電梯困人自動救援安全監控方法及其裝置—— 智能電梯產品系統化介紹（三）

　　編者按：轎廂困人是電梯安全事故發生的重要特征之一，也是我們在電梯管理成本上占主要位置。此點可在電梯的智能化上迎刃而解，即電梯具有困人自動救援功能與自動報警。同時，將電梯維保人員和管理人員工作量最大限度地降低；讓政府的電梯安全監管工作做到有據可查，及時而有效地處于監管狀態。

　　一、問題地提出

　　電梯作為垂直交通工具，與人們的生活和工作密不可分。目前，電梯在全國各地都有電梯困人待援或乘客盲目“自救”的事件時有發生；或進一步導致發生電梯傷亡事故。可見，每次傷亡事故觸動了公眾對電梯安全的敏感神經，且困擾著人們安全出行及外出辦事。

　　下面我們來了解幾起關于電梯困人待援或乘客盲目“自救”的事件。

　　事件 1：某年 5 月 27 日上午，臺州某小區發生一起人員墜落電梯井事故。

　　一名業主乘電梯時，不慎墜落電梯井，不幸身亡。據該小區的一名保安回憶，當時，他正在小區執勤，接到人員被困電梯的求助電話后便立即趕往事發現場。該保安說，被困男子在等待救援時，曾動手扒開電梯門嘗試逃生，沒想最后發生了這樣不幸的事。

　　事件 2：某年 8 月一天，位于濟南市一大酒店內電梯突然發生故障，從八樓落到六樓，電梯內十余人被困。顧客試圖用電梯內的應急求救電話聯系，發現根本不通，就用手機聯系到總臺和在外邊的朋友。20 分鐘后，外邊也沒什么動靜，顧客在里邊試著扒電梯門，沒有成功。5 點 20 分左右，酒店工程部的工作人員數人，在電梯外用拖把等工具將電梯門撬開，救出顧客。

　　事件 3：某年 11 月 23 日大清早，寧波某廠質檢員錢某去車間取樣，擅自操作電梯，當電梯運行至轎廂地坎距二樓地坎 1.9 米處時，因有人撞擊層門，使轎門或層門電氣聯鎖跳開，發生停機。錢某采取了自救的措施，將電梯轎、層門一一打開后，在轎門地坎與二樓上層門框約 0.37 米的狹縫間爬出過程中，從電梯護腳板下端與二樓層門地坎約 1.15 米的空隙中墜落電梯底坑，墜落距離約為 5.2 米。后來，人們撬開電梯層門后，發現錢某躺在電梯底坑里，已處于昏迷狀態，急送醫院，于 11 月 28 日死亡。

　　事件 4：一天晚上，某地銀座商城電梯發生困人，顧客被困一個小時后經救援人員救出。

　　其救援過程：電梯發生困人，消防值班室當班人員張某、郄某接到電梯對講報警電話后，立即通知華鉅電梯公司值班人員劉某進行救援。華鉅電梯公司值班人員劉某于 7 點 45 分趕到現場進行救援，于 8 點 18分左右回復值班室因專用鑰匙不匹配，電梯廳門未能打開。由于當班人員未按應急救援預案程序進行通知和匯報，致使公司領導趙某、張某電話問詢時，科室負責人楊某及專業負責人翟某毫不知情。待組織緊急救援支援后，顧客于 8 點 39 分方才救出，被困時間長達一個小時。

　　針對上述事件提及其安全方面存在的主要問題歸納如下幾點：

　　1. 對于乘客被困電梯而言，常識應該更重要：對于不了解電梯工作原理的乘客而言，如強行打開層門，人容易跌入井道；人被困轎廂時不要盲目自救，安靜地等待被救援；還可用手機或轎廂內緊急救援措施對外聯絡求救。

　　2. 近年來國內發生多起由于救援不當造成被困人員在救援過程中墜入井道死亡的案例，如果大家對救援過程的危險有一個比較清晰的認識，這些悲劇是可以避免！

　　3. 發現并預警潛在的風險，應成為當前監管部門、維保單位及第三方檢驗機構，在加強對電梯維保與檢驗工作監督之余；還需要通過不斷地安全乘梯宣傳，乘客被困電梯時切莫盲目自救。

