轎廂：電梯安全運行監控系統及其裝置—— 智能電梯產品系統化介紹（二）

編者按：因電梯有轎廂防護及開關門等安全屏障，則乘客乘坐電梯時，認為安全可不受約束，有意或無意操作時，應有防止相關電梯故障或事故發生的措施，采取主動安全設計方案。

  一、問題地提出

眾所周知，多少年以來，我國電梯行業發展迅猛，至目前為止，國內電梯擁有量已達1000萬臺之眾。其中，乘客電梯和住宅電梯在公共交通領域中，其占有量為國內電梯市場擁有量的50%以上。同時，我們無論從網上看到，還是特種設備領域所見，關于電梯安全事故地報導，至少每月能聽到一次此類電梯在公共場所發生的安全事故或故障。有時，對于人身事故發生時的狀況感到不寒而栗。因此，對于我們行業中工程技術人員來說，有責任與義務探討及解決此類問題。

近些年有關電梯安全事件地報道：如各地住宅小區發生多起乘客用木板、鐵板、瓷磚等細薄物品長時間阻擋電梯門，電梯啟動強迫關門功能，強制關門，夾住木板等物品后運行，導致層門(轎門)、門機裝置嚴重損壞的事故時有發生。所以，我們一方面在嚴厲譴責此類不文明使用電梯行為的同時，作為電梯行業中人，很有必要檢視現行的標準規范對電梯門區的開關門、近門防撞保護裝置以及強迫關門保護功能的規定是否還存在需要進一步完善的地方。

原標準GB7588-2003第7.5.2.1.1.3規定：

1.當乘客在層門關閉過程中，通過入口時被門扇撞擊或將被撞擊，一個保護裝置應自動地使門重新開啟。這種保護裝置也可以是轎門的保護裝置。

2.此保護裝置的作用可在每個主動門扇最后50mm的行程中被消除。

3.對于這樣的一種系統，即在一個預定的時間后，它使保護裝置失去作用以抵制關門時的持續阻礙，則門扇在保護裝置失效下運動時，7.5.2.1.1.2規定的動能不應大于4J。

按第1條的規定：乘客是成年人還是未成年人，乘客身體的哪個部位，乘客身體在門區高度方向的哪個位置被撞擊或將被撞擊時門應重啟，都沒有明確規定。故制造單位使用的安全觸板高度或光幕長度存在不足，可見安全保護的盲區存在問題。

按第2條的規定：在門扇最后50mm的行程是非保護區。外尺寸小于50mm的物體（如小孩的手掌或牽引繩索）在此區域是不受保護的。

按第3條的規定：目前不少制造單位將強迫關門功能作為設備選型時的可選功能，不是必備功能。配備強迫關門功能的電梯，在強迫關門到位后，不管是否有夾到物品或身體某部位，只要關門接觸器吸合，電梯即可正常運行。這就是長時間擋門，電梯啟動強迫關門功能運行導致事故的原因。

下面我們來看看具體的案例及問題的討論：

1. 電梯門開關的感應盲區

事故1：一個小孩身上綁著兒童安全繩，結果進電梯時，電梯門沒有感應到繩子，直接關門了，孩子就被吊到了天花板上。幸好后來繩子斷了，小孩沒出大事。

事故分析：電梯門是有感應盲區的！

電梯門主要有3種，但都有盲區。尤其現在用的電梯門一般是光幕式和安全觸板二合一式。它的感應盲區是：上下10厘米和正中2厘米，尤其是門的最下端位置。

拿來擋電梯門的物體過細，小于2厘米，很可能會被夾。比如小孩的手指、繩子、裙擺、熒光棒等。

2.電梯廳門和門柱之間的縫隙

廳門和門柱之間的縫隙，對小孩來說是易發生意外的地方。

事故1：奶奶帶著小女孩坐電梯，孩子的手放在電梯廳門上，隨著電梯門打開，孩子的手跟著被拉進了廳門和門柱的夾縫中。

事故分析：根據電梯制造與安裝規范規定，對于乘客電梯，這縫隙要小于或等于6毫米。

而據人機工程學指出，3-6歲的孩子，手指厚度在5-8毫米之間。所以，電梯門這個盲區，對于年紀小的孩子來說比較危險，存在隱藏性風險。

3.電梯轎廂內搗亂引發的故障

事故1：浙江義烏有一6歲小男孩，因為朝電梯轎廂操縱箱小便，導致電梯故障停到7樓至8樓中間，但他試圖從轎廂與電梯井壁的空隙里爬出來，結果，掉進了電梯井道里。

事故分析：電梯電子元器件的防護等級要求不大于IP4X，且轎廂操縱箱防護等級要求應是IP2X。則電氣回路短路故障引發電梯停止運行。另電梯防搗亂功能不能解決此類問題，顯然，這是一個不確定性因素。

