1、基于数理统计方法的电梯运营安全事故分析与防控对策 张武桥 武汉理工大学管理学院 摘 要： 近年来我国电梯运营安全事故频发, 给人们的工作和生活带来巨大的威胁和损失。通过统计 20062016 年我国发生的 152 起电梯运营安全事故样本数据, 基于数理统计方法从事故的发生省份、发生场所、发生形态、发生环节、发生原因, 归纳了事故发生的潜在规律、致因机理、事故逻辑和根本原因, 并在数据分析的基础上, 从主成分角度和安全理论维度对电梯运营安全的影响因素进行了考量分析, 对我国未来电梯运营安全风险进行了预测, 进而提出电梯运营安全风险防控对策与建议, 可为政府部门或企业单位制定科学、系统、完善的电梯
2、运营安全管控措施提供理论支持和数据支撑。关键词： 电梯运营安全事故; 数理统计分析; 安全管理; 风险控制; 作者简介：张武桥 (1979) , 男, 博士, 博士后, 主要研究方向为公共安全与应急管理。E-mail:收稿日期：2017-03-24基金：第 60 批中国博士后科学基金面上项目 (2016M602379) Safety Accidents of Elevator Operation Based on Mathematical Statistics Method and Prevention CountermeasuresZHANG Wuqiao School of Managem
3、ent, Wuhan University of Technology; Abstract： In recent years, elevator operation safety accidents have happened frequently in our country and caused great threat and loss to peoples work and life.This paper collects 152 samples of Chinese elevator accidents from 2006 to 2016.Then, the paper summar
4、izes the potential law, the cause mechanism, the accident logic and the root cause of the elevator accidents based on statistical analysis of the occurrence provinces, places, forms, links and reasons of the elevator accidents.Moreover, the paper makes analysis of the influencing factors of elevator
5、 operation safety from the aspect of the principal components and safety theory.The study predicts the operation safety of elevators in China and puts forward the countermeasures and suggestions for safety risk prevention and control of the elevator operation, which can provide theoretical support a
6、nd data support for government departments or enterprises to formulate scientific, systematic and perfect elevator safety management and control measures.Keyword： safety accident of elevator operation; mathematical statistical analysis.TIF; Safety management; risk control; Received： 2017-03-24当前我国已成
