电梯安全风险因素分析及预警研究
2021-07-26谢科范梁本部
杜 娅，谢科范，梁本部，冼 蕾
(武汉理工大学管理学院，湖北 武汉 430070)
随着现代经济的发展，城市化进程的加快，电梯行业得以迅猛发展。电梯设备已普遍应用于住宅建筑、商业建筑、工业建筑、基础设施、交通运输枢纽和各项社会公共建筑中。统计数据显示，电梯在我国作为一种特种设备，其保有量在2019 年已经增长到709.75 万台，仅2019 年我国电梯设备的年产量就高达117.3万台。这表明，未来电梯行业的需求将会呈现持续增长的趋势，电梯将不断应用于各类建筑和基础设施中。然而，电梯使用在给人们的工作和生活带来便利的同时，也造成了一些负面影响，经常会引发电梯安全事故。自电梯产生以来，电梯事故不断出现，甚至大多数事故会造成乘坐者的身体伤害和生命威胁，并且有人因电梯故障被困而引发幽闭恐惧症等多种心理疾病。2019年全年，全国发生特种设备安全事故共计130起，其中电梯事故高达33起，占比超过1/4，死亡人数为29人，仅次于特种设备事故发生频率最高的场(厂)内专用机动车辆事故死亡人数。因此，为了减少电梯安全事故的发生概率，降低乘坐电梯的风险度，提高电梯使用效率以及乘客乘坐电梯的舒适程度，应对电梯安全风险及其因素进行系统、全面的分析，以期对未来电梯设备生产技术的改进和老旧电梯的有效维护提供参考。
现阶段对于电梯安全风险的研究可以从整体和部分两个方面入手：一是对电梯安全风险评价指标体系进行研究，主要探讨如何利用多种方法构建电梯安全风险评价指标体系，强调体系的建立，并通过电梯安全风险评价指标体系的构建，基于对电梯安全事故发生的原因进行合理、有效分析的前提下，评估电梯运营的安全性和风险性，以此来判断电梯设备是否能够投入使用以及综合判定电梯从生产直至维修多个周期中可能存在的风险；二是对电梯安全风险因素进行科学系统的识别，在构建风险评价指标体系的基础上，全面了解电梯安全风险的成因及其相互影响关系，并进行风险评价指标体系的设计。有学者采用描述性统计的方法对历年来所发生的电梯安全事故进行了归纳和整理，再利用多元数据分析工具中的多变量模型，分析了多个潜在变量之间的相关性，以此解析引发电梯安全事故的各种风险因素。
针对电梯安全风险评价指标体系的研究目前主要有层次分析法、模糊评价法、事故树评价法、熵权和灰色关联法、多层次模糊综合评价法、BP神经网络法、物联网和大数据分析法等。如Feng等考虑到提高安全风险分析的可靠性，提出了FTA的方法，并引入模糊数法，分析探讨了电梯事故由危险因素引起的内在机理以及事故控制的关键环节；另外，朱明等通过专家打分评价的方法，对电梯安全风险进行了系统的评价和设计，并以此构建了基于真实电梯事故的电梯安全风险评估数据库以及具有实用性和独创性的专家系统；基于熵权和灰色关联方法的电梯安全风险评估是通过分析我国多年来电梯安全事故发生的原因，引入人员维护、机器生产、运营环境和维修管理四大类因素，构建了电梯安全风险评估指标体系；BP神经网络是一种伴随计算机技术发展而产生的工具箱算法，陈兆芳等通过网络模拟的方式利用BP神经网络算法进行样本测试，能够在不同条件下精准有效地对电梯安运营安全状况进行预警。就电梯安全风险因素分析而言，杨华通过掌握电梯安全风险原理和辨别电梯安全风险来源，发现针对电梯安全因素的评价具有模糊性，造成电梯安全风险评价指标体系的构建受到一定程度的限制，从而使得电梯安全风险评价结果的可靠性降低。由此可以说明，电梯安全风险因素的研究对电梯安全风险评估指标体系的构建具有重要影响，将电梯安全风险因素进行细致分析和综合研究是构建评价指标体系的关键环节。另外，从定性分析出发，Zarikas等强调政府应当通过对数据资料的重点获取和分析来降低电梯安全风险程度，以减少事故发生的次数。与之类似的研究是通过梳理统计的方法，将电梯安全事故所在地区、场所、状态以及故障原因进行系统整理，由此总结出电梯安全事故的发生过程、内在规律和关键节点。
目前关于电梯安全风险的研究主要侧重于构建电梯安全风险评价指标体系，鲜少有对电梯安全风险因素和风险预警的详细研究，这使电梯安全风险评价指标体系的构建不具备科学性和严谨性。而少量关于电梯安全风险因素的分析也仅停留在数理统计阶段，尚未形成系统性的实质理论。因此，需要结合多种方法，从电梯安全风险因素分析、风险因素作用关系模型构建、风险预警指标体系构建、风险预警指标体系评价等多个方面进行全过程研究，通过电梯安全风险因素分析构建风险预警指标体系进而建立风险评价指标体系，评估指标体系的科学性，从多角度进行分析也成为本文电梯安全风险因素分析和风险预警研究的创新内容所在。
