基于“事故树-层次分析法”的在用电梯风险研究

基于“事故树 -层次分析法”的在用电梯风险研究

广东省特种设备检测研究院中山检测院

李怀珠、雷勇利、林如锡

[摘要]电梯井道坠落事故作为电梯门系统事故的一种，所占电梯事故的比重最大，危害性也最高。因此，科学有效地分析影响电梯井道坠落事故的各类要素，对于电梯的安全使用和风险防范有着十分重要的意义。本文结合事故树分析法和层次分析法，建立了在用电梯井道坠落风险综合评价模型，确立了影响在用电梯井道坠落事故风险的四类主要因素，并通过实例分析论证，证明了该模型的有效性。评价模型表明：管理措施的实施情况和电梯本体以外的人为因素对于电梯井道坠落风险事故有着最为重要的影响作用。

[关键词]在用电梯；井道坠落；事故树分析法；层次分析法

1 引 言

截止2020年底，我国在用电梯保有量突破800万台，高居全球首位，毫无疑问，电梯已经成为人们生活中必不可少的一种公共交通工具。然而，我国在用电梯由于维修、保养、零部件、管理使用等诸多方面存在的问题，老化的速度比较快，在信息网络高度发达的今天，每一起电梯安全事故都会引发人们的高度关注，因而电梯的安全运行成为了全社会的热点问题。据相关统计数据表明[1]，80%的电梯事故发生在电梯的门系统，而电梯井道坠落事故是众多电梯门系统事故中最为常见的一种，关于电梯井道坠落的案例比比皆是，造成的后果无不触目惊心。

因此，科学有效地进行电梯井道坠落的事故风险研究，对电梯的日常监管和安全使用有着十分重大的意义。当前，对于电梯风险评价领域，应用较为广泛的方法有层次分析法、事故树分析法、模糊评价法、安全检查表法等[2]。然而目前的研究更多的是从定性的角度进行电梯风险分析，鲜有将各个风险因素进行科学的量化。本文将结合事故树分析法的定性分析和层次分析法的定量分析，从一个全新的角度进行电梯井道坠落安全风险研究。

2 “事故树-层次分析法”的构建

层次分析法作为一种常用的风险评价方法，在电梯安全风险分析领域已经得到了较为广泛的应用，然而层次分析法在进行准则层面（中间层）的构建时，由于缺乏科学有效的要素分析，往往会产生较大的偏差。因此，针对在用电梯井道坠落风险研究，本文在使用层次分析法的同时，引入了事故树分析法，科学地寻求指标层（最底层）的各个要素因子，从而提高了层次分析的有效性和可靠性。

“事故树-层次分析法”主要包括事故树的构建、层次分析模型的建立、判断矩阵的构造及一致性检验等步骤，具体如下：

2.1 事故树的构建

事故树（Fault Tree）是一种从故障到原因进行因果关系倒推式的有向逻辑树，主要包含最小割集、最小径集和重要度分析等[3]。以特定事件或设备故障作为顶上事件，进行倒推式层层分析，直到不能分解的基本事件，这些众多基本事件对顶上事件均产生影响，而且影响程度各不相同，即基本事件的重要度分析。割集是导致顶上事件发生的基本事件的集合，而最小割集就是引起顶上事件发生的最低限度集合。与之相反，最小径集就是使顶上事件不发生的基本事件的最低限度集合。总而言之，对于一个顶上事件，最小径集越多，表明顶上事件不发生的可能性越多，系统也就越安全。

2.2 层次分析模型的建立

层次分析模型一般由指标层（最底层）、准则层（中间层）和目标层（最高层）组成[4]。在层次分析模型中，各个要素因子之间相互关联，因而将不同属性的要素因子自上而下进行层次划分。本文中，为了使事故树与层次分析模型更好地结合，首先将事故树中的各个基本事件转化为层次分析模型中的指标层要素因子，经过属性归类后，确定准则层要素因子，而电梯井道坠落即为目标层。

2.3 判断矩阵的构造

在层次分析模型中，对同属于准则层某个要素因子的各个指标层要素因子进行两两比对，比较它们对于准则层该要素因子的影响程度，并进行权重量化，同样的，准则层要素因子对于目标层亦是如此，从而构造出判断矩阵。判断矩阵是层次分析模型的基础，通过该矩阵，可以得到各个基本要素因子对于目标层的权重。