7、为拥有电梯保有量、年产量、年增长量最多的国家。截止 2016 年底, 我国电梯保有量每年均以 20%左右的速度急剧增长, 已达 493.69 万台, 占全国特种设备数量的 39%。尤其是近年来, 电梯运营在给人们带来便捷的同时, 安全事故时有发生, 给人民群众的工作和生活带来了巨大的威胁和损失。如何从源头上消减电梯运营系统的安全隐患, 对其安全风险进行实时有效的管控, 已成为当前城市公共安全治理的重要内容和学界研究的重点问题。电梯运营安全事故统计分析已成为安全管理研究的一项重要内容。早在 20 世纪80 年代, Thomas1就认为必须认真分析各种评价方法的优缺点, 找到一种能够适用于电梯的综
8、合评价方法, 以进行电梯系统整体的安全风险状况评价。目前国内外关于电梯运营安全事故的统计分析研究取得了一定的研究成果。在国外, 具有代表性的有:Zarikas 等2通过对希腊近 12 年的电梯安全事故进行统计分析, 认为 65%的事故主要在于安装和维修工作人员的操作不当, 建议政府组织部门要加强数据收集分析, 以预防类似事故的再次发生;Mitchison 等3深入分析了美国 19922003 年期间的电梯运营安全事故及规律, 提出了制定合适的锁定程序, 以有效避免坠落井道的保护措施;ONeil 等4分析了美国多例小孩电梯伤害事故, 建议政府要加强对在电梯上或电梯附近小孩的监督。在国内, 陈兆芳
9、等5通过对中国近年来电梯运营安全事故的发生形态和事故原因进行统计分析, 构建了影响电梯运营安全运行的人、机、环境、管理四个方面10 个因素的评价指标体系;陈国华等6在统计、分析电梯运行故障原因的基础上, 提出以设计、制造、安装、维保、改造/重大维修、使用、管理、检验电梯全寿命周期内的 8 个环节为主要指标, 建立风险评价影响因素体系及电梯系统风险评价模型;李钊等7采用疏散软件 Evacnet4 对典型高层建筑电梯疏散特性进行了模拟计算, 分析了不同电梯性能、楼层高度、人员分布的电梯疏散时间, 并研究了电梯疏散效率的变化规律。然而, 对近十年来我国电梯运营安全事故还没有比较系统的研究成果。基于此
10、, 本文运用数理统计和主成分分析的相关研究方法, 选择 20062016 年我国发生的 152 起电梯运营安全事故为样本, 从发生省份、发生场所、发生形态、发生环节、发生原因等方面进行了统计分析, 从中归纳出事故发生的潜在规律、致因机理、事故逻辑和根本原因, 并对电梯运营安全风险的预防预控提出了对策与建议, 以为政府部门或企业单位制定科学、系统、完善的电梯运营安全管理措施提供理论支持和数据支撑。1 数据来源与分析方法1.1 数据来源本研究所收集到的数据主要来源于:中国国家质量监督检验检疫总局每年一次发布的全国特种设备安全状况情况的通报;互联网资源和报刊媒体有关电梯运营安全事故发生后的报道。由于
11、缺乏我国港澳台地区的资料数据, 本次研究对其未做统计分析。通过收集整理资料, 得到 20062016 年我国电梯的保有量以及在这 11 年间我国发生的 152 起电梯运营安全事故, 以其作为研究样本对我国电梯运营安全事故发生的规律进行统计与分析。1.2 数据分析内容近年来, 我国不断加强安全生产管理力度, 尤其重视对安全生产事故发生后的信息即时上报和媒体公开工作, 加大对事故责任的查处力度, 要求各省 (直辖市、自治区) 质量监督检验检疫部门形成安全生产月报制度, 对每一起事故的基本情况和发生过程进行汇总上报。因此, 通过对我国 152 起电梯运营安全事故的发生省份、发生场所、发生形态、发生环
12、节、发生原因等相关数据和关键词进行分析, 可以把握我国电梯运营安全事故的整体情况和发展趋势, 发现其潜在规律、致因机理、事故逻辑和根本原因。1.3 数据统计分析方法为了直观地反映数据的特征, 本文在对原始数据进行整理加工的基础上, 基于数理统计方法对收集到的数据从事故起数、发生频率、累计频率、所占百分比等方面进行特征描述, 并利用主成分分析方法对其原因进行深层次分析, 最后在数据分析的基础上, 对如何有效规避电梯运营安全风险提出了防范措施与建议。2 我国电梯运营安全事故的统计分析2.1 电梯运营安全事故发生频率和保有量的统计分析我国近年来电梯运营安全事故时有发生, 特别是在 20062016
13、年这 11 年间, 与发达国家相比, 我国的电梯运营安全事故一直呈高发态势, 从根本上没有得到有效遏制, 11 年间我国发生的电梯运营安全事故达到 576 起, 平均每年发生事故 52.4 起, 形势不容乐观, 如在广州市、南京市、杭州市的“96333”电梯应急处置平台, 2014 年全年分别解救困梯人员 14 606 人、10 180 人、6 816人, 平均每天分别解救 40 人、28 人、19 人。20062016 年我国电梯运营安全事故发生频率和保有量的统计结果见表 1。由表 1 可见, 从我国电梯运营安全事故的发生频率来看, 在 20062014 年间一路高歌猛进, 直到 2015
