高校電梯安全管理信息技術(shù)研究
——以西安理工大學(xué)為例

常 姍,李文峰,白 慧

(1.西安理工大學(xué)后勤處校園管理科，陜西 西安 710048； 2.西安科技大學(xué)通信與信息工程學(xué)院，陜西 西安 710054)

電梯作為繼飛機(jī)、火車、汽車之后的第四大交通工具，在高校應(yīng)用越來(lái)越廣泛。高校是人員聚集場(chǎng)所，在教室、圖書館、辦公樓和宿舍樓的上、下課高峰期，電梯常常處在高頻、高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)[1]，電梯夾人、困人以及非平層開門等故障頻發(fā)，全國(guó)高校每年發(fā)生的電梯事故率在0.15萬(wàn)臺(tái)～1.56萬(wàn)臺(tái)之間。為了預(yù)防電梯事故，目前的電梯安全管理技術(shù)主要有以下方式：①在轎廂內(nèi)部安裝攝像頭，通過(guò)視頻監(jiān)控畫面了解轎廂內(nèi)乘客被困及安全情況；②設(shè)置統(tǒng)一的96333或12365報(bào)警電話；③建立電梯安全監(jiān)管平臺(tái)。其中，第一種方式如果值班室做不到24小時(shí)都有人值班的話，設(shè)備形同擺設(shè)；第二種方式屬于被動(dòng)呼救方式，只有乘客被困撥打報(bào)警電話時(shí)才能施救；第三種方式主要采取在電梯上加裝傳感器的技術(shù)方案，但存在著成本高、檢測(cè)精度差、誤報(bào)率高、安裝困難等缺點(diǎn)。由于電梯是電子機(jī)械產(chǎn)品，在電梯的日常使用中出現(xiàn)意外在所難免，但是通過(guò)先進(jìn)技術(shù)手段和監(jiān)管水平可以將事故災(zāi)害損失降到最低[2]。因此，高校電梯安全管理者必須最大程度地保障師生員工人身及財(cái)產(chǎn)安全，有效地控制校園內(nèi)部電梯的安全環(huán)境和秩序[3]。為此，本文以西安理工大學(xué)為例，主要從信息技術(shù)的角度探討了高校電梯安全管理的技術(shù)措施。

1 基于信息技術(shù)的高校電梯安全管理技術(shù)措施

1. 1 電梯機(jī)房標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)

電梯主要由轎廂、曳引機(jī)和控制柜三大部分組成，其中曳引機(jī)和控制柜均安置在機(jī)房，機(jī)房環(huán)境直接關(guān)系到電梯能否在最佳工作狀態(tài)下運(yùn)行[5]。我國(guó)2014年1月1日起施行的《中華人民共和國(guó)特種設(shè)備安全法》、《電梯制造與安裝安全規(guī)范》(GB 7588—2003)、《電梯安全要求》(GB 24803.1—2009)、《電梯監(jiān)督檢驗(yàn)和定期檢驗(yàn)規(guī)則》(TSGT 7001—2009)、《曳引和強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)式電梯型式試驗(yàn)細(xì)則》(TSGT 7002—2005)等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)電梯機(jī)房載荷、溫度、曳引鋼絲繩等做了具體要求，但沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)校為此進(jìn)行了精細(xì)化管理，制定了電梯機(jī)房統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)并進(jìn)行招標(biāo)建設(shè)，具體標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)內(nèi)容及措施,見(jiàn)表1。

1.2 電梯曳引機(jī)加裝應(yīng)急電源、轎廂加裝應(yīng)急照明等裝置

電梯在使用過(guò)程中，一旦遇到供電系統(tǒng)(外電網(wǎng))故障(停電、缺相、火警)時(shí)，會(huì)對(duì)被困乘客人身及財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。通常的處理方法是由電梯維保人員先把外電網(wǎng)切斷，松開電梯曳引機(jī)抱閘，進(jìn)行人工盤車，將電梯轎廂降到就近的層站，并打開轎廂門解救被困乘客。這樣的工作必須由至少兩名以上專業(yè)人員配合完成，而且在救援過(guò)程中對(duì)救援人員及電梯內(nèi)的乘客都存在著一定的潛在危險(xiǎn)和事故隱患，此外轎廂內(nèi)被困乘客由于緊張、煩躁、恐懼等心情也會(huì)造成心理傷害[6]。

表1 電梯機(jī)房標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)內(nèi)容及措施

電梯曳引機(jī)應(yīng)急電源裝置組成如圖1所示，正常工作時(shí)，380 V三相交流電源通過(guò)交流連接器給電梯交流負(fù)載供電，同時(shí)給蓄電池組件充電；緊急停電時(shí)，交流連接器斷開，應(yīng)急電源自動(dòng)啟動(dòng)，蓄電池組件通過(guò)逆變器給電梯延時(shí)供電，使電梯轎廂緩慢運(yùn)行到就近層站門區(qū)位置，然后自動(dòng)打開轎門和廳門，讓乘客迅速安全走出電梯[7]。

圖1 電梯曳引機(jī)應(yīng)急電源裝置組成Fig.1 Constitution of the emergency power supply unit of the elevator traction machine