4.電梯關門過快引發的事故

事故1：某住宅小區外婆帶著孫子萌萌乘坐電梯，萌萌先行走進電梯，而步履蹣跚的外婆還沒來得及跟上萌萌，電梯門就關上了。小萌萌因一個人呆在電梯里，出轎廂后因害怕到處找外婆。結果一個人翻越樓層護欄掉到地面摔死。

事故分析：如果電梯具備3D防護功能電梯門就不會關上，但成本較高；或電梯延時關門，但影響電梯運行效率；或萌萌在轎廂內重開門，但不懂操作或反映太慢。

上述乘客在公共場所乘坐電梯時出現的事故及安全事件，其案例并非個案。當然，對于公共交通設備也存在電梯管理及國民的素質教育問題，此處不再贅述。

 二、方案地抉擇

是否有人提問，既然電梯有這么多的問題與隱患，為什么企業工程技術人員不采取措施或想辦法來加以預防或制止呢？。那么，這個回答是否定的。不僅在政府層面上，不斷修改與完善相關標準及要求；加強安全宣傳與監督管理。而且，對于企業工程技術人員也依據相關技術進步，不斷升級或加強安全防護與自動檢測等措施。如強化電梯可編程電子安全保護系統（即PE系統）等安全運行裝置；或修改安全功能程序等措施。由此，我們應如何做好電梯的安全技術與監控管理工作，確保乘客的運行安全哩！則下面就上述問題提出其具體癥結及問題所在。

1．電梯相關技術要求與標準是等效采用歐洲標準，由于我國國民乘梯習慣及素質等存在的差異，則會引起部分安全隱患及事故的發生。

2．由于電梯與自動扶梯結構在運行方面存在差異，當乘客乘坐電梯進出入轎廂時，認為安全了不需要約束，而大樓電梯管理員如疏于管理，則易引發電梯事故或故障。

3．對于原國家技術標準GB7588-2003以及現行檢驗規程對電梯近門防撞保護裝置的規定，隨著GB/T7588.1的頒布實施，但仍然存在盲區。若采用3D保護方式對準備進入電梯的乘客提供保護，一則成本較高，二來運行效率降低，不適應于人流密集型場所。而3D保護方式較適用于殘障人用電梯。

4．當設置強迫關門功能，或采用光幕式、光電+安全觸板式等防夾人保護裝置。且在程序上作出人性化修改。但對某些人作用不大，一是他不知道你的善意程序及操作；二是擋門方式簡單快捷。由此，需要一個警告式的指令或阻止。

5．上述轎廂內搗亂引發的故障或關門過快引發的事故，對于我們工程技術人員不能忽視，因此類問題的發生將不是一個小問題出現。第一個問題盡管有些現在在轎廂內安裝了攝像頭，但不能阻止問題的繼續發生。第二個問題牽涉到運行效率問題，不能長時間將門等候時間調節過長。必須有一個對偶發性事件的及時處置方法。

綜上所述，由于電梯的現場運行諸多狀況及本身設計存在的欠缺，我們應依據當前物聯網技術、人工智能技術，以及5G等通訊實用性技術，著力解決上述多項技術問題與現實中的應用痛點。除了針對我國國情，在技術及檢測標準方面逐步完善與修訂外，我們務必且加快采取如下辦法或措施來處理及進一步完善，確保老百姓乘梯時的安危。

 三、方案及原理                              

由上可知，本發明將依據上述電梯及開關門運行機理、乘客進出入轎廂的習慣及相關安全隱患，利用物聯網技術、北斗系統、AI技術、人臉識別原理及5G通信等新技術，著力和落實解決上述提及的諸多安全問題及電梯運營效率。

總體方案：在現電梯機械總成構架下，轎廂內頂部裝設一電梯安全運行監控裝置；而運行控制以物聯網分布式布局，采用5G與北斗系統通訊方式進行自動數字化系統操作；此外，在運行系統設備終端上以智能技術嵌入式平臺展開交互式管理與監控。顯然，電梯轎廂及出入口安全運行監控裝置即為本發明的中心思想及要點。

下示圖1為電梯與之配套的轎廂安全運行監控裝置示意圖。它由轎廂總成1、轎廂安全運行監控裝置2及智能門鎖3等組成；而裝置2主要由雙目探測頭、智能傳感器、電路板及軟件等構成。其安全運行監控裝置2中探測頭裝設在轎廂1頂部，其照射范圍覆蓋轎廂內部、廳門、轎門出入口及門的全高。智能門鎖6裝設在各樓層層門上；均內配有傳感器（詳見本研究機構自動門鎖專利號：202110870170.5）。

