基于多重賦權- 灰色關聯法的電梯安全評價

李 恒 趙金強 王新慧 丁彥龍

（中國特種設備檢測研究院 北京 100029）

根據國家市場監督管理總局特種設備安全監察局公告顯示，截至2021年底，全國范圍內電梯總數為879.98 萬臺，以每年10%左右速度快速增長，占八大類特種設備（除壓力管道及氣瓶以外）總數的45.45%，本年度內發生電梯安全事故23 起，死亡17人[1]。電梯安全面臨基數大、增長速度快、老齡化嚴重、故障率高的嚴峻形勢，直接影響乘客的生命安全，甚至造成惡劣的社會影響，也為政府機構電梯安全管理提出新的命題。因此進行電梯安全評價的研究，科學掌握風險水平及規律，可有效指導電梯使用、檢驗檢測及監督管理等工作，保障人民群眾安全。

目前國內外學得已對電梯安全評價開展了大量的探索，并對電梯質量安全提升起到積極的推動作用。如萬林等人[2]綜合AHP 法、CRITIC 法和模糊綜合評價理論的優勢，構建出一種評價體系，實現對電梯的評價；李中興等人[3]建立修正的電梯安全評估模型，通過分析電梯部件的風險指標，研究電梯整體風險等級；李向東等人[4]提出基于3 種模型的神經網絡電梯安全評估方法，并對仿真結果進行驗證等。本文在綜合其他學得研究成果的基礎上，提出一種基于多種組合權重的灰色關聯分析法電梯安全評價方法：從使用管理、相關人員、使用環境及設備本體4 個方面綜合考慮，設定32 個評價指標；為避免單一方法帶來的系統誤差，采用多重組合的賦權方法確定綜合權重；最后采用灰色關聯法，基于綜合權重的基礎上，分別計算一級指標和二級指標對評價總目標的關聯系數，量化電梯的安全狀態。

1 電梯安全評價模型的構建

1.1 評價模型構建

電梯安全性能不僅與設備的本體有密切關系，同時也受管理、相關人員及涉及環境等因素的影響。本文在查閱行業內相關專家工作的基礎上，建立基于模糊層次分析法及熵權法相結合，多重優化權重的灰色關聯分析評價電梯安全評價模型，具體流程如圖1所示。

張哲[22]等實驗研究了空氣源熱泵機組蒸發器結構變化對其結霜特性的影響。結果表明，蒸發器結構參數對蒸發器結霜速度具有很大的影響，管排數越多，肋片間距越小，蒸發器結霜越嚴重。

圖1 電梯安全評價流程

1.2 風險指標體系建立

為保證評價工作的合理性和有效性，遵循系統性、可比較性、可操作性及可拓展性的原則[5]，同時參考制造、檢驗檢測及監督管理相關法規標準，從設備使用管理、相關人員、涉及環境因素及設備本體4 個方面考慮，形成了4 個一級指標和32 個二級指標的三級評價體系，如圖2所示。

成本型指標：

圖2 電梯安全評價指標體系

2 基于組合賦權-灰色關聯的電梯安全評價方法

2.1 基于FAHP-EWM 法的組合賦權

●2.1.1 FAHP 法確定主觀權重

FAHP 法是20世紀70年代美國學得提出的一種定性與定量相結合的系統分析方法，根據評價目標將指標按模塊層次分解，構成一個由下而上的梯階層次結構，與層次分析法相比，接近實際應用，能夠提高決策可靠性，其步驟如下[6]：

1）建立判斷矩陣。組織專家對評價目標進行研究，并對同層級的指標進行比對，建立模糊互補的判斷矩陣A=(aij)n×n，aij表示第i個指標相比第j個指標的重要程度，判斷方法采用0.1～0.9 標度法，見表1。

表1 0.1～0.9 標度法及含義

2）構造模糊一致性矩陣。將原始判斷矩陣按行求和，然后進行數據變換，得到一致性矩陣B=(bij)n×n，其中

3) 報警數據分析。據該公司運行裝置的要求定義報警準則，根據報警位號、報警泛濫、優先級等多種報警類型進行分析統計，分析內容包括報警系統KPI評估報告、報警系統診斷報告、報警管理系統的周報和月報等。

3）計算指標權重。采用行和歸一化法求得指標權重ωj，排序向量記為ωF，即

采用預應力鋼絲繩加固后，PC梁的裂縫寬度、跨中撓度、鋼筋應變分別降低了50%、 23%和21%。相對于抑制撓度和鋼筋應變而言，預應力鋼絲繩加固對裂縫寬度的控制最為明顯。預應力鋼絲繩加固可以顯著地提高PC梁的承載力。

