許景順

(太倉市市場監(jiān)督管理局 蘇州 215400)

運用灰色系統(tǒng)理論評估老舊電梯安全性的研究

許景順

(太倉市市場監(jiān)督管理局 蘇州 215400)

我國老舊電梯約占電梯總量的10%，分布廣，影響大。老舊電梯故障率高，維修困難、 備品備件少、成本高，維修資金支取困難。本文利用熵權(quán)和灰色關(guān)聯(lián)方法，對老舊電梯安全狀況進行量化評估，根據(jù)人員因素、設(shè)備因素和環(huán)境因素賦值賦權(quán)，以期為老舊電梯定量安全評估提供新思路。

老舊電梯 熵權(quán) 灰色關(guān)聯(lián) 安全評估 新思路

伴隨著我國社會經(jīng)濟快速發(fā)展、城市化水平和人民群眾生活水平的快速提高,特別是近年來房地產(chǎn)的繁榮發(fā)展,我國電梯保有量每年均以超過20%的速度迅猛增長,截至2015年底,我國電梯保有量和生產(chǎn)量分別達到426萬臺和76萬臺,電梯年產(chǎn)量也已達到世界總產(chǎn)量的三分之一,我國已經(jīng)成為全世界電梯的制造量和使用量最大的國家之一[1-3]。電梯是人們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｒ姷?、不可或缺的一類特種設(shè)備。

20世紀90年代安裝的電梯約占總數(shù)的10%,使用年限已經(jīng)達到十多年甚至超過二十多年,表1為我國主要城市老舊電梯情況(使用年限超過15年)。以電梯20年的正常設(shè)計壽命來說,一套商品房的使用年限為70年,高層建筑的電梯需要更換3次或者4次, 2000年以后安裝的電梯也開始逐漸步入老齡化。個別老舊電梯經(jīng)常發(fā)生溜梯、層門夾人、電梯蹲底等事故,嚴重影響了人們正常出行,用戶意見大,投訴多。

表1 主要城市的老舊電梯情況

老舊電梯故障率高,維修困難、備品備件少、成本高,維修資金支取困難。我國老舊電梯的報廢標準仍未出臺,大量老舊電梯帶病運行的狀況普遍存在,積極開展老舊電梯安全風(fēng)險評估對于維護電梯的安全穩(wěn)定運行具有十分重要的意義[4]。目前國內(nèi)外學(xué)者對電梯安全運行進行了有益的探索,主要針對老舊電梯風(fēng)險評價方法方面的研究,如基于層次分析、事故樹分析和模糊評價等方法的電梯安全風(fēng)險評價等[5-7]。對層次分析、事故樹分析和模糊定量評價對老舊電梯的評價有所研究,這些研究為電梯安全運行奠定了良好的基礎(chǔ),但是電梯是一個復(fù)雜的機電設(shè)備,不確定性因素眾多,且對電梯系統(tǒng)完整評價指標體系的建立不全面,亦缺乏明確的安全級別劃分。本文利用熵權(quán)和灰色關(guān)聯(lián)方法,對老舊電梯現(xiàn)狀進行量化評估,以期為老舊電梯定量安全評估提供新思路。

1 電梯風(fēng)險評估模型建立

本文利用熵權(quán)法原理,把電梯安全評價中的各個待評價指標數(shù)值進行相應(yīng)的運算,來確定各指標所占權(quán)重。通過各指標灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)得出目標層總關(guān)聯(lián)系數(shù),電梯的總關(guān)聯(lián)系數(shù)越大,說明目前電梯安全狀況曲線跟最優(yōu)狀況的數(shù)列曲線越接近,電梯安全狀況越好,反之亦然。

1.1 灰色關(guān)聯(lián)理論

灰色系統(tǒng)理論是我國著名學(xué)者鄧聚龍所創(chuàng)立,現(xiàn)已廣泛應(yīng)用在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、金融等方面的預(yù)測評估。其運算過程如下:

1)確定參考系列和比較序列。

參考序列即為設(shè)與電梯安全相關(guān)的因素有n個,設(shè) Xik( i=1,2,…,n; k=1,2,…,m) 為第i個方案中第k個指標的原始值,則n個方案的指標值構(gòu)成的比較數(shù)列矩陣為

設(shè)X0k為第k個指標在各方案中的最優(yōu)值(“效益”型指標取該指標在各方案中的最大值,“成本”型指標取該指標在各方案中的最小值) ,本文采用“效益”型指標X0={X01,X02,…,X0m} 為最優(yōu)指標集(所對應(yīng)的方案為最優(yōu)方案) ,即為參考數(shù)列。

2)規(guī)范化處理數(shù)據(jù)。

由于評判指標相互之間常具有不同量綱和數(shù)量級,沒有統(tǒng)一度量標準,所以需要按照式(2)對原始指標數(shù)列(1)進行規(guī)范化處理,將其化為[0, 1] 區(qū)間內(nèi)的數(shù),得到新數(shù)列,見式(3)。

3)求差序。

式中:

k——第i個影響因素的數(shù)據(jù)序列;i=1,2,…,m。

4）求兩級最大差和最小差。

5)求灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)。

式中:

i=1,2,…,n; k=1,2,…,m;

ρ——分辨系數(shù),ρ∈[0, 1],一般取ρ=0. 5。

1.2 熵理論確定指標權(quán)重

熵權(quán)法是一種可以用于多對象、多指標的綜合評價方法,計算所得的權(quán)重比例只來自數(shù)據(jù)本身,幾乎不受主觀因素影響,可以在很大程度上避免人為因素的干擾。本文采用熵權(quán)法來確定各指標所占權(quán)重。計算流程如下:

1)構(gòu)建目標矩陣以及歸一化處理。

將該矩陣進行歸一化處理,即取矩陣(1)中列向量,與該矩陣中所有元素之和的比值作為歸一化結(jié)果[見式(9)、式(10)],其計算公式如下:

式中:

i=1,2,…,n;j=1,2,…,m。

2)計算評價指標的熵權(quán)W。

根據(jù)式(10)、式(11)、式(12)得到各個評價指標熵權(quán)如下:

3)基于熵權(quán)的灰色關(guān)聯(lián)度的計算。

根據(jù)式(8)、式(13),可得到基于熵權(quán)的灰色關(guān)聯(lián)度的計算公式為:

式中:

w=123,,。

建立目標否決機制,當(dāng)電梯安全部件評分低于60分,則該電梯的熵權(quán)的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)自動0。例如制動系統(tǒng)為單彈簧制動或者單鐵芯制動、老舊電梯缺少轎廂上行超速保護裝置。

1.3 電梯風(fēng)險評估流程

電梯風(fēng)險評估流程如圖1所示,檢驗機構(gòu)在電梯年檢時或者特種設(shè)備監(jiān)察機構(gòu)在電梯日常監(jiān)察當(dāng)中發(fā)現(xiàn)嚴重安全隱患或者客戶主動提出電梯安全評估需求時,可成立電梯安全評估小組。評估小組成員由5名電梯檢驗師組成,這5名電梯檢驗師從事電梯年檢和驗收的年限必須達到5年以上,然后由這5名檢驗師根據(jù)人員方面、設(shè)備方面和環(huán)境方面,共31個因素進行賦值打分評估。其中,人員方面可分解為管理人員素質(zhì)和維保人員專業(yè)技術(shù)水平;設(shè)備方面可分解為7個方面,分別為安全保護系統(tǒng)、曳引系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、轎廂安全系統(tǒng)、層門安全系統(tǒng)、電力控制系統(tǒng)和安全性能測試;環(huán)境方面評估可根據(jù)電梯的使用場所和用途兩方面進行打分。通過賦值評估來確定該電梯的風(fēng)險狀況,形成風(fēng)險評估文件,評定風(fēng)險等級,根據(jù)風(fēng)險等級制定和采取相應(yīng)的改進措施。

