城市建筑運維階段電梯安全技術手段研究現狀分析

范九巳

摘要：目前各個城市都存在大量的高層和超高層建筑，電梯作為高層和超高層建筑必不可少的垂直交通工具，已經被大量應用在建筑中，隨之而來的便是各種電梯故障引起的人員傷亡安全事故。當前城市建筑運營階段安全技術手段研究主要針對某一技術關節或者管理措施，缺乏系統性視角。本文基于事故案例和文獻綜述研究對當前城市建筑運營階段電梯安全技術手段研究現狀進行全面分析，為后續研究方向和內容提供建議。研究顯示發生在電梯的出入口、廳門處的剪切，擠壓和墜落事故頻率最高，是電梯運營安全的重大風險。針對電梯安全性檢測技術，研發具有圖像識別檢驗功能的多指標融合電梯安全性檢測技術應作為下一步發展方向;對于遠程監測技術，建立融合新型物聯網和機器學習技術的監測體系，全面評價運營風險，并有效預測預警故障是建立新型電梯安全運維監測平臺的基礎;最后對于應急救援技術研究，基于新型電梯安全運維監測平臺，融合設備研發，實現遠程應急救援也是提升電梯運營安全的重要方向。

Abstract： At present， there are a large number of high-rise and super-high-rise buildings in various cities. As an indispensable vertical vehicle for high-rise and super-high-rise buildings， elevators have been widely used in buildings. Accidents involving casualties. At present， the research on safety technical means in the operation phase of urban construction is mainly aimed at a certain technical joint or management measure， and lacks a systematic perspective. Based on the accident cases and literature review research， this article analyzes the current status of elevator safety technology in the urban construction operation stage， and provides suggestions for the future research direction and content. Studies have shown that shear， squeeze and fall accidents occurring at the entrances and exits of elevators and hall doors have the highest frequency， which is a major risk for elevator operation safety. Aiming at elevator safety detection technology， the development of multi-index fusion elevator safety detection technology with image recognition and inspection function should be taken as the next direction of development; Finally， for the research of emergency rescue technology， based on a new elevator safety operation and maintenance monitoring platform， fusion of equipment research and development， remote emergency rescue is also an important direction to improve the safety of elevator operation.

關鍵詞：電梯;運維階段;安全風險;檢測技術;監測技術;應急救援技術

Key words： elevator;operation & maintenance;safety risk;detection technology;monitoring technology;emergency response technology

中圖分類號：TU857 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）19-0195-03

0 ?引言

現代城市的高層和超高層建筑體量巨大，電梯是高層和超高層建筑中必不可少的垂直交通工具。電梯系統包含了多種機械和電氣部件，隨著使用時間的增加和設備零部件的老化，如果不及時維護保養或者更換零部件，必然會導致故障率上升，最終誘發安全事故。不同于其他機電設備系統（例如：給排水、暖通空調、照明等）故障主要影響到用戶的舒適度和功能使用，電梯故障更易誘發對人員安全產生直接威脅的事故。

眾多學者對電梯運營安全都展開了較多的研究。2012年辛宏斌等[1]對電梯檢驗的類型和檢測技術主要內容進行論述，提出了預防電梯事故的基本措施。2014年，辛宏彬等[2]支出了當前電梯風險評價的問題和發展趨勢。近年，恩旺等[3]分析了電梯行業軟硬件技術的發展趨勢。這些研究主要針對某一技術關節或者管理措施進行局部研究，缺乏針對電梯安全運營的系統性的視角，可能產生研究方向的偏差和資源投入的冗余。本文基于事故案例和文獻綜述研究對當前城市建筑運營階段電梯安全技術手段研究現狀進行全面分析，為后續研究方向和內容提供建議。

1 ?電梯安全風險現狀分析

1.1 電梯安全主要風險

《電梯制造與安裝安全規范》中把電梯事故分類為：1）剪切，2）擠壓，3）墜落，4）撞擊，5）被困，6）火災，7）電擊，8）由機械損傷、磨損或者銹蝕引起的材料失效等八類。近年來，我國電梯事故統計情況如表1所示。2014年是近年電梯事故最多的一年，全國共發生電梯事故95起。按照事故發生形態分，墜落56起，擠壓、剪切33起，困人3起，跌倒3起。按照發生環節分，使用環節76起，安裝改造環節8起，維保修理環節11起。事故原因中，安全附件或保護裝置失靈事故73起;違章作業或操作不當事故19起;管理不善事故3起。但近些年，我國的電梯事故和死亡人數的總體趨勢在下降，但仍造成較多傷亡。

總體來看，在引發人員傷亡的電梯事故中，剪切，擠壓和墜落事故頻率最高。這些事故大多發生在電梯的出入口、廳門處，是電梯運營安全的重大風險。除此之外，雖然極少引發人員傷亡，但“被困”發生頻次高，也是電梯運營安全的主要風險。

