电梯系统综合安全评价方法的研究

　　【摘要】 针对传统电梯安全评价方法的弊端，提出以数据库的方式集合电梯系统的参数和安全要求、整合风险降低措施，进行电梯系统的风险识别，同时以数学语言对安全概念和现象的模糊性进行描述和运算，完成风险评估和风险评定的过程。笔者以提出的多因素风险评价的综合方法和系统安全评判为准则，实现电梯系统的综合安全评价方法。以轿厢系统作为应用实例，运用安全评价方法进行验证，结果表明：该方法对电梯安全评价的研究具有一定的参考作用。

　　【关键词】 电梯系统；安全评价；数据库；风险分析；风险评定

　　0 引言　　

　　随着电梯技术的发展及人们对电梯安全需求的不断提高，对电梯的安全评价越来越受到关注。传统风险评价的特点是在有经验的现场操作人员和专家意见的基础上进行打分评判[1]，其准确性具有很大的局限。安全系统工程的原理和方法经过不断创新和改进，正被国内外业内安全科技及管理人员运用于电梯的风险评价[2]。其中，各种定性评价方法和定量评价方法得到了广泛应用和发展[3]，例如：风险评价理论建立了伤害后果的函数模型[4]；模糊数学中的多层次模糊评价方法提高了风险评价结果的有效性[1]；神经网络技术具有较强的非线性数据处理能力[5]，同时可避免人工确定各指标权重带来的主观性[6]。由上可见，无论是安全系统工程的发展还是其他学科与其的交叉融合都大大提升了电梯的安全评价理论水平和研发了更多的新方法。

　　我国制定的与电梯相关的安全规范，在过去11年中修订多次，增加了不少新的安全要求。同时，大量已使用多年的电梯及应用新技术和新工艺后的电梯，在某些方面不符合现行的电梯安全规范。目前与电梯安全评价有关的标准或以原则和程序为目的[7]，或以电梯工作性能为基础[8]，或集中于制造和安装过程中的安全要求[9]，难以直接应用于电梯系统的安全评价。电梯的系统及部件复杂，人员对电梯的相关操作类型众多[2]，可能伴随他们的危险也有多种类型。因而产生的条目众多的安全评价内容，使在现场进行操作并快速得出结论增加了不少困难。现有标准中都是对电梯单项风险的评价，如何得到对于一个由很多部件和子系统组成的复杂系统的综合评价，目前还没有完整的方法和程序。

　　因此，拟定电梯系统新的基本安全要求和危险等级表，建立一套比较完善的电梯安全评价程序、评价准则和评价方法，将电梯各部件在各项操作中的安全要求建立数据库并使其具有不断更新的能力，同时形成对电梯系统整体的综合安全评价，已成为国家特种设备主管部门、电梯生产企业、管理人员、科技工作者共同关心而值得研究且急需解决的问题。

　　1 电梯系统综合安全评价方法

　　1.1 方法概述

　　电梯系统综合安全评价方法的目的是为电梯风险评价制定统一和系统的原则和程序，集合设计、使用、安装、维修、事故以及有关伤害的知识和经验，识别由各种危险、危险状态和伤害事件引起的伤害风险，综合从设计、制造至报废电梯寿命期间各个阶段的电梯风险评价。

　　电梯系统综合安全评价方法是一个用于实践操作的过程，包括了以下步骤：

　　1)由电梯的属性和安全要求数据库出发进行风险识别；

　　2)对每项风险进行风险评估，确定风险等级；

　　3)风险评定，确定是否需要采取安全措施来降低风险；

　　4)执行降低风险程序，采取安全措施尽可能消除危险；

　　5)综合各项风险评价结果形成安全评价报告。

　　依据电梯安全检查主要步骤，综合安全评价系统的流程框图，如图1所示。

 

　　图1 综合安全评价系统的流程框图

　　电梯系统综合安全评价方法是一个对电梯系统安全概念和现象在演化时的中介性、亦此亦彼性、模糊性进行科学描述的过程。安全是一个模糊性的概念，风险的可接受和不可接受的界限是模糊的。同样，风险的不确定性主要取决于风险本身所固有的模糊属性，要采用模糊数学的方法来刻画与研究。

　　电梯系统综合安全评价方法是一个风险评价和风险降低的迭代过程。经过系统的风险识别后，进行风险评定。对于不可接受的风险，则需要按照降低风险程序得出进一步减少风险的安全措施。当重复该程序时，就形成了尽可能消除危险和实施防护措施的迭代过程。

　　电梯系统综合安全评价方法是一个由单项风险评价综合为电梯系统整体安全评价的过程。由电梯系统、相关人员、危险类型的复杂性决定了这是一个由简单到复杂、由个体到整体、由单一到综合的过程，其中的方法包括广义加权、专家系统等。

