基于多層次模糊算法的電梯安全評價方法研究

南京市特種設備安全監督檢驗研究院　賀　海　王　月

基于多層次模糊算法的電梯安全評價方法研究

南京市特種設備安全監督檢驗研究院賀海王月

針對電梯使用安全的評估，基于模糊算法，本文提出了電梯使用風險的多層次模糊評估方法并對該方法進行理論分析。本文根據上述方法對電梯制動器制動力不足的風險進行了評估并確定了其風險的嚴重程度。根據風險評估的結果，可以通過整改措施來降低風險。

電梯安全；風險；安全評估；模糊算法

隨著社會的不斷快節奏地發展，以及現代電子技術及新型材料的興起，電梯技術的發展及使用越來越離不開人們的生活和生產活動。電梯作為與人們生活和生產關系密切的交通和運輸工具，其運行安全關系到人們的日常生活質量和生產安全。因此，電梯使用安全評價方法的研究對于保障人們的生活質量以及提高生產效益有很重要的意義。

常用的安全評價方法如神經網絡法［1］、故障樹法［2］和模糊多層次綜合評估法［3］等都可以用于電梯的安全評價中。與神經網絡法和故障樹法相比較，模糊多層次評估法在各個領域的安全評價中都有較成熟的應用，南京市特檢院也采用了這種方法對橋門式起重機進行安全評價［4］。

1.電梯系統中的風險

1.1電梯的安全特征

電梯作為特殊的機電系統，其安全性能包括機械和電氣兩個方面的安全，使用過程中需要保證使用人員、維護保養人員、檢驗檢測人員以及電梯井道、機房或滑輪間外人員的安全。電梯的空間涉及使用空間和運行空間，轎廂作為電梯的使用空間，是一個被設法保證安全的空間，井道作為轎廂運行的空間，是一個危險的空間，層門外的空間是一個相對安全的空間。電梯在正常運行過程中產生的加、減速度都要保持在乘客所能承受的范圍內，一些非正常的加、減速度會對乘客產生一定的傷害。電梯安全不僅僅依賴于技術，還需要管理及教育，三者相結合，是電梯安全的重要特征［5］。

1.2電梯中存在的風險

電梯系統不可能絕對安全，某些風險在系統中是不可消除的，可以通過一些方法進行降低發生的概率。因此，電梯系統中的人員或者設備只能是相對安全，電梯系統的安全是通過充分的降低風險來實現的。電梯系統中的風險主要來自于機械、電氣、火災等幾個方面。機械方面主要來自轎廂、對重、門系統等運動部件的運動；電氣方面主要來自控制系統故障等；火災方面主要指機房、滑輪間、井道、轎廂內發生火災的危險。

2.電梯系統中風險的模糊評價方法

2.1風險要素的模糊評估

風險的要素有兩個：傷害的嚴重程度和傷害發生的概率。模糊統計法是讓一些安全評價人員根據自己的思考，獨立確定某個風險的風險要素評估，由于他們對這個風險的理解有所差異，評估的結果也有所不同。統計評估結果在風險要素的評價元素上出現的頻率，即隸屬頻率，從中確定隸屬度［6］。在一個風險事件中可能發生傷害的嚴重程度的評價集可以確定為：。

2.2風險要素的多層次模糊評估

電梯作為一個復雜的機電系統，一般情況下一個風險的發生與多個因素有關，本文采用多因素的多層次模糊評價方法進行風險評估。多層次模糊評價是一種運用模糊數學方法，對系統中多個相互影響的因素進行綜合評價的方法。

2.2.1模糊綜合評價的一級數學模型

（1）給出評價集

其中，m為評語數。

（2）確定因素集

n為因素個數。

（3）確定權數

在因素集中，按其重要程度不同給出相應的權數分配：

確定的方法有統計法、專家評議法，以及層次分析法、兩兩對比法、德爾斐法等。

為了便于判別和比較各權數之和，應符合歸一化原則，即：

（4）建立一個從U到V的模糊映射：

由f可得到模糊關系矩陣R：

上式中R稱為一級模糊矩陣。

（5）綜合評價及結果

有了一級模糊評價矩陣R和各因素的權數矩陣A，可做出綜合性評價，其公式為：

2.2.2多層次模糊評價的數學模型

在風險評價過程中，如果使用一級模糊評價模型去評價一個影響因素較多的風險事件，則會因為權數ai過小以及相互之間難以權衡比較，而不能準確的對風險進行評價。因此，在影響因素較多的情況下，一般采用多層次模型。方法如下：