1.2 電梯安全風險因素分析

分析電梯主要風險事故的直接原因包括了“電梯主要部件失效”和“乘客使用不當”，而間接原因主要包括以下四點：①電梯設備老化：我國一線和二線城市由于現代化城市建設較早，已有大量電梯進入到老化期，存在較大的風險隱患。②維護保養質量差：電梯保養亂象橫生。目前電梯出廠質量合格，絕大部分事故的根源主要在于維修保養不到位，維保工缺乏資質，電梯質量隱患不能被及時發現，直到最終釀成事故。③有效監管難度高：運營中的電梯數量龐大，但監測系統不甚完善，多以人力進行監管，造成有效監管難度高。④乘客安全意識薄弱：不少乘客對于電梯安全的認知十分有限，安全意識的缺失不僅反映在電梯的日常使用中，還包括在遇到電梯故障時的自救反應。

作為直接原因的上游因素，這些間接原因也是需要防控管理的主要風險點，通過技術手段提升檢驗、監測和管理效果，可以有效從根源降低電梯事故風險。

2 ?電梯安全技術手段研究現狀分析

電梯安全技術手段將主要從設備的檢測技術、監管技術和救援技術三個方面進行綜述分析研究。

2.1 電梯安全檢測技術

目前我國的電梯檢驗技術已經得到了不斷的創新和改進，朝著高檢測精度階段發展，電梯檢驗儀器也取得了巨大的進展，大大提高了檢測的效率和精度。

2.1.1 針對電梯不同關鍵部位的檢測技術

電梯作為一個復雜的機械電氣系統，針對不同關鍵部位發展有不同的現場無損檢測技術。主要包括：①利用漏磁檢測技術的電梯鋼絲繩探傷檢測。利用探測傳感器在電梯已發生故障的位置進行牽引鋼絲繩檢測，利用現代傳輸技術將漏磁場發出的信號進行重新導入，并以此進行設置，再通過計算機軟件對電梯內部磨損度和電梯檢驗設備的精確度進行分析，最終確定電梯安全狀況[4]。②利用激光測試的導軌無損檢測。利用裝在導軌一端的十字線激光器主機和光靶，通過電腦計算處理后轉化為導軌的線性度和扭曲度，有效顯示導軌狀態與受損害的程度，滿足檢測的目的[4]。③利用紅外熱成像技術的電氣控制系統檢測。在電梯電氣系統的檢測過程中，一般要先用儀器設備對所有應測試電梯元件或部位進行全面掃描，發現電梯電氣系統過熱異常部位并標記，然后重點對異常部位和被檢測電梯電氣元件進行準確檢測，從而判斷電氣控制系統缺陷[5，6]。

2.1.2 基于電梯運行狀態的噪聲振動檢測技術

主要是借助放置在電梯轎廂內的測聲壓級傳感裝置和加速度傳感器測量分析噪聲和振動信號，實現對電梯安全性的評判[7]。

2.1.3 計算機視覺新型技術檢測

目前計算機視覺技術已經在電梯安全檢測中得到廣泛應用，包括轎廂人數統計、超載檢測、異常行為檢測、電梯導軌垂直度檢測、電梯補償鏈表面缺陷監測、開關門防夾檢測等[8，9]。

2.1.4 電梯綜合性能檢測技術

同時采用多種檢測技術，就是電梯綜合性能檢測。時下國內所常見的綜合檢測設備主要是便攜式，該設備的工作原理即為：在設備中裝置多種電子傳感器，利用其完成電梯的綜合測試，同時將測試得出的結果發送至計算機，用來對比測試數據與電梯安全參數，以此檢測電梯的安全性能狀況[10，11]。

綜合分析，雖然當前電梯擁有較多的安全性檢測技術，但仍存在以下不足：①部分檢測項目，例如關鍵部件狀態、電梯開關門狀態等仍依靠人工現場檢查，人力成本高且精確度存在問題;②現有檢測技術常常依賴單一狀態量確定電梯健康狀態可能會導致錯判;③檢測設備系統缺少無線通信功能，不能在遠端獲得檢測結果。

2.2 電梯安全監管技術

電梯智能監管是融合先進技術的一種全新的管理方式。國外在電梯安全監管技術上起步早于國內。例如日本三菱電梯的集散控制方案、美國奧的斯電梯的分級預警功能、日立電梯的智能電梯監控系統。做的最好的是德國蒂森克虜伯公司研發的系統，集幾種技術于一身，但這套系統只能使用在該公司生產的電梯上。我國電梯監管方面起步較晚，還處于相對初步的階段。南京業祥和廣州漢林的監管系統在國內相對先進，它的采集數據傳輸方式多樣，高速可靠，該系統兼容不同品牌電梯，適應性較好，但故障診斷和預警功能不足，通信網絡質量較差，仍有較長的路要走。

綜合分析，雖然當前電梯狀態遠程監測技術較為常見，但其仍存在以下問題：①電梯安全運維監測系統缺乏全面性，主要集成常規監測指標，缺少新型傳感器和人工智能技術在電梯檢測監控系統中的應用;②電梯運維監管技術重點在故障感知和處置，缺乏風險評估和事故（故障）的預測能力。

