摘要：隨著國(guó)家針對(duì)新冠疫情陸續(xù)采取各項(xiàng)有力措施，疫情逐漸趨于常態(tài)化，全國(guó)疫情進(jìn)入后疫情時(shí)代，而我國(guó)每日乘梯人數(shù)將近20億，且電梯空間狹小，因此針對(duì)電梯的疫情防控成為必不可少的一環(huán)。通過(guò)對(duì)電梯防疫效果的調(diào)查，根據(jù)防疫需求設(shè)計(jì)了一款智能防疫電梯系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)人體體溫識(shí)別、無(wú)接觸式乘梯、轎廂內(nèi)空氣病菌消殺以及緊急供電，從而減少乘梯人員與病菌接觸的機(jī)會(huì)，降低新冠肺炎感染的風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：防疫電梯;無(wú)接觸;智能;滅菌

中圖分類(lèi)號(hào)：TU857? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：2096-4706（2021）07-0155-04

Design and Application of an Intelligent Epidemic Prevention Elevator System

ZHU Dong

（China Railway Siyuan Survey and Design Group Co.，Ltd.，Wuhan? 430063，China）

Abstract：As the state has taken effective measures against COVID-19 in succession，the epidemic has gradually become normal，and the national epidemic has entered the post-epidemic era. Then in China，the number of people taking elevators every day is nearly 2 billion，and the elevator space is small，so the prevention and control of epidemic for elevator has become an essential link. Through the investigation of the effect of elevator epidemic prevention，an intelligent epidemic prevention elevator system is designed according to the requirements of epidemic prevention. The system can realize the recognition of human body temperature，the non-contact elevator ride，elimination of air germs in the elevator car and the emergency power supply，so as to reduce the contact chance between elevator passengers and germs and reduce the risk of COVID-19 infection.

Keywords：epidemic prevention elevator;non-contact;intelligent;sterilization

收稿日期：2021-03-11

基金項(xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2018Y FB2100902）

0? 引? 言

自2019年疫情暴發(fā)以來(lái)，我們的生活發(fā)生了巨大改變，疫情防控滲透在生活的方方面面，全國(guó)累計(jì)確診人數(shù)已超過(guò)9萬(wàn)。隨著疫情進(jìn)入常態(tài)化發(fā)展，全民需要做好疫情防護(hù)，鐘南山院士特別指出復(fù)工復(fù)產(chǎn)要增加電梯間的消毒頻次，改進(jìn)防疫措施。

隨著我國(guó)城鄉(xiāng)建設(shè)的快速發(fā)展，2019年，我國(guó)電梯保有量已超700萬(wàn)臺(tái)，由于電梯內(nèi)空間狹小，乘梯人員緊密接觸與呼吸交叉，因此隔絕乘梯人員與病菌的接觸具有一定難度。正如2020年11月24日天津某小區(qū)因?yàn)橐晃淮_診患者乘坐電梯時(shí)未戴口罩，污染了電梯環(huán)境導(dǎo)致病菌的傳播，而我國(guó)每日乘梯人數(shù)將近20億，因此針對(duì)電梯的疫情防控成為必不可少的一環(huán)。

現(xiàn)有的針對(duì)電梯的防疫措施，主要是通過(guò)新風(fēng)系統(tǒng)凈化空氣，梯內(nèi)劃分站立區(qū)域，配備一次性電梯按鍵紙，每日在電梯內(nèi)噴灑消毒液等。然而，新風(fēng)系統(tǒng)只能滿(mǎn)足正常情況下的通風(fēng)換氣，無(wú)法達(dá)到防疫效果;梯內(nèi)劃分站立區(qū)域，只能限定乘梯人數(shù)減少病菌接觸;一次性電梯按鍵紙，只能減少按鍵表面病菌且需要定期更換;電梯內(nèi)噴灑消毒液，對(duì)轎廂有一定的腐蝕性且有刺激性氣味，可見(jiàn)電梯病菌消殺設(shè)備有待改進(jìn)。根據(jù)肺炎疫情的發(fā)展變化以及現(xiàn)有電梯的防疫現(xiàn)狀，本文設(shè)計(jì)了一款智能防疫電梯系統(tǒng)，減少乘梯人員與病菌接觸的機(jī)會(huì)，降低新冠肺炎感染的風(fēng)險(xiǎn)。