1 基于扎根理论的电梯安全风险因素分析
扎根理论是Barney Glaser和Anselm Strauss通过大量的经验资料和访谈文本将事物的规律凝练总结为思想理论的一种方法。本文在扎根理论编码的基础上，采用文献分析法和深度访谈法探究影响电梯安全的风险因素。首先，通过对“电梯风险因素”“电梯安全管理”和“电梯风险预警”等相关主题进行检索，获取了与电梯安全风险因素及预警相关的众多文献资料，共收集到114篇相关文献，其中学术期刊文献67篇，电梯事故新闻报道34篇，网络资料13篇；其次，以武汉市某小区作为调查对象，对小区居民、物业人员以及电梯维修人员和有关从事电梯质量监管、电梯维保及行业专家在内的人员进行了深度访谈，共获得访谈文本25 份，其中小区居民10 份，物业人员10 份，电梯维修人员5 份；最后，使用Nvivo软件进行编码，初步识别电梯使用时期影响电梯安全的19个开放式编码，并在此基础上进行主轴编码识别，共识别出影响电梯安全的9 个关键因素，最终总结出影响公共电梯安全使用的5 大风险因素。
1.1 电梯安全风险因素的开放式编码
本文利用文献资料分析得到的电梯安全风险因素的初始开放式编码(见表1)，再进一步结合访谈文本中提取的自由节点，进而归纳总结得到最终的电梯安全风险因素的开放式编码，见表2。
表1 基于文献资料的电梯安全风险因素的初始开放式编码
表2 电梯安全风险因素的开放式编码
1.2 电梯安全风险因素的主轴编码
将电梯安全风险因素的19 个开放式编码进行关联，找出编码之间的内在联系，并进一步提取，总结得到电梯安全风险因素的主轴编码，见表3。
表3 电梯安全风险因素的主轴编码
通过对近年来发生的电梯事故进行统计和分析发现，多数电梯事故均发生在缺乏家长监管的儿童身上，由此在主轴编码中可以将“儿童监护缺失”独立于一般成人的电梯安全意识淡薄的概念之外，作为其中的一个概念范畴，在进行核心编码中则可将该类范畴进一步归纳凝练。另外，“电梯安全使用标志缺失”“电梯保养不合规”“电梯定期检修走过场”3个节点主要是探讨管理部门管理行为的不规范问题，故将此3个节点归于“管理行为不规范”节点。以此类推，共将31 个开放式编码归于9 个主轴编码节点中。
1.3 核心编码
依据扎根理论的思路，最终将电梯安全风险因素的主轴编码的核心编码定义为5类，分别为“管理缺陷”“人的问题”“设备本身”“运行环境”和“预警技术”，具体见表4。
表4 电梯安全风险因素的核心编码
2 研究假设
通过对核心编码进行分析发现，居民素质和维修人员水平是影响电梯运行安全的重要因素。长期以来，电梯安全的宣传仅仅是通过贴在电梯中的公告来进行，居民缺乏参与度。而电梯维修人员从业门槛低、素质参差不齐、操作不规范等也是影响电梯安全的一大风险因素。电梯一般需要在一定的条件下运行，如果湿度和温度条件达不到要求的话，会严重减少电梯的使用寿命，带来巨大的安全隐患，而运行环境的合理性和安全性是电梯安全运营的又一重要风险因素。因此，从电梯设计安装的先天性缺陷，到电梯因过度使用等原因导致的设备老化，这些问题都是随时存在的安全隐患，如果维修人员对设备更换和修理不及时，造成乘客乘坐有安全隐患的电梯，会对电梯使用者的生命安全构成严重威胁。此外，管理层对电梯运行安全的重视程度也是一个重要因素。如果管理层对安全的重视程度较高，管理人员会非常关注电梯的安全，规范电梯的安全操作，为提高电梯使用的安全性，从上及下、从领导层决策到具体安全政策与程序都为保障电梯安全提供足够的便利，电梯安全运行所产生的风险就会由此降低。最后，电梯预警系统可以在故障发生后自动联系救援人员，并提供实时通话，还可以记录电梯从安装到维护、检查等多个过程中的实时数据信息，为电梯安全监管部门提供相关数据，以便后期维修和检查，并将其中异常的数据信息上传至预警系统后台。但是由于种种原因，目前使用预警技术的电梯还是很少，由此增大了电梯安全运营的风险。基于上述理论分析，本文提出如下假设：
假设H:人员因素显著正向影响电梯安全风险暴露；
假设H：环境因素显著正向影响电梯安全风险暴露；