14、年, 在国家的高度重视和全社会的协同治理下, 电梯运营安全形势得到一定好转, 即从 2014 年的电梯运营安全事故 95 起下降到 2016年的 48 起, 减少了 49.47%;从我国电梯保有量的发展态势来看, 随着我国现代化进程的全面推进和经济社会的蓬勃发展, 特别是近年来我国在推进农村人口转移、加快城镇化步伐的战略中, 向空中发展的高楼大厦拔地而起, 20062016 年这 11 年间, 我国电梯保有量每年均以两位数的增长率领先于世界发达国家, 占据了世界近 1/3 的保有量, 但是在我国电梯保有量增长的同时, 由于在生产、安装、使用、维保等环节的管理问题存在, 致使我国电梯运营安全事故
15、频发, 给人民群众的生命和财产造成巨大的损失和威胁。表 1 20062016 年我国电梯运营安全事故发生频率和保有量统计 Table 1 Operation safety accidents and the existing quantity of the elevators in China from2006to 2016 下载原表 2.2 电梯运营安全事故发生过程的统计分析2.2.1 发生省份20062016 年我国电梯运营安全事故各省份发生数量的统计结果, 见图 1。图 1 20062016 年我国电梯运营安全事故各省份发生数量的统计 Fig.1 Number of provinces
16、of elevator operation safety accidents in Chinese provinces from 2006to 2016 下载原图由图 1 可见, 在我国发生的 152 起电梯运营安全事故的样本数据中, 广东省的电梯运营安全事故达到 24 起, 占比为 15.79%, 辽宁省、上海市紧随其后, 分别为 15 起、14 起。从电梯保有量角度进行分析发现, 上海市不仅是我国第一个引进电梯使用的城市, 而且是电梯保有量最多的城市, 目前拥有 21 万多台各类电梯, “超期服役”、带“病”运行现象十分突出, 使用 15 年以上住宅电梯数量达 2 800 多台, 极易引发
17、电梯运营安全事故;而在辽宁省的沈阳市, 使用超过 15 年以上的老旧电梯就有 2 000 台, 使用十年以上的竟达 12 000 部;同样, 广东省作为电梯制造和使用大省, 电梯保有量为 63.1 万台, 占全国在用电梯总量的 1/7, 成为电梯运营安全事故高发省份的重要原因之一。从事故致因理论进行分析, 电梯运营安全事故的发生受到人、机、环境、管理等多重因素的影响, 当地经济发展水平、电梯保有量、运营管理制度等, 都成为影响各地区电梯运营安全事故的重要因素。2.2.2 发生场所20062016 年我国电梯运营安全事故发生场所的统计结果, 见表 2。表 2 20062016 年我国电梯运营安全
18、事故发生场所统计 Table 2 Places of elevator operation safety accidents in China from 2006to 2016 下载原表 由表 2 可见, 我国电梯运营安全事故发生场所主要集中于住宅小区、商场、酒店、医院、生产企业、学校、地铁等人流密集的场所。其中, 在住宅小区由于电梯占比量大和维保不及时等原因, 其电梯安全事故达 40 起, 占比为 26.32%, 成为我国电梯运营安全事故发生的重灾区。如以青岛市为例, 2015 年青岛市电梯保有量达 3.7 万台, 其中住宅电梯约占 1/2;服役 15 年以上电梯有 1 600 多台, 而住
19、宅电梯约占 1/38。加之主体责任不明、维改资金缺乏等情况在我国当下的住宅小区物业管理中普遍存在, 致使电梯未能进行正常的维护保养, 许多电梯无年检标识、年检过期、标识不明, 关人、伤人等现象时有发生。其次, 在人员密集的大型公共场所、生产企业, 由于电梯使用单位、经营业主对于如何搞好安全生产缺乏针对性的措施, 机构、人员、资金等方面保障不到位, 一些企业特种设备从业人员流动性大, 业务素质和操作技能不高, 自我监管水平较低9, 安全生产意识薄弱, 极易引发电梯运营安全事故。2.2.3 发生形态20062016 年我国电梯运营安全事故发生形态的统计结果, 见表 3。表 3 20062016 年
