基于多层次模糊算法的电梯安全评价方法研究

南京市特种设备安全监督检验研究院　贺　海　王　月

基于多层次模糊算法的电梯安全评价方法研究

南京市特种设备安全监督检验研究院贺海王月

针对电梯使用安全的评估，基于模糊算法，本文提出了电梯使用风险的多层次模糊评估方法并对该方法进行理论分析。本文根据上述方法对电梯制动器制动力不足的风险进行了评估并确定了其风险的严重程度。根据风险评估的结果，可以通过整改措施来降低风险。

电梯安全；风险；安全评估；模糊算法

随着社会的不断快节奏地发展，以及现代电子技术及新型材料的兴起，电梯技术的发展及使用越来越离不开人们的生活和生产活动。电梯作为与人们生活和生产关系密切的交通和运输工具，其运行安全关系到人们的日常生活质量和生产安全。因此，电梯使用安全评价方法的研究对于保障人们的生活质量以及提高生产效益有很重要的意义。

常用的安全评价方法如神经网络法［1］、故障树法［2］和模糊多层次综合评估法［3］等都可以用于电梯的安全评价中。与神经网络法和故障树法相比较，模糊多层次评估法在各个领域的安全评价中都有较成熟的应用，南京市特检院也采用了这种方法对桥门式起重机进行安全评价［4］。

1.电梯系统中的风险

1.1电梯的安全特征

电梯作为特殊的机电系统，其安全性能包括机械和电气两个方面的安全，使用过程中需要保证使用人员、维护保养人员、检验检测人员以及电梯井道、机房或滑轮间外人员的安全。电梯的空间涉及使用空间和运行空间，轿厢作为电梯的使用空间，是一个被设法保证安全的空间，井道作为轿厢运行的空间，是一个危险的空间，层门外的空间是一个相对安全的空间。电梯在正常运行过程中产生的加、减速度都要保持在乘客所能承受的范围内，一些非正常的加、减速度会对乘客产生一定的伤害。电梯安全不仅仅依赖于技术，还需要管理及教育，三者相结合，是电梯安全的重要特征［5］。

1.2电梯中存在的风险

电梯系统不可能绝对安全，某些风险在系统中是不可消除的，可以通过一些方法进行降低发生的概率。因此，电梯系统中的人员或者设备只能是相对安全，电梯系统的安全是通过充分的降低风险来实现的。电梯系统中的风险主要来自于机械、电气、火灾等几个方面。机械方面主要来自轿厢、对重、门系统等运动部件的运动；电气方面主要来自控制系统故障等；火灾方面主要指机房、滑轮间、井道、轿厢内发生火灾的危险。

2.电梯系统中风险的模糊评价方法

2.1风险要素的模糊评估

风险的要素有两个：伤害的严重程度和伤害发生的概率。模糊统计法是让一些安全评价人员根据自己的思考，独立确定某个风险的风险要素评估，由于他们对这个风险的理解有所差异，评估的结果也有所不同。统计评估结果在风险要素的评价元素上出现的频率，即隶属频率，从中确定隶属度［6］。在一个风险事件中可能发生伤害的严重程度的评价集可以确定为：。

2.2风险要素的多层次模糊评估

电梯作为一个复杂的机电系统，一般情况下一个风险的发生与多个因素有关，本文采用多因素的多层次模糊评价方法进行风险评估。多层次模糊评价是一种运用模糊数学方法，对系统中多个相互影响的因素进行综合评价的方法。

2.2.1模糊综合评价的一级数学模型

（1）给出评价集

其中，m为评语数。

（2）确定因素集

n为因素个数。

（3）确定权数

在因素集中，按其重要程度不同给出相应的权数分配：

确定的方法有统计法、专家评议法，以及层次分析法、两两对比法、德尔斐法等。

为了便于判别和比较各权数之和，应符合归一化原则，即：

（4）建立一个从U到V的模糊映射：

由f可得到模糊关系矩阵R：

上式中R称为一级模糊矩阵。

（5）综合评价及结果

有了一级模糊评价矩阵R和各因素的权数矩阵A，可做出综合性评价，其公式为：

2.2.2多层次模糊评价的数学模型

在风险评价过程中，如果使用一级模糊评价模型去评价一个影响因素较多的风险事件，则会因为权数ai过小以及相互之间难以权衡比较，而不能准确的对风险进行评价。因此，在影响因素较多的情况下，一般采用多层次模型。方法如下：

