基于概率論的電梯門開啟意外運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)及對策

陳偉林，黃利明，康福靈，郭南寧

（福建省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院漳州分院，福建 漳州 363000）

1 引言

近年來，電梯層門、轎門打開時(shí)，電梯門開啟意外運(yùn)行（俗稱開門走梯）導(dǎo)致人員傷亡事故時(shí)有發(fā)生，例如2014年9月14日，某大學(xué)內(nèi)一臺電梯層門、轎門打開時(shí)轎廂開始運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致一名學(xué)生被轎廂擠壓的死亡事故。電梯轎門關(guān)閉位置的電氣安全裝置、層門門鎖鎖緊位置的電氣安全裝置和轎門監(jiān)控信號[1]作為電梯門回路檢測中主要檢測裝置，如果失效后電梯控制系統(tǒng)未能識別，極易導(dǎo)致電梯層門、轎門打開時(shí)，電梯轎廂意外運(yùn)行，這種使用安全風(fēng)險(xiǎn)已經(jīng)被社會廣泛認(rèn)識，因此特種設(shè)備安全監(jiān)督管理部門頒布的《電梯監(jiān)督檢驗(yàn)和定期檢驗(yàn)規(guī)則—曳引與強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)電梯》（TSG T7001—2009，含第1號修改單和第2號修改單，以下簡稱“新檢規(guī)”）[1]新增了電梯門回路檢測功能項(xiàng)目。該項(xiàng)目實(shí)施以來，檢驗(yàn)人員對其檢驗(yàn)要求和檢驗(yàn)方法逐漸熟悉，但有的檢驗(yàn)人員在完成電梯門回路檢驗(yàn)后，對電梯門回路檢測功能是否有足夠的安全冗余確保電梯層門、轎門處于打開狀態(tài)時(shí)能防止電梯正常運(yùn)行存在疑惑，因此對電梯開門走梯風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)研究顯得極其重要。

2 電梯開門走梯風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)及降低風(fēng)險(xiǎn)方法

（1）電梯開門走梯的安全應(yīng)是綜合考慮電梯運(yùn)行的理想絕對安全、滿足電梯運(yùn)載要求、運(yùn)載成本和相關(guān)的社會慣性等因素，通過充分降低所存在的風(fēng)險(xiǎn)，消除不可接受的風(fēng)險(xiǎn)，所能達(dá)到的相對安全。消除不可接受的風(fēng)險(xiǎn)，需要通過一系列邏輯步驟進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)，其過程一般分為以下幾個(gè)步驟：①明確風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)目的；②確定風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)主題和相關(guān)因素；③情節(jié)的識別（危險(xiǎn)狀態(tài)、原因和后果）；④風(fēng)險(xiǎn)評估；⑤風(fēng)險(xiǎn)評定；⑥確認(rèn)風(fēng)險(xiǎn)是否已被充分降低[2]。

對電梯開門走梯進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)過程如下：風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的目的為電梯開門走梯時(shí)，降低人員受到傷害和電梯本體損壞的風(fēng)險(xiǎn)。評價(jià)主題為電梯開門走梯，相關(guān)因素為：①控制系統(tǒng)，包括電氣設(shè)備和布線，不包括安全裝置；②主機(jī)，包括：制動(dòng)系統(tǒng)；③安全裝置，可能適用電梯基本安全要求的電梯子系統(tǒng)；④層站和轎廂的入口；⑤轎廂系統(tǒng)[3]；⑥與電梯相關(guān)的人員。情節(jié)識別中的危險(xiǎn)為機(jī)械部件中運(yùn)動(dòng)部件及部件間的相對運(yùn)動(dòng)。危險(xiǎn)狀態(tài)為人員可能處于卷入、剪切、擠壓、沖擊、被困、摩擦、磨損的位置。原因（傷害事件的組成部分）為涉及運(yùn)動(dòng)零部件的事件，轎廂非預(yù)期或意外的啟動(dòng)；電梯部件的故障，如安全裝置（門鎖觸點(diǎn)）；與安全相關(guān)的電路；驅(qū)動(dòng)零部件（制動(dòng)器、制動(dòng)軸）；控制系統(tǒng)（繼電器、接觸器和軟件的故障，外部電磁干擾或邏輯異常）。可能后果為拖入、拽住、撞擊、鉤住、擦傷、割破、切斷、剪切、擠壓。傷害為擦傷、刮傷、摩擦灼傷、拉傷、扭傷、切傷、劃傷、多種傷、淤血、骨折、切斷、其他外傷、死亡[2]。風(fēng)險(xiǎn)評估中風(fēng)險(xiǎn)要素的嚴(yán)重程度評估為1-高（可能造成死亡），概率等級評估為B-很可能（在使用壽命內(nèi)很可能發(fā)生數(shù)次），風(fēng)險(xiǎn)等級評估為1B。風(fēng)險(xiǎn)類別評定為Ⅰ。需要采取相應(yīng)的保護(hù)措施來降低風(fēng)險(xiǎn)[2]。