電梯轎廂應(yīng)急照明裝置組成如圖2所示，當(dāng)市電正常時(shí)，220 V交流電經(jīng)變壓器、整流電路轉(zhuǎn)換成低壓直流電，給LED直流負(fù)載供電，同時(shí)給鋰電池組件充電；當(dāng)停電時(shí)，變壓器失電，鋰電池組件輸出低壓直流電，點(diǎn)亮LED燈[8]。

圖2 電梯轎廂應(yīng)急照明裝置組成Fig.2 Constitution of the emergency lighting device of the elevator car

1. 3 電梯轎廂安裝“一鍵式”無(wú)線應(yīng)急通信系統(tǒng)

陜西省2013年1月發(fā)布的《陜西省電梯安全監(jiān)督管理辦法》要求：全省電梯必須保持電梯緊急報(bào)警裝置和通話裝置完好，保證聯(lián)絡(luò)暢通。因此，西安地區(qū)高校普遍在電梯轎廂安裝了五方通話系統(tǒng)[9]。所謂“五方通話”指轎廂、機(jī)房、轎頂、轎底以及值班室分機(jī)之間的通話，是被困乘客與外界取得聯(lián)系的“緊急通道”[10]。但是這種裝置存在的問(wèn)題是每部電梯不可能都對(duì)應(yīng)一個(gè)值班室，往往是全校設(shè)置一個(gè)總值班室，而通往總值班室的布線既麻煩又受限制；另外，值班室必須要24小時(shí)有人留守，否則會(huì)出現(xiàn)無(wú)人接聽(tīng)電話的情況。鑒于此，學(xué)校給每部電梯轎廂安裝了“一鍵式”無(wú)線應(yīng)急通信系統(tǒng)，如圖3所示，轎廂分機(jī)與手柄分機(jī)(機(jī)房分機(jī)、轎頂分機(jī)、底坑分機(jī))之間通過(guò)電梯井道內(nèi)與電梯隨行的兩根線纜廣播通訊，轎廂分機(jī)與值班電話利用GSM網(wǎng)絡(luò)通過(guò)主機(jī)無(wú)線通訊，這樣值班電話位置可以隨意安置，無(wú)需布線[11]。裝置預(yù)先設(shè)定四組電話號(hào)碼，“一鍵式”撥號(hào)，當(dāng)值班室無(wú)人值守時(shí)，則自動(dòng)轉(zhuǎn)接到其他電話號(hào)碼，同時(shí)具有特定電話回?fù)芎捅尘鞍矒嵋魳?lè)播放功能。

圖3 電梯“一鍵式”無(wú)線應(yīng)急通信系統(tǒng)示意圖Fig.3 Diagram of the elevator “one touch” wireless emergency communication system

1. 4 電梯控制柜安裝安全遠(yuǎn)程監(jiān)管系統(tǒng)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，近年來(lái)的眾多電梯事故中，沒(méi)有按時(shí)、按規(guī)范維護(hù)保養(yǎng)電梯造成的事故占六成多[12]。如何監(jiān)管電梯維保公司的質(zhì)量？如何從被困乘客被動(dòng)報(bào)警提升到電梯故障主動(dòng)報(bào)警呢？在電梯控制柜安裝安全遠(yuǎn)程監(jiān)管系統(tǒng)可較好地解決上述問(wèn)題。該系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分構(gòu)成：硬件部分安裝在電梯機(jī)房，從電梯控制板上實(shí)時(shí)提取電梯狀態(tài)信號(hào)，并利用GPRS網(wǎng)絡(luò)推送到服務(wù)器，見(jiàn)圖4；軟件部分通過(guò)對(duì)電梯的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)時(shí)顯示電梯運(yùn)行狀態(tài)[13]。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)迅速將故障電梯位置、故障現(xiàn)象、人員被困等信息通過(guò)短信、互聯(lián)網(wǎng)PC終端以及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)終端等方式報(bào)告給值班室和維保人員，從而達(dá)到縮短救援時(shí)間的目的。

圖4 電梯安全遠(yuǎn)程監(jiān)管系統(tǒng)示意圖Fig.4 Diagram of the elevator safety remote monitoring system

采用基于電路自動(dòng)換檔原理的電梯傳感器寬電壓(交直流12～220 V)信號(hào)自適應(yīng)檢測(cè)技術(shù)及加裝傳感器方式使得電梯安全遠(yuǎn)程監(jiān)管系統(tǒng)適用于不同國(guó)別、不同廠家、不同型號(hào)電梯，輸入電壓信號(hào)先后通過(guò)整流單元(D1～D4)、濾波單元(C1)、分檔電路單元(低檔電阻R4、高檔電阻R5、穩(wěn)壓二極管D5、三極管Q1和Q2)、信號(hào)隔離單元(D6)，最后通過(guò)比較器(U2)將電壓信號(hào)穩(wěn)定輸出，見(jiàn)圖5。電梯狀態(tài)信號(hào)包括運(yùn)行/檢修模式、上行、下行、上平層、下平層、門鎖、安全回路、電源八路信號(hào)[14]。

