大型游乐设施安全评价技术研究

摘要：目前，人们的精神文化生活日渐丰富，各种类型的大型游乐主题乐园相继开放，让人们的娱乐生活变得更加丰富多彩。然而我国大型游乐设施产业发展时间不长，大型游乐设施的制造、安装、使用、维护等都相应缺乏严格的标准与规定，从而导致了大型游乐设施在使用过程中的众多问题。文章针对大型游乐设施安全评价技术进行了研究。

关键词：大型游乐设施；安全评价技术；评价方法；大型游乐主题乐园；设施故障 文献标识码：A

中图分类号：TU714 文章编号：1009-2374（2016）29-0170-03 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.29.079

当前我国各种类型的大型游乐设施故障发生率位居全球前列。大型游乐设施的安全性直接影响着游客在使用大型游乐设施中的人身安全，存在较大的社会安全隐患。鉴于此，建立高效、科学的大型游乐设施安全评价体系，运用合理的安全评价技术对于保证大型游乐设施的安全显得十分重要。因此，文章主要针对我国大型游乐设施的安全现状进行研究，并且针对其安全评价技术进行了阐述。

1 我国大型游乐设施安全现状

1.1 质量不合格

大型游乐设施质量不合格主要是指当前大型游乐设施在设计、材料选择使用、焊接制造等环节中存在着没有满足国家相关安全标准，在安装与改造环节中没有符合相应的安全技术规范而存在的质量问题。针对当前大型游乐设施存在的质量不合格问题，大型游乐设施生产企业应该严格遵循国家颁布的安全技术规定来开展安全管理工作，始终秉持安全人机工程学原则来保证大型游乐设施的安全。游乐园在使用大型游乐设施的时候，应该购买拥有设计文件、产品质量合格证明、安装使用维修说明等正规厂家生产的游乐设施，并要求有安装资质的安装单位按技术规范进行安装，从而减少大型游乐设施的质量问题，降低大型游乐设施的运行风险。

1.2 操作不当

大型游乐设施在运行使用的过程中由于工作人员缺乏专业性，时常出现操作不当、违规使用的情况。在使用过程中没有按照操作规范与指示进行操作，在没有明确规章制度与操作规程的情况下开始使用。同时，由于大型游乐设施操作人员流动性大，存在部分员工在没有了解大型游乐设施操作程序的情况下就上岗操作。鉴于大型游乐设施在日常操作使用中存在的这一问题，需要在大型游乐设施操作人员上岗前进行专业而充分的培训工作，保证其能够以专业的工作技能操作大型游乐设施。将大型游乐设施的安全操作与其绩效挂钩，实施奖惩制度，激励大型游乐设施操作人员可以严格按照操作规范进行。

1.3 超期使用

大型游乐设施中同时也普遍存在设备与装置到合格期后没有进行年检或者使用虽然经过年检但没有通过年检的设备。我国明确规定大型游乐设施必须要在经过国家检验机构的合格批注才可以运行使用。而部分游乐园的大型游乐设施经营者出于节约成本或省事的目的，往往存在逃避检验的情况或者仅仅开展自检与安全备案，给大型游乐设施的安全运行埋下了巨大的安全隐患。

1.4 维护不当

大型游乐设施在游乐园的运营过程中普遍存在后期维护不当，没有在规定时间到设备安全监测部门对设备的安全性进行检测的情况，在日常运营中存在违法使用的情况。针对大型游乐设施维护工作，游乐园需要严格按照相关技术规范，采用定期检验的方式避免大型游乐设施由于维护不当所导致的安全隐患。大型游乐设施需要定期维护的部件包括安全附件、安全保护装置等。大型游乐设施需要每月进行一次全面的检查与维护，如维护检修过程中出现异常情况需要及时进行处理，直至安全隐患消除。另外，在大型游乐设施存在严重安全事故隐患、失去维修价值的情况下必须强行报废。

2 大型游乐设施安全评价技术

2.1 有限元分析技术

在大型游乐设施中海盗船是十分常见的设备之一，在海盗船运行使用过程中安全杠是保护游客乘坐安全的主要元件之一，其强度指标是保证安全的关键。本次研究的海盗船安全杠组件材料为AISI304，不锈钢管焊接制作而成，钢管初始厚度在1.5mm左右。材料许用应力为500MPa。游客在乘坐海盗船过程中双手的推力主要作用在安全杠的横梁上，如图1所示。

乘客双手推力作用力假设为250kg，按照五人乘坐来进行计算，其总推力为1250kg。现使用COSMOSWorks下进行有限元分析。在对材料进行定义分析后将AISI304材料的力学属性输入有限元分析程序当中，1250kg的力通过有限元分析最大应力大于1200MPa，远大于材料的许用应力值500MPa，因此需要对安全杠横梁设计方案进行修改。基于强化零件强度的目的，可以加大不锈钢管的厚度，将原来的1.5mm增加至3mm，同样适用AISI304不锈钢管。在其他条件与环境保持不变的情况下重新对有限元格进行计算。在增加钢管厚度后，最大应力计算得出为432MPa，小于材料的许用应力500MPa，但与材料的许用应力相差较小。由于游乐园大型游乐设施需要更高的安全性，因此可以通过转变海盗船模型参数的方式来对结构参数进行进一步的优化设计，从而以实现安全目标。