由圖1及總體組成可知，其電梯及進出入轎廂乘客的安全運作方案設計如下：

 圖1  轎廂安全運行監控裝置示意圖

1. 當電梯在正常運行過程中，反映乘客行為無異動或正常出入時，則在裝置2中智能識別系統顯示為正常，此狀態下電梯不會自動停梯，屬正常運行。當在轎廂上出現乘客跌倒或小孩搗亂或斗毆場面等瞬間，此時裝置2中探測頭將此圖像由操作系統進入虛擬主機，與虛擬主機存儲的圖像模型進行對比，當識別系統顯示為非正常，則操作系統下達給電機停止指令及警鈴聲響；電梯就近 平層開門且停止運行待梯。                               

2. 當電梯在開關門過程中，乘客身上的物件（含繩或鏈條等）夾在轎門與廳門之間，一般情況下轎門不會自動停止重開門，電梯將啟動運行。當此乘客被迫異動或破門瞬間，此時裝置2中探測頭將此圖像由操作系統進入虛擬主機，與虛擬主機存儲的圖像模型進行對比，當識別系統顯示為非正常，則操作系統下達給電機停止指令及警鈴聲響，且電梯立即停止運行；或重新開門待梯，及檢測無誤后電梯重新運行。

3. 當電梯在開門待梯時間后，即將關門瞬間或強迫關門，當有人（或小孩）用物件擋門或人站在廳、轎門之間。此時裝置2中探測頭將此圖像由操作系統進入虛擬主機，與虛擬主機存儲的圖像模型進行對比，當識別系統顯示為非正常，則操作系統下達給電機停止指令及故障顯示；或警鈴聲響，及待梯恢復正常狀態后重新運行。

4. 當電梯在關門過程中，若有人在廳門外沖入、擠入或準備進入（指手、腳或物件到廳門板位置）轎廂瞬間。此時裝置2中探測頭將此圖像由操作系統進入虛擬主機，與虛擬主機存儲的圖像模型進行對比，當識別系統顯示為非正常，則操作系統下達給門電機重開門指令；或電梯立即停止運行待梯，及重新檢測。

5. 當電梯在關門瞬間，乘客身上的物件（含繩或鏈條等）卡在轎門與廳門之間，而乘客已走出轎廂。一般情況下轎門不會自動停止重開門，電梯將啟動運行。此時裝置2中探測頭將此圖像由操作系統進入虛擬主機，與虛擬主機存儲的圖像模型進行對比，當識別系統顯示為非正常，則操作系統下達給電機停止指令及警鈴聲響，且電梯立即停止運行；或重新開門待梯恢復正常。

6. 當電梯在關門瞬間，發現廳門外有人扒門或擋門時，即有人或小孩手指頭或物件夾入廳門、轎門和門柱之間的縫隙。此時裝置2中探測頭將此圖像由操作系統進入虛擬主機，與虛擬主機存儲的圖像模型進行對比，當識別系統顯示為非正常，則操作系統下達給門電機停止指令及警鈴聲響；并重新開門待梯恢復正常。

7. 利用北斗地基增強型系統，配合轎廂所處樓層的智能門鎖3自動定位的監測功能，配合上述相關問題狀態，由裝置2中探測頭將此圖像自動掃描后，與虛擬主機存儲的圖像模型進行對比，當識別系統顯示為非正常，則將該樓層數及非正常數字數據及指令，進行存儲及對比。由操作系統下達給電梯遠程安全監控系統（平臺）其圖像及相關維修信息。即通過5G或北斗地基增強型通信方法，采取集群分布式物聯網交互運行及生態安全監控管理。

本發明專利包含執行上述電梯安全運行監控裝置時，電梯等設備使用過程中運行的軟件程序。并說明一點，本發明運行程序主要利用當今人臉識別原理及5G（含北斗通訊系統）通訊技術，使電梯等成為集群分布式物聯網交互運行，以及鏈接當地區域生態安全監控管理。

四、要點與總結

綜上可知，本發明在于全面的完善了電梯轎廂的安全功能，以及拓展了乘客使用功能；另一方面以人工智能及人臉識別原理的方法，解決與確保乘客等人員在乘梯過程中不同工況下，防止或化解人身安全事故及設備損傷等事件地發生。同時，將電梯方面維保人員和管理人員工作量大大降低；并政府的電梯安全監管工作做到有據可查，易于監管。可見，電梯乘客在使用過程中安全棘手的問題變得輕而易舉。

因此，本發明不僅提升了電梯安全運行的可靠性，從而其乘客的乘梯風險大大降低。又因本發明通過5G等通訊軟件自動聯入電梯物聯網遠程監控終端。這樣，既方便各級管理人員監管，又能第一時間得到救援人員或維修人員的響應及處理。而關鍵一點在于當轎廂運營安全問題得到智能化處理或解決時，網聯進入電梯遠程監控安全管理生態平臺將成為可能。只有這樣，才能確保我國電梯安全事故率至少再下降九成以上，從而使我國老百姓生活質量及幸福感大幅度提升，真正體現了我們“生命至上”的安全理念。

本發明已獲國家發明專利。其發明專利號為：202111575491.9。

和眾電梯系統技術研究團隊

2023年12月22日