　　4. 對于電梯行業工程技術人員來說，電梯困人及救援等問題應有責任與義務亟待解決此類安全問題；或利用當今成熟的新技術，新工藝進一步改進其安全結構及完善困人救援方法。

　　二、方案地抉擇

　　綜上所述，上述乘客在公共場所乘坐電梯時出現的事件及安全事故，其案例可知且并非個案。當然，對于電梯作為公共交通設備也存在管理及國民的素質教育等問題，此處不再贅述。現主要討論電梯在設計、制造、使用及維保環節上。此外，根據以往統計的相關數據，發生的此類事件約占電梯安全總事件的 7 成左右。其具體問題下面進行逐一探討與分析整理。

　　當電梯在運行中突然停止，出現關人或困人等現象應存在以下幾個方面故障或關聯要素。

　　1、電梯在運行中，轎門門刀觸碰層門門鎖滾輪動作。

　　2、突然有人扒門；或有人撞門引發層門電氣開關動作。

　　3、安全鉗鉗口調整間隙太小或偏差過大，與導軌接觸擦碰使安全鉗楔塊下行時誤動作。

　　4、限速器鋼絲繩過度伸長或意外誤動作，使底坑斷繩開關動作。

　　5、限速器本身故障，在沒有超速運行的情況下電氣開關誤動作。

　　6、外圍電網突然停電跳閘或斷相。

　　7、曳引機悶車（或減速機構及其抱閘間隙過小），熱繼電器跳閘。

　　8、電梯運行時，轎廂出現蹲底或沖頂等故障。

　　9、層門門鎖故障引起電梯在運行時突然停止。

　　10、因電梯故障等原因導致轎廂運行下行超速，限速器動作，使安全鉗及電氣開關動作。

　　11、電梯在關門過程時物件被夾轎門中，轎廂在運行過程中物件或乘客觸動轎門門電聯鎖開關等，使電梯停止而困人。

　　12、在乘客或貨物進入轎廂較多時，且稱重裝置質量、安裝或維保不到位，當電梯運行過程中乘客或貨物移動，使轎廂底荷載不均致超載開關動作。

　　13、當電梯在運行時，由于控制線路斷線（如隨行電纜）、電氣開關損壞或機械磨損卡阻至電氣開關動作等，突然使電梯停止而困人。

　　14、當曳引鋼繩因故脫離反繩輪繩槽而松動，則首根繩卡在輪緣邊時，則觸動繩頭組合開關，使電梯突然停止；或電梯仍在運行。

　　15、曳引機電機因故使某相導線斷線或燒毀，導致電梯停止運行。

　　為便于逐一分析和制定處理上述 15 個方面的故障問題，則按其解決方法及故障發生的方式，將其分成四個方面的故障類型：

　　a. 故障 1、2、4、5、9、11、13 為電氣開關等故障類型(即 A 類)；

　　b. 故障 3、8、10 為轎廂運行超速故障類型（即 B 類）；

　　c. 故障 6、7、15 為主機動力故障類型（即 C 類）；

　　d. 故障 12、14 為鋼絲繩及繩頭組合故障類型（即 D 類）。

　　由上得知，電梯有這么多的問題與隱患導致困人待救等事件時有發生，盡管政府及企業做了大量地工作與支持，但電梯的現場運行諸多狀況及本身基礎性技術存在的若干欠缺，卻使電梯困人所帶來的問題仍沒有大的改觀。因此，依據當前物聯網技術、人工智能技術及 5G 等通訊實用性技術，解決并落實上述電梯困人等相關技術問題與現實中的應用痛點。除了針對我國國情，以及在技術及檢規標準方面進一步完善與修訂外，應采取如下方案將其問題有效地解決與完善。

