基于概率论的电梯门开启意外运行风险评价及对策

陈伟林，黄利明，康福灵，郭南宁

（福建省特种设备检验研究院漳州分院，福建 漳州 363000）

1 引言

近年来，电梯层门、轿门打开时，电梯门开启意外运行（俗称开门走梯）导致人员伤亡事故时有发生，例如2014年9月14日，某大学内一台电梯层门、轿门打开时轿厢开始运动，导致一名学生被轿厢挤压的死亡事故。电梯轿门关闭位置的电气安全装置、层门门锁锁紧位置的电气安全装置和轿门监控信号[1]作为电梯门回路检测中主要检测装置，如果失效后电梯控制系统未能识别，极易导致电梯层门、轿门打开时，电梯轿厢意外运行，这种使用安全风险已经被社会广泛认识，因此特种设备安全监督管理部门颁布的《电梯监督检验和定期检验规则—曳引与强制驱动电梯》（TSG T7001—2009，含第1号修改单和第2号修改单，以下简称“新检规”）[1]新增了电梯门回路检测功能项目。该项目实施以来，检验人员对其检验要求和检验方法逐渐熟悉，但有的检验人员在完成电梯门回路检验后，对电梯门回路检测功能是否有足够的安全冗余确保电梯层门、轿门处于打开状态时能防止电梯正常运行存在疑惑，因此对电梯开门走梯风险评价研究显得极其重要。

2 电梯开门走梯风险评价及降低风险方法

（1）电梯开门走梯的安全应是综合考虑电梯运行的理想绝对安全、满足电梯运载要求、运载成本和相关的社会惯性等因素，通过充分降低所存在的风险，消除不可接受的风险，所能达到的相对安全。消除不可接受的风险，需要通过一系列逻辑步骤进行风险评价，其过程一般分为以下几个步骤：①明确风险评价目的；②确定风险评价主题和相关因素；③情节的识别（危险状态、原因和后果）；④风险评估；⑤风险评定；⑥确认风险是否已被充分降低[2]。

对电梯开门走梯进行风险评价过程如下：风险评价的目的为电梯开门走梯时，降低人员受到伤害和电梯本体损坏的风险。评价主题为电梯开门走梯，相关因素为：①控制系统，包括电气设备和布线，不包括安全装置；②主机，包括：制动系统；③安全装置，可能适用电梯基本安全要求的电梯子系统；④层站和轿厢的入口；⑤轿厢系统[3]；⑥与电梯相关的人员。情节识别中的危险为机械部件中运动部件及部件间的相对运动。危险状态为人员可能处于卷入、剪切、挤压、冲击、被困、摩擦、磨损的位置。原因（伤害事件的组成部分）为涉及运动零部件的事件，轿厢非预期或意外的启动；电梯部件的故障，如安全装置（门锁触点）；与安全相关的电路；驱动零部件（制动器、制动轴）；控制系统（继电器、接触器和软件的故障，外部电磁干扰或逻辑异常）。可能后果为拖入、拽住、撞击、钩住、擦伤、割破、切断、剪切、挤压。伤害为擦伤、刮伤、摩擦灼伤、拉伤、扭伤、切伤、划伤、多种伤、淤血、骨折、切断、其他外伤、死亡[2]。风险评估中风险要素的严重程度评估为1-高（可能造成死亡），概率等级评估为B-很可能（在使用寿命内很可能发生数次），风险等级评估为1B。风险类别评定为Ⅰ。需要采取相应的保护措施来降低风险[2]。

（2）降低电梯开门走梯风险的方法：①修改电梯的设计或更换电梯部件来消除危险，对电梯控制系统、主机、安全装置、层站和轿厢的入口、轿厢进行重新设计或更换。②重新进行电梯部件设计，以提高可靠性，提高可靠性的措施有：提高安全系数法，对于有故障倾向的部件采用冗余法设计，如：电子和软件部分、冗余的制动系统、使用寿命试验等。③减少暴露于层门与轿门之间的持续时间和（或）频次。④增加电梯部件安全保护或安全装置，一旦部件发生故障，这些保护装置将起作用。保护装置如人员探测器等类似的装置、电梯门回路检测功能、电梯意外移动保护功能[4]。⑤在层站处和轿厢内增加安全警示标识等方式，告知电梯乘客乘坐电梯过程中存在的风险。⑥降低或消除保护措施（如安全、防护装置等）失效的可能性或不使用保护措施的可能性[2]。

3 现有电梯门回路检测功能风险概率评估

（1）轿门关闭位置的电气安全装置为轿门主动门门锁和轿门被动门门锁的串联，新检规中未要求电梯门回路检测功能能检测出轿门主动门门锁或轿门被动门门锁单独失效。从电梯开门走梯的风险角度上分析，假设轿门主动门和轿门被动门的直接或间接的联接失效概率p1，轿门主动门门锁或轿门被动门门锁被短接概率p2，轿门监控信号故障概率p3，轿门门扇被打开轿厢开始运行的概率为p4=1-(1-p1)×(1-p2)×(1-p3)，如图1所示。由此可知单扇轿门门扇被打开轿厢开始运行的概率为p4，风险概率评估为E，还可通过改进电梯门回路检测功能电路，将概率进一步降低为F。

