超高层建筑电梯导轨整体铅垂度的测量方法分析

贾宁宁 袁卫华

（南通科技职业学院机电与交通工程学院，江苏南通226007）

0 引言

随着我国经济快速发展，城市中超过百米的建筑星罗棋布、鳞次栉比。建筑物高度超过100 m或40层时，不论住宅还是公共建筑均为超高层[1]。这些超高建筑都配备了安全、舒适的电梯。电梯轿厢导轨是安装在电梯井道中或楼层之间的两列垂直的刚性轨道，是轿厢行驶在井道中的安全轨道，为保障电梯安全运行和运行质量的重要部件。根据GB/T 10060—2011《电梯安装验收规范》5.2.5.5规定，电梯安装后每列导轨工作面（包括侧面与顶面）相对安装基准线每5 m长度内的偏差均不应大于下列数值：（1）轿厢导轨和装设有安全钳的对重导轨为0.6 mm；（2）不设安全钳的T型对重导轨为1.0 mm。对于铅垂导轨的电梯，电梯安装后检验导轨时，可对每5 m长度相对铅垂线分段连续监测（至少测3次），取测量值间的相对最大偏差，其值不应大于上述规定值的2倍[2]。

1 测量方法

1.1 重锤直接测量法

挂重锤测量是一种传统的测量方法。根据GB/T 10060—2011《电梯安装验收规范》5.2.5.5规定，先5 m分段测量，记录数据，应均小于0.6 mm；然后从顶层导轨悬挂重锤，挂到底层，测量读数，应不小于1.2 mm。此方法对于普通高度建筑比较适用，但对于超高层建筑，由于重锤的悬挂高度太大、建筑最高层本身的摆动、井道内风力的影响等因素会造成最下方的重锤摆动幅度非常大，极难测量。有时会采用加大重锤重量、将重锤置于液体中等方法，来减少重锤的摆动幅度，得到比较正确的测量值。此种测量方法虽然测量设备简单，但可操作性差，测量结果误差也大，在超高层建筑电梯导轨验收时并不推荐使用。

1.2 重锤计算法

同样先挂重锤直接分段测量，记录每5 m长度内的偏差数值，然后以记录的数值为依据，通过计算可得出整体铅垂度。重锤直接分段测量原始数据示例如表1所示。

表1 重锤直接分段测量原始数据

注意：表1中记录的偏差数据值应均小于0.6 mm才合格，若表1中偏差数据值大于0.6 mm，需要对安装导轨进行调整。

将表1中的偏差原始数据，后一偏差数据在前一数据基础上进行累加计算即可得到重锤计算法计算后数据表。具体数值如表2所示。

表2 重锤计算法计算后数据表

通过偏差累加计算整理后可得出导轨整体铅垂度的最大值为2.0 mm，超过规定1.2 mm，所以此次电梯导轨安装垂直度不合格，需对导轨进行调整。此方法测量设备简单，操作方便，测量结果也较为准确。

1.3 激光垂准仪测量法

该方法使用高精度的激光束代替传统的人工吊线，使测量精度得到很大提高。激光垂准仪为测量电梯导轨垂直度提供了一个高精度的测量基准，减少了由于基准精度低带来的测量误差。用该测量方法仍需要按标准规定人工测量，每5 m分段测量并记录数值。激光垂准仪测量示例如表3所示。

表3 激光垂准仪测量原始数据表

判断此导轨安装垂直度是否合格需要判定每5 m的偏差值不大于0.6 mm，且导轨的整体铅垂度不大于1.2 mm。

导轨的整体铅垂度的计算方法为：取表中导轨偏差数值最大正值与最大负值，两数值之差为导轨整体铅垂度值。表中偏差最大值为+0.4 mm，最小值为-0.2 mm，则此导轨的整体铅垂度值为：+0.4-（-0.2）=0.6 mm。

对照规范，导轨每5 m的偏差值小于0.6 mm且导轨的整体铅垂度值小于1.2 mm，所以导轨铅垂度合格。此种测量仪价格适中，设备简单易操作。

1.4 全自动激光仪测量法

针对目前电梯导轨垂直度检测设备自动化程度不高等问题，很多专家学者正在研究新的全自动检测机器人。

张浩研制出一种沿导轨自主垂直运行的机器人系统[3]，机器人系统能够携带测量仪器沿导轨面运行，实现导轨垂直度的自动在线监测。检测原理为以激光自动安平垂准仪发出的激光为基准，紧贴导轨运行的接收装置上的光斑经CCD相机和图像采集卡采集到计算机后，通过计算机图像处理识别出光斑中心的位移量来确定电梯导轨在测量位置的垂直度偏差，同时自动记录测量所在位置。对阈值分割后的光斑图像进行自动识别，若为圆形光斑，利用质心公式求其中心；若为圆环光斑，边缘检测后，利用霍夫变换求其中心。对于圆的霍夫变换，通过对圆方程求导可把三维参数空间降低为二维处理，大大降低了运算量……此种测量仪可直接得到铅垂度数据，方便快捷，但价格较高，设备较多，对操作者要求也较高。

黄伟华提出了激光三角法[4]，该方法将激光投射到导轨表面，利用激光反射完成物体呈像，当物体表面发生改变时，检测器上的图像也会产生相应的位移，利用图像位移与物体实际位移时间的关系，可以计算获得真实的物体位移。该方法可能受到井道内其他物体反射光的影响，且设备复杂，安装过程复杂，测量步骤繁琐，效率较低。

刘旭等人设计了一款能够独立沿导轨运行的机器人[5]，该方法避免了建立检测基准，提高了检测效率和检测精度。但导轨面有附着物、导轨面垂直度误差等外界因素会使机器人出现振动，使测量精度下降。

2 几种测量方法的优缺点

（1）传统重锤直接测量或重锤计算法的优点：设备简单，安装方便，成本低；

缺点：测量误差大，检验效率偏低，耗时较长，作业强度大，存在安全风险等。

（2）激光垂准仪测量法的优点：设备成本较低，使用方便；

缺点：和传统重锤法相比其检测精度提高，但仍需大量人工参与，检测效率低，误差大。

（3）全自动激光仪测量法的优点：自动化程度高，效率高，检测精度高；

缺点：设备成本高，集成度和自动化程度低，目前技术仍不成熟，设备使用和推广仍有局限性，需要继续改进。

3 总结与展望

综上所述，超高层建筑电梯导轨整体铅垂度测量有重锤直接测量法、重锤计算法、简易激光仪测量法、全自动激光仪测量法，其各有优缺点，测量时可根据环境、条件、人员等因素选用。

目前的电梯导轨垂直度检测方法仍存在设备集成度低、方法繁琐、时间长、精度低等缺点，需要大量的人工参与，增加了安装与调试成本。未来，新型设备的研制方向为提高测量系统的自动化程度及测量精度。