（1）將因素U按某種屬性分成p個子集，即U1，U2，…，Up，滿足：上式中i，j=1，2，3，…，p，且。

設U的每個子集有ni個因素，即：

（2）對于各個Ui按一級模型分別進行綜合評價。Ui中各個因素的權重分配為：

得到第一級的綜合評價為：

（3）將各個Ui作為一個元素來看，則二級模糊關系矩陣為：

按照每個Ui的重要程度給出權數分配矩陣：

得到二級模糊綜合評價模型為：

所謂多層次模型就是將因素分成多級，并重復以上的步驟。

3.應用案例

溜車是電梯重大事故隱患之一，制動器制動力不足是造成電梯溜車的一個重要原因，但導致制動力不足還包括其他原因，例如：制動器制動力矩不足、制動閘瓦磨損或老化失效、制動臂延時釋放等。制動器制動力矩不足主要是由于制動輪上有油污，制動閘瓦的磨損主要是由于制動輪與閘瓦之間長時間摩擦導致，兩者之間的摩擦主要由于制動輪與閘瓦之間間隙過小、制動器松閘電壓過低、制動力過大導致電梯運行時抱閘不能完全打開等原因導致。在評估電梯制動力不足的嚴重程度時，需要先評估這些因素發生的嚴重程度。而上述的這些嚴重程度難以用定量測量的方法進行確定，本文使用模糊綜合評價的方法進行評估。制動力不足的有關因素如表1所示：

表1　制動器制動力不足的有關因素

由于因素集U1、U2中只包含一個因素，由（2.12）可以根據一次安全評價的統計直接給出評價結果，即：

因素集U3中包含有四個因素，根據式（2.13）對制動閘瓦磨損的嚴重程度進行評估，根據此次安全評價的統計得到模糊關系矩陣R：

因素集U1，U2，U3之間的權數分配為：得出器制動力不足的嚴重程度的綜合評估為：

根據最大隸屬度原則［7］可以得到對于動器制動力不足的模糊綜合評估的結果是：制動力不足的嚴重程度是低。

4.結語

一般情況下，人們在評價某些風險事件時趨向于使用中間的等級，例如在評估風險傷害的嚴重程度時，會比較頻繁使用中和低這兩個等級。風險要素的多層次模糊評估方法就是一種可以避免這種情況的方法。通過該方法，對電梯使用中風險的等級進行評估，若該風險的等級不能被接受，那么應通過一系列整改措施降低風險，直至風險可以被接受。

采用多層次模糊評價方法用于電梯安全評估，符合技術人員的經驗和客觀實際，能夠準確地描述風險的不確定性，同時又可以降低獲取其精確值的難度，使風險評價結果更加科學合理，是一種同時具備適應性和準確性的安全評價方法。

［1］熊瑞庭.基于模糊神經網絡的電梯故障診斷系統的研究［D］.武漢理工大學碩士學位論文，2009.

［2］朱廣慧.“事故樹”分析法在電梯沖頂事故中的應用［J］.中國電梯，2005，16（21）：53-54.

［3］YANG Gaoshang，PENG Limin.Fuzzy synthetic assessment of building fire safety system［J］Journal of Central South University of Techn ology，2005（1）：194-198.

［4］胡靜波，慶光蔚，王會方等.基于模糊層次綜合分析法的橋門式起重機分級評價［J］.中國安全生產科學技術，2014，10（1）：189-194.

［5］顧徐毅.基于風險的電梯安全評價方法研究［D］.上海交通大學碩士論文，2009.

［6］許洪國，劉兆惠，王超等.基于模糊統計的山區公路安全評價研究［J］.中國安全科學學報，2006，16（10）：120-123.

［7］陳耀輝，孫春燕.模糊綜合評判法中的最大隸屬原則有效度［J］.重慶師范學院學報（自然科學版），2001，18（1）：45-47.

Research on the elevator safety evaluation method based on multi-stage fuzzy algorithm

HE Hai，WANG Yue
（Nanjing Special Equipment Inspection Institute，Nanjing Jiangsu 210002，China）

In order to evaluating the elevator safety， a multi-stage fuzzy evaluation method which based on fuzzy algorithm was proposed and analyzed. Based onestage fuzzy comprehensive evaluation method and multi-stage fuzzy comprehensive evaluation method， the fuzzy evaluation of the risk of the elevator brake system was completed and the severity of the risk was determined. According to the risk assessment， the risk can be reduced through some measures.

elevator safety； risk； safety assessment； fuzzy algorithm

賀海（1989—），男，安徽安慶人，現供職于南京市特種設備安全監督檢驗研究院，工學碩士，研究方向：機電系統理論與設計。