假设H：设备因素显著正向影响电梯安全风险暴露；
假设H：管理因素显著正向影响电梯安全风险暴露；
假设H：预警技术因素显著正向影响电梯安全风险暴露。
基于扎根理论编码，提炼出影响电梯安全的风险因素，并将影响电梯安全的风险因素总结为“管理缺陷” “人的问题”“设备本身”“运行环境”“预警技术”5大因素，以此作为构建电梯安全风险因素模型的理论基础，如图1所示。
图1 电梯安全风险因素概念模型
3 研究结果与分析
3.1 数据分析
3.1.1 基本信息统计分析
根据电梯安全风险因素相关理论知识，结合5级李克特量表设计了调查问卷量表，发放调查问卷共210 份，有效回收调查问卷205 份，调查问卷回收率达98%，通过筛选有问题或者答案有歧义的调查问卷，得到最终有效调查问卷193 份。
通过对调查问卷进行统计分析，可以得到以下信息：在性别项中，男性样本的占比为60.1%，女性样本的占比为39.9%，性别比例男性居多；在年龄段项中，20 岁以下样本的占比为8.3%，20～30岁样本的占比为34.7%，30～40岁样本的占比为19.2%，40～50岁样本的占比为20.7%，50～60岁样本的占比为9.8%，60岁以上样本的占比为7.3%，年龄段选取20～30岁和40～50岁的样本居多；在职业项中，学生有25人，公司职员有84人，政府部门有32人，自由职业有35人，其他人员有17人，职业方面公司职员的样本最多，占比为43.5%。
3.1.2 调查问卷的信度和效度分析
本文采用Cronbach’sα
系数测量电梯安全风险因素研究问卷的内在信度，Cronbach’sα
系数越大，表示调查问卷的内部一致性越高。通过分别检验电梯安全风险因素量表中各部分的信度，来检验调查问卷的内部一致性。另外，需要对观测变量进行适当排除，即对所有变量都采取一次删除操作，该操作如果并未影响信度指数的增幅，则认定该观测变量的可信度为良好。由于电梯安全风险只有2个测量题项来衡量，所以不适宜做删除测试，其检验结果见表5。本文应用SPSS 21.0 软件对电梯安全风险因素各维度构成进行检验，一般将KMO值大于0.7 和Bartlett的球形度检验的显著性小于0.05作为评定能否满足探索性因子分析的前提，当满足以上两个前提时，表明各个观测变量具有相关关系，能够进行因子分析。本研究中的电梯安全风险因素因子分析采用的提取方法是主成分法，其中旋转法采用符合Kaiser标准化的正交旋转法，旋转在6 次迭代后收敛。
表5 电梯安全风险因素各变量的信效度分析结果
由表5可知，量表各个潜变量的Cronbach’sα
系数都在 0.7 以上，并且绝大多数都在0.8以上,说明该调查问卷的内部一致性较好，其可以作为电梯安全风险因素研究的工具；另外，观测变量与潜变量之间的CITC满足0.6～0.85的区间之内，达到了高于0.5的界限，充分说明代表问项的潜变量得到了合理设置。另外，探索性因子分析结果显示：量表的KMO值为0.932，显著大于标准0.70；Bartlet的球形度检验值为2 496.602，显著性p
<0.001，满足因子分析条件。采取主成分分析法，随机抽取特征值大于1的因子，结果共提取出5个公因子，旋转累计平方和为68.03%，大于60%；通过正交旋转法旋转后，可将23个问项归类为5类因子，每个项目的因子负荷均高于0.5，说明提取的5个因子所包含的信息较全面，且未出现双重因子负荷均高的情况，电梯安全风险因素的各观测变量按照理论预设聚合到各维度下。综合以上分析结果说明，研究选取的量表具有较好的建构效度。3.2 结构方程模型分析
本文通过拟合度指标来判断电梯安全风险因素模型的拟合效果，见表6。
表6 电梯安全风险因素模型的拟合度指标结果
由表6可知:x
/df
符合1～3的标准；AGFI和GFI也符合大于0.8的要求，且在0.90左右；NFI、TLI和CFI也符合大于0.9的要求；RMSEA为0.018，符合小于0.08的标准。因此，电梯安全风险因素研究的验证性因子分析模型的拟合效果较好。电梯安全风险因素模型的路径系数及其显著性水平见图2，其结构方程模型结果见表7。
图2 电梯安全风险因素模型的路径系数及其显著性水平
表7 电梯安全风险因素的结构方程模型结果
由表7可知：人员因素对电梯安全风险的标准化路径系数为0.185(t
值=2.
