超高層建筑電梯導(dǎo)軌整體鉛垂度的測量方法分析

賈寧寧 袁衛(wèi)華

（南通科技職業(yè)學(xué)院機電與交通工程學(xué)院，江蘇南通226007）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展，城市中超過百米的建筑星羅棋布、鱗次櫛比。建筑物高度超過100 m或40層時，不論住宅還是公共建筑均為超高層[1]。這些超高建筑都配備了安全、舒適的電梯。電梯轎廂導(dǎo)軌是安裝在電梯井道中或樓層之間的兩列垂直的剛性軌道，是轎廂行駛在井道中的安全軌道，為保障電梯安全運行和運行質(zhì)量的重要部件。根據(jù)GB/T 10060—2011《電梯安裝驗收規(guī)范》5.2.5.5規(guī)定，電梯安裝后每列導(dǎo)軌工作面（包括側(cè)面與頂面）相對安裝基準線每5 m長度內(nèi)的偏差均不應(yīng)大于下列數(shù)值：（1）轎廂導(dǎo)軌和裝設(shè)有安全鉗的對重導(dǎo)軌為0.6 mm；（2）不設(shè)安全鉗的T型對重導(dǎo)軌為1.0 mm。對于鉛垂導(dǎo)軌的電梯，電梯安裝后檢驗導(dǎo)軌時，可對每5 m長度相對鉛垂線分段連續(xù)監(jiān)測（至少測3次），取測量值間的相對最大偏差，其值不應(yīng)大于上述規(guī)定值的2倍[2]。

1 測量方法

1.1 重錘直接測量法

掛重錘測量是一種傳統(tǒng)的測量方法。根據(jù)GB/T 10060—2011《電梯安裝驗收規(guī)范》5.2.5.5規(guī)定，先5 m分段測量，記錄數(shù)據(jù)，應(yīng)均小于0.6 mm；然后從頂層導(dǎo)軌懸掛重錘，掛到底層，測量讀數(shù)，應(yīng)不小于1.2 mm。此方法對于普通高度建筑比較適用，但對于超高層建筑，由于重錘的懸掛高度太大、建筑最高層本身的擺動、井道內(nèi)風(fēng)力的影響等因素會造成最下方的重錘擺動幅度非常大，極難測量。有時會采用加大重錘重量、將重錘置于液體中等方法，來減少重錘的擺動幅度，得到比較正確的測量值。此種測量方法雖然測量設(shè)備簡單，但可操作性差，測量結(jié)果誤差也大，在超高層建筑電梯導(dǎo)軌驗收時并不推薦使用。

1.2 重錘計算法

同樣先掛重錘直接分段測量，記錄每5 m長度內(nèi)的偏差數(shù)值，然后以記錄的數(shù)值為依據(jù)，通過計算可得出整體鉛垂度。重錘直接分段測量原始數(shù)據(jù)示例如表1所示。

表1 重錘直接分段測量原始數(shù)據(jù)

注意：表1中記錄的偏差數(shù)據(jù)值應(yīng)均小于0.6 mm才合格，若表1中偏差數(shù)據(jù)值大于0.6 mm，需要對安裝導(dǎo)軌進行調(diào)整。

將表1中的偏差原始數(shù)據(jù)，后一偏差數(shù)據(jù)在前一數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進行累加計算即可得到重錘計算法計算后數(shù)據(jù)表。具體數(shù)值如表2所示。

表2 重錘計算法計算后數(shù)據(jù)表

通過偏差累加計算整理后可得出導(dǎo)軌整體鉛垂度的最大值為2.0 mm，超過規(guī)定1.2 mm，所以此次電梯導(dǎo)軌安裝垂直度不合格，需對導(dǎo)軌進行調(diào)整。此方法測量設(shè)備簡單，操作方便，測量結(jié)果也較為準確。

1.3 激光垂準儀測量法

該方法使用高精度的激光束代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工吊線，使測量精度得到很大提高。激光垂準儀為測量電梯導(dǎo)軌垂直度提供了一個高精度的測量基準，減少了由于基準精度低帶來的測量誤差。用該測量方法仍需要按標準規(guī)定人工測量，每5 m分段測量并記錄數(shù)值。激光垂準儀測量示例如表3所示。