圖 1 電梯風(fēng)險評估流程圖

1.4 電梯安全運行評價標準

本文通過對電梯歷年事故的發(fā)生形態(tài)和產(chǎn)生電梯事故的主要原因進行統(tǒng)計分析,以及電梯制造與安裝安全規(guī)范的標準[8],來構(gòu)建電梯安全運行的評估標準,詳見表2。實際操作中,由5名評估小組專家對電梯安全運行從人員、 環(huán)境、設(shè)備三個方面,共31個因素,按照表2的評價標準進行打分。

表2 電梯安全運行評價標準

2 評價體系算例分析

現(xiàn)有5名評估小組專家對3臺電梯(L1、L2和L3)的31個評估指標進行賦值打分,并取平均值,見表3。

表 3 電梯安全評估小組評分原始數(shù)據(jù)

影響因素專家賦值L1 L2 L3安全性能試驗A7制動能力測試B25 73 71 68消防返回功能測試B26 74 73 69電梯運行性能測試B27 78 68 71人員因素A8管理人員素質(zhì)B28 73 78 73維保人員專業(yè)技術(shù)水平B29 76 73 68環(huán)境因素A9使用環(huán)境B30 79 76 78使用用途B31 80 79 73

將表3的數(shù)據(jù)代入到式(15),可計算得到基于熵權(quán)的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)見表4,根據(jù)式(16)、式(17)和式(18),計算目標層總關(guān)聯(lián)度,可以分別得到rL1=0.8607,rL2=0.7678,rL3=0.6584。由于3部電梯的安全部件得分都大于60分,因此,3臺電梯的總灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)FL1＞FL2＞FL3。電梯的關(guān)聯(lián)系數(shù)越高,說明電梯安全狀況曲線跟最優(yōu)狀況的數(shù)列曲線越接近,可以看出電梯狀況電梯L1好于電梯L2好于電梯L3。采用線性灰量白化權(quán)函數(shù)來確定電梯安全狀態(tài)[9],量化標準見表5,可以看出電梯L1處于A級,電梯L2處于B級,電梯L3處于C級,3臺電梯總體狀態(tài)都符合要求。

表 4 評估指標的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)和權(quán)重

(續(xù)表)

表 5 電梯整體安全水平分級和定性量化標準

3 結(jié)束語

1)我國近年來電梯事故數(shù)和每萬臺電梯事故數(shù)居高不下,老舊電梯約占電梯數(shù)量的10%,分布廣,影響大,個別老舊電梯經(jīng)常發(fā)生溜梯、層門夾人、電梯蹲底等事故,嚴重影響了人們正常出行,用戶意見大,投訴多。

2)老舊電梯故障率高,維修困難、備品備件少、成本高,維修資金支取困難。

3)引入灰色關(guān)聯(lián)分析方法計算各指標當(dāng)前狀態(tài)與完好狀態(tài)之間的灰色關(guān)聯(lián)度,通過熵權(quán)法確定權(quán)重,減小主觀因素的干擾,更加客觀地實現(xiàn)電梯整體安全水平的評價。能夠較為真實地反映電梯的真實狀況。

[1] 陳慶勛，陳江，邱郡．韓國電梯應(yīng)急管理與事故統(tǒng)計分析研究[J]．中國特種設(shè)備安全，2016，32(03)：53-60．

[2] 電梯監(jiān)督檢驗和定期檢驗規(guī)則——曳引與強制驅(qū)動電梯[S]．

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[4] 唐大芳，翁紹捷，李克紅，等．加強老舊電梯管理推動老舊電梯改造[J]．中國特種設(shè)備安全，2015，31(06)：57-59．

[5] 李曉寧，鄭祥盤．基于多層綜合評價模型的電梯安全風(fēng)險評估[J]．電子設(shè)計工程，2012，(07)：77-79+82．

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[9] 鄧聚龍．灰色系統(tǒng)理論教程[M]．武漢：華中理工大學(xué)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

許景順（1989～)，男，碩士，科員，從事特種設(shè)備監(jiān)察工作。

許景順，E-mail： jom20012@126．com。

2016-12-10）