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城市建筑运维阶段电梯安全技术手段研究现状分析

范文

范九巳

摘要：目前各个城市都存在大量的高层和超高层建筑，电梯作为高层和超高层建筑必不可少的垂直交通工具，已经被大量应用在建筑中，随之而来的便是各种电梯故障引起的人员伤亡安全事故。当前城市建筑运营阶段安全技术手段研究主要针对某一技术关节或者管理措施，缺乏系统性视角。本文基于事故案例和文献综述研究对当前城市建筑运营阶段电梯安全技术手段研究现状进行全面分析，为后续研究方向和内容提供建议。研究显示发生在电梯的出入口、厅门处的剪切，挤压和坠落事故频率最高，是电梯运营安全的重大风险。针对电梯安全性检测技术，研发具有图像识别检验功能的多指标融合电梯安全性检测技术应作为下一步发展方向;对于远程监测技术，建立融合新型物联网和机器学习技术的监测体系，全面评价运营风险，并有效预测预警故障是建立新型电梯安全运维监测平台的基础;最后对于应急救援技术研究，基于新型电梯安全运维监测平台，融合设备研发，实现远程应急救援也是提升电梯运营安全的重要方向。

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.

关键词：电梯;运维阶段;安全风险;检测技术;监测技术;应急救援技术

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

中图分类号：TU857 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻标识码：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章编号：1006-4311（2020）19-0195-03

0 ?引言

现代城市的高层和超高层建筑体量巨大，电梯是高层和超高层建筑中必不可少的垂直交通工具。电梯系统包含了多种机械和电气部件，随着使用时间的增加和设备零部件的老化，如果不及时维护保养或者更换零部件，必然会导致故障率上升，最终诱发安全事故。不同于其他机电设备系统（例如：给排水、暖通空调、照明等）故障主要影响到用户的舒适度和功能使用，电梯故障更易诱发对人员安全产生直接威胁的事故。

眾多学者对电梯运营安全都展开了较多的研究。2012年辛宏斌等[1]对电梯检验的类型和检测技术主要内容进行论述，提出了预防电梯事故的基本措施。2014年，辛宏彬等[2]支出了当前电梯风险评价的问题和发展趋势。近年，恩旺等[3]分析了电梯行业软硬件技术的发展趋势。这些研究主要针对某一技术关节或者管理措施进行局部研究，缺乏针对电梯安全运营的系统性的视角，可能产生研究方向的偏差和资源投入的冗余。本文基于事故案例和文献综述研究对当前城市建筑运营阶段电梯安全技术手段研究现状进行全面分析，为后续研究方向和内容提供建议。

1 ?电梯安全风险现状分析

1.1 电梯安全主要风险

《电梯制造与安装安全规范》中把电梯事故分类为：1）剪切，2）挤压，3）坠落，4）撞击，5）被困，6）火灾，7）电击，8）由机械损伤、磨损或者锈蚀引起的材料失效等八类。近年来，我国电梯事故统计情况如表1所示。2014年是近年电梯事故最多的一年，全国共发生电梯事故95起。按照事故发生形态分，坠落56起，挤压、剪切33起，困人3起，跌倒3起。按照发生环节分，使用环节76起，安装改造环节8起，维保修理环节11起。事故原因中，安全附件或保护装置失灵事故73起;违章作业或操作不当事故19起;管理不善事故3起。但近些年，我国的电梯事故和死亡人数的总体趋势在下降，但仍造成较多伤亡。

总体来看，在引发人员伤亡的电梯事故中，剪切，挤压和坠落事故频率最高。这些事故大多发生在电梯的出入口、厅门处，是电梯运营安全的重大风险。除此之外，虽然极少引发人员伤亡，但“被困”发生频次高，也是电梯运营安全的主要风险。