2.2 虚拟样机技术

虚拟样机技术即为机械系统动态仿真技术，其是基于计算机技术下的计算机辅助工程技术，其可以从视觉、听觉、触觉、行为、功能上对真实产品进行模拟。使用虚拟样机技术可以在精确建立设备运行动力学模型、控制模型的基础上来进行动态模拟设备过程，对设备的运行状态、受力过程、控制逻辑等数据进行检测与记录，并且对大型游乐设施关键工件的强度进行研究，从而建立一种计算机技术下的大型游乐设施安全检查途径，进而对大型游乐设施实现实时安全评估、事故再现分析、设计验证模拟等功能。另外，在建立大型游乐设施检验数据的过程中可以对大型游乐设施进行跟踪控制管理，以便第一时间对大型游乐设施的状态与未来运行状态进行检测与预测。

2.3 在线检测技术

在线检测技术是一种针对大型游乐设施有效的监测技术，该技术拥有友善的人机互动界面，使得大型游乐设施管理人员可以更加便捷地对大型游乐设施进行监督管理。其中GIS技术下的在线检测技术是相对主流的技术之一，其能够实现以下功能：第一，基本信息的输入。通过GIS在线监测技术可以将各大型游乐设施数据录入到数据库当中，以便能够随时对大型游乐设施的相关数据进行编辑；第二，对大型游乐设施运行历史进行实时查询。通过输入设备编号与时间可以对大型游乐设施当时的运行状态进行查询，为大型游乐设施的管理与检修维护提供充足的数据；第三，GIS在线监测技术可以利用模糊层次分析法与BP神经网络融合方式来设计安全评估系统。例如，在对过山车进行检测的过程中可以先针对过山车建立安全状态层次分析模型，然后使用层次分析法对影响过山车安全运行的各类因素权重进行分析，最后使用BP神经网络模型来选择所占权重较大的安全影响因素来对过山车的运行状态进行安全评估。

2.4 无损检测与电磁检测技术

大型游乐设施常用的无损检测技术包括超声检测、磁粉检测等。超声检测：一般来说大型游乐设施使用超声检测的对象都是直径大于M36的重要轴与销轴。在大型游乐设施制造过程中需要100%使用超声进行检测，在大型游乐设施的后期维护工作中需要进行20%的抽查。所使用的检测标准为GB/T4162，缺陷等级评定需要高于A级。磁粉检测：大型游乐设施的表面与近表面裂缝是大型游乐设施需要着重检测的内容。大型游乐设施的钢结构与内部零件、焊缝等位置都严格禁止裂纹的出现。由于通常大型游乐设施的受力部件都是钢材质，因此使用磁粉检测成为了最为普遍的无损检测技术之一。在使用磁粉技术时，要对大型游乐设施的表面进行清洁处理，避免表面存在污渍、铁锈等物质。通常来说均使用打磨处理技术，在完成打磨后要求工件表面的粗糙程度要低于或等于25μm。在对元件的灵敏度进行检测完成后就可以对工件开展磁化检测工作。通常磁化工作持续时间为0.5～2s，同时加以适当的磁悬液，磁粉浓度分布要均匀。在对受检区域检测的过程中需要进行两次重复的90。交叉磁化检测，从而减少漏查情况的出现。在利用磁粉检测技术对游乐园勇敢者转盘游乐设施进行检测的过程中，发现油缸销轴支座焊缝裂纹，并且检测到桁架焊缝裂纹并扩及母材。如图2所示：

铁磁性材料表面裂纹电磁检测技术。基于复平面分析的金属材料焊缝电磁检测技术可以在存在防腐层的基础上利用特殊点式探头来对焊缝表面进行全面而快速的扫描检测，并且可以对其中发现的裂纹深度进行测量。这一技术可以快速而准确地对金属材料焊缝进行定性定量评估。在集肤效应的作用下，波形幅度与裂纹深度之间呈现非线性关系，因此可以通过人工对比试样的方式来获得更加精确的结果。该技术检测结果与裂纹的走向之间存在密切的关系，为了避免出现漏检的情况，需要根据科学的操作方法来进行两次或以上的垂直检测扫查。图3为一台高空观览车大轴在进行检测过程中发现有2mm深度的表面裂纹信号。如图3所示：

3 结语

从目前发展现状来看，我国大型游乐设施行业将会朝着更高、更快、更有乐趣的方向发展，而更多的高科技技术将被运用到大型游乐设施中，各种类型的组合式大型游乐设施将更加复杂。鉴于此，针对大型游乐设施的安全评价技术就更加重要。各种类型的安全评价技术将会伴随着大型游乐设施的成熟而不断朝着多元化的方向持续发展，为大型游乐设施的正常运行保驾护航。

参考文献

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作者简介：严波（1983-），男，湖北人，广西壮族自治区特种设备检验研究院工程师，硕士。