1? 智能防疫電梯系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

智能防疫電梯系統(tǒng)包含五個(gè)子系統(tǒng)[1-5]，分別為紫外消殺空氣凈化子系統(tǒng)、人臉體溫識(shí)別子系統(tǒng)、手機(jī)預(yù)約乘梯子系統(tǒng)、智能語(yǔ)音呼梯子系統(tǒng)、緊急供電子系統(tǒng)，系統(tǒng)關(guān)系圖如圖1所示。紫外消殺空氣凈化子系統(tǒng)通過(guò)紫外消殺燈對(duì)電梯轎廂內(nèi)的空氣進(jìn)行消殺，保持電梯轎廂內(nèi)的空氣流通;人臉體溫識(shí)別子系統(tǒng)通過(guò)掃描識(shí)別人體的體溫排除發(fā)燒的乘梯人員;手機(jī)預(yù)約乘梯子系統(tǒng)通過(guò)提前在手機(jī)APP上預(yù)約乘梯，減少電梯門(mén)口排隊(duì)現(xiàn)象;智能語(yǔ)音呼梯子系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)乘梯人員與電梯的語(yǔ)音交互，避免乘梯人員與電梯內(nèi)壁接觸;當(dāng)電梯發(fā)生緊急停電時(shí)，緊急供電子系統(tǒng)可為電梯供電使得電梯能夠到達(dá)最近的平層位置打開(kāi)轎廂門(mén)，避免乘梯人員在狹小的空間內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間停留。

智能防疫電梯系統(tǒng)分為正常運(yùn)行周期和消殺滅菌周期。在正常運(yùn)行周期中，乘梯人員首先進(jìn)行人臉體溫識(shí)別，若體溫不通過(guò)則需要重新確認(rèn)體溫，若體溫識(shí)別通過(guò)，乘梯人員可進(jìn)行智能語(yǔ)音呼梯或是手機(jī)預(yù)約乘梯，若電梯正常運(yùn)行乘梯人員可到達(dá)指定樓層，若電梯突發(fā)斷電故障，電梯緊急供電系統(tǒng)會(huì)為電梯提供電力，使電梯能夠到達(dá)附近平層，運(yùn)行過(guò)程如圖2所示。

2? 智能防疫電梯系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

2.1? 紫外消殺空氣凈化子系統(tǒng)

紫外消殺空氣凈化子系統(tǒng)包括紫外消殺模塊和空氣凈化模塊，兩個(gè)模塊相互配合協(xié)同工作，從而實(shí)現(xiàn)電梯轎廂內(nèi)的病菌消殺。

2.1.1? 紫外消殺

根據(jù)電梯轎廂內(nèi)部尺寸和光譜特性，通過(guò)輻射作用功率計(jì)算得到轎廂內(nèi)所需的紫外消殺燈型號(hào)及數(shù)量;通過(guò)計(jì)算病菌生存數(shù)，保證轎廂內(nèi)的病菌數(shù)在安全范圍以?xún)?nèi)，從而確定紫外消殺燈的滅菌周期，根據(jù)滅菌周期，紫外消殺燈的開(kāi)關(guān)與鎖梯功能聯(lián)動(dòng)，確保紫外消殺時(shí)電梯不啟動(dòng)。

2.1.1.1? 紫外消殺燈消殺效果計(jì)算

紫外線(xiàn)破壞病菌中的DNA或者RNA的分子結(jié)構(gòu)，造成生長(zhǎng)性細(xì)胞死亡，因此在紫外線(xiàn)波長(zhǎng)為253.7 nm的時(shí)候，殺菌效果最好，而病菌的生存數(shù)量與照射時(shí)間和輻射照度有關(guān)，即：

θ=f（eD）

D=E·t

其中，θ為細(xì)菌的生存數(shù)（個(gè)），D為紫外線(xiàn)照射量（μW· s/cm2），E為輻射照度（μW/cm2），t為照射時(shí)間（s）。

2.1.1.2? 紫外消殺燈輻射作用功率計(jì)算

P=KAE（γ）·W（γ，E）dγ

其中，P為照射作用的功率（W），A為照射面積（m2），E（γ）為光譜密度的波長(zhǎng)特性（光譜輻射照度），W（γ，E）為光譜效應(yīng)特性。

2.1.1.3? 輻射照度計(jì)算

E=

其中，E為輻射照度，為輻射通量，A為照射面積。

因此，根據(jù)電梯內(nèi)病菌數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)以及電梯轎廂的尺寸，通過(guò)紫外消殺燈消殺效果計(jì)算、紫外消殺燈輻射作用功率計(jì)算、輻射照度計(jì)算可以得出電梯內(nèi)需要安裝多大功率的紫外消殺燈，以及所需的消殺時(shí)間。

