《山岳型景区缆车大风风险等级》编制说明

团体标准《山岳型景区缆车大风风险等级》编制说明

一、工作简况

1.任务来源

根据中国气象服务协会**年发布的《中国气象服务协会关于**年第**批团体标准制修订项目立项

的通知》（中气协发〔**〕*号）下达的标准编制任务，本项目名称为《山岳型景区缆车大风风险等

级》。

2.起草单位和协作单位

起草单位：中国气象局公共气象服务中心。

协作单位：广东省气象公共服务中心。

3.主要工作过程

（1）预研究

本标准内容基于国家重点研发项目（2018YFC1507802）中相关研究成果为基础而制定。

2019年，项目组调研分析相关文献，并实地前往黄山景区，与缆车运营方进行咨询和座谈，收

集整理了黄山地区大风天气案例以及缆车及其运营特点等信息，确定了缆车大风风险产生的影响指

标因子，并基于天气学、物理学等原理，设计给出了缆车大风风险指数模型以及不同风险等级阈值

划分结果。

2020年-2021年6月，项目组采集黄山、华山等景区历史大风天气案例数据以及景区缆车运营

路线等信息，对大风风险指数模型进行了应用检验，并根据实际检验效果以及专家咨询建议等对模

型进行了逐步订正和修订。

（2）立项

2021年6月，本标准正式向中国气象服务协会提交申请立项。

2021年7月13日收到中国气象服务协会正式立项通知，启动本标准的编制工作。

（3）完成征求意见稿

补充这期间的编制过程。

4.标准主要起草人及其所做的工作

本标准由中国气象局公共气象服务中心王秀荣牵头组织调研、立项申请、总体方案设计、标准

编制，公服中心相关人员以及广东省公服中心部分人员参与本标准制定工作。标准主要起草人及分

工见表1。

表1标准主要起草人及其分工

1

姓名工作单位主要工作

项目负责人，完成立项申请和主持，总体方案设计与技术把关，

王秀荣中国气象局公共气象服务中心

各项指标等级划分及评分细则制定和标准文本起草等

参加人，完成大风风险指数模型设计和等级阈值划分、标准文本

陈青昊中国气象局公共气象服务中心

编写等

参加人，完成调研、资料收集分析以及大风风险指数模型检验分

靳奎峰广东省气象公共服务中心

析、标准文本编写等

范晓青中国气象局公共气象服务中心参加人，协助完成部分调研和方案设计

张毅广东省气象公共服务中心参加人，协助完成部分调研和方案设计

慕建利中国气象局公共气象服务中心参加人，协助完成大风风险指数模型的应用检验分析

参加人，协助资料整理和数据下载分析，参与标准文稿编写、修

于涵中国气象局公共气象服务中心

订等

王立声中国气象局公共气象服务中心参加人，协助资料整理分析，参与标准文稿编写、修订等

二、标准编制原则和确定标准主要内容的论据

1．编制目的

山岳型景区具有明显垂直立体气候和局地小气候特征，大风天气在不同的地理高度或环境中，

其风力、风向变化多端，为山岳型景区内影响旅客或缆车运营的危险要素之一，但已有研究成果或

服务业务规范等不能满足山岳型景区中缆车大风风险预警实际需求。调查黄山、华山历史缆车大风

灾害影响等研究成果显示，景区内缆车运行过程中因为大风产生风险的大小一方面受特定环境、特

定海拔高度上的风向、风速本身大小影响，另一方面也受缆车自身重量以及缆车运行方向与自然风

向之间夹角大小等的影响。因此，本研究将基于气象数值模式三维风速风向输出结果以及雷达回波