2.4 判断矩阵的一致性检验

前文构造出的判断矩阵并不意味着可以作为判断依据，判断矩阵必须通过一致性检验后，才能说明该判断矩阵在逻辑上是合理的。大体而言，一致性检验的过程如下[5]：

（1）进行一致性指标 的计算，如下公式（1）所示：

（1）

（2）通过判断矩阵不同阶数，查表可得平均随机一致性指标 。

（3）进行一致性比例 的计算，如下公式（2）所示，并进行一致性比例的判断。

（2）

当 时，则判断矩阵的一致性是可以接受的，当 时，则可认为判断矩阵一致性不符合要求，需要进行判断矩阵的修正。

3 电梯井道坠落风险综合评价模型的建立

3.1 电梯井道坠落风险因素分析

电梯井道坠落事故作为门系统事故的一种，所占电梯事故的比重最大，危害性也最高。因此，基于“事故树-层次分析法”进行电梯井道坠落的风险研究，有助于相关使用、维保及监管单位从思想和行动上重视此类事故，并指导相关单位采取措施进行风险源的整改。

通过多年的电梯现场检验检测经验及大量阅读相关文献[6]，可分析导致在用电梯井道坠落事故的原因主要有三大类，分别是：

（1）门的故障：门的故障主要是由于在用电梯在使用过程中，因为人为的因素，造成门的机械损坏、自动关闭门装置的失效以及门扇门套间隙过大等问题，当电梯门发生故障损坏后，使用者无意紧靠电梯门而发生坠落井道事故。而自动关闭门装置的失效又是由于重锤或弹性失效、门导向装置失效等原因造成的。

（2）门锁系统故障：门锁系统的故障主要由门机装置失效和门锁装置失效两大原因造成。其中，门机选型不当和门机触点粘连将有可能导致门机装置失效，而门锁电气短路、门锁机械结构损坏和门锁意外开启则是导致门锁装置失效的原因。

（3）其它因素：进行电梯紧急救援时操作不当也是导致人员坠落电梯井道的一大可能因素，同时，也不能排除有人为的故意自杀坠入井道。

图1 电梯井道坠落事故树

表1 梯井道坠落基本事件列表

根据以上所列的一系列风险因素，以电梯井道坠落作为顶上事件，以风险因素作为基本事件，构造出事故树，如上图1所示。电梯井道坠落的事故树从门的故障、门锁系统故障和其它因素三个中间事件进行逐步逐层展开分析，最终一共可以归结为15个基本事件，如上表1所示。

3.2 电梯井道坠落风险综合评价指标体系的建立

根据前文所构建的电梯井道坠落事故树，可计算顶上事件发生的函数表达式如下：

_（3）

通过公式（3）可知，该事故树的最小割集共有14个，其中一阶最小割集共有11个，换而言之，上述11个一阶最小割集中的基本事件只要发生任何一个，便会有可能导致电梯井道坠落事故的发生。由此可见，导致电梯井道坠落的基本事件很多，发生事故的各种可能性也比较杂，发生的方式也比较多，从而导致电梯井道坠落事故频发。从以上分析可得，对于电梯井道坠落事故而言，影响其发生的主要因素可归为以下4类：

（1）管理措施不当。未按照检规等相关要求进行门系统重要参数的半月一次维保。例如：门系统自动关闭门装置（重锤或弹簧）相关重力或弹性力的调整，门导向装置（门滑块）的调整，门扇门套间隙等的调整，门机触点粘连情况的检查，只有保证以上系统的相关参数符合检验和标准的要求，才能确定门系统的可靠性。

（2）电梯设备本体的原因。仅仅依靠目前常规的定期检查和维保来确保电梯设备本体的良好运行是不够的，需要从设计开发源头进行科学综合地考虑。例如：所选用的门机功率过大、门机经常性发生故障等由于门机选型不当导致的情况是很难通过简单的检查来判断出它的可靠性。因此，以上基本事件必须从设计开发阶段加以改进，才能避免电梯日常使用中的一系列相关安全隐患。

（3）电梯设备本体以外的人为因素。例如：进行电梯应急救援时，救援措施不当导致的人员坠落井道事故，以及使用者或第三方由于对电梯门系统结构不了解，故意踹电梯门导致门的机械损坏或门锁机械结构损坏而坠落井道事故等。