（2）降低電梯開門走梯風(fēng)險(xiǎn)的方法：①修改電梯的設(shè)計(jì)或更換電梯部件來消除危險(xiǎn)，對電梯控制系統(tǒng)、主機(jī)、安全裝置、層站和轎廂的入口、轎廂進(jìn)行重新設(shè)計(jì)或更換。②重新進(jìn)行電梯部件設(shè)計(jì)，以提高可靠性，提高可靠性的措施有：提高安全系數(shù)法，對于有故障傾向的部件采用冗余法設(shè)計(jì)，如：電子和軟件部分、冗余的制動(dòng)系統(tǒng)、使用壽命試驗(yàn)等。③減少暴露于層門與轎門之間的持續(xù)時(shí)間和（或）頻次。④增加電梯部件安全保護(hù)或安全裝置，一旦部件發(fā)生故障，這些保護(hù)裝置將起作用。保護(hù)裝置如人員探測器等類似的裝置、電梯門回路檢測功能、電梯意外移動(dòng)保護(hù)功能[4]。⑤在層站處和轎廂內(nèi)增加安全警示標(biāo)識等方式，告知電梯乘客乘坐電梯過程中存在的風(fēng)險(xiǎn)。⑥降低或消除保護(hù)措施（如安全、防護(hù)裝置等）失效的可能性或不使用保護(hù)措施的可能性[2]。

3 現(xiàn)有電梯門回路檢測功能風(fēng)險(xiǎn)概率評估

（1）轎門關(guān)閉位置的電氣安全裝置為轎門主動(dòng)門門鎖和轎門被動(dòng)門門鎖的串聯(lián)，新檢規(guī)中未要求電梯門回路檢測功能能檢測出轎門主動(dòng)門門鎖或轎門被動(dòng)門門鎖單獨(dú)失效。從電梯開門走梯的風(fēng)險(xiǎn)角度上分析，假設(shè)轎門主動(dòng)門和轎門被動(dòng)門的直接或間接的聯(lián)接失效概率p1，轎門主動(dòng)門門鎖或轎門被動(dòng)門門鎖被短接概率p2，轎門監(jiān)控信號故障概率p3，轎門門扇被打開轎廂開始運(yùn)行的概率為p4=1-(1-p1)×(1-p2)×(1-p3)，如圖1所示。由此可知單扇轎門門扇被打開轎廂開始運(yùn)行的概率為p4，風(fēng)險(xiǎn)概率評估為E，還可通過改進(jìn)電梯門回路檢測功能電路，將概率進(jìn)一步降低為F。

圖1 轎門門扇開門走梯風(fēng)險(xiǎn)分析

（2）層門門鎖鎖緊位置的電氣安全裝置為層門主動(dòng)門主門鎖和被動(dòng)門門鎖的串聯(lián)，新檢規(guī)中未要求電梯門回路檢測功能能檢測出層門主動(dòng)門門鎖或?qū)娱T被動(dòng)門門鎖單獨(dú)失效。從電梯開門走梯的風(fēng)險(xiǎn)角度上分析，假設(shè)層門主動(dòng)門和被動(dòng)門的聯(lián)接失效概率p5，層門主動(dòng)門門鎖或?qū)娱T被動(dòng)門門鎖被短接概率p6，層門門扇被打開轎廂開始運(yùn)行的概率p7=1-(1-p5)×(1-p6)，如圖2所示。由此可知，單扇層門門扇被打開轎廂開始運(yùn)行的概率p7，風(fēng)險(xiǎn)概率評估為E，還可通過改進(jìn)電梯門回路檢測功能電路，將概率進(jìn)一步降低為F。

圖2 層門門扇開門走梯風(fēng)險(xiǎn)分析

4 一種防止電梯任何門扇打開時(shí)轎廂開始運(yùn)動(dòng)的功能電路

目前市場上的電梯產(chǎn)品的門回路檢測功能不具有自動(dòng)識別所有門扇的打開或者閉合的功能，從提高電梯本質(zhì)安全的要求出發(fā)，設(shè)計(jì)一種電梯門回路檢測功能電路使其能自動(dòng)檢測所有門扇的打開或者閉合，進(jìn)一步降低電梯單扇層門、單扇轎門打開時(shí)轎廂開始運(yùn)動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。如圖3所示，含貫通門門回路檢測功能原理圖。