2.3 電梯安全救援技術

我國現行的電梯救援機制中，電梯維保單位是救援主體。但很多維保單位的人員和技術力量有限，難以覆蓋大范圍電梯救援需求，不能第一時間有效施救。且由于缺乏信息來源，電梯安全監管單位也無法對救援進行監督。所以在很多情況下，最快趕赴現場的是承擔公共救援任務的消防隊員，而他們由于缺乏專業知識，可能采用破壞性手段來解救被困人員，既破壞了電梯設備，又不能保證被困人員安全。當前解決該問題的技術思路是融合高科技手段完善應急救援體系，保證事故發生后，專業救援人員在第一時間趕赴現場施救。現代城市電梯應急救援技術體系由電梯應急救援平臺、電梯遠程監視系統、電梯應急救援隊伍、及電梯應急救援網絡四部分組成[12]，當前技術應用主要集中在電梯應急救援平臺中。

電梯安全救援技術除了圍繞提升應急救援響應速度的技術研究外，還包括出現電梯故障時電梯自身應急技術裝置研發。例如，故障狀態下電梯自平層技術設備[13]以及轎廂定位限速裝置[14]的研發可以有效減輕救援壓力，保障乘客安全。

綜合分析，目前研究主要集中在利用技術手段提升應急管理效果中，應急救援仍主要依靠維修人員奔赴現場，缺乏更為智能的遠程應急救援技術。基于新型電梯安全運維監測平臺信息，融合設備研發，實現遠程應急救援技術也是提升電梯運營安全的重要問題。

3 ?結論

通過針對當前國內城市建筑運營階段電梯安全風險現狀和技術手段研究進行分析，本文得出如下主要結論：①剪切，擠壓和墜落事故是引發人員傷亡頻率最高的電梯事故。這些事故大多發生在電梯的出入口和廳門處，是電梯運營安全的重大風險。除此之外，雖然極少引發人員傷亡，但“被困”發生頻次高，也是電梯運營安全的主要風險。②當前電梯安全性檢測技術存在“部分重要檢測項目仍依靠人工現場檢查”、“現有檢測技術常常依賴單一狀態量確定電梯健康狀態”、“檢測設備系統缺少無線通信功能”等問題。研發具有圖像識別檢驗功能的多指標融合電梯安全性檢測技術是下一步發展的方向。③當前電梯狀態遠程監測技術存在“局限于傳統監測指標，全面性缺乏”和“缺乏風險評估和事故（故障）的預測能力”的主要問題。建立融合新型物聯網和機器學習技術的電梯安全運維監測體系，全面評價電梯運維過程中的風險，并有效預測預警故障是建立新型電梯安全運維監測平臺的基礎。④目前應急救援研究缺乏更為智能的遠程應急救援技術和裝備。基于新型電梯安全運維監測平臺，融合設備研發，實現遠程應急救援也是提升電梯運營安全的重要方向。

參考文獻：

[1]辛宏彬，高勇，井德強，楊新明.電梯檢驗檢測技術綜述[J].機械工程與自動化，2012，1：187-191.

[2]辛宏彬，牛犇，李亞偉，王興昌.電梯安全風險評價研究進展[J].現代制造技術與裝備，2014，2：16-18.

[3]恩旺，劉子金，張淼.中國電梯行業的技術發展與趨勢[J].建筑科學，2018，34（9）：110-118.

[4]姚澤華，沈功田.電梯無損檢測技術[J].無損檢測，2006，28（6）：310-313.

[5]鄭祥盤.基于紅外熱成像技術的電梯電氣系統檢測技術研究[J].中國特種設備安全，2016，32（2）：16-19.

[6]鄭波，徐金海，汪宏，等.基于紅外熱成像的電梯變頻器熱響應特征研究[J].機電工程，2019，36（4）：418-421.

[7]鐘思寧.電梯故障振動監測分析方法的研究[D].天津：天津大學，2017.

[8]李雙全.雙目立體視覺在電梯安全檢測中的應用[D].南京： 東南大學，2017.

[9]冀偉.基于機器視覺的電梯補償鏈表面缺陷檢測案發研究[D].徐州：中國礦業大學，2019.

[10]謝星.基于模糊評判法的電梯安全檢驗與風險評估[D]. 武漢：武漢工程大學，2018.

[11]陳天宇.電梯多參數安全檢測裝置的設計[D].杭州：浙江大學，2017.

[12]韓樹新，馬舜，李忠，等.城市電梯應急救援體系及機制研究[J].中國安全生產科學技術，2019，9（2）：145-150.

[13]毛翰宇.電梯節能及自平層救援系統的研究[D].杭州：浙江工業大學，2019.

[14]林生左.無機房電梯緊急救援時轎廂移動狀態監視系統開發[D].廣州：華南理工大學，2017.