基于故障樹的電梯困人故障分析與改進＊

上海市特種設備監督檢驗技術研究院 上海 200062

0 引言

截至2019年底，上海市在用電梯數量高達26.7萬臺，穩居全球第一，平均每天約有1億人次乘坐電梯。隨著電梯數量和使用年限的不斷增加，老舊電梯逐漸到了故障高發期。據統計，2020年7月～10月，上海市智慧電梯平臺共接報電梯困人故障2 520次，平均每月630次，解困人數3 505人，平均每月約876人。電梯困人輕則給乘客留下較差的乘坐體驗，重則致使乘客產生恐慌心理。電梯困人后救援不當，甚至還會引發事故。例如：某酒店內電梯凌晨發生困人故障，轎廂內乘客在久等未果后，擅自扒開轎門，準備從轎廂內爬出，與此同時，電梯維保人員已經到達機房，其在未確認轎內人員情況下，實施了松閘溜梯操作，導致轎廂上升過程中，將正在爬出轎廂的乘客夾住，最后導致這名乘客身亡。由于電梯是較多零部件組成的結構較復雜的機電一體化產品，引發電梯困人故障的原因眾多，本文采用故障樹分析方法，收集、梳理、分析在用電梯常見困人故障的原因，并提出改進建議。

1 困人故障原因分析

根據《特種設備事故報告和調查處理導則》，電梯困人是指因設備本體、部件或者安全裝置發生故障或者損壞，導致電梯停止，人員被困在轎廂之中不能出來的現象[1]。本文通過分析大量的電梯困人故障數據[2-5]，結合電梯本體結構特點，梳理出在用電梯常見困人故障原因。針對困人故障的表現形式，電梯困人故障主要由機械故障、電氣故障和人為導致的故障引起，但最終均是電梯電氣系統采取緊急停梯指令，從而導致電梯轎廂困人。

1）機械故障 包括曳引系統故障、平衡系統故障、門系統故障、導向系統故障。

2）電氣故障 包括供電系統故障、驅動系統故障、電氣控制系統故障、安全保護系統故障。

3）人為導致的故障 包括人為扒門、轎廂內蹦跳、踢打內招面板、沖撞轎門、電梯進水等。

2 建立故障樹

2.1 故障樹基本失效事件

電梯屬于機電一體化產品，其組成系統較復雜，構成零部件種類多，涉及供電系統、驅動系統、電氣控制系統、安全保護系統、曳引系統、平衡系統、門系統、導向系統等八大系統[6]，各系統之間相互聯動。本文利用故障樹簡單、直觀的特點，對電梯困人故障進行分析，可快速找到引發困人故障的原因。電梯困人的故障樹分析中，基本事件見表1。

表1 電梯困人故障基本事件

X8 制動器機械卡阻X9 鋼絲繩脫槽X10 鋼絲繩斷股X11 鋼絲繩過度伸長X12 平衡系數過小X13 轎廂重載X14 門機故障X15 防夾裝置失效X16 層門或轎廂地坎變形X17 層門門扇或者轎門門扇變形X18 門刀撞門球X19 轎廂地坎撞門球X20 門刀撞層門地坎X21 層門或轎門滑槽有異物卡阻X22 門掛輪機械卡阻X 23 導軌嚴重變形X24 導靴過度磨損X25 停電X26 電壓嚴重下降X27 電壓不穩X28 供電電路斷路X29 變頻器故障X30 節能裝置故障X31 自動救援裝置故障X32 動力電路絕緣電阻值下降X33 電動機溫度過高X34 通訊故障X35 控制主板故障X36 接觸器或者繼電器故障X37 編碼器故障X38 平層感應裝置故障X39 外接電氣設備干擾（如IC卡）X40 安全回路斷開（如限速器開關、張緊輪開關）X41 安全回路接地故障X42 門回路斷開X43 層門或者轎門門鎖電氣開關故障X44 門回路接地故障X45 扒門X46 蹦跳X47 踢打X48 沖撞X49 進水

2.2 構建故障樹

根據故障樹的建樹邏輯規則，結合電梯困人故障分析形成的故障樹基本事件，選取電梯困人故障為頂事件構建故障樹，并根據GB/T 4888—2009《故障樹名稱術語和符號》繪制故障樹圖[7]，如圖1所示。

圖1 電梯困人故障樹

2.3 求最小割集

故障樹的割集是引起頂上事件發生的基本事件的集合，是系統發生故障的模式。凡能導致頂上事件發生的、最低限度的基本事件的集合稱為最小割集。故障樹中的一個最小割集是包含了最小數量而又必須的底事件的集合，全部最小割集的完整集合則代表了系統的全部故障，其含義在于其描繪出系統所有的基本故障模式。通過對最小割集的分析，可以找出電梯系統的薄弱環節，揭示電梯系統設計、安裝、保養、使用過程中的重大缺陷，對此可提出提高系統安全性和可靠性的途徑。用最小割集還能判斷基本事件的結構重要度，計算頂上事件的發生概率。

利用布爾代數化簡法，求得此故障樹的46個最小割集，分別是{ X1，X2，X3}、{X4}、{X5}、{X6}、{X7}、{X8}、{X9}、{X10}、{X11}、{X12，X13}、{X14}、{X15}、{X16}、{X17}、{X18}、{X19}、{X20}、{X21}、{X22}、{X23}、{X24}、{X25}、{X26}、{X27}、{X28}、{X29}、{X30}、{X31}、{X32}、{X33}、{X34}、{X35}、{X36}、{X37}、{X38}、{X39}、{X40}、{X41}、{X42}、{X43}、{X44}、{X45}、{X46}、{X47}、{X48}、{X49}。

上述46個最小割集中的基本事件發生任何一個，都可能導致電梯困人故障的發生，即引起電梯困人故障有46類危險源。

2.4 結構重要度分析

在不考慮基本事件發生的難易程度，或假設各基本事件的發生概率相等，僅從故障樹的結構上研究各個基本事件對頂上事件的影響程度，稱為結構重要度分析。各個基本事件對頂上事件影響的程度不同，在制定安全防范措施時必須有先后次序，以便使電梯系統達到安全、經濟的目的。在缺乏定量分析數據的情況下，定性分析顯得非常重要，可以為改進電梯系統安全提供重要的參考信息。

利用最小割集近似判斷結構重要系數的大小，并排列順序。在電梯困人故障為頂上事件中，結構重要度為

3 改進建議

通過基于故障樹的電梯困人故障分析，提出如下改進建議：

1）電梯作為一個系統發生困人故障的原因多達46種，故需要電梯設計制造單位從系統可靠性角度出發，不斷提高可能引發電梯困人部件的可靠性；

2）電梯投入使用后，隨著梯齡的不斷增大，老舊電梯到達其使用壽命的后期，各種故障密集顯現，對于故障率高的電梯進行大修改造，以延長其使用壽命；

3）提升老舊電梯維護保養質量，及時更換和調整故障率較高的零部件，困人故障發生后，應當對電梯系統進行全面檢查，以徹底消除故障原因；

4）重視電梯使用環節，禁止扒門、擋門、蹦跳、踢打等不文明的乘梯行為，這類故障原因目前也是占比最大的導致電梯故障困人的原因。