圖5 電梯傳感器寬電壓信號(hào)自適應(yīng)檢測(cè)原理圖Fig.5 Diagram of adaptive detection principle of the sensor Wide voltage signal of the elevator

根據(jù)電梯故障判定標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)，建立若干數(shù)學(xué)模型，通過(guò)后臺(tái)服務(wù)程序，利用故障判據(jù)適用數(shù)學(xué)模型標(biāo)識(shí)及判據(jù)約束條件來(lái)判定電梯故障。應(yīng)用軟件包括資料管理、實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障管理、維保管理、違章管理、公告通知、報(bào)表管理、系統(tǒng)管理八大模塊。

2 基于數(shù)據(jù)挖掘的電梯安全預(yù)警預(yù)報(bào)平臺(tái)構(gòu)建

以電梯安全遠(yuǎn)程監(jiān)管系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，進(jìn)而構(gòu)建電梯安全預(yù)警預(yù)報(bào)平臺(tái)，其構(gòu)架圖見(jiàn)圖6。其中，數(shù)據(jù)挖掘管理引擎提供對(duì)數(shù)據(jù)挖掘的應(yīng)用程序編程接口(API)，同時(shí)負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)挖掘任務(wù)的調(diào)度管理，管理同時(shí)運(yùn)行的多個(gè)計(jì)算任務(wù)，并協(xié)調(diào)資源分配；挖掘機(jī)獨(dú)立運(yùn)行數(shù)據(jù)挖掘程序，負(fù)責(zé)對(duì)切分好的最小單元任務(wù)進(jìn)行處理;數(shù)據(jù)挖掘算法庫(kù)提供常用的基本數(shù)據(jù)挖掘算法[15]。

圖6 基于數(shù)據(jù)挖掘的電梯安全預(yù)報(bào)預(yù)警平臺(tái)構(gòu)架圖Fig.6 Schema diagram of the elevator safety forecasting and warning platform based on data mining

數(shù)據(jù)挖掘算法由數(shù)據(jù)規(guī)約、數(shù)據(jù)變換、數(shù)據(jù)分析算法組成，通過(guò)數(shù)學(xué)模型、經(jīng)驗(yàn)公式、模糊算法、遺傳算法等方式對(duì)來(lái)自電梯監(jiān)控終端設(shè)備的海量數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)獲取有用信息并進(jìn)行整合，以備預(yù)報(bào)預(yù)警平臺(tái)使用。

預(yù)警預(yù)報(bào)分析由HADOOP分析系統(tǒng)、專家預(yù)報(bào)預(yù)警模型、仿真模型組成[16],通過(guò)基于HADOOP的MAP/REDUCE算法實(shí)現(xiàn)高效的并行數(shù)據(jù)分析，通過(guò)仿真模型進(jìn)一步分析推演可能出現(xiàn)的情況，并對(duì)現(xiàn)有的預(yù)警預(yù)報(bào)模板進(jìn)行自適應(yīng)的匹配和新增，從而實(shí)現(xiàn)自主分析電梯故障事故和自動(dòng)發(fā)布預(yù)警預(yù)報(bào)結(jié)果。

3 結(jié) 語(yǔ)

西安理工大學(xué)教學(xué)區(qū)現(xiàn)有直梯26部、家屬區(qū)現(xiàn)有直梯21部，學(xué)校后勤處引進(jìn)了物聯(lián)網(wǎng)、無(wú)線通信、云計(jì)算、智能專家系統(tǒng)、數(shù)據(jù)挖掘等先進(jìn)技術(shù)與電梯安全緊密結(jié)合，突破了電梯狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、故障報(bào)警和發(fā)生事故時(shí)乘坐者對(duì)外進(jìn)行緊急呼救的“最后一公里”技術(shù)“瓶頸”，為乘坐者提供了一種及時(shí)有效、方便可靠的通信保障；同時(shí)對(duì)電梯實(shí)施24 小時(shí)不間斷監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障苗頭，以避免重大事故的發(fā)生；此外，可根據(jù)事故類型、等級(jí)自動(dòng)生成應(yīng)急預(yù)案，節(jié)省了救援時(shí)間，并在實(shí)施過(guò)程中，當(dāng)遇到井道內(nèi)無(wú)線信號(hào)覆蓋差的情況，可通過(guò)加裝信號(hào)放大器來(lái)提高信號(hào)強(qiáng)度。經(jīng)過(guò)近三年的實(shí)施效果表明：電梯機(jī)房標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)、電梯加裝應(yīng)急電源及應(yīng)急燈等裝置、電梯安裝無(wú)線應(yīng)急通信系統(tǒng)、電梯安裝安全遠(yuǎn)程監(jiān)管系統(tǒng)等技術(shù)措施強(qiáng)化了學(xué)校對(duì)電梯設(shè)備及維保人員的監(jiān)管能力，提高了電梯故障處理率達(dá)60%以上，降低了電梯故障發(fā)生率達(dá)80%以上，對(duì)保障電梯安全運(yùn)行、減少電梯事故發(fā)生提供了有力的技術(shù)保障。

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