運(yùn)用灰色系統(tǒng)理論評(píng)估老舊電梯安全性的研究

許景順

(太倉(cāng)市市場(chǎng)監(jiān)督管理局 蘇州 215400)

運(yùn)用灰色系統(tǒng)理論評(píng)估老舊電梯安全性的研究

許景順

(太倉(cāng)市市場(chǎng)監(jiān)督管理局 蘇州 215400)

我國(guó)老舊電梯約占電梯總量的10%，分布廣，影響大。老舊電梯故障率高，維修困難、 備品備件少、成本高，維修資金支取困難。本文利用熵權(quán)和灰色關(guān)聯(lián)方法，對(duì)老舊電梯安全狀況進(jìn)行量化評(píng)估，根據(jù)人員因素、設(shè)備因素和環(huán)境因素賦值賦權(quán)，以期為老舊電梯定量安全評(píng)估提供新思路。

老舊電梯 熵權(quán) 灰色關(guān)聯(lián) 安全評(píng)估 新思路

伴隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展、城市化水平和人民群眾生活水平的快速提高,特別是近年來(lái)房地產(chǎn)的繁榮發(fā)展,我國(guó)電梯保有量每年均以超過(guò)20%的速度迅猛增長(zhǎng),截至2015年底,我國(guó)電梯保有量和生產(chǎn)量分別達(dá)到426萬(wàn)臺(tái)和76萬(wàn)臺(tái),電梯年產(chǎn)量也已達(dá)到世界總產(chǎn)量的三分之一,我國(guó)已經(jīng)成為全世界電梯的制造量和使用量最大的國(guó)家之一[1-3]。電梯是人們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｒ?jiàn)的、不可或缺的一類特種設(shè)備。

20世紀(jì)90年代安裝的電梯約占總數(shù)的10%,使用年限已經(jīng)達(dá)到十多年甚至超過(guò)二十多年,表1為我國(guó)主要城市老舊電梯情況(使用年限超過(guò)15年)。以電梯20年的正常設(shè)計(jì)壽命來(lái)說(shuō),一套商品房的使用年限為70年,高層建筑的電梯需要更換3次或者4次, 2000年以后安裝的電梯也開(kāi)始逐漸步入老齡化。個(gè)別老舊電梯經(jīng)常發(fā)生溜梯、層門夾人、電梯蹲底等事故,嚴(yán)重影響了人們正常出行,用戶意見(jiàn)大,投訴多。

表1 主要城市的老舊電梯情況

老舊電梯故障率高,維修困難、備品備件少、成本高,維修資金支取困難。我國(guó)老舊電梯的報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)仍未出臺(tái),大量老舊電梯帶病運(yùn)行的狀況普遍存在,積極開(kāi)展老舊電梯安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估對(duì)于維護(hù)電梯的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有十分重要的意義[4]。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)電梯安全運(yùn)行進(jìn)行了有益的探索,主要針對(duì)老舊電梯風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法方面的研究,如基于層次分析、事故樹(shù)分析和模糊評(píng)價(jià)等方法的電梯安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等[5-7]。對(duì)層次分析、事故樹(shù)分析和模糊定量評(píng)價(jià)對(duì)老舊電梯的評(píng)價(jià)有所研究,這些研究為電梯安全運(yùn)行奠定了良好的基礎(chǔ),但是電梯是一個(gè)復(fù)雜的機(jī)電設(shè)備,不確定性因素眾多,且對(duì)電梯系統(tǒng)完整評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立不全面,亦缺乏明確的安全級(jí)別劃分。本文利用熵權(quán)和灰色關(guān)聯(lián)方法,對(duì)老舊電梯現(xiàn)狀進(jìn)行量化評(píng)估,以期為老舊電梯定量安全評(píng)估提供新思路。

1 電梯風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型建立

本文利用熵權(quán)法原理,把電梯安全評(píng)價(jià)中的各個(gè)待評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)值進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算,來(lái)確定各指標(biāo)所占權(quán)重。通過(guò)各指標(biāo)灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)得出目標(biāo)層總關(guān)聯(lián)系數(shù),電梯的總關(guān)聯(lián)系數(shù)越大,說(shuō)明目前電梯安全狀況曲線跟最優(yōu)狀況的數(shù)列曲線越接近,電梯安全狀況越好,反之亦然。

1.1 灰色關(guān)聯(lián)理論

灰色系統(tǒng)理論是我國(guó)著名學(xué)者鄧聚龍所創(chuàng)立,現(xiàn)已廣泛應(yīng)用在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、金融等方面的預(yù)測(cè)評(píng)估。其運(yùn)算過(guò)程如下:

1)確定參考系列和比較序列。

參考序列即為設(shè)與電梯安全相關(guān)的因素有n個(gè),設(shè) Xik( i=1,2,…,n; k=1,2,…,m) 為第i個(gè)方案中第k個(gè)指標(biāo)的原始值,則n個(gè)方案的指標(biāo)值構(gòu)成的比較數(shù)列矩陣為