（1）将因素U按某种属性分成p个子集，即U1，U2，…，Up，满足：上式中i，j=1，2，3，…，p，且。

设U的每个子集有ni个因素，即：

（2）对于各个Ui按一级模型分别进行综合评价。Ui中各个因素的权重分配为：

得到第一级的综合评价为：

（3）将各个Ui作为一个元素来看，则二级模糊关系矩阵为：

按照每个Ui的重要程度给出权数分配矩阵：

得到二级模糊综合评价模型为：

所谓多层次模型就是将因素分成多级，并重复以上的步骤。

3.应用案例

溜车是电梯重大事故隐患之一，制动器制动力不足是造成电梯溜车的一个重要原因，但导致制动力不足还包括其他原因，例如：制动器制动力矩不足、制动闸瓦磨损或老化失效、制动臂延时释放等。制动器制动力矩不足主要是由于制动轮上有油污，制动闸瓦的磨损主要是由于制动轮与闸瓦之间长时间摩擦导致，两者之间的摩擦主要由于制动轮与闸瓦之间间隙过小、制动器松闸电压过低、制动力过大导致电梯运行时抱闸不能完全打开等原因导致。在评估电梯制动力不足的严重程度时，需要先评估这些因素发生的严重程度。而上述的这些严重程度难以用定量测量的方法进行确定，本文使用模糊综合评价的方法进行评估。制动力不足的有关因素如表1所示：

表1　制动器制动力不足的有关因素

由于因素集U1、U2中只包含一个因素，由（2.12）可以根据一次安全评价的统计直接给出评价结果，即：

因素集U3中包含有四个因素，根据式（2.13）对制动闸瓦磨损的严重程度进行评估，根据此次安全评价的统计得到模糊关系矩阵R：

因素集U1，U2，U3之间的权数分配为：得出器制动力不足的严重程度的综合评估为：

根据最大隶属度原则［7］可以得到对于动器制动力不足的模糊综合评估的结果是：制动力不足的严重程度是低。

4.结语

一般情况下，人们在评价某些风险事件时趋向于使用中间的等级，例如在评估风险伤害的严重程度时，会比较频繁使用中和低这两个等级。风险要素的多层次模糊评估方法就是一种可以避免这种情况的方法。通过该方法，对电梯使用中风险的等级进行评估，若该风险的等级不能被接受，那么应通过一系列整改措施降低风险，直至风险可以被接受。

采用多层次模糊评价方法用于电梯安全评估，符合技术人员的经验和客观实际，能够准确地描述风险的不确定性，同时又可以降低获取其精确值的难度，使风险评价结果更加科学合理，是一种同时具备适应性和准确性的安全评价方法。

［1］熊瑞庭.基于模糊神经网络的电梯故障诊断系统的研究［D］.武汉理工大学硕士学位论文，2009.

［2］朱广慧.“事故树”分析法在电梯冲顶事故中的应用［J］.中国电梯，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］胡静波，庆光蔚，王会方等.基于模糊层次综合分析法的桥门式起重机分级评价［J］.中国安全生产科学技术，2014，10（1）：189-194.

［5］顾徐毅.基于风险的电梯安全评价方法研究［D］.上海交通大学硕士论文，2009.

［6］许洪国，刘兆惠，王超等.基于模糊统计的山区公路安全评价研究［J］.中国安全科学学报，2006，16（10）：120-123.

［7］陈耀辉，孙春燕.模糊综合评判法中的最大隶属原则有效度［J］.重庆师范学院学报（自然科学版），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

贺海（1989—），男，安徽安庆人，现供职于南京市特种设备安全监督检验研究院，工学硕士，研究方向：机电系统理论与设计。