大风警示区监测结果、景区内大风指标站大风监测结果等，结合景区内缆车自身重量和环境场风阻

系数大小等特征，研究设计更有针对性的缆车大风风险等级划分标准。

相关风险标准的制定将势必能够规范统筹山岳型景区中缆车大风风险等级划分，对指导山岳型

景区缆车运营企业和作业人员提前准备或启动相应大风防御措施、调整防御策略、综合提升气象灾

害防御能力等具有重要意义。

2．标准编制原则

本标准编制过程中，对风险模型的设计基于科学性和客观性以及模型易操作和可业务化原则。

（1）科学性和客观性

2

大风风险评价模型中各项指标选取以及模型设计和其风险等级阈值划分过程中，均依据相关文

献和相关理论进行了大量推导和论证。

（2）可操作性

风险模型各项指标因子通过缆车运营方以及大风监测实况数据或天气数值模式预报输出结果等

均可以很快获取，具有可操作性。

（3）可业务化

对于不同的风险等级标准均给出了其可能造成的影响和相关防范建议，可为其应用于缆车大风

防范业务时提供防范决策参考依据。

2．确定标准主要内容的论据

本标准制定过程中通过相关文献调阅分析、前往黄山等典型山岳型景区缆车运营方进行实地考

察和专家咨询等形式，收集整理并分析黄山等山岳型景区中缆车常见类型、景区中大风天气发生规

律特征及其景区历史缆车大风灾害影响发生特征、缆车运行路线以及缆车运营过程中针对大风天气

相关工作人员采取的预警方案等情况。结合天气学和力学、物理学等理论，参照中国气象局相关陆

地大风预警等级划分和发布标准等，选取风速、风向以及缆车车体重量、缆车车厢侧面面积、缆车

侧风风阻系数等指标，研究设计了大风天气影响下缆车倾斜角指数大小的数学计算模型；在此基础

上，设计缆车大风风险归一化转换函数和等级划分阈值区间。最终得出对因不同风向、风速的大风

天气对缆车运营可能造成的倾斜角及其风险大小界定和风险等级划分标准。

（1）相关技术研究现状

近年来，国内外很多专家学者开展了大量针对山岳型景区缆车运行安全的研究工作，如：GB

12352-2018客运架空索道安全规范，规定了客运架空索道的设计、制造、安装、检验、使用与管理

等方面最基本的安全要求；福建农林大学（卢秀琳，2015）基于客运索道事故的发生状况，调查筛

选了近年来国内外客运索道典型事故案例，剖析事故所属类型及事故具体原因，归纳出机械设备、

电气设备、人为因素、自然条件等导致客运索道事故主要原因；北京起重运输机械设计研究院有限

公司（黄山，2018）通过理论方法对吊厢进行受力分析和强度计算，再通过UG建立结构的三维模

型，使用有限元法对吊厢主要承重件进行校核，验证理论计算的准确性和可靠性。

同时，针对大风风险预警方面目前也积累了很多研究成果：GB/T27962-2011气象灾害预警信号

图标和GB/T28591-2012风力等级等标准，规定了风力划分原则与风力等级，并规定了大风作为气

象灾害相对普适的预警等级发布与传播规范；西南交通大学牵引动力国家重点实验室（曹亚博，2013）

基于数值仿真计算，对强阵风作用下高速车辆的动力学响应、脱轨机理及关键影响因素进行深入的

研究，并给出考虑多种关键影响因素及脱轨评价准则的高速车辆脱轨/安全域；GB/T27958-2011海

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上大风预警等级，规定了中国近海海上大风预警等级及其发布规范。