20、我国电梯运营安全事故发生形态统计 Table 3 Form frequency of elevator operation safety accidents from 2006to 2016 下载原表 由表 3 可见, 从我国电梯运营安全事故发生形态来看, 坠落成为最主要的形态, 达到 64 起, 占比为 42.11%;其次分别是挤压、剪切和困人, 这主要是由于电梯设备故障和安全附件的缺陷所造成。电梯设备作为整个运营系统中的核心要素, 不论是在产品的设计初期还是在生产过程中, 其可靠性成为后期产品使用、维保的前提基础, 只有使用性能可靠、质量上乘、安全性高的设备, 才能让乘客在使用过程中最大限
21、度地减少事故的发生。此外, 从我国电梯运营安全事故发生的电梯类别来看, 主要发生于升降式电梯, 达到 126 起, 占比为 82.89%, 自动扶梯的安全事故发生相对较少, 共 26 起, 占比为 17.11%, 这主要是由于自动扶梯运营的区域有限, 受限于应用商场、地铁等客流量大的大型公共场所, 而且与升降式电梯相比, 采取开放式的工作模式, 在运行速度和设备特征上, 可以减少事故的发生概率。2.2.4 发生环节20062016 年我国电梯运营安全事故发生环节的统计结果, 见表 4。表 4 20062016 年我国电梯运营安全事故发生环节统计 Table 4 Link frequency o
22、f elevator operation safety accidents from 2006to 2016 下载原表 由表 4 可见, 从电梯运营安全事故的发生环节来看, 使用环节成为事故发生的重心领域, 达到 62 起, 占比为 40.79%;其次是维修、生产、安装环节, 分别为45 起、32 起、13 起, 占比为 29.61%、21.05%、8.55%。居民安全乘梯意识不高, 装修超载、沙土乱撒、不讲卫生、乱踹乱扒等不文明乘梯行为屡见不鲜;许多乘客在乘梯时, 有的为了赶时间, 不顾电梯的承载负荷用力冲、挤, 或故意随便乱撞、按、冲击电梯部件, 或随意在电梯内互相推挤、蹦跳等, 尤其是在
23、人员流动高峰期“三超”、“三违”、大客流、满负荷、长周期运行等使用不当现象严重, 从而增大了电梯运行故障, 成为电梯安全事故频发的重要原因。如湖北荆州某商场“726”自动扶梯“吃人”事故, 反映出大众的安全意识和应急意识相当低下以及电梯使用单位的安全管理和应急管理体系缺失10。2.2.5 发生原因20062016 年我国电梯运营安全事故发生原因的统计结果, 见表 5。表 5 20062016 年我国电梯运营安全事故发生原因统计 Table 5 Cause frequency of elevator operation safety accidents from 2006to 2016 下载原表
24、 由表 5 可见, 从我国电梯运营安全事故的发生原因来看, 许多都是由于电梯设备故障造成的, 尤其是集中于电梯安全附件或保护装置失灵这一因素, 达到 52起, 占比为 34.21%, 相当于占所有电梯运营安全事故的 1/3。近年来随着电梯企业的竞争加剧, 形成了电梯产业的恶性循环, 许多电梯生产企业为了能在激烈的市场竞争中获得生存和发展, 于是在产品的生产环节没有认真执行国家质量标准, 把关不严, 从而导致电梯使用过程中产生的一系列问题, 加剧了其维修保养的成本和难度。其次是电梯技术人员或乘客使用电梯的操作不当, 达到35 起, 占比为 23.03%, 也成为电梯运营安全事故发生的重要原因。而
25、在电梯的管理体制机制方面, 对电梯的管理不善、未按时进行年检也是电梯运营安全事故发生的又一重要诱因。如 Park 等11设计了基于电梯安全风险的检查技术, 这项技术可以系统地分析电梯可能发生故障的零部件及其产生的后果, 指导维保人员进行相应的维护或更换, 提高电梯维护保养的经济性和有效性。因此, 加强对电梯的生产质量关、提升技术人员的专业技术水平和普及乘客使用电梯的知识素养, 应该成为当前电梯运营安全管理工作的重要突破口。2.3 电梯运营安全影响因素的主成分分析主成分分析 (PCA) 也称为主分量分析, 最早由美国著名统计学家皮尔逊 (Pearson) 在生物学理论研究中率先引入12, 旨在利