設(shè)X0k為第k個(gè)指標(biāo)在各方案中的最優(yōu)值(“效益”型指標(biāo)取該指標(biāo)在各方案中的最大值,“成本”型指標(biāo)取該指標(biāo)在各方案中的最小值) ,本文采用“效益”型指標(biāo)X0={X01,X02,…,X0m} 為最優(yōu)指標(biāo)集(所對(duì)應(yīng)的方案為最優(yōu)方案) ,即為參考數(shù)列。

2)規(guī)范化處理數(shù)據(jù)。

由于評(píng)判指標(biāo)相互之間常具有不同量綱和數(shù)量級(jí),沒(méi)有統(tǒng)一度量標(biāo)準(zhǔn),所以需要按照式(2)對(duì)原始指標(biāo)數(shù)列(1)進(jìn)行規(guī)范化處理,將其化為[0, 1] 區(qū)間內(nèi)的數(shù),得到新數(shù)列,見(jiàn)式(3)。

3)求差序。

式中:

k——第i個(gè)影響因素的數(shù)據(jù)序列;i=1,2,…,m。

4）求兩級(jí)最大差和最小差。

5)求灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)。

式中:

i=1,2,…,n; k=1,2,…,m;

ρ——分辨系數(shù),ρ∈[0, 1],一般取ρ=0. 5。

1.2 熵理論確定指標(biāo)權(quán)重

熵權(quán)法是一種可以用于多對(duì)象、多指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)方法,計(jì)算所得的權(quán)重比例只來(lái)自數(shù)據(jù)本身,幾乎不受主觀因素影響,可以在很大程度上避免人為因素的干擾。本文采用熵權(quán)法來(lái)確定各指標(biāo)所占權(quán)重。計(jì)算流程如下:

1)構(gòu)建目標(biāo)矩陣以及歸一化處理。

將該矩陣進(jìn)行歸一化處理,即取矩陣(1)中列向量,與該矩陣中所有元素之和的比值作為歸一化結(jié)果[見(jiàn)式(9)、式(10)],其計(jì)算公式如下:

式中:

i=1,2,…,n;j=1,2,…,m。

2)計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵權(quán)W。

根據(jù)式(10)、式(11)、式(12)得到各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)熵權(quán)如下:

3)基于熵權(quán)的灰色關(guān)聯(lián)度的計(jì)算。

根據(jù)式(8)、式(13),可得到基于熵權(quán)的灰色關(guān)聯(lián)度的計(jì)算公式為:

式中:

w=123,,。

建立目標(biāo)否決機(jī)制,當(dāng)電梯安全部件評(píng)分低于60分,則該電梯的熵權(quán)的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)自動(dòng)0。例如制動(dòng)系統(tǒng)為單彈簧制動(dòng)或者單鐵芯制動(dòng)、老舊電梯缺少轎廂上行超速保護(hù)裝置。

1.3 電梯風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估流程

電梯風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估流程如圖1所示,檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)在電梯年檢時(shí)或者特種設(shè)備監(jiān)察機(jī)構(gòu)在電梯日常監(jiān)察當(dāng)中發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重安全隱患或者客戶主動(dòng)提出電梯安全評(píng)估需求時(shí),可成立電梯安全評(píng)估小組。評(píng)估小組成員由5名電梯檢驗(yàn)師組成,這5名電梯檢驗(yàn)師從事電梯年檢和驗(yàn)收的年限必須達(dá)到5年以上,然后由這5名檢驗(yàn)師根據(jù)人員方面、設(shè)備方面和環(huán)境方面,共31個(gè)因素進(jìn)行賦值打分評(píng)估。其中,人員方面可分解為管理人員素質(zhì)和維保人員專業(yè)技術(shù)水平;設(shè)備方面可分解為7個(gè)方面,分別為安全保護(hù)系統(tǒng)、曳引系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、轎廂安全系統(tǒng)、層門安全系統(tǒng)、電力控制系統(tǒng)和安全性能測(cè)試;環(huán)境方面評(píng)估可根據(jù)電梯的使用場(chǎng)所和用途兩方面進(jìn)行打分。通過(guò)賦值評(píng)估來(lái)確定該電梯的風(fēng)險(xiǎn)狀況,形成風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估文件,評(píng)定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí),根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)制定和采取相應(yīng)的改進(jìn)措施。

圖 1 電梯風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估流程圖

1.4 電梯安全運(yùn)行評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

本文通過(guò)對(duì)電梯歷年事故的發(fā)生形態(tài)和產(chǎn)生電梯事故的主要原因進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,以及電梯制造與安裝安全規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)[8],來(lái)構(gòu)建電梯安全運(yùn)行的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn),詳見(jiàn)表2。實(shí)際操作中,由5名評(píng)估小組專家對(duì)電梯安全運(yùn)行從人員、 環(huán)境、設(shè)備三個(gè)方面,共31個(gè)因素,按照表2的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行打分。