在众多研究成果中，缆车安全研究多针对缆车设计、制造等方向；大风预警研究成果在海上、

铁路等行业领域也已有明确的规范和标准，但目前还没有专门针对性的缆车大风风险等级划分标准。

（2）本标准研究构建思路

本标准中，主要基于大风风速、风向以及缆车重量和运行方向等要素，通过研制大风风险指数，

设计给出了缆车大风风险及其等级划分的计算方法。

根据力学原理，任意方向的风可以按照缆车钢缆的方向分解为纵向风和侧向风。

当缆车遇到纵向风（顺着钢缆方向）时，在大多数情况下，钢缆本身的拉力会发生变化，产生

对抗风力的因素，使得悬挂点的位置与无风时几乎相同。由于悬挂点的位置相对固定，车厢不容易

发生纵向摇摆。也就意味着纵向风的危险相对比较小。

而当风侧面吹向缆车轿厢侧向截面上时，钢缆不会产生对抗侧向风力的因素，因此，只要有侧

向风力，缆车悬挂点的位置就会发生改变。

当风速为v时，侧向风的分量为v•sinα，其中α为风夹角，即风向与缆车钢缆方向间的夹角。

根据《GB5009-2012建筑结构荷载规范》附录E中给出的风压计算方法，可得风的侧向基本风

压为：

横向风力FW为风压与迎风面积S、风阻系数n的乘积，即：

最终得到侧向风力的计算公式：

也即是侧向风力大小等于缆车运行侧面箱体迎风面积、风阻系数、风速的平方以及风夹角正弦

值的平方之间的乘积值的一半。

同时可以推导出在力平衡状态下缆车轿厢的倾斜角θ0的正切值为侧向风力FW与缆车轿厢重量

Mg的比值：

所以在侧向风力的作用下，缆车轿厢在力平衡状态下的倾斜角θ0为：

严格而言，当缆车轿厢倾斜角为θ0时，侧面迎风面积会减小到S•cosθ0，但考虑计算简便，以

及实际情况中即使缆车轿厢达到最高风险级别时，侧面迎风面积变化比例不大，且可以留出安全裕

度，因此在计算侧向缆车轿厢受到的侧向风力大小时，忽略了缆车轿厢迎风面积随倾斜角的变化。

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在忽略空气阻力的情况下，当缆车轿厢受到风力的影响出现运动时，受钢缆及悬挂系统的约束，