　　电梯系统综合安全评价方法用于系统地识别与电梯相关的危险，对电梯系统安全概念和现象进行科学的描述，以一系列结构化的逻辑步骤完成尽可能消除危险的迭代过程，最终综合各项风险评价形成电梯系统整体的安全评价。该方法是一种应用于电梯系统安全评价的综合性、系统性、可行性、结构化的方法。

　　1.2 综合安全评价系统的数据库

　　以数据库的方式集合各项风险识别、整合各种安全措施，是实现电梯系统综合安全评价综合性、系统性的有效方法。数据库具有灵活而可不断修改、补充、完善的特点。

　　1.2.1 电梯系统安全规范数据库和参数数据库

　　由电梯系统参数参照安全规范进行风险识别的方法需要建立电梯系统安全规范数据库和电梯系统参数数据库。

　　电梯系统安全规范数据库的作用是涵盖安全评价内容，是判断风险是否存在的根据。电梯系统安全规范的出发点是一个对使用电梯或与电梯相关的所有人员通用的安全水平，以与某一个具体的电梯子系统有关的危险位置为基础进行分组，包含：轿厢、轿厢出入口、井道、工作区域、电梯控制系统以及一般基本安全要求。《电梯安全要求——第一部分：全球电梯基本安全要求》[8]对建立电梯系统安全规范数据库具有指导作用。

　　电梯系统的属性由电梯系统的参数决定，包括：井道、机房、轿厢、门、对重、驱动主机、电气控制系统等这些部件或区域中的几何尺寸、材料特性、运动状态、部件特征、环境影响等。电梯系统的参数可以用树状图来描述。因此，建立的电梯系统参数数据库能用于表现整个电梯系统的属性。电梯系统参数是对安全评价内容的具体化，是电梯系统中风险存在的根源。

　　1.2.2 后果伤害数据库和改进措施数据库

　　风险识别的结果是危险状态、危险的原因及后果的表述，它是进行风险评估和风险评定的前提。后果伤害数据库是后果伤害事件的集合。伤害事件的类型有来自机械原因的、来自电气原因的、来自热原因的、来自化学原因的及因忽视人类工效学引起的等。后果伤害数据库是建立改进措施数据库以及对电梯系统进行综合风险评价的必要条件。

　　经过风险评定，如果风险不能被接受，那么就应通过改进措施来降低风险，直到风险可以被接受。改进措施数据库的建立以电梯参数数据库作为基础，并可包括重新设计、更换设备、采用新技术、改变使用程序等手段。改进措施数据库中被采用的内容是电梯系统综合安全评价的必要组成部分。

　　1.3 电梯系统的风险分析

　　风险分析主要包括了两个部分：即风险识别，风险评估。风险分析为风险评定提供所需信息。

　　1)风险识别是确定危险存在并描述其特性的过程。危险是电梯系统的一种属性，危险状态是人员(财产或环境)暴露于一个或多个危险的状况。人员(财产或环境)与一个或多个危险发生关系是产生风险的原因，其后果可能包括伤害。风险识别的范围依赖于风险评价主题的确定。风险评价主题包括：完整的电梯系统或其中的部件或子系统、与电梯系统相关的人员、与电梯系统相关的过程等。通过建立电梯系统参数数据库、电梯系统安全规范数据库和后果伤害数据库可对此进行完整和详细地描述和总结。

　　2)风险评估是一个以精确的数学语言对安全概念和现象进行描述的过程，其目的是确定风险要素的等级并由此确定风险等级。与危险有关的风险是危险情节引起伤害的严重程度和伤害发生概率的函数[7]，即风险是一个二位概念，可分解为伤害的严重程度和伤害发生概率这两个风险要素。

　　应用模糊集合论中隶属度的概念可以将这两个风险要素以精确的数学语言进行描述。例如：在一个情节中可能发生伤害的严重程度可被评估为下列之一：高、中、低、可忽略。

　　伤害发生的概率等级可被评估为下列之一：频繁、很可能、偶尔、极少、不大可能、不可能。参照危险等级表综合衡量两个风险要素可以进行风险等级的评估。

　　1.4 以部件/局部风险评价为基础的整体/综合安全评价方法
　　
　　1.4.1 多层综合评价模型

　　在复杂系统中，可将众多考虑的因素分成不同的层次。把因素按某种属性分成几类，先对一类进行综合评价，再对评价结果进行类之间的深层次综合，即以层次细分代替因素以及权重的细分，这便是多层次综合评价模型的方法[10]。对于电梯系统这种因素结构复杂的系统作出全面合理的安全评价而言，这是一种十分有效、便捷、全面的评价方法。