2.1.2? 空氣凈化系統(tǒng)

2.1.2.1? 空氣凈化器最大出風(fēng)量計(jì)算

f=

其中，f為空氣凈化器的最大出風(fēng)量，V為凈化體積。

2.1.2.2? 轎廂空氣中負(fù)離子濃度計(jì)算

N=

其中，I為微電流計(jì)讀數(shù)，q為空氣凈化的出風(fēng)量，A為收集器有效橫截面積。

根據(jù)電梯轎廂體積計(jì)算得出，每12分鐘凈化一次的最大出風(fēng)量為32.4 m3/h，轎廂內(nèi)空氣中負(fù)離子的濃度大于5 000個(gè)/立方米，由負(fù)離子體濃度對(duì)應(yīng)效果表可知，轎廂內(nèi)負(fù)離子體具有殺菌、減少疾病傳染的作用，負(fù)離子體濃度對(duì)應(yīng)效果表如表1所示。

2.2? 人臉體溫識(shí)別子系統(tǒng)

人臉體溫識(shí)別子系統(tǒng)包括信息采集模塊、信息檢測(cè)識(shí)別模塊、信息處理與存儲(chǔ)模塊，人臉體溫識(shí)別子系統(tǒng)示意圖如圖3所示。

信息采集模塊用于采集人臉圖像、人臉溫度信息;信息檢測(cè)識(shí)別模塊用于檢測(cè)乘梯人員是否佩戴口罩，體溫是否在正常值范圍內(nèi)，人臉是否已上傳后臺(tái)人臉信息庫(kù);信息處理與存儲(chǔ)模塊反饋人臉檢測(cè)信息，顯示通行或者告警，并將每一次的人臉信息檢測(cè)數(shù)據(jù)上傳到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中。

2.3? 智能語(yǔ)音呼梯子系統(tǒng)

智能語(yǔ)音呼梯子系統(tǒng)主要包括語(yǔ)音識(shí)別模塊、電路主控模塊、繼電器控制模塊、語(yǔ)音播報(bào)模塊[6]。

語(yǔ)音識(shí)別是一種語(yǔ)音的模式識(shí)別，通過(guò)將電梯轎廂內(nèi)采集到的語(yǔ)音與語(yǔ)音模板進(jìn)行逐一比對(duì)，最佳匹配結(jié)果將被視為智能語(yǔ)音識(shí)別結(jié)果。

首先，梯內(nèi)無(wú)接觸語(yǔ)音呼梯通過(guò)語(yǔ)音識(shí)別模塊識(shí)別乘梯人員的語(yǔ)音信息，然后將語(yǔ)音信息傳遞給電路控制模塊分析處理語(yǔ)音信息，其次，電路控制模塊向繼電器控制模塊發(fā)出控制模塊命令，最后，當(dāng)語(yǔ)音播報(bào)模塊接收到電信號(hào)后，語(yǔ)音播報(bào)模塊播出相應(yīng)的信息，電梯到達(dá)乘梯人員指定的樓層后，語(yǔ)音播報(bào)模塊播出樓層到達(dá)的提示信息，具體框圖如圖4所示。

2.4? 手機(jī)預(yù)約乘梯子系統(tǒng)

乘梯人員可通過(guò)手機(jī)預(yù)約乘梯子系統(tǒng)，在手機(jī)APP上預(yù)約乘梯，乘梯人員進(jìn)入電梯后掃描乘梯二維碼，上傳到網(wǎng)絡(luò)中心，網(wǎng)絡(luò)中心識(shí)別二維碼信號(hào)，信號(hào)被確認(rèn)后通過(guò)通訊線(xiàn)控制電梯，到達(dá)提前預(yù)約的樓層，手機(jī)預(yù)約乘梯子系統(tǒng)邏輯關(guān)系圖如圖5所示。

2.5? 緊急供電子系統(tǒng)

緊急供電子系統(tǒng)為增加斷電平層裝置，當(dāng)正在運(yùn)行的電梯突然遇到供電系統(tǒng)故障（停電、缺相、火災(zāi)）時(shí)，該裝置將自動(dòng)切換投入工作。確保了緊急斷電停梯后，電梯能夠自動(dòng)啟動(dòng)，將電梯運(yùn)行至平層位置，打開(kāi)轎門(mén)讓乘梯人員安全走出電梯，減少乘梯人員與病菌的接觸，同時(shí)緊急供電子系統(tǒng)還可以在電梯滅菌周期內(nèi)為紫外消殺空氣凈化子系統(tǒng)提供電力支持。