●2.1.2 EWM 法確定客觀權重

3）取距離函數法和最小信息熵法計算的權重的平均值作為最終的評價權重值，記為ωFE，即

1）FAHP 法計算指標的主觀權重。專家團隊通過實地調研、問卷調查、網絡數據分析、電話咨詢等方式，分別對評價體系的一級指標及二級指標同階層相鄰指標按照模糊層次分析方法0.1～0.9 標度法進行比較打分賦值，構造出判斷矩陣A-B、B1-C、B2-C、B3-C以及B4-C。

浮游植物、輪蟲、原生動物及浮游甲殼動物DCA排序結果如圖3所示。浮游植物群落組成排序顯示，不同季節的采樣點在排序圖中被明顯區分開，尤其是冬季采樣點位置遠離其他三季，僅春、夏兩季采樣點略有相交。原生動物排序圖則顯示，原生動物種類在冬春兩季區別較大，表明冬季至春季時，原生動物種類變化較為明顯；浮游甲殼動物則是春夏兩季區別較大，表明春季到夏季時其種類變化較大；輪蟲四季沒有明顯差異。

效益型指標：

辛北爾康普(Siempelkamp)公司與Action Tesa公司在幾年前的IndiaWood展會開始合作。

式中：maxxj，minxj——所有方案第j項指標中的最大值和最小值。

2）計算第j個指標下的第i個方案的特征比重pij，即

3）計算第j項指標的熵值qj，即

可變尺度池化的思想就是把不同輸入特征尺寸，通過池化函數以不同大小的滑動窗口和步長來提取特征，把不同尺寸的輸入映射到固定尺寸的輸出。可變尺度池化層運算的示意圖如圖3所示。

●2.1.3 組合賦權

模糊層次分析法確定權重過程中依賴于專家的經驗及主觀認識，熵權法主要依賴于數據本身，得到權重結果較為客觀。為了既能反映出專家對電梯安全狀態的主觀判斷，又能保留原始數據的客觀規律，采用組合賦權的方法，不但能消除各自的缺點，而且能提高評估的精確性和有效性[8]。本文為消除單一的取值方法帶來的系統誤差，運用距離函數法和最小信息熵法分別求得2 個組合權重，然后取平均值作為最終的權重。具體步驟如下[9]：

1）距離函數法。假設主觀和客觀權重之間的距離函數為d（ωF，ωE），其表達式為：

組合權重為主、客觀權重線性加權后的結果，記為ωFE1，即

（1）按照基礎優先，理論與實踐結合，后期個性化學習的方式，加強學科基礎的學習。專業課程旨在實現教學目標的前提下進行改革，將課堂教學時間減少，給予學生更多工程教育實踐機會。

《呂氏春秋》里記載了一個故事。有人過江，見一人正要把一個嬰兒投到江里去，孩子啼哭不止，過江的人忙問原因，那個人說：“此其父善游。”

為保證不同權重之間的差異程度一致，使距離函數d（ωF，ωE）滿足以下要求：

其中，

2）最小信息熵法。根據最小信息熵原理，本文運用拉格朗日乘子法計算組合權重，記為ωFE2，即

EWM 法是一種利用原始數據信息，通過信息熵理論計算各評價指標的熵值，進而確定權重的一種客觀賦權方法。假設某評價方案，有m個樣本，各有n個指標，即構建出評價矩陣X=(xij)m×n。具體步驟如下[7]：

式中：α，β——2 種權重的分配系數。

2.2 基于灰色關聯度的安全評價

灰色關聯度評價法，通過計算待評方案與理想方案的關聯度值，來確定方案的優劣程度，評價過程計算數據量小，可操作性強，基本不會出現量化結果與定性分析不符的情況，經行業內多個專家研究可有效應用于機電類設備的安全評價工作。本文應用灰色關聯分析理論對電梯的安全狀態進行評價，把控電梯安全動態，為使用及監督管理等工作提供指導意見。具體步驟如下[10]：

德州儀器（TI）是世界上最大的半導體公司之一。德州儀器始終致力于提供創新半導體技術，幫助客戶開發世界最先進的電子產品。德州儀器的模擬、嵌入式處理以及無線技術不斷深入至生活的方方面面，從數字通信娛樂到醫療服務、汽車系統以及各種廣泛的應用，無所不在。