26、用降维的思想把多指标转化为少数几个综合指标 (即主成分) , 其中每个主成分都能够反映原始变量的大部分信息, 且所含信息互不重复。由于该方法用较少的变量去解释原始数据中的大部分变异, 每个主成分均是原始变量的线性组合, 且各主成分之间互不相关, 这就使得主成分比原始变量具有某些更优越的性能13。电梯运营安全事故的发生主要是人、机、管理方面的原因 (环境因素作为次要原因) 造成的, 即安全附件或保护装置失灵、违章作业或操作不当、管理不善、乘客自身、儿童监护缺失和未按规定年检等影响因素 (以下分别记作1、2、3、4、5、6) 的缺陷、不当或不善导致了电梯运营安全事故的发生。本文根据主成分分析法的原
27、理, 以特征值大于 1 为提取原则, 提取了我国电梯运营安全影响因素的主成分, 见表 6。表 6 我国电梯运营安全影响因素的主成分分析 Table 6 Principal component analysis of influencing factors of elevator operation safety 下载原表 由表 6 可见, 需要提取 2 个主成分, 提取的主成分可以表示原有电梯运营安全影响因素的大部分信息。表 7 为我国电梯运营安全影响因素的主成分载荷矩阵, 即给出了提取的 2 个主成分的载荷矩阵。表 7 我国电梯运营安全影响因素的主成分荷载矩阵 Table 7 Princip
28、al component loads of influencing factors of elevator operation safety 下载原表 由表 7 可见, 在第 1 列中, 安全附件或保护装置失灵、违章作业或操作不当、管理不善和乘客自身 4 个影响因素与第一主成分的相关系数较高, 说明第一主成分基本反映了这 4 个因素的信息, 所以考虑将这些因素划在第一主成分中;在第 2 列中, 儿童监护缺失、未按规定年检 2 个影响因素与第二主成分的相关系数较高, 说明第二主成分基本反映了这 2 个因素的信息, 所以考虑将这些因素划在第 2 主成分中。2.4 我国未来电梯运营安全事故的预测目前
29、对安全事故预测常用的方法主要有灰色系统预测法、时间序列预测法、非线性回归分析法、趋势外推法、马尔科夫预测法、指数平滑法等, 由于电梯运营安全事故发生的特殊性、模糊性和不确定性, 且受多随机性、有限样本性等多种因素的影响, 如果沿用其他安全事故单一的预测模型往往难以达到理想的预测精度。从预测方法来看, 灰色预测具有弱化数据随机波动性、少数据、贫信息的建模特点, 而支持向量机在解决小样本、局部极小点、非线性等方面具有突出表现, 已受到广泛的应用14, 因此可以考虑将灰色预测理论模型 GM (1, 1) 与支持向量机模型 SVM 相结合进行综合考量15。为此, 本文在模型构建原理与方法上, (1)
30、利用 20062016 年这 11 年间我国发生的电梯运营安全事故数据作为训练参照样本; (2) 采用 GM (1, 1) 模型对我国电梯运营安全事故起数进行预测, 对其变化趋势和发展规律进行测算; (3) 采用 SVM 模型对 GM (1, 1) 模型的残差进行修正, 对其预测精度进行比较检验, 分别建立 GM (1, 1) 模型、SVM 模型和 G-SVM 组合模型, 从而实现对我国未来电梯运营安全事故发生趋势的预测。对于 G-SVM 组合模型, 选择具有较好统计性能的径向基核函数十分关键, 惩罚因子 C、不敏感损失系数 和核函数参数 对回归模型的学习精度和泛化能力的好坏起着决定性作用。本
31、文根据对 SVM 模型参数性能的分析和先验知识, 大致确定参数的搜索范围, 拟采用交叉验证法来选择不敏感损失系数和核函数参数, 基于样本选择的惩罚因子 C=45、核函数参数 =0.03、不敏感损失系数=0.20。本文将组合模型 G-SVM 与单一 GM (1, 1) 模型、SVM 模型的预测结果进行了比较, 以验证 G-SVW 组合模型的有效性。不同预测模型对 20062016 年我国电梯运营安全事故发生趋势的预测值与实际值的比较见图 2。图 2 不同预测模型对 20062016 年我国电梯运营安全事故发展趋势的预测值与实际值的比较 Fig.2 Comparison between predi
32、cted values and the actual values of different models based on the data of elevator operation safety accidents in China from 20062016 下载原图由图 2 可见, 采用 G-SVM 组合模型比其他两种单一模型更接近实际值, 说明本文建立的 G-SVM 组合模型具有较高的预测精度, 取得了较好的预测效果;此外, G-SVM 组合模型的预测值从 2006 年至 2014 年趋于上升走势, 2015 年以后有明显下降, 说明我国电梯安全运行态势平稳, 相关生产部门和管理单