1.2 电梯安全风险因素分析

分析电梯主要风险事故的直接原因包括了“电梯主要部件失效”和“乘客使用不当”，而间接原因主要包括以下四点：①电梯设备老化：我国一线和二线城市由于现代化城市建设较早，已有大量电梯进入到老化期，存在较大的风险隐患。②维护保养质量差：电梯保养乱象横生。目前电梯出厂质量合格，绝大部分事故的根源主要在于维修保养不到位，维保工缺乏资质，电梯质量隐患不能被及时发现，直到最终酿成事故。③有效监管难度高：运营中的电梯数量庞大，但监测系统不甚完善，多以人力进行监管，造成有效监管难度高。④乘客安全意识薄弱：不少乘客对于电梯安全的认知十分有限，安全意识的缺失不仅反映在电梯的日常使用中，还包括在遇到电梯故障时的自救反应。

作为直接原因的上游因素，这些间接原因也是需要防控管理的主要风险点，通过技术手段提升检验、监测和管理效果，可以有效从根源降低电梯事故风险。

2 ?电梯安全技术手段研究现状分析

电梯安全技术手段将主要从设备的检测技术、监管技术和救援技术三个方面进行综述分析研究。

2.1 电梯安全检测技术

目前我国的电梯检验技术已经得到了不断的创新和改进，朝着高检测精度阶段发展，电梯检验仪器也取得了巨大的进展，大大提高了检测的效率和精度。

2.1.1 针对电梯不同关键部位的检测技术

电梯作为一个复杂的机械电气系统，针对不同关键部位发展有不同的现场无损检测技术。主要包括：①利用漏磁检测技术的电梯钢丝绳探伤检测。利用探测传感器在电梯已发生故障的位置进行牵引钢丝绳检测，利用现代传输技术将漏磁场发出的信号进行重新导入，并以此进行设置，再通过计算机软件对电梯内部磨损度和电梯检验设备的精确度进行分析，最终确定电梯安全状况[4]。②利用激光测试的导轨无损检测。利用装在导轨一端的十字线激光器主机和光靶，通过电脑计算处理后转化为导轨的线性度和扭曲度，有效显示导轨状态与受损害的程度，满足检测的目的[4]。③利用红外热成像技术的电气控制系统检测。在电梯电气系统的检测过程中，一般要先用仪器设备对所有应测试电梯元件或部位进行全面扫描，发现电梯电气系统过热异常部位并标记，然后重点对异常部位和被检测电梯电气元件进行准确检测，从而判断电气控制系统缺陷[5，6]。

2.1.2 基于电梯运行状态的噪声振动检测技术

主要是借助放置在电梯轿厢内的测声压级传感装置和加速度传感器测量分析噪声和振动信号，实现对电梯安全性的评判[7]。

2.1.3 计算机视觉新型技术检测

目前计算机视觉技术已经在电梯安全检测中得到广泛应用，包括轿厢人数统计、超载检测、异常行为检测、电梯导轨垂直度检测、电梯补偿链表面缺陷监测、开关门防夹检测等[8，9]。

2.1.4 电梯综合性能检测技术

同时采用多种检测技术，就是电梯综合性能检测。时下国内所常见的综合检测设备主要是便携式，该设备的工作原理即为：在设备中装置多种电子传感器，利用其完成电梯的综合测试，同时将测试得出的结果发送至计算机，用来对比测试数据与电梯安全参数，以此检测电梯的安全性能状况[10，11]。

综合分析，虽然当前电梯拥有较多的安全性检测技术，但仍存在以下不足：①部分检测项目，例如关键部件状态、电梯开关门状态等仍依靠人工现场检查，人力成本高且精确度存在问题;②现有检测技术常常依赖单一状态量确定电梯健康状态可能会导致错判;③检测设备系统缺少无线通信功能，不能在远端获得检测结果。