表2 電梯安全運(yùn)行評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2 評(píng)價(jià)體系算例分析

現(xiàn)有5名評(píng)估小組專家對(duì)3臺(tái)電梯(L1、L2和L3)的31個(gè)評(píng)估指標(biāo)進(jìn)行賦值打分,并取平均值,見(jiàn)表3。

表 3 電梯安全評(píng)估小組評(píng)分原始數(shù)據(jù)

影響因素專家賦值L1 L2 L3安全性能試驗(yàn)A7制動(dòng)能力測(cè)試B25 73 71 68消防返回功能測(cè)試B26 74 73 69電梯運(yùn)行性能測(cè)試B27 78 68 71人員因素A8管理人員素質(zhì)B28 73 78 73維保人員專業(yè)技術(shù)水平B29 76 73 68環(huán)境因素A9使用環(huán)境B30 79 76 78使用用途B31 80 79 73

將表3的數(shù)據(jù)代入到式(15),可計(jì)算得到基于熵權(quán)的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)見(jiàn)表4,根據(jù)式(16)、式(17)和式(18),計(jì)算目標(biāo)層總關(guān)聯(lián)度,可以分別得到rL1=0.8607,rL2=0.7678,rL3=0.6584。由于3部電梯的安全部件得分都大于60分,因此,3臺(tái)電梯的總灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)FL1＞FL2＞FL3。電梯的關(guān)聯(lián)系數(shù)越高,說(shuō)明電梯安全狀況曲線跟最優(yōu)狀況的數(shù)列曲線越接近,可以看出電梯狀況電梯L1好于電梯L2好于電梯L3。采用線性灰量白化權(quán)函數(shù)來(lái)確定電梯安全狀態(tài)[9],量化標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表5,可以看出電梯L1處于A級(jí),電梯L2處于B級(jí),電梯L3處于C級(jí),3臺(tái)電梯總體狀態(tài)都符合要求。

表 4 評(píng)估指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)和權(quán)重

(續(xù)表)

表 5 電梯整體安全水平分級(jí)和定性量化標(biāo)準(zhǔn)

3 結(jié)束語(yǔ)

1)我國(guó)近年來(lái)電梯事故數(shù)和每萬(wàn)臺(tái)電梯事故數(shù)居高不下,老舊電梯約占電梯數(shù)量的10%,分布廣,影響大,個(gè)別老舊電梯經(jīng)常發(fā)生溜梯、層門夾人、電梯蹲底等事故,嚴(yán)重影響了人們正常出行,用戶意見(jiàn)大,投訴多。

2)老舊電梯故障率高,維修困難、備品備件少、成本高,維修資金支取困難。

3)引入灰色關(guān)聯(lián)分析方法計(jì)算各指標(biāo)當(dāng)前狀態(tài)與完好狀態(tài)之間的灰色關(guān)聯(lián)度,通過(guò)熵權(quán)法確定權(quán)重,減小主觀因素的干擾,更加客觀地實(shí)現(xiàn)電梯整體安全水平的評(píng)價(jià)。能夠較為真實(shí)地反映電梯的真實(shí)狀況。

[1] 陳慶勛，陳江，邱郡．韓國(guó)電梯應(yīng)急管理與事故統(tǒng)計(jì)分析研究[J]．中國(guó)特種設(shè)備安全，2016，32(03)：53-60．

[2] 電梯監(jiān)督檢驗(yàn)和定期檢驗(yàn)規(guī)則——曳引與強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)電梯[S]．

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[9] 鄧聚龍．灰色系統(tǒng)理論教程[M]．武漢：華中理工大學(xué)出版社，1990．

Study on Safety Evaluation of Old Elevator by Gray System Theory

Xu Jingshun
(Market Supervisory Authority of Taicang City Suzhou 215400)

The old elevators in China which distribute and impact widely, is about 10% of the total lifts. Old elevators have the problems of high failure rate, maintenance diffculties, spare parts, high cost and diffculties of maintenance of funds to withdraw. In this paper, entropy weight and gray relational method are used to evaluate the status quo of the old elevators. The evaluation of old elevators is based on the empowerment of human factors, equipment factors and environmental factors to provide a new idea for quantitative safety assessment of old elevators.

Old elevators Entropy weight Gray relational method Safety evaluation New idea

X924

B

1673-257X(2017)08-0019-05

10.3969/j.issn.1673-257X.2017.08.006

許景順（1989～)，男，碩士，科員，從事特種設(shè)備監(jiān)察工作。

許景順，E-mail： jom20012@126．com。

2016-12-10）