33、位仍需要高度重视。在上述预测结果的基础上, 本文选取平均绝对误差 (MAPE) 、相对误差 (RPE) 、均方误差 (RMSE) 对 3 种预测模型的预测性能进行了评价, 其结果见表 8。表 8 不同预测模型的误差比较 Table 8 Error comparison among different models 下载原表 由表 8 可见, GM (1, 1) 模型和 SVM 模型 3 个误差指标 MAPE、RPE 和 RMSE 的值较大, 而 G-SVM 组合模型相应的 3 个误差指标值明显减小, 分别为 0.849 5、0.049 6、1.028 7, 表明 G-SVM 组合模型的预测误差
34、明显小于其他两种单一预测模型, 组合后的模型比单一的 GM (1, 1) 模型和 SVM 模型具有更高的预测精度, 也体现出 G-SVM 组合模型在随机性较强、小样本条件下具有独特的优越性, 证明了 G-SVM 组合模型的可行性、有效性, 可为电梯运营安全管理、风险预防预控措施的制定提供依据, 从而最大限度地减少电梯运营安全事故的发生。3 电梯运营安全风险的防控对策与措施基于当前我国电梯运营安全事故的发生形态、发生环节、发生原因与发生过程, 应该着力构建多元的协同机制, 从源头上消除事故隐患, 并采用技术和管理手段, 通过风险预防与控制措施, 以现有的技术水平尽可能地减少电梯运营安全事故的发生
35、。为此, 本文提出如下具体的风险防控对策与措施。(1) 严控产品质量关, 健全电梯运营管理制度。电梯产品质量不高是造成电梯运营安全事故发生的重要因素, 加之缺乏必要的日常安全检查导致设备故障, “超期服役”、带“病”运行的电梯普遍存在, 运用安全评价方法对电梯运营安全风险进行评估是预测、预防电梯运营安全事故和潜在故障的有效手段16。因此, 政府相关管理部门应完善电梯的日常检验检查制度, 完善专项维修资金应急使用制度, 建立“三无”电梯解决机制和淘汰机制, 适时出台周密可行、操作性强的电梯产品质量安全评价体系和制度, 以评促改, 倒逼电梯生产企业加强质量关、配置关, 确保符合质量标准的电梯走向市
36、场。(2) 加强电梯专业技术队伍建设, 提供人才保障。由于工作人员操作不当或错误操作是电梯运营安全事故发生的又一重要诱因, 仅次于设备故障。因此, 电梯使用单位应加大电梯专业技术人员培训, 适时引进高职院校相关专业毕业生, 采取“送出去”和“请进来”相结合的办法, 努力提升电梯生产、安装、管理、维修人员的专业技术水平, 加大在岗技术维修人员专业技能, 严格持证上岗资格制度, 成为当前迫在眉捷的重要任务。(3) 增强公众电梯安全意识, 养成良好乘梯习惯。电梯的使用环节成为事故发生的重心因素。因此, 政府管理部门应通过多途径、多手段加大电梯安全使用知识宣传力度, 如利用社交网络媒体平台适时向公众手
37、机移动终端推送相关事故知识, 与央视、网站、报社等媒体合作开展电梯运营安全网络调查、网络直播访谈节目, 开展“电梯运营安全宣传周”系列活动等, 不断增强公众安全使用电梯意识。(4) 强化风险管理, 积极推进电梯应急处置平台建设。在当今互联网+大数据时代, 充分运用物联网和大数据技术, 将电梯救援平台纳入“质量云”工程建设, 提升电梯困人救援处置能力;同时, 充分利用舆情监测系统, 开展电梯设备重大危险源辨识、风险评估和风险预控研究, 对电梯运营安全事故发生后的网络舆情进行实时有效监测, 防止谣言扩散传播加剧公众的心理恐慌, 影响社会的安全稳定。4 结语电梯的运营安全, 关系到社会的和谐稳定和人民的生命和财产安全。作为人们日常生活重要的生活设施, 电梯在给人类带来便捷的同时, 其安全风险与之相伴。随着中国电梯逐渐步入“老龄化”阶段, 电梯运营安全风险系数日益增加, 有必要完善电梯协同管理的体制机制建设, 推动制造、维修单位许可方式和市场准入机制建设, 对维保单位加强落实分级分类监管的安全责任制, 只有协同共管, 形成“政府统一领导、部门依法监管、使用单位全面负责、群众参与监督”的联动机制, 方能确保我国电梯产业稳步前行, 将电梯运营安全事故降到最低水平, 还给公众一个安全可靠的出行环境。参考文献