3? 防疫電梯系統(tǒng)應(yīng)用與效果分析

為驗(yàn)證智能防疫電梯系統(tǒng)的防疫滅菌效果，本次實(shí)驗(yàn)聯(lián)合醫(yī)院組織共同完成電梯轎廂內(nèi)安裝智能防疫電梯系統(tǒng)前后電梯轎廂內(nèi)病菌數(shù)量的檢測(cè)，依據(jù)醫(yī)院衛(wèi)生消毒標(biāo)準(zhǔn)，驗(yàn)證智能防疫電梯系統(tǒng)的應(yīng)用效果。

聯(lián)合實(shí)驗(yàn)單位，提取電梯轎廂內(nèi)的病菌，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，如圖6所示。

實(shí)驗(yàn)單位通過(guò)撞擊法、平板暴露法檢測(cè)分析醫(yī)院內(nèi)1～4號(hào)電梯的病菌數(shù)量分布情況，其中電梯按鍵上的病菌數(shù)與轎廂空氣中的病菌數(shù)占比分別為46.20%和32.89%，比重最大。

依據(jù)醫(yī)院消毒衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)疫情防控需要將電梯內(nèi)病菌數(shù)控制為醫(yī)院無(wú)菌病房標(biāo)準(zhǔn)，如表2所示，而病菌消殺率為（消殺前病菌數(shù)-消殺后病菌數(shù)）/消殺前病菌數(shù)。

在紫外消殺空氣凈化子系統(tǒng)、人臉體溫識(shí)別子系統(tǒng)、手機(jī)預(yù)約乘梯子系統(tǒng)、智能語(yǔ)音呼梯子系統(tǒng)、緊急供電子系統(tǒng)多個(gè)子系統(tǒng)共同作用下，電梯按鍵上病菌占比由46.20%降至8.15%;轎廂內(nèi)空氣中病菌占比由32.89%降至16.13%。

使用智能防疫電梯系統(tǒng)后電梯轎廂內(nèi)的病菌數(shù)，由原來(lái)的按鍵上病菌數(shù)和空氣中的病菌數(shù)占比大轉(zhuǎn)變?yōu)殡娞蓍T(mén)上的病菌數(shù)占比大。人臉體溫識(shí)別子系統(tǒng)可避免疑似肺炎病菌攜帶者進(jìn)入電梯轎廂內(nèi)，從源頭上排除消殺病菌;智能防疫電梯系統(tǒng)中的紫外消殺空氣凈化子系統(tǒng)可消殺電梯轎廂內(nèi)的病菌;手機(jī)預(yù)約乘梯子系統(tǒng)、智能語(yǔ)音呼梯子系統(tǒng)通過(guò)減少乘梯人員與電梯的直接接觸，避免病菌轉(zhuǎn)移從而減少電梯按鍵上的病菌;緊急供電子系統(tǒng)可保證電梯在發(fā)生故障時(shí)，避免乘梯人員長(zhǎng)時(shí)間停留在狹小的空間內(nèi)，降低被病菌感染的風(fēng)險(xiǎn)。電梯轎廂內(nèi)的菌落數(shù)由原來(lái)的13 352個(gè)，降低為3 570個(gè)，轎廂內(nèi)整體的病菌數(shù)降低73.26%，由此可得智能防疫電梯系統(tǒng)具有顯著的防疫效果，降低了乘梯人員被感染的風(fēng)險(xiǎn)。

4? 結(jié)? 論

新冠疫情的常態(tài)化發(fā)展，全國(guó)疫情進(jìn)入后疫情時(shí)代，針對(duì)電梯的疫情防控成為重中之重。本文設(shè)計(jì)的智能防疫電梯系統(tǒng)主要是基于紫外消殺空氣凈化子系統(tǒng)、人臉體溫識(shí)別子系統(tǒng)、手機(jī)預(yù)約乘梯子系統(tǒng)、智能語(yǔ)音呼梯子系統(tǒng)、緊急供電子系統(tǒng)多個(gè)子系統(tǒng)聯(lián)合使用，共同減少電梯轎廂內(nèi)的病菌數(shù)量，為乘梯人員提供一個(gè)安全的乘梯環(huán)境，降低電梯轎廂內(nèi)肺炎疫情的感染風(fēng)險(xiǎn)。

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作者簡(jiǎn)介：朱冬（1993—），男，漢族，湖北十堰人，助理工程師，碩士，研究方向：車(chē)站設(shè)備全壽命周期監(jiān)測(cè)及診斷。