2.2 电梯安全监管技术

电梯智能监管是融合先进技术的一种全新的管理方式。国外在电梯安全监管技术上起步早于国内。例如日本三菱电梯的集散控制方案、美国奥的斯电梯的分级预警功能、日立电梯的智能电梯监控系统。做的最好的是德国蒂森克虏伯公司研发的系统，集几种技术于一身，但这套系统只能使用在该公司生产的电梯上。我国电梯监管方面起步较晚，还处于相对初步的阶段。南京业祥和广州汉林的监管系统在国内相对先进，它的采集数据传输方式多样，高速可靠，该系统兼容不同品牌电梯，适应性较好，但故障诊断和预警功能不足，通信网络质量较差，仍有较长的路要走。

综合分析，虽然当前电梯状态远程监测技术较为常见，但其仍存在以下问题：①电梯安全运维监测系统缺乏全面性，主要集成常规监测指标，缺少新型传感器和人工智能技术在电梯检测监控系统中的应用;②电梯运维监管技术重点在故障感知和处置，缺乏风险评估和事故（故障）的预测能力。

2.3 电梯安全救援技术

我国现行的电梯救援机制中，电梯维保单位是救援主体。但很多维保单位的人员和技术力量有限，难以覆盖大范围电梯救援需求，不能第一时间有效施救。且由于缺乏信息来源，电梯安全监管单位也无法对救援进行监督。所以在很多情况下，最快赶赴现场的是承担公共救援任务的消防队员，而他们由于缺乏专业知识，可能采用破坏性手段来解救被困人员，既破坏了电梯设备，又不能保证被困人员安全。当前解决该问题的技术思路是融合高科技手段完善应急救援体系，保证事故发生后，专业救援人员在第一时间赶赴现场施救。现代城市电梯应急救援技术体系由电梯应急救援平台、电梯远程监视系统、电梯应急救援队伍、及电梯应急救援网络四部分组成[12]，当前技术应用主要集中在电梯应急救援平台中。

电梯安全救援技术除了围绕提升应急救援响应速度的技术研究外，还包括出现电梯故障时电梯自身应急技术装置研发。例如，故障状态下电梯自平层技术设备[13]以及轿厢定位限速装置[14]的研发可以有效减轻救援压力，保障乘客安全。

综合分析，目前研究主要集中在利用技术手段提升应急管理效果中，应急救援仍主要依靠维修人员奔赴现场，缺乏更为智能的远程应急救援技术。基于新型电梯安全运维监测平台信息，融合设备研发，实现远程应急救援技术也是提升电梯运营安全的重要问题。

3 ?结论

通过针对当前国内城市建筑运营阶段电梯安全风险现状和技术手段研究进行分析，本文得出如下主要结论：①剪切，挤压和坠落事故是引发人员伤亡频率最高的电梯事故。这些事故大多发生在电梯的出入口和厅门处，是电梯运营安全的重大风险。除此之外，虽然极少引发人员伤亡，但“被困”发生频次高，也是电梯运营安全的主要风险。②当前电梯安全性检测技术存在“部分重要检测项目仍依靠人工现场检查”、“现有检测技术常常依赖单一状态量确定电梯健康状态”、“检测设备系统缺少无线通信功能”等问题。研发具有图像识别检验功能的多指标融合电梯安全性检测技术是下一步发展的方向。③当前电梯状态远程监测技术存在“局限于传统监测指标，全面性缺乏”和“缺乏风险评估和事故（故障）的预测能力”的主要问题。建立融合新型物联网和机器学习技术的电梯安全运维监测体系，全面评价电梯运维过程中的风险，并有效预测预警故障是建立新型电梯安全运维监测平台的基础。④目前应急救援研究缺乏更为智能的远程应急救援技术和装备。基于新型电梯安全运维监测平台，融合设备研发，实现远程应急救援也是提升电梯运营安全的重要方向。

参考文献：

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[8]李双全.双目立体视觉在电梯安全检测中的应用[D].南京：东南大学，2017.

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[12]韩树新，马舜，李忠，等.城市电梯应急救援体系及机制研究[J].中国安全生产科学技术，2019，9（2）：145-150.

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[14]林生左.无机房电梯紧急救援时轿厢移动状态监视系统开发[D].广州：华南理工大学，2017.

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