　　三、結構與方案

　　因此，本方案依據上述歸納的電梯四個方面故障類型，將總體方案在現行電梯總成構架下，轎廂設置一電梯困人自動救援安全操作裝置，即轎廂人機界面操作裝置；而運行控制以物聯網分布式布置，采用 5G通訊及北斗系統定位方式進行動態式數字化系統操作；此外，在運行系統設備終端上，以人機界面技術嵌入式平臺展開智能化交互式運營與監控。顯然，配套設計電梯困人自動救援安全監控系統，以及轎廂人機界面操作裝置等作為本方案的中心思想及要點。

　　圖 1 所示為電梯所配套的電梯困人自動救援安全監控系統示意圖。由電梯總成 1、網聯安全運行控制器2、轎廂人機界面操作裝置 9、智能門鎖 4、轎廂安全運行監控裝置 5、限速器 11、虛擬主機 7 及繩頭組合和超載裝置 12 等組成。人機界面操作裝置 9 裝設在轎廂操縱箱上或轎壁上，具有像手機一樣的人機界面操作及對話功能。副編碼器 6 裝設在限速器 11（見圖 1）旋轉主軸上，在圖 2 中限速器彈性夾持處裝設有壓力傳感器序號 6。而控制器 2 裝設在電控柜 8 上；轎廂安全運行監控裝置 5（含探測頭）和報警器 3 及分別裝設在轎廂上與層門外；智能門鎖 4 裝設在每層層門 10 上（圖 1 中裝置 2、4、5、6 及 12 詳見本公司相關　　發明專利）。此外，在電控柜 8 配置常備電源（具有 ARD 功能）。

　　由此，則針對上述四個方面故障類型，進行其類型逐一分析，轎廂內乘客應如何配合完成，電梯困人自動救援的安全方案及其相關操作過程。

　　上述方案實施過程及操作方法如下：

　　1. 當電梯在正常運行過程中，乘客行為無異動或正常出入轎廂時，在電梯困人自動救援安全監控系統中，智能識別系統顯示為正常，轎廂人機界面操作裝置 9 也顯示正常運行。如轎廂出現為第一項電氣開關等故障類型（A 類）時，即電梯突然停梯瞬間，由智能門鎖 4（含傳感器）和副編碼器 6 相關位置輸入數據及代碼（參見表 3）進入虛擬主機，通過其邏輯運算對比，則判斷電梯轎廂因安全回路或控制線路出現故障，導致在非平層區域停止運行；且控制器 2 識別系統顯示轎廂被困哪層樓位置。此時，操作系統啟動電梯困人自動救援安全監控系統，人機界面操作裝置 9 有相關語音及安全提示；若出現為某層層門門鎖故障或門鎖動作，使其報警器 3 警鈴聲響。同時，操作系統重新給電機發出指令，屏蔽電梯 A 類故障，使轎廂邊鈴響邊自啟動就近平層，停靠在無故障的層門，開門停止運行。當智能識別系統顯示為正常時，電梯恢復運行；若為非正常時，則在人機界面操作裝置 9 上顯示電梯困人故障及待修。并將相關信息由控制器 2 發至相關設備控制終端。

　　2. 當電梯在正常運行過程中，乘客行為無異動或正常出入轎廂時，在電梯困人自動救援安全監控系統中，智能識別系統顯示為正常，轎廂人機界面操作裝置 9 也顯示正常運行。如轎廂出現為第二項轎廂運行超速故障類型時，當電梯突然停梯瞬間，由智能門鎖 4 和副編碼器 6 相關位置輸入數據及代碼（參見表 3）

　　進入虛擬主機，通過其邏輯運算對比，則只能判斷電梯因故出現故障，導致在非平層區域停止運行，并控制器 2 識別系統顯示轎廂被困哪層樓位置。同時，因限速器圖 2 中彈性夾持處裝有傳感器（序號 6），則限速器使安全鉗楔塊動作時，其傳感器信號傳至控制器 2，則判斷此故障為 B 類故障中限速器運行超速。此時，操作系統啟動電梯困人自動救援安全監控系統及轎廂上警鈴聲響，并裝置 9 有相關語音提示。同時，操作系統重新給電機發出指令，自動轉入電梯處于檢修狀態，使電梯邊鈴響邊自行慢速向上一樓層就近平層，開門停止運行。當智能識別系統顯示為正常時，電梯恢復運行。或在裝置 9 上顯示電梯困人故障及待修。并將相關信息由控制器 2 發至相關設備控制終端。

