基于故障树的电梯困人故障分析与改进＊

上海市特种设备监督检验技术研究院 上海 200062

0 引言

截至2019年底，上海市在用电梯数量高达26.7万台，稳居全球第一，平均每天约有1亿人次乘坐电梯。随着电梯数量和使用年限的不断增加，老旧电梯逐渐到了故障高发期。据统计，2020年7月～10月，上海市智慧电梯平台共接报电梯困人故障2 520次，平均每月630次，解困人数3 505人，平均每月约876人。电梯困人轻则给乘客留下较差的乘坐体验，重则致使乘客产生恐慌心理。电梯困人后救援不当，甚至还会引发事故。例如：某酒店内电梯凌晨发生困人故障，轿厢内乘客在久等未果后，擅自扒开轿门，准备从轿厢内爬出，与此同时，电梯维保人员已经到达机房，其在未确认轿内人员情况下，实施了松闸溜梯操作，导致轿厢上升过程中，将正在爬出轿厢的乘客夹住，最后导致这名乘客身亡。由于电梯是较多零部件组成的结构较复杂的机电一体化产品，引发电梯困人故障的原因众多，本文采用故障树分析方法，收集、梳理、分析在用电梯常见困人故障的原因，并提出改进建议。

1 困人故障原因分析

根据《特种设备事故报告和调查处理导则》，电梯困人是指因设备本体、部件或者安全装置发生故障或者损坏，导致电梯停止，人员被困在轿厢之中不能出来的现象[1]。本文通过分析大量的电梯困人故障数据[2-5]，结合电梯本体结构特点，梳理出在用电梯常见困人故障原因。针对困人故障的表现形式，电梯困人故障主要由机械故障、电气故障和人为导致的故障引起，但最终均是电梯电气系统采取紧急停梯指令，从而导致电梯轿厢困人。

1）机械故障 包括曳引系统故障、平衡系统故障、门系统故障、导向系统故障。

2）电气故障 包括供电系统故障、驱动系统故障、电气控制系统故障、安全保护系统故障。

3）人为导致的故障 包括人为扒门、轿厢内蹦跳、踢打内招面板、冲撞轿门、电梯进水等。

2 建立故障树

2.1 故障树基本失效事件

电梯属于机电一体化产品，其组成系统较复杂，构成零部件种类多，涉及供电系统、驱动系统、电气控制系统、安全保护系统、曳引系统、平衡系统、门系统、导向系统等八大系统[6]，各系统之间相互联动。本文利用故障树简单、直观的特点，对电梯困人故障进行分析，可快速找到引发困人故障的原因。电梯困人的故障树分析中，基本事件见表1。

表1 电梯困人故障基本事件

X8 制动器机械卡阻X9 钢丝绳脱槽X10 钢丝绳断股X11 钢丝绳过度伸长X12 平衡系数过小X13 轿厢重载X14 门机故障X15 防夹装置失效X16 层门或轿厢地坎变形X17 层门门扇或者轿门门扇变形X18 门刀撞门球X19 轿厢地坎撞门球X20 门刀撞层门地坎X21 层门或轿门滑槽有异物卡阻X22 门挂轮机械卡阻X 23 导轨严重变形X24 导靴过度磨损X25 停电X26 电压严重下降X27 电压不稳X28 供电电路断路X29 变频器故障X30 节能装置故障X31 自动救援装置故障X32 动力电路绝缘电阻值下降X33 电动机温度过高X34 通讯故障X35 控制主板故障X36 接触器或者继电器故障X37 编码器故障X38 平层感应装置故障X39 外接电气设备干扰（如IC卡）X40 安全回路断开（如限速器开关、张紧轮开关）X41 安全回路接地故障X42 门回路断开X43 层门或者轿门门锁电气开关故障X44 门回路接地故障X45 扒门X46 蹦跳X47 踢打X48 冲撞X49 进水

2.2 构建故障树

根据故障树的建树逻辑规则，结合电梯困人故障分析形成的故障树基本事件，选取电梯困人故障为顶事件构建故障树，并根据GB/T 4888—2009《故障树名称术语和符号》绘制故障树图[7]，如图1所示。

图1 电梯困人故障树

2.3 求最小割集

故障树的割集是引起顶上事件发生的基本事件的集合，是系统发生故障的模式。凡能导致顶上事件发生的、最低限度的基本事件的集合称为最小割集。故障树中的一个最小割集是包含了最小数量而又必须的底事件的集合，全部最小割集的完整集合则代表了系统的全部故障，其含义在于其描绘出系统所有的基本故障模式。通过对最小割集的分析，可以找出电梯系统的薄弱环节，揭示电梯系统设计、安装、保养、使用过程中的重大缺陷，对此可提出提高系统安全性和可靠性的途径。用最小割集还能判断基本事件的结构重要度，计算顶上事件的发生概率。

利用布尔代数化简法，求得此故障树的46个最小割集，分别是{ 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个最小割集中的基本事件发生任何一个，都可能导致电梯困人故障的发生，即引起电梯困人故障有46类危险源。

2.4 结构重要度分析

在不考虑基本事件发生的难易程度，或假设各基本事件的发生概率相等，仅从故障树的结构上研究各个基本事件对顶上事件的影响程度，称为结构重要度分析。各个基本事件对顶上事件影响的程度不同，在制定安全防范措施时必须有先后次序，以便使电梯系统达到安全、经济的目的。在缺乏定量分析数据的情况下，定性分析显得非常重要，可以为改进电梯系统安全提供重要的参考信息。

利用最小割集近似判断结构重要系数的大小，并排列顺序。在电梯困人故障为顶上事件中，结构重要度为

3 改进建议

通过基于故障树的电梯困人故障分析，提出如下改进建议：

1）电梯作为一个系统发生困人故障的原因多达46种，故需要电梯设计制造单位从系统可靠性角度出发，不断提高可能引发电梯困人部件的可靠性；

2）电梯投入使用后，随着梯龄的不断增大，老旧电梯到达其使用寿命的后期，各种故障密集显现，对于故障率高的电梯进行大修改造，以延长其使用寿命；

3）提升老旧电梯维护保养质量，及时更换和调整故障率较高的零部件，困人故障发生后，应当对电梯系统进行全面检查，以彻底消除故障原因；

4）重视电梯使用环节，禁止扒门、挡门、蹦跳、踢打等不文明的乘梯行为，这类故障原因目前也是占比最大的导致电梯故障困人的原因。