表3 激光垂準儀測量原始數(shù)據(jù)表

判斷此導(dǎo)軌安裝垂直度是否合格需要判定每5 m的偏差值不大于0.6 mm，且導(dǎo)軌的整體鉛垂度不大于1.2 mm。

導(dǎo)軌的整體鉛垂度的計算方法為：取表中導(dǎo)軌偏差數(shù)值最大正值與最大負值，兩數(shù)值之差為導(dǎo)軌整體鉛垂度值。表中偏差最大值為+0.4 mm，最小值為-0.2 mm，則此導(dǎo)軌的整體鉛垂度值為：+0.4-（-0.2）=0.6 mm。

對照規(guī)范，導(dǎo)軌每5 m的偏差值小于0.6 mm且導(dǎo)軌的整體鉛垂度值小于1.2 mm，所以導(dǎo)軌鉛垂度合格。此種測量儀價格適中，設(shè)備簡單易操作。

1.4 全自動激光儀測量法

針對目前電梯導(dǎo)軌垂直度檢測設(shè)備自動化程度不高等問題，很多專家學(xué)者正在研究新的全自動檢測機器人。

張浩研制出一種沿導(dǎo)軌自主垂直運行的機器人系統(tǒng)[3]，機器人系統(tǒng)能夠攜帶測量儀器沿導(dǎo)軌面運行，實現(xiàn)導(dǎo)軌垂直度的自動在線監(jiān)測。檢測原理為以激光自動安平垂準儀發(fā)出的激光為基準，緊貼導(dǎo)軌運行的接收裝置上的光斑經(jīng)CCD相機和圖像采集卡采集到計算機后，通過計算機圖像處理識別出光斑中心的位移量來確定電梯導(dǎo)軌在測量位置的垂直度偏差，同時自動記錄測量所在位置。對閾值分割后的光斑圖像進行自動識別，若為圓形光斑，利用質(zhì)心公式求其中心；若為圓環(huán)光斑，邊緣檢測后，利用霍夫變換求其中心。對于圓的霍夫變換，通過對圓方程求導(dǎo)可把三維參數(shù)空間降低為二維處理，大大降低了運算量……此種測量儀可直接得到鉛垂度數(shù)據(jù)，方便快捷，但價格較高，設(shè)備較多，對操作者要求也較高。

黃偉華提出了激光三角法[4]，該方法將激光投射到導(dǎo)軌表面，利用激光反射完成物體呈像，當物體表面發(fā)生改變時，檢測器上的圖像也會產(chǎn)生相應(yīng)的位移，利用圖像位移與物體實際位移時間的關(guān)系，可以計算獲得真實的物體位移。該方法可能受到井道內(nèi)其他物體反射光的影響，且設(shè)備復(fù)雜，安裝過程復(fù)雜，測量步驟繁瑣，效率較低。

劉旭等人設(shè)計了一款能夠獨立沿導(dǎo)軌運行的機器人[5]，該方法避免了建立檢測基準，提高了檢測效率和檢測精度。但導(dǎo)軌面有附著物、導(dǎo)軌面垂直度誤差等外界因素會使機器人出現(xiàn)振動，使測量精度下降。

2 幾種測量方法的優(yōu)缺點

（1）傳統(tǒng)重錘直接測量或重錘計算法的優(yōu)點：設(shè)備簡單，安裝方便，成本低；

缺點：測量誤差大，檢驗效率偏低，耗時較長，作業(yè)強度大，存在安全風(fēng)險等。

（2）激光垂準儀測量法的優(yōu)點：設(shè)備成本較低，使用方便；

缺點：和傳統(tǒng)重錘法相比其檢測精度提高，但仍需大量人工參與，檢測效率低，誤差大。

（3）全自動激光儀測量法的優(yōu)點：自動化程度高，效率高，檢測精度高；

缺點：設(shè)備成本高，集成度和自動化程度低，目前技術(shù)仍不成熟，設(shè)備使用和推廣仍有局限性，需要繼續(xù)改進。

3 總結(jié)與展望

綜上所述，超高層建筑電梯導(dǎo)軌整體鉛垂度測量有重錘直接測量法、重錘計算法、簡易激光儀測量法、全自動激光儀測量法，其各有優(yōu)缺點，測量時可根據(jù)環(huán)境、條件、人員等因素選用。

目前的電梯導(dǎo)軌垂直度檢測方法仍存在設(shè)備集成度低、方法繁瑣、時間長、精度低等缺點，需要大量的人工參與，增加了安裝與調(diào)試成本。未來，新型設(shè)備的研制方向為提高測量系統(tǒng)的自動化程度及測量精度。