當(dāng)轎廂在開鎖區(qū)域內(nèi)、轎門開啟并且層門門鎖釋放時(shí)，同時(shí)使前轎門短接檢測1、后轎門短接檢測2、前層門短接檢測3和后層門短接檢測4的常開觸點(diǎn)同時(shí)閉合，A3檢測前轎門回路，A5檢測后轎門回路，A7檢測前層門回路，A9檢測后層門回路，電梯控制系統(tǒng)根據(jù)A3、A5、A7、A9輸入信號判斷門回路是否有故障。A3信號為1時(shí)，電梯前轎門故障；A5信號為1時(shí)，電梯后轎門故障；A7信號為1時(shí)，電梯前層門故障；A9信號為1時(shí)，電梯后層門故障，該系統(tǒng)同時(shí)設(shè)置三個(gè)短接故障檢測點(diǎn)，如A4、A6、A8輸入信號為0時(shí)，表示相應(yīng)的短接檢測故障。

圖3 含貫通門門回路檢測原理圖

當(dāng)檢測到電梯門回路故障，需要確認(rèn)前轎門故障、后轎門故障、前層門故障和后層門故障，可按照順序使后轎門短接檢測2和后層門短接檢測4的常開觸點(diǎn)閉合。未進(jìn)行短接操作時(shí)，當(dāng)A4輸入信號為1時(shí)，表示電梯前轎門被短接，將后轎門短接檢測2常開觸點(diǎn)閉合，當(dāng)A4輸入信號為1時(shí)，表示電梯后轎門被短接；當(dāng)A8輸入信號為1時(shí)，表示電梯前層門被短接，將后層門短接檢測4常開觸點(diǎn)閉合，當(dāng)A8輸入信號為1時(shí)，表示電梯后層門被短接。

當(dāng)檢測到電梯門回路故障，已經(jīng)確定前轎門故障、后轎門故障、前層門故障和后層門故障時(shí)，需要進(jìn)一步確定哪個(gè)門扇被短接，可按順序使前轎門短接檢測1、后轎門短接檢測2、前層門短接檢測3和后層門短接檢測4的常開觸點(diǎn)閉合。未進(jìn)行短接操作時(shí)，當(dāng)A3輸入信號為1時(shí)，表示電梯前轎門主門鎖被短接。將前轎門短接檢測1常開觸點(diǎn)閉合，當(dāng)A3輸入信號為1時(shí)，表示電梯前轎門副門鎖被短接；當(dāng)A5輸入信號為1時(shí)，表示電梯后轎門主門鎖被短接。再使后轎門短接檢測2常開觸點(diǎn)閉合，當(dāng)A5輸入信號為1時(shí)，表示電梯后轎門副門鎖被短接；當(dāng)A7輸入信號為1時(shí)，表示電梯前層門主動(dòng)門門鎖被短接。再使前層門短接檢測3常開觸點(diǎn)閉合，當(dāng)A7輸入信號為1時(shí)，表示電梯前層門被動(dòng)門門鎖被短接；當(dāng)A9輸入信號為1時(shí)，表示電梯后層門主動(dòng)門門鎖被短接。最后使后層門短接檢測4常開觸點(diǎn)閉合，當(dāng)A9輸入信號為1時(shí)，表示電梯后層門被動(dòng)門門鎖被短接。

該電梯門回路檢測功能電路按照一定的順序進(jìn)行短暫、安全的短接操作，能自動(dòng)檢測所有門扇的打開或者閉合，將電梯單扇層門、單扇轎門打開時(shí)轎廂開始運(yùn)動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)概率降為F。方案中的安全、短暫的短接操作為含有電子元件的安全電路的重要部分，需要進(jìn)一步進(jìn)行型式試驗(yàn)驗(yàn)證。

5 結(jié)語

電梯檢驗(yàn)安全技術(shù)規(guī)范已經(jīng)關(guān)注開門走梯所引起的事故風(fēng)險(xiǎn)，新增了門回路檢測功能項(xiàng)目，但現(xiàn)有的電梯層門、轎門結(jié)構(gòu)無法從本質(zhì)上完全避免該類風(fēng)險(xiǎn)，該類風(fēng)險(xiǎn)只要發(fā)生，其風(fēng)險(xiǎn)要素的嚴(yán)重程度依然為1-高。要避免該類風(fēng)險(xiǎn)，可從設(shè)計(jì)上降低該類風(fēng)險(xiǎn)的概率，如增加電梯門回路檢測的冗余度，將風(fēng)險(xiǎn)概率降為F，風(fēng)險(xiǎn)類別評定降為Ⅲ，可認(rèn)為該風(fēng)險(xiǎn)屬于可接受范圍。電梯的發(fā)展趨勢為智能檢測、“互聯(lián)網(wǎng)+”大數(shù)據(jù)故障分析模式，文中所設(shè)計(jì)的電梯門回路檢測功能電具有智能檢測功能，可實(shí)時(shí)監(jiān)測電梯門的運(yùn)行狀態(tài)，可為電梯運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測技術(shù)提供門回路檢測功能的故障數(shù)據(jù)支持，是為提高電梯本質(zhì)安全、防范電梯開門走梯風(fēng)險(xiǎn)的一項(xiàng)探索對策。