　　电梯系统的安全评价因素可参考电梯系统参数的树状结构进行排列和组织，如图2所示。

 

　　图2 电梯系统多层综合评价模型示意图

　　根据图2，可确定电梯系统综合评价因素集U及各个子评价因素集。其中，{u1，u2，u3，u4，u5，u6，…}为第一层评价因素，{{u11，u12，…}，…，{u31，u32，u33，u34，u35，…}，…}为第二层评价因素，{…，{u351，u352，u353，u354，…}，…}为第三层评价因素，其余以此类推。

　　1.4.2 多因素安全评价的综合方法

　　根据单因素的电梯安全评估方法可以得到每一个因素的风险等级，应用多层综合评价模型的方法，可以将某一部件或区域所有因素的风险等级综合后得到这一部件或区域的风险等级，将所有部件或区域的风险等级综合后可得到电梯系统总体的风险等级。综合的方法可应用以下原则：

　　1)如果电梯中某因素出现Ⅰ类风险，即不能接受的风险，则可认为电梯总体不能接受。

　　2)如果电梯中未出现Ⅰ类风险，可通过风险等级对各因素分配不同的权重，相加后得到总体的风险数值。即

 

　　式中，

　　RZ——电梯总体的风险数值；

　　n——因素数量；

　　Ri——因素权重；

　　α——区别两个风险等级程度的值；

　　β——对应风险等级的值。

　　最终电梯总体的风险等级可通过专家经验或数理统计将RZ转换得到。Ri根据不同的相关人员取不同的数值，例如：健康的人和有某种身体残障的人

　　取的值是不同的，通常可取为1。α值代表两相邻风险等级对结果影响的区别，α值越大区别越大，通常可取为10。β值可如此取值：风险等级Ⅰ——3；风险等级Ⅱ——2；风险等级Ⅲ——1。

　　根据专家经验或数理统计可以不断完善公式参数的取值和系统风险等级的评判准则。

　　2 轿厢安全评价示例

　　由于电梯系统的综合安全评价是一个系统工程，如果综合每一个因素的风险评价，过程将十分复杂。为了说明该方法的思路，笔者以轿厢系统的部分综合安全评价作为示例进行详细分析。

　　列出部分关于轿厢的风险评价项目，如表1所示。危险的严重程度的等级划分和危险发生的可能性对应的频率等级划分，以及综合衡量这两个风险要素后确定的风险等级可参考文献[7]。轿厢系统总体的风险等级可以参照表2进行划分。

　　表1 部分轿厢安全评价项目

 

　　表2 系统总体风险等级划分

 

　　表1中第2项、4项的风险等级为Ⅰ，为不可接受。

　　第2项经过改进措施②后，风险等级降为Ⅱ；

　　第4项经过改进措施⑤后，风险等级降为Ⅱ。

　　在此基础上，对轿厢系统进行综合安全评价。

　　根据式(1)，可得到轿厢系统总体的风险数值：

 

　　根据表2，轿厢系统总体的风险等级为Ⅱ级，不希望轿厢系统存在这样的风险等级。

　　经过改进措施①，③，⑥的实施后，轿厢系统总体的风险等级数值：

 

　　与改进措施实施前相比较减小很多，轿厢系统总体的风险等级为Ⅲ级，可以接受。

　　该实例体现了笔者所述方法的使用效果，其结果简单明了。通过对其在电梯系统其他各方面的应用，可最终形成电梯系统整体的安全评价。

　　3 结论

　　1)应用数据库于电梯系统风险识别的集合、风险降低措施的整合，使电梯系统安全评价具有系统性、综合性、实时性和结构化的特点。

　　2)风险评价包含了以精确的数学语言对安全概念和现象进行描述，经过运算后最终又将评价结果总结为模糊性的人类语言的过程，这使笔者的方法具有精确而灵活的特点。

　　3)对于电梯系统多因素的安全评价，建立多层综合评价模型，通过广义加权的方法将单项风险评价综合为系统整体的安全评价，使笔者对电梯系统安全的评价具有全面性、结构性的特点更加明确。

　　4)由于电梯这个复杂系统中所产生的风险情节并不能完全对应于系统参数，对于一些条件描述宽泛或笼统的风险情节，笔者所述的方法会存在不足之处；对于一些具体参数，在运用定量安全评价方法时，则需要较多的实践经验并与其他安全评价方法相结合。

　　5)基于在电梯系统中应用数据库进行综合安全评价的优点，该方法将成为电梯系统安全评价的必然趋势，为电梯的设计、制造、运营等提供决策依据，建立可预测的、科学的安全管理体系，使其变得更安全、合理、有效益。