（4）使用单位、维保单位存在违规操作。是指相关电梯责任单位在日常的工作中存在违规操作，例如：电梯门锁短接、门机功率调整过大等情况。

结合以上事故树及原因归类，建立电梯井道坠落风险综合评价指标体系，如下图2所示。

图2 电梯井道坠落风险综合评价指标体系

表2 电梯井道坠落评价结果

在电梯井道坠落风险综合评价指标体系的基础上，按照层次分析原理进行层次结构特征分析，以电梯井道坠落作为目标层；以管理措施不当、电梯设备本体的原因、电梯本体以外的人为因素以及使用单位、维保单位存在违规操作等四个方面的要素作为准则层；准则层还包含了各个的指标层要素，具体的层次分析模型如上表2所示。

3.3 电梯井道坠落风险综合评价指标体系权重的确定

对层次分析模型中同一层次的要素对上一层要素的重要程度进行两两比对，从而构建出判断矩阵要素的标度值，根据经验值[7]，在比对时按1-9的标度比例对重要程度进行赋值，如下表3所示。

表3 判断矩阵要素标度值

根据近年来发生的电梯井道坠落事故的调查原因发现，大多数的根源都在于相关责任单位在日常的管理和维保方面做得不到位，导致安全隐患长时间存在，直至最终酿成事故的发生。因此，在进行准则层要素因子权重比对时，本文着重强调管理措施，具体的准则层要素因子权重判断矩阵如下表4所示。

表4 准则层要素因子权重判断矩阵

同样的，可以计算指标层要素因子对于准则层要素的权重，具体计算过程不再赘述。计算结果见上表2。

4 案例分析

2017年7月广东省某地发生一起4岁男孩坠落电梯井道事故，4岁的幼小生命就此葬送，不免让人惋惜。事故发生后，本文运用“事故树-层次分析法”对某医院的同种某台电梯进行电梯井道坠落事故风险综合分析，得到的分析结果如上表2所示。为了使量化的各项要素因子易被相关方所理解，本文将对综合评价指标体系的量化结果转化为定性评价等级，根据前人的经验[7]，本文采用的指标量化准则如下表5所示。

表5 指标量化准则

最终该电梯的得分为73.015分，按照指标量化准则，该电梯的井道坠落风险评价为较好偏下水平，并可以得出该电梯以下结论：

（1）在管理措施实施方面，仅为一般水平，有一定的电梯井道坠落事故风险，特别是门的导向装置磨损严重和门扇门套间隙过大，应着重进行这两方面的改进。

（2）在电梯设备本体状况方面，为较好水平，说明该电梯门系统在设计开发方面并没有大的缺陷，只是需要在门机功率上作适当调整为佳。

（3）在电梯本体以外的人为因素方面，为好的水平，说明该电梯所处的人文环境较好，并没有出现较严重的人为破坏情况。

（4）在使用单位、维保单位存在违规操作方面，为好的水平，说明使用单位、维保单位等相关单位基本上在日常的管理和维保中，没有存在较大的违规操作情况。

5 结束语

本文基于“事故树-层次分析法”建立了在用电梯井道坠落风险综合评价模型，评价模型表明：管理措施的实施情况和电梯本体以外的人为因素对于电梯井道坠落风险事故有着最为重要的影响作用，并通过实际案例加以分析论证，得到了良好的效果。同时，前文所述“4岁男孩坠落电梯井道事故”发生后，本文依据“事故树-层次分析法”的相关研究结果，对事故发生地辖区内的各类电梯进行了风险排查，查出并整改了多个关键风险因素，并得到了使用单位、维保单位以及监管单位的认可。本文采用“事故树-层次分析法”，可定量地分析各个基本事件对于电梯井道坠落风险的影响大小，对于日常的电梯安全使用、维护保养和监督管理均有十分重要的指导意义。

参考文献

[1] 麦锐筠.浅议电梯门系统常见故障及解决方法[J].中国设备工程，2017(3)：45-46

[2] 李刚.长期服役电梯安全评价技术及方法研究[D].华南理工大学，2014

[3] 王伟欣.事故树分析在电梯检测中的应用[J].生产与安全技术，2017(8):147-148

[4] 栾玮.基于层次分析法的在用电梯安全风险评价实践探究 [J].中国设备工程，2019,(23)：66-67

[5] 郑祥盘.基于模糊层次分析法的电梯状态量化评估[J].机械设计与制造工程，2013(9):62-64

[6] 张伟.老旧电梯电气与机械系统安全性能评估[D].苏州大学，2015

[7] 牛东海，杨智刚.基于AHP分析法的在用电梯安全评价 [J].中国电梯，2020，31(9)：58-60

作者简介：李怀珠，硕士研究生，机械工程师，就职于广东省特种设备检测研究院中山检测院，从事机电特种设备检验检测的研究。