图1 轿门门扇开门走梯风险分析

（2）层门门锁锁紧位置的电气安全装置为层门主动门主门锁和被动门门锁的串联，新检规中未要求电梯门回路检测功能能检测出层门主动门门锁或层门被动门门锁单独失效。从电梯开门走梯的风险角度上分析，假设层门主动门和被动门的联接失效概率p5，层门主动门门锁或层门被动门门锁被短接概率p6，层门门扇被打开轿厢开始运行的概率p7=1-(1-p5)×(1-p6)，如图2所示。由此可知，单扇层门门扇被打开轿厢开始运行的概率p7，风险概率评估为E，还可通过改进电梯门回路检测功能电路，将概率进一步降低为F。

图2 层门门扇开门走梯风险分析

4 一种防止电梯任何门扇打开时轿厢开始运动的功能电路

目前市场上的电梯产品的门回路检测功能不具有自动识别所有门扇的打开或者闭合的功能，从提高电梯本质安全的要求出发，设计一种电梯门回路检测功能电路使其能自动检测所有门扇的打开或者闭合，进一步降低电梯单扇层门、单扇轿门打开时轿厢开始运动的风险。如图3所示，含贯通门门回路检测功能原理图。

当轿厢在开锁区域内、轿门开启并且层门门锁释放时，同时使前轿门短接检测1、后轿门短接检测2、前层门短接检测3和后层门短接检测4的常开触点同时闭合，A3检测前轿门回路，A5检测后轿门回路，A7检测前层门回路，A9检测后层门回路，电梯控制系统根据A3、A5、A7、A9输入信号判断门回路是否有故障。A3信号为1时，电梯前轿门故障；A5信号为1时，电梯后轿门故障；A7信号为1时，电梯前层门故障；A9信号为1时，电梯后层门故障，该系统同时设置三个短接故障检测点，如A4、A6、A8输入信号为0时，表示相应的短接检测故障。

图3 含贯通门门回路检测原理图

当检测到电梯门回路故障，需要确认前轿门故障、后轿门故障、前层门故障和后层门故障，可按照顺序使后轿门短接检测2和后层门短接检测4的常开触点闭合。未进行短接操作时，当A4输入信号为1时，表示电梯前轿门被短接，将后轿门短接检测2常开触点闭合，当A4输入信号为1时，表示电梯后轿门被短接；当A8输入信号为1时，表示电梯前层门被短接，将后层门短接检测4常开触点闭合，当A8输入信号为1时，表示电梯后层门被短接。

当检测到电梯门回路故障，已经确定前轿门故障、后轿门故障、前层门故障和后层门故障时，需要进一步确定哪个门扇被短接，可按顺序使前轿门短接检测1、后轿门短接检测2、前层门短接检测3和后层门短接检测4的常开触点闭合。未进行短接操作时，当A3输入信号为1时，表示电梯前轿门主门锁被短接。将前轿门短接检测1常开触点闭合，当A3输入信号为1时，表示电梯前轿门副门锁被短接；当A5输入信号为1时，表示电梯后轿门主门锁被短接。再使后轿门短接检测2常开触点闭合，当A5输入信号为1时，表示电梯后轿门副门锁被短接；当A7输入信号为1时，表示电梯前层门主动门门锁被短接。再使前层门短接检测3常开触点闭合，当A7输入信号为1时，表示电梯前层门被动门门锁被短接；当A9输入信号为1时，表示电梯后层门主动门门锁被短接。最后使后层门短接检测4常开触点闭合，当A9输入信号为1时，表示电梯后层门被动门门锁被短接。

该电梯门回路检测功能电路按照一定的顺序进行短暂、安全的短接操作，能自动检测所有门扇的打开或者闭合，将电梯单扇层门、单扇轿门打开时轿厢开始运动的风险概率降为F。方案中的安全、短暂的短接操作为含有电子元件的安全电路的重要部分，需要进一步进行型式试验验证。

5 结语

电梯检验安全技术规范已经关注开门走梯所引起的事故风险，新增了门回路检测功能项目，但现有的电梯层门、轿门结构无法从本质上完全避免该类风险，该类风险只要发生，其风险要素的严重程度依然为1-高。要避免该类风险，可从设计上降低该类风险的概率，如增加电梯门回路检测的冗余度，将风险概率降为F，风险类别评定降为Ⅲ，可认为该风险属于可接受范围。电梯的发展趋势为智能检测、“互联网+”大数据故障分析模式，文中所设计的电梯门回路检测功能电具有智能检测功能，可实时监测电梯门的运行状态，可为电梯运行实时监测技术提供门回路检测功能的故障数据支持，是为提高电梯本质安全、防范电梯开门走梯风险的一项探索对策。