1）確定分析序列。假設有m個評價方案，各有n個指標，比較序列為Ti={ti(k)|k=1，2，…，n}。按照本文建立的評價體系，指標分為成本型和效益型2 種，在參考序列的選擇過程匯總，對于成本型指標值越小越好，對于效益型指標值越大越好，參考序列記為T0={t0(k)|k=1，2，…，n}。由比較序列和參考序列共同構成分析序列，即T=(tij)m×n。

2）分析序列的無量綱化處理。為消除矩陣的量綱，本文采用區間值變換法進行數據規范化處理，得到標準化矩陣Y=(yij)m×n。

3）求差序。計算標準化矩陣參考序列行和對應比較序列行的絕對差值，得到矩陣Δij。

4）利用熵值計算各指標的權重ωj，得到指標排序向量ωE=（ω1，ω2，…，ωn），即

4）求兩極最大值M和最小值m。

5）求關聯度矩陣。計算參考序列與比較序列的關聯系數，得到并聯系數矩陣ξij。計算式中ρ為分辨系數，在［0，1］之間，本文取ρ= 0.5。

6）計算評價方案關聯度Rk。根據關聯度值大小，對參評方案進行排序。

3 實例驗證

以某市5臺相同技術參數的乘客電梯為研究對象，開展電梯安全評價研究，分別位于住宅小區、娛樂場所、商場、機關單位及戶外過街天橋，主要技術參數為額定載重量1 000 kg、額定速度1.5 m/s、5 層5 站。邀請電梯相關行業內的10 名專家組成評價組，涵蓋電梯制造、安裝、維護保養、檢驗檢測、監督管理、使用單位及乘客等，保證評估結果的系統性和全面性。

專家團隊根據建立的風險評價體系，按照指標參數的確定方法，對32 個二級評價指標進行打分和數據采集，其中指標C11～C13、C21～C48均屬于效益型指標，進行灰色關聯度分析評價時參考值取指標最大值，C14～C18為成本型指標，參考值取指標最小值，最終形成的比較序列和參考序列見表2。

表2 電梯安全狀態評價比較序列和參考序列

3.1 指標權重確定

1）數據標準化處理。計算過程中指標分為成本型和效益型2 種，為消除評價指標標準選擇不一致帶來的影響，需對矩陣進行標準化處理，若在計算過程中出現數值為0，為維護原始矩陣評價的有效性，將數據整體向右平移，即eij＋0.000 1，得到標準化矩陣Y=(yij)。

根據式（1）～式（3）分別求得兩級指標的權重，然后利用各個二級指標權重乘以對應的一級指標權重，得到二級指標對總目標的主觀權重值ωF。

2）EWM法計算指標的客觀權重。根據式（4）～式（8）對專家打分形成的原始矩陣依次進行標準化處理、計算指標比重、熵值及權重。其中數據處理時，C14～C18按照成本型指標處理，其余的按照效益型指標進行處理，最終求得客觀權重ωE。

3）確定綜合權重。根據式（9）～式（14）先后用距離函數法及最小信息熵法分別求得2 個綜合權重ωFE1和ωFE2，最后取兩得的平均值作為方案的最終權重，即ωFE=（0.026 7、0.029 6、0.027 7、0.029 7、0.029 4、0.027 8、0.032 8、0.033 6、0.031 4、0.036 1、0.035 7、0.034 5、0.030 0、0.032 5、0.028 0、0.026 8、0.033 3、0.025 9、0.029 0、0.034 1、0.029 6、0.034 8、0.035 4、0.040 6、0.030 0、0.028 2、0.030 5、0.033 5 、0.031 9、0.028 6、0.033 8、0.028 5 ）。

計算過程中，先后求得的主觀、客觀及兩重綜合權重數值見表3。

3.2 基于組合權重-灰色關聯的電梯安全評價

1）數據處理計算關聯系數。首先確定參考序列和比較序列，根據式（15）形成評價分析序列，并按照式（16）采用區間值變換法對分析序列進行無量綱化處理；然后利用式（17）求得差序矩陣，再結合式（18）～式（19）求得4 個一級指標的兩極最大值和最小值，計算值分別為：M1=0.0525，m1=0，M2=0.800，m2=0，M3=0.875 0，m3=0，M4=0.833 3，m4=0；最后根據式（20）～式（21）求得各指標與參考序列的關聯系數，見表4。