412，p
=0.
016<0.
05)；环境因素对电梯安全风险因素的标准化路径系数为0.
269 (t
值=3.
193，p
=0.
000<0.
05)；设备因素对电梯安全风险因素的标准化路径系数为0.
191(t
值=2.
273，p
=0.
023<0.
05)；管理因素对电梯安全风险因素的标准化路径系数为0.
188(t
值=2.
242，p
=0.
025<0.
05)；技术预警因素对电梯安全风险因素的标准化路径系数为0.
289(t
值=3.
241，p
=0.
000<0.
05)。以上数据说明5大因素均与电梯安全风险暴露呈显著性正相关，因此假设H～H均成立，其中5个主要影响因素中预警技术因素对电梯安全风险暴露的影响最大(标准化路径系数为0.289)。4 电梯安全风险预警指标体系构建与评估
4.1 电梯安全风险预警指标体系构建
通过扎根理论的三阶段编码和结构方程模型分析，并综合电梯安全相关专家的意见，构建了电梯安全风险预警指标体系，见表8。
表8 电梯安全风险预警指标体系
4.2 电梯安全风险预警指标体系评估
采用专家打分表的方式获取定性指标的数据，通过设计调查问卷，以评分的方式进行调研。调查问卷面向具有学术经验的科研人员、从事电梯行业的工作人员以及对特种设备有所了解的专业人士发放。经过问卷调查，将所得到的问卷调查结果进行整理，共收集到44位专家的打分意见。专家的年龄跨度较大，范围为22～60岁，其中20～30岁的专家有10人，占比为22.73%左右；30～40岁的专家有21人，占比为47.73%左右；40岁以上的专家有13人，占比为29.54%左右。专家的职业分布为电梯维修工作人员11人，占比为25.00%；电梯行业研究专家25人，占比为56.82%；电梯质量监管人员8人，占比为18.18%。由于专家的选择均与电梯存在着一定的关联，并且专家是具备一定相关知识和技能的电梯从业人员，因此根据专家评判所获得的数据具有一定的准确性和真实性。
电梯安全风险预警指标体系评估是将评语集分为 5 个等级，分别为好(100～90)、较好(89～80)、一般(79～70)、较差(69～60)、差(<60)，根据专家打分表和层次分析法、归一化处理后，可得到二级指标的隶属度矩阵：
采用下面模糊评价模型公式，可求出对应二级指标的模糊评价矩阵：
B
=W
·R
(1)
式中：B
表示二级指标的模糊评价矩阵；W
表示三级指标的权重(由于篇幅原因，并未展示三级指标权重的计算过程)；R
表示二级指标的模糊评价矩阵。各二级指标的模糊评价矩阵的计算结果如下：
管理行为(B
)=[0.
40 0.
24 0.
27 0.
10 0.
00];管理意识(B
)=[0.
46 0.
22 0.
28 0.
04 0.
00];维修人员(B
)=[0.
40 0.
15 0.
41 0.
04 0.
00];居民素质(B
)=[0.
49 0.
15 0.
33 0.
02 0.
00];设置装备(B
)=[0.
38 0.
10 0.
49 0.
03 0.
00];老旧程度(B
)=[0.
44 0.
11 0.
42 0.
03 0.
00];内部运行环境(B
)=[0.
360.
300.
280.
060.
00];外部安装环境(B
)=[0.
400.
230.
310.
060.
00];预警技术(B
)=[0.
43 0.
14 0.
38 0.
04 0.
00];配套设施(B
) =[0.
47 0.
18 0.
30 0.
05 0.
00].