　　進一步地，當上極限開關 14 或下極限開關 15 和副編碼器 6 相關位置輸入數據及代碼（參見表 3）進入虛擬主機，通過其邏輯運算對比，則控制器 2 識別系統診斷為 B 類故障中轎廂已沖頂或已蹲底。即上極限開關 14 或下極限開關 15 動作，使電梯處于沖頂或蹲底狀態。此時，操作系統啟動電梯困人自動救援安全監控系統及轎廂上警鈴聲響，并裝置 9 語音安全提示及其故障狀態。同時，操作系統重新給電機發出指令，屏蔽電梯 B 類故障，使電梯邊鈴響邊自行慢速向下至頂層或向上至底層平層，開門停止運行。當智能識別系統顯示為正常時，電梯恢復運行。或在裝置 9 上顯示電梯困人故障及待修。并將相關信息由控制器 2發至相關設備控制終端。

　　3. 當電梯在正常運行過程中，乘客行為無異動或正常出入轎廂時，在電梯困人自動救援安全監控系統中，智能識別系統顯示為正常，轎廂人機界面操作裝置 9 也顯示正常運行。如轎廂出現為第三項主機動力故障類型時，即電梯突然停梯瞬間，由智能門鎖 4 和副編碼器 6 相關位置輸入數據及代碼進入虛擬主機，通過其邏輯運算對比，則只能判斷電梯轎廂因故出現故障，導致在非平層區域停止運行，并控制器 2 識別系統顯示轎廂被困哪層樓位置。同時，當控制器 2 識別系統診斷故障為 C 類時，即為電網停電跳閘或斷相、曳引機悶車至熱繼電器跳閘故障，則操作系統下達啟動電梯困人自動救援安全監控系統及轎廂上警鈴聲響。

　　且啟動緊急照明及人機界面操作裝置 9 語音故障提示及轎廂位置狀態。此時，將電梯待梯 1-3 分鐘無異常，則操作系統下達啟用常備電源啟動轎廂，邊警鈴聲響及語音，邊自行慢速就近平層。開門停止運行。在裝置 9 上顯示電梯困人故障及待修。并將相關信息由控制器 2 發至相關設備控制終端。

　　進一步地，當出現第三項 C 類中電機某相導線斷線或燒毀故障時，導致電梯停止運行困人時，控制器2 識別系統顯示轎廂被困哪層樓位置，則操作系統給電機啟動電梯困人自動救援安全監控系統及轎廂上警鈴聲響。且人機界面操作裝置 9 語音故障提示及轎廂位置狀態。此時，將電梯待梯 1-3 分鐘無異常，則操作系統下達啟用常備電源，打開抱閘讓電梯依靠平衡重力，慢車自行向下或向上就近平層。電梯開門停止運行，在裝置 9 上顯示電梯困人故障及待修。并將相關信息由控制器 2 發至相關設備控制終端。

　　進一步地，若上述電梯不能慢車自行向下或向上就近平層，或電梯待梯 1-3 分鐘出現異常，則在人機界面操作裝置 3 上顯示電梯進入人工《電梯困人應急救援預案》模式。并將相關信息由控制器 2 發至相關設備控制終端。同時，裝置 5中探測頭將轎廂內狀態圖像通過虛擬主機運算與識別，經控制器 2由操作系統進入遠程監控平臺，對被困人員在人機界面操作裝置 9上，啟動人機界面對外聯絡互動機制（具有手機相似功能），由操作系統進入電梯運營遠程安全生態監控系統（平臺），見圖 4 所示。并進入被困人員語音安撫對話及相關提示等，等待下一步人工救援。