表4 評價指標關聯系數

2）初級安全評價。根據式（21）計算4 個一級指標對評價總目標的關聯度，計算結果見表5。以使用管理因素B1為例，關聯度排序為電梯4 ＞電梯1 ＞電梯3 ＞電梯5 ＞電梯2，對應的也就是各方案與理想方案的關聯順序，可見方案4 使用管理綜合得分最高，經專家團隊現場調查復核，符合評價結果，該電梯使用單位為某機關單位，使用管理程序較為規范，維護保養實施到位，設備全年故障及投訴現象較少。

面對這些問題，當地旅游管理部門責無旁貸，不僅要在事發之后進行查處，同時還要“防患于未然”，從根本上治理旅游亂象。與其后發制人，在城市名譽被損害后再行動，不如主動出擊，在游客到來之前就造就一個良好的旅游環境，形成口碑效應。

表5 初級安全評價關聯度值

3）綜合安全評價。由初級的安全評價結果可以看出，影響電梯安全狀態的各個指標影響作用不盡相同，不能直接反映電梯的總體安全狀態，需進行綜合安全評價，根據式（21）計算5 臺電梯綜合安全關聯度分別為0.658 1、0.631 6、0.665 4、0.810 5、0.567 9，評價結果排序為電梯4 ＞電梯3 ＞電梯1 ＞電梯2 ＞電梯5。

此次研究中,使用腹腔鏡檢查,有47例子宮漿膜下肌瘤,10例盆腔粘連,18例輸卵管堵塞,17例卵巢囊腫,14例子宮穿孔和腫塊。有46例輕度疼痛,49例中度疼痛,11例有迷走神經刺激癥狀。患者平均手術花費24.5 min,平均出血31.5 m L。對患者患者了半年的隨訪,有2例失聯,共有40例子宮漿膜下肌瘤患者月經正常,7例改善。10例盆腔粘連患者接受分離手術后,子宮形態恢復,內膜生長良好。有17例卵巢囊腫患者癥狀改善。有12例輸卵管堵塞的患者均成功妊娠,有3例疏通。

由評價結果可知，方案4 的設備整體安全狀況最高，其中有3 項一級指標關聯度為第一，整體符合現場實際情況，該設備整體管理到位，使用環境相對較好，設備本體安全狀況優良；方案3 為某商場電梯，使用管理較為規范，但是由于處于公共場所，該設備使用環境相對較復雜，使用頻率高，存在少量的安全隱患；方案1 為某住宅小區電梯，使用管理水平一般，設備使用年限較長，存在維護保養不到位的跡象，且設備存在一定的安全隱患；方案2 為某娛樂場所電梯，使用管理水平一般，使用環境較差，設備頻繁故障困人，存在較大的安全隱患；方案5 為某過街天橋電梯，設備雖屬行業內一線品牌，安全性能相對較高，但是由于使用環境較為惡劣，運行頻繁，管理和維護存在不到位的現象，故障頻發，存在較大安全隱患，需加強安全管理綜合能力提升。

結合實際，對微機繼電保護裝置做日常維護方案的設定，針對設備本身特性，明確設備運行人員不僅需要掌握設備操作方式和操作細節，更要對其具體工作流程有客觀認知，全面提升自身綜合專業技術，以此保障設備運行的可靠性。檢修過程中，要做好詳細記錄檢查的結果明確故障發生原因，做好應對方案，保障微機繼電保護裝置整體運行效率。

4 結論

本文探討了當前國內外電梯安全評價的現狀，提出一種基于多重組合賦權的灰色關聯分析法電梯安全綜合評價模型，同時選取某地區5 臺有代表性的電梯為研究對象進行驗證，得出如下結論：

1）電梯的安全水平不僅限于設備本體的狀態，同時受使用管理水平、相關人員、使用環境條件等因素共同影響。因此本次安全體系的構建，是在考慮這4個主要因素的前提下，選定32 個對應子指標。

2）采用多重組合賦權的方式，既兼顧單一賦權方法的優勢，又能消除人為主觀因素的影響，提高指標權重的科學性和合理性，客觀反映電梯的真實安全水平。

一是加快生態清潔小流域建設理念推廣。圍繞服務城鄉一體化發展，努力拓展工作外延。將生態清潔小流域治理理念推廣到清河、涼水河等大中型流域的規劃與治理工作中。編制平原區生態清潔小流域規劃，在順義、豐臺、海淀、石景山、大興等區縣開展生態清潔小流域建設，使水土保持工作從小流域走向大流域，從山區走向平原。

3）基于組合權重，使用灰色關聯度分析分級對電梯的安全狀態進行評價，有效掌握不同因素條件對設備影響水平。最終通過實例驗證評價結果較為可靠，可為電梯生產、使用及監督管理等單位提供一定參考作用。