后將AISI304材料的力學屬性輸入有限元分析程序當中，1250kg的力通過有限元分析最大應力大于1200MPa，遠大于材料的許用應力值500MPa，因此需要對安全杠橫梁設計方案進行修改。基于強化零件強度的目的，可以加大不銹鋼管的厚度，將原來的1.5mm增加至3mm，同樣適用AISI304不銹鋼管。在其他條件與環境保持不變的情況下重新對有限元格進行計算。在增加鋼管厚度后，最大應力計算得出為432MPa，小于材料的許用應力500MPa，但與材料的許用應力相差較小。由于游樂園大型游樂設施需要更高的安全性，因此可以通過轉變海盜船模型參數的方式來對結構參數進行進一步的優化設計，從而以實現安全目標。

2.2 虛擬樣機技術

虛擬樣機技術即為機械系統動態仿真技術，其是基于計算機技術下的計算機輔助工程技術，其可以從視覺、聽覺、觸覺、行為、功能上對真實產品進行模擬。使用虛擬樣機技術可以在精確建立設備運行動力學模型、控制模型的基礎上來進行動態模擬設備過程，對設備的運行狀態、受力過程、控制邏輯等數據進行檢測與記錄，并且對大型游樂設施關鍵工件的強度進行研究，從而建立一種計算機技術下的大型游樂設施安全檢查途徑，進而對大型游樂設施實現實時安全評估、事故再現分析、設計驗證模擬等功能。另外，在建立大型游樂設施檢驗數據的過程中可以對大型游樂設施進行跟蹤控制管理，以便第一時間對大型游樂設施的狀態與未來運行狀態進行檢測與預測。

2.3 在線檢測技術

在線檢測技術是一種針對大型游樂設施有效的監測技術，該技術擁有友善的人機互動界面，使得大型游樂設施管理人員可以更加便捷地對大型游樂設施進行監督管理。其中GIS技術下的在線檢測技術是相對主流的技術之一，其能夠實現以下功能：第一，基本信息的輸入。通過GIS在線監測技術可以將各大型游樂設施數據錄入到數據庫當中，以便能夠隨時對大型游樂設施的相關數據進行編輯；第二，對大型游樂設施運行歷史進行實時查詢。通過輸入設備編號與時間可以對大型游樂設施當時的運行狀態進行查詢，為大型游樂設施的管理與檢修維護提供充足的數據；第三，GIS在線監測技術可以利用模糊層次分析法與BP神經網絡融合方式來設計安全評估系統。例如，在對過山車進行檢測的過程中可以先針對過山車建立安全狀態層次分析模型，然后使用層次分析法對影響過山車安全運行的各類因素權重進行分析，最后使用BP神經網絡模型來選擇所占權重較大的安全影響因素來對過山車的運行狀態進行安全評估。

2.4 無損檢測與電磁檢測技術

大型游樂設施常用的無損檢測技術包括超聲檢測、磁粉檢測等。超聲檢測：一般來說大型游樂設施使用超聲檢測的對象都是直徑大于M36的重要軸與銷軸。在大型游樂設施制造過程中需要100%使用超聲進行檢測，在大型游樂設施的后期維護工作中需要進行20%的抽查。所使用的檢測標準為GB/T4162，缺陷等級評定需要高于A級。磁粉檢測：大型游樂設施的表面與近表面裂縫是大型游樂設施需要著重檢測的內容。大型游樂設施的鋼結構與內部零件、焊縫等位置都嚴格禁止裂紋的出現。由于通常大型游樂設施的受力部件都是鋼材質，因此使用磁粉檢測成為了最為普遍的無損檢測技術之一。在使用磁粉技術時，要對大型游樂設施的表面進行清潔處理，避免表面存在污漬、鐵銹等物質。通常來說均使用打磨處理技術，在完成打磨后要求工件表面的粗糙程度要低于或等于25μm。在對元件的靈敏度進行檢測完成后就可以對工件開展磁化檢測工作。通常磁化工作持續時間為0.5～2s，同時加以適當的磁懸液，磁粉濃度分布要均勻。在對受檢區域檢測的過程中需要進行兩次重復的90。交叉磁化檢測，從而減少漏查情況的出現。在利用磁粉檢測技術對游樂園勇敢者轉盤游樂設施進行檢測的過程中，發現油缸銷軸支座焊縫裂紋，并且檢測到桁架焊縫裂紋并擴及母材。如圖2所示：

鐵磁性材料表面裂紋電磁檢測技術。基于復平面分析的金屬材料焊縫電磁檢測技術可以在存在防腐層的基礎上利用特殊點式探頭來對焊縫表面進行全面而快速的掃描檢測，并且可以對其中發現的裂紋深度進行測量。這一技術可以快速而準確地對金屬材料焊縫進行定性定量評估。在集膚效應的作用下，波形幅度與裂紋深度之間呈現非線性關系，因此可以通過人工對比試樣的方式來獲得更加精確的結果。該技術檢測結果與裂紋的走向之間存在密切的關系，為了避免出現漏檢的情況，需要根據科學的操作方法來進行兩次或以上的垂直檢測掃查。圖3為一臺高空觀覽車大軸在進行檢測過程中發現有2mm深度的表面裂紋信號。如圖3所示：

3 結語

從目前發展現狀來看，我國大型游樂設施行業將會朝著更高、更快、更有樂趣的方向發展，而更多的高科技技術將被運用到大型游樂設施中，各種類型的組合式大型游樂設施將更加復雜。鑒于此，針對大型游樂設施的安全評價技術就更加重要。各種類型的安全評價技術將會伴隨著大型游樂設施的成熟而不斷朝著多元化的方向持續發展，為大型游樂設施的正常運行保駕護航。

參考文獻

[1] 沈勇，肖原.設計模式在游樂設施模糊神經安全評價系統中的應用[J].湖南科技大學學報（自然科學版），2011，（4）.

[2] 林偉明，肖原，葉建平.大型游樂設施的多級綜合安全評價方法研究[J].微計算機信息，2010，（3）.

[3] 莊春吉，王志榮，張煜.基于AHP-灰色模糊理論的大型游樂設施安全評價[J].安全與環境學報，2015，（2）.

[4] 王昊，周勇.在用游樂設施安全風險評價方法的研究[J].裝備制造技術，2014，（9）.

[5] Yu Zhang，Zhi Rong Wang，Qing Qing Zuo.Research on the Safety Evaluation of Large Recreation Facilities Based on BP Neural Network[J].Applied Mechanics and Materials，2014，（522）.

作者簡介：嚴波（1983-），男，湖北人，廣西壯族自治區特種設備檢驗研究院工程師，碩士。

（責任編輯：周 瓊）