运用灰色系统理论评估老旧电梯安全性的研究

许景顺

(太仓市市场监督管理局 苏州 215400)

运用灰色系统理论评估老旧电梯安全性的研究

许景顺

(太仓市市场监督管理局 苏州 215400)

我国老旧电梯约占电梯总量的10%，分布广，影响大。老旧电梯故障率高，维修困难、 备品备件少、成本高，维修资金支取困难。本文利用熵权和灰色关联方法，对老旧电梯安全状况进行量化评估，根据人员因素、设备因素和环境因素赋值赋权，以期为老旧电梯定量安全评估提供新思路。

老旧电梯 熵权 灰色关联 安全评估 新思路

伴随着我国社会经济快速发展、城市化水平和人民群众生活水平的快速提高,特别是近年来房地产的繁荣发展,我国电梯保有量每年均以超过20%的速度迅猛增长,截至2015年底,我国电梯保有量和生产量分别达到426万台和76万台,电梯年产量也已达到世界总产量的三分之一,我国已经成为全世界电梯的制造量和使用量最大的国家之一[1-3]。电梯是人们日常生活中最常见的、不可或缺的一类特种设备。

20世纪90年代安装的电梯约占总数的10%,使用年限已经达到十多年甚至超过二十多年,表1为我国主要城市老旧电梯情况(使用年限超过15年)。以电梯20年的正常设计寿命来说,一套商品房的使用年限为70年,高层建筑的电梯需要更换3次或者4次, 2000年以后安装的电梯也开始逐渐步入老龄化。个别老旧电梯经常发生溜梯、层门夹人、电梯蹲底等事故,严重影响了人们正常出行,用户意见大,投诉多。

表1 主要城市的老旧电梯情况

老旧电梯故障率高,维修困难、备品备件少、成本高,维修资金支取困难。我国老旧电梯的报废标准仍未出台,大量老旧电梯带病运行的状况普遍存在,积极开展老旧电梯安全风险评估对于维护电梯的安全稳定运行具有十分重要的意义[4]。目前国内外学者对电梯安全运行进行了有益的探索,主要针对老旧电梯风险评价方法方面的研究,如基于层次分析、事故树分析和模糊评价等方法的电梯安全风险评价等[5-7]。对层次分析、事故树分析和模糊定量评价对老旧电梯的评价有所研究,这些研究为电梯安全运行奠定了良好的基础,但是电梯是一个复杂的机电设备,不确定性因素众多,且对电梯系统完整评价指标体系的建立不全面,亦缺乏明确的安全级别划分。本文利用熵权和灰色关联方法,对老旧电梯现状进行量化评估,以期为老旧电梯定量安全评估提供新思路。

1 电梯风险评估模型建立

本文利用熵权法原理,把电梯安全评价中的各个待评价指标数值进行相应的运算,来确定各指标所占权重。通过各指标灰色关联系数得出目标层总关联系数,电梯的总关联系数越大,说明目前电梯安全状况曲线跟最优状况的数列曲线越接近,电梯安全状况越好,反之亦然。

1.1 灰色关联理论

灰色系统理论是我国著名学者邓聚龙所创立,现已广泛应用在工业、农业、金融等方面的预测评估。其运算过程如下:

1)确定参考系列和比较序列。

参考序列即为设与电梯安全相关的因素有n个,设 Xik( i=1,2,…,n; k=1,2,…,m) 为第i个方案中第k个指标的原始值,则n个方案的指标值构成的比较数列矩阵为

设X0k为第k个指标在各方案中的最优值(“效益”型指标取该指标在各方案中的最大值,“成本”型指标取该指标在各方案中的最小值) ,本文采用“效益”型指标X0={X01,X02,…,X0m} 为最优指标集(所对应的方案为最优方案) ,即为参考数列。

2)规范化处理数据。

由于评判指标相互之间常具有不同量纲和数量级,没有统一度量标准,所以需要按照式(2)对原始指标数列(1)进行规范化处理,将其化为[0, 1] 区间内的数,得到新数列,见式(3)。

3)求差序。

式中:

k——第i个影响因素的数据序列;i=1,2,…,m。

4）求两级最大差和最小差。

5)求灰色关联系数。

式中:

i=1,2,…,n; k=1,2,…,m;

ρ——分辨系数,ρ∈[0, 1],一般取ρ=0. 5。

1.2 熵理论确定指标权重

熵权法是一种可以用于多对象、多指标的综合评价方法,计算所得的权重比例只来自数据本身,几乎不受主观因素影响,可以在很大程度上避免人为因素的干扰。本文采用熵权法来确定各指标所占权重。计算流程如下:

1)构建目标矩阵以及归一化处理。

将该矩阵进行归一化处理,即取矩阵(1)中列向量,与该矩阵中所有元素之和的比值作为归一化结果[见式(9)、式(10)],其计算公式如下:

式中:

i=1,2,…,n;j=1,2,…,m。

2)计算评价指标的熵权W。

根据式(10)、式(11)、式(12)得到各个评价指标熵权如下:

3)基于熵权的灰色关联度的计算。

根据式(8)、式(13),可得到基于熵权的灰色关联度的计算公式为:

式中:

w=123,,。

建立目标否决机制,当电梯安全部件评分低于60分,则该电梯的熵权的灰色关联系数自动0。例如制动系统为单弹簧制动或者单铁芯制动、老旧电梯缺少轿厢上行超速保护装置。

1.3 电梯风险评估流程

电梯风险评估流程如图1所示,检验机构在电梯年检时或者特种设备监察机构在电梯日常监察当中发现严重安全隐患或者客户主动提出电梯安全评估需求时,可成立电梯安全评估小组。评估小组成员由5名电梯检验师组成,这5名电梯检验师从事电梯年检和验收的年限必须达到5年以上,然后由这5名检验师根据人员方面、设备方面和环境方面,共31个因素进行赋值打分评估。其中,人员方面可分解为管理人员素质和维保人员专业技术水平;设备方面可分解为7个方面,分别为安全保护系统、曳引系统、导向系统、轿厢安全系统、层门安全系统、电力控制系统和安全性能测试;环境方面评估可根据电梯的使用场所和用途两方面进行打分。通过赋值评估来确定该电梯的风险状况,形成风险评估文件,评定风险等级,根据风险等级制定和采取相应的改进措施。

图 1 电梯风险评估流程图

1.4 电梯安全运行评价标准

本文通过对电梯历年事故的发生形态和产生电梯事故的主要原因进行统计分析,以及电梯制造与安装安全规范的标准[8],来构建电梯安全运行的评估标准,详见表2。实际操作中,由5名评估小组专家对电梯安全运行从人员、 环境、设备三个方面,共31个因素,按照表2的评价标准进行打分。

表2 电梯安全运行评价标准

2 评价体系算例分析

现有5名评估小组专家对3台电梯(L1、L2和L3)的31个评估指标进行赋值打分,并取平均值,见表3。

表 3 电梯安全评估小组评分原始数据

影响因素专家赋值L1 L2 L3安全性能试验A7制动能力测试B25 73 71 68消防返回功能测试B26 74 73 69电梯运行性能测试B27 78 68 71人员因素A8管理人员素质B28 73 78 73维保人员专业技术水平B29 76 73 68环境因素A9使用环境B30 79 76 78使用用途B31 80 79 73

将表3的数据代入到式(15),可计算得到基于熵权的灰色关联系数见表4,根据式(16)、式(17)和式(18),计算目标层总关联度,可以分别得到rL1=0.8607,rL2=0.7678,rL3=0.6584。由于3部电梯的安全部件得分都大于60分,因此,3台电梯的总灰色关联系数FL1＞FL2＞FL3。电梯的关联系数越高,说明电梯安全状况曲线跟最优状况的数列曲线越接近,可以看出电梯状况电梯L1好于电梯L2好于电梯L3。采用线性灰量白化权函数来确定电梯安全状态[9],量化标准见表5,可以看出电梯L1处于A级,电梯L2处于B级,电梯L3处于C级,3台电梯总体状态都符合要求。

表 4 评估指标的灰色关联系数和权重

(续表)

表 5 电梯整体安全水平分级和定性量化标准

3 结束语

1)我国近年来电梯事故数和每万台电梯事故数居高不下,老旧电梯约占电梯数量的10%,分布广,影响大,个别老旧电梯经常发生溜梯、层门夹人、电梯蹲底等事故,严重影响了人们正常出行,用户意见大,投诉多。

2)老旧电梯故障率高,维修困难、备品备件少、成本高,维修资金支取困难。

3)引入灰色关联分析方法计算各指标当前状态与完好状态之间的灰色关联度,通过熵权法确定权重,减小主观因素的干扰,更加客观地实现电梯整体安全水平的评价。能够较为真实地反映电梯的真实状况。

[1] 陈庆勋，陈江，邱郡．韩国电梯应急管理与事故统计分析研究[J]．中国特种设备安全，2016，32(03)：53-60．

[2] 电梯监督检验和定期检验规则——曳引与强制驱动电梯[S]．

[3] 孙宁，杨海宁，梁华，等．2015年南京市电梯安全状况[J]．中国特种设备安全，2016，32(05)：1-5．

[4] 唐大芳，翁绍捷，李克红，等．加强老旧电梯管理推动老旧电梯改造[J]．中国特种设备安全，2015，31(06)：57-59．

[5] 李晓宁，郑祥盘．基于多层综合评价模型的电梯安全风险评估[J]．电子设计工程，2012，(07)：77-79+82．

[6] 庆光蔚，王会方，胡静波．电梯安全级别模糊综合评价方法及应用研究[J]．中国安全生产科学技术，2013，(04)：129-134．

[7] 庆光蔚，岳林，胡静波．老旧电梯模糊定量安全技术评价方法研究[J]．中国安全科学学报，2013，(12)：126-131．

[8] 电梯制造与安装安全规范[S]．

[9] 邓聚龙．灰色系统理论教程[M]．武汉：华中理工大学出版社，1990．

Study on Safety Evaluation of Old Elevator by Gray System Theory

Xu Jingshun
(Market Supervisory Authority of Taicang City Suzhou 215400)

The old elevators in China which distribute and impact widely, is about 10% of the total lifts. Old elevators have the problems of high failure rate, maintenance diffculties, spare parts, high cost and diffculties of maintenance of funds to withdraw. In this paper, entropy weight and gray relational method are used to evaluate the status quo of the old elevators. The evaluation of old elevators is based on the empowerment of human factors, equipment factors and environmental factors to provide a new idea for quantitative safety assessment of old elevators.

Old elevators Entropy weight Gray relational method Safety evaluation New idea

X924

B

1673-257X(2017)08-0019-05

10.3969/j.issn.1673-257X.2017.08.006

许景顺（1989～)，男，硕士，科员，从事特种设备监察工作。

许景顺，E-mail： jom20012@126．com。

2016-12-10）