　　進一步地，在等待下一步人工救援過程中，若裝置 5 中探測頭有轎廂內狀態圖像出現有人扒門、砸門等過激動作，則轎廂上警鈴聲響，人機界面操作裝置 9 對其被困人員，展開語音對話及相關警告等措施。此外，維保人員或救援人員可與被困人員接入視頻對話，防止出現乘客焦慮感、危及人身安全以及其他電梯故障等問題。

　　4. 當電梯在正常運行過程中，乘客行為無異動或正常出入轎廂時，在電梯困人自動救援安全監控系統中，智能識別系統顯示為正常，人機界面操作裝置 9 也顯示正常運行。如轎廂出現為第四項鋼絲繩及繩頭組合故障類型時，即電梯運行時突然停梯，由智能門鎖 4 和副編碼器 6 相關位置輸入數據及代碼進入虛擬主機，通過其邏輯運算對比，則只能判斷電梯轎廂因故出現故障，導致在非平層區域停止運行，并控制器 2識別系統顯示為轎廂被困哪層樓位置。同時，因超載裝置中繩頭組合 12 與每根鋼繩 13 均裝有壓力傳感器，即鋼繩 13 或超載裝置 12 動作，被檢測到電梯所處狀態及故障，其傳感器信號處理后傳至控制器 2。此時，操作系統啟動電梯困人自動救援安全監控系統，以及轎廂上警鈴聲響，并裝置 9 上有相關語音提示及故障顯示。同時，操作系統重新給電機發出指令，屏蔽電梯 D 類故障，使電梯邊鈴響邊自行慢速就近平層，開門停止運行。在裝置 9 上顯示電梯困人故障及待修。并將相關信息由控制器 2 發至相關設備控制終端。

　　5. 本方案為電梯各安全部件（裝置）設置若干傳感器（如壓力傳感器、編碼器、熱繼電器及探測頭等），利用北斗地基增強型通訊系統或 5G 通訊系統，運用人工智能技術、嵌入式技術以及人臉識別原理，對轎廂所處狀態與位置、各樓層層門門鎖定位與狀態、主機運行工作狀態、曳引鋼絲繩和稱重裝置的受力狀態、限速器與安全鉗的聯動狀態以及轎廂乘客相關圖像與動作等，將其相關信息與虛擬主機在大數據下，進行邊緣計算及對比，能夠通過識別系統在動態感知下，確診電梯處于何種工作狀態及故障類型等。同時，操作系統將相關處理好的數字化信息、數據、圖像，以及安全與維修信息及時傳輸到電梯運營遠程安全生態監控系統（平臺）上，如上圖 4 所示。

　　四、要點與總結

　　本方案在于系統而全面地解決了我國電梯困人救援的窘況和解除了乘客被困轎廂的緊張心理狀態及擔憂之情；另一方面以人工智能等方法，完善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，將電梯維保人員和管理人員工作量最大限度地降低；讓政府的電梯安全監管工作做到有據可查，及時而有效地處于監管狀態。可見，讓乘客在使用電梯過程中，確保其安全運營而棘手的問題變得輕而易舉，使電梯在運營中一系列安全問題有效化解。

　　所以，本方案不僅提升了電梯安全運行的可靠性，從而其乘客乘梯的安全風險大大降低。又因本方案通過 5G 等通訊軟件自動聯入電梯運營遠程安全生態監控系統終端。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。而關鍵一點在于當電梯運營中轎廂困人安全問題得到智能化處理或動態管制時，網聯驅動與控制進入電梯遠程監控安全生態管理平臺將成為可能。只有這樣，才能確保我國電梯安全事故率至少下降九成以上，使電梯運行安全指數滿足其電子安全功能（PE 系統）中的安全完整性等級要求不低于 SIL2，讓我國老百姓生活質量及幸福感大幅度提升，真正體現我們執政黨致力于“生命至上”的理念。

　　本發明已申報國家發明專利。其發明專利號為：202311809654.4。

　　和眾電梯系統技術研究團隊

　　2024 年 1 月 15 日