将以上二级指标的评价结果组成各一级指标的隶属度矩阵如下：
采用下面模糊评价模型公式，可求出一级评价指标的模糊评价矩阵：
A
=W
·R
(2)
式中：A
表示一级评价指标的模糊评价矩阵；W
表示二级评价指标的权重；R
表示二级评价指标的模糊矩阵。由此可得到各一级指标的模糊评价矩阵的计算结果如下：
管理因素A
=(0.
44 0.
22 0.
28 0.
06 0.
00);人员因素A
=(0.
46 0.
15 0.
36 0.
03 0.
00);设备因素A
=(0.
40 0.
11 0.
47 0.
03 0.
00);环境因素A
=(0.
45 0.
16 0.
35 0.
04 0.
00);预警技术因素A
=(0.
440.
220.
280.
060.
00).
可根据以下公式和经验总结，分别取评语集两端数值的中间值，将其定义为F
：F
=(95 85 75 65 30)Z
=A
·F
(3)
因此可得到各一级评价指标的质量评估等级如下：
Z
=A
·F
=85.
507(较好)Z
=A
·F
=85.
480(较好)Z
=A
·F
=83.
718(较好)Z
=A
·F
=84.
735(较好)Z
=A
·F
=85.
052(较好)根据电梯安全风险预警指标体系评估标准，5个一级评价指标的质量评估等级均在89～80之间，判定其质量等级为较好，由此说明电梯安全风险预警指标体系的构建具有有效性、合理性和科学性，且该预警指标体系能够较好地反映电梯安全风险预警效果。
5 结论与启示
本文运用统计方法对近年来我国部分电梯安全事故进行梳理，借助文献分析法，将扎根理论三阶段编码作为电梯安全风险因素影响分析的理论基础，通过结构方程模型探究电梯安全风险各影响因素及其作用机理，基于模糊评价法构建电梯安全风险预警指标体系并对其进行评估，结果表明对电梯安全风险因素研究应当从人员、环境、设备、管理和预警技术因素5个方面入手。同时，从电梯安全风险源头出发，归纳总结5类因素对电梯安全运营的潜在影响，并通过实证分析证实五大因素均对电梯安全风险因素的暴露具有一定的关联和正向影响，其中预警技术因素对电梯安全风险因素的暴露具有显著的正向影响，因此应当重视预警技术因素，并通过技术手段有效地降低电梯安全使用风险。另外，通过预警指标体系的构建与评价，创新性地提出了科学、系统的电梯安全风险预警指标体系，以为后续研究电梯事故和预警模拟提供启示。该电梯安全风险预警指标体系的构建能够有效地判断评价指标质量等级，不仅能够在一定程度上指导电梯生产及维修人员在生产及维修过程中如何避免不足和缺陷，而且能够作为判断和评估电梯安全事故发生概率的依据，从而有效地降低电梯事故发生的可能性。通过本文研究得到以下管理启示：
(1) 加强对影响电梯安全风险因素的人员、环境、设备和管理四大基础性因素的重视程度，合理分析产生电梯安全事故的原因，并进行事故场景模拟和采取事故追责制度，以此减少或避免电梯安全事故的发生。尤其要重点关注维修管理人员的专业素质水平，定时进行岗位职责培训和维修技能培训；要定时开展电梯安全风险宣传讲座，提高乘客的电梯安全意识，并做好对儿童乘坐电梯的特殊防护；电梯维修和管理人员要定期检查机房等电梯内部运行环境以及包含楼道的外部安装环境，注意电梯运行的温度和湿度条件，当出现数值偏差时要做出及时调整，并按时对电梯设备进行维护和更新，对磨损零件进行更换，对老旧系统进行升级，以此来提高电梯的运营年限和安全系数。
(2) 预警技术因素是伴随着现代科学技术发展而衍生的产物，公共建筑及设施管理部门要加大对预警技术的使用以及技术资金的投入，通过科学的监测方法和预警手段，防患于未然，在电梯安全事故发生前给予警报提示。同时，与电梯有关的特种设备建设部门要结合物联网、大数据挖掘以及无线传感等多种新型技术对电梯安全风险进行预警，推动电梯安全生产和有效运营，以此构建覆盖全国的电梯安全风险智能预警平台。此外，预警技术的内涵应包括技术手段和配套设施两个方面，通过远程监控技术、大数据预警平台技术、人工智能技术进行基础支持，配备电梯智能检测手段以及数据库信息处理系统加以协作，以充分发挥电梯安全风险的预警作用。