其运动发生在侧向风力方向与缆车轿厢重力方向构成的平面内，其轨迹为围绕相邻塔架钢缆连接点

的连线与此平面交点为圆心的圆弧上。令相邻塔架钢缆连接点连线与此平面交点到缆车轿厢重心的

距离为l,当缆车轿厢偏离力平衡位置且倾斜角为θ时，侧向风力FW与重力Mg的合力(其大小为

)产生使轿厢回到力平衡位置的转动力矩Mb：

同时，由角动量定理可得：

其中，为缆车轿厢倾斜角对时间的二阶导数，即缆车轿厢摆动的角加速度。

将以上两式合并化简后，即可得到缆车轿厢受侧向风力作用下的动力学方程：

可以看出，此动力方程与单摆的动力方程[毛骏健,顾牡.大学物理学.上册[M].高等教育出版

社,2006.P116]：具有类似的形式，因此可以认为，两者具有类似的运动规律。单

摆具有一个力平衡位置，位于垂直向下、摆角为0处，从之前的分析中也得知，受侧向风力影响的

缆车轿厢同样有一个力平衡位置，为倾斜角θ0处；单摆是从一定的倾斜角开始运动，开始受侧向风

力影响的缆车轿厢从未受侧向风力影响的垂直位置开始运动，与力平衡位置的夹角为θ0；单摆运动

到另一侧最远处与力平衡位置，也就是垂直位置的夹角大小与初始摆角的大小相同，由此可以推断

出，受侧向风力影响的缆车轿厢在通过力平衡位置，也就是倾斜角为θ0的位置后，还会继续摆动一

定的角度，其大小与θ0相等，此时，缆车轿厢的倾斜角为2θ0，也就是当缆车轿厢从垂直位置开始

受到侧向风力作用，可能出现的倾斜角θ在[0,2θ0]的范围内，亦即缆车轿厢从静风状态下的垂直

位置开始受到侧向风力时，最大倾斜角会达到2θ0，此关系见图1。

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图1侧向风力影响下缆车轿厢运动状态与单摆运动状态对比图

以调研所得数据，缆车轿厢质量为M=160kg，侧向迎风面积S=2.4㎡，风阻系数n=1，标准状

况下空气密度ρ=1.29kg/m³,可以绘制出缆车轿厢在力平衡状态的倾斜角θ0、最大倾斜角2θ0与风速

侧向分量的关系见图2。

图2缆车轿厢倾角与风速侧向分量关系图

GB12352-2018客运架空索道安全规范的3.1.1.3中，关于缆车索道线路的选择上也已经指出，

需要避免容易出现横风的区域。因此，本风险评估模型设计中，仅考虑缆车对侧向风的敏感感应，

在侧向风风力越大（即是风速与风夹角正弦值的乘积v•sinα）、缆车重量（Mg）越小的情况下，缆

车侧向摇摆角θ（）越大，造成的缆车风险相对越大。

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参考航海人员对晕船程度的经验统计相关研究成果，按照缆车轿厢最大倾斜角θ分别为4°（部

分人群将有不适感）、10°（大部分人群可能在短时间内出现晕动症），另外，参照GB12352-2018

等规定，20°（缆车轿厢存在与其它物体碰撞的可能）以及30°（缆车系统结构存在被大风破坏的

风险）设置风险级别，对应的缆车轿厢最大倾斜角θ正切值分别为0.07、0.176、0.364和0.6，按照

缆车大风风险的等级设定及实际应用的需求，将对应的缆车大风风险指数设定值（I0）确定为0、0.25、

0.5及0.75，见表2。

表2缆车轿厢最大倾角、最大倾角正切值和缆车大风风险指数相互对应关系表

缆车轿厢最大倾角(θ)缆车轿厢最大倾角正切值缆车大风风险指数设定值（I0）

(tanθ0)

4°0.070

10°0.1760.25

20°0.3640.5

30°0.60.75

为便利计算，以描述缆车轿厢最大倾角的正切值(tanθ)与缆车大风

风险指数（I）之间的对应关系。通过拟合及调整，确定其中的系数a=0.93及b=0.35，函数曲线与

设定值的关系见图3。

图3缆车大风风险指数与缆车轿厢最大倾角正切值关系图

从图3中可以看出，当缆车大风风险指数为0.25及0.5时（棕色及绿色点），函数曲线与设定点之间

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稍有偏差，位于设定点的左侧，对应着实际情况中，缆车轿厢最大倾角稍小的情况下提前达到了有

一定风险的级别，可以保障缆车运行的安全，因此采用a=0.93及b=0.35。

（3）缆车大风风险模型设计

基于以上分析，以旅游景区常用的四人吊箱为对象，将缆车大风风险指数设计为如下公式：

其中R代表与风速、空气密度、缆车参数等有关的系数，其计算公式为：

其实际意义为缆车轿厢在侧风影响下达到力平衡状态时的倾斜角θ0的正切值，倾斜角θ0的计算

公式为：

I：缆车大风风险指数，取值范围[0,1]；

ρ：空气密度（单位：kg/m3）；

S：缆车轿厢侧方迎风面积（单位：m2）；

n：缆车轿厢侧方风阻系数（无量纲）；

v：风速（单位：m/s）；

ɑ：风夹角（单位：O），为风向与缆车运行方向的夹角；

M：缆车轿厢重量（单位：kg）；

g：重力加速度（单位：m/s2）。

上述各项参数中，S、M可以根据不同缆车实际情况获取，本研究中根据黄山景区常用缆车调研

的车型确定；空气密度ρ、风阻系数n、重力加速度g这几项参数由于在正常生活空间的大气环境中

变化不大，因此取定常数值。风夹角使用实际风向数据计算与缆车运行方向的夹角得到。常用各参

数的数值设定见表3。

表3缆车大风风险指数各参数默认值

参数名称默认数值

ρ1.29kg/m3

S2.4m2

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n1

M160kg

g9.8m/s2

计算出风险指数I后，给出大风风险等级划分阈值见表4，包括：有一定风险、风险较高、风险

高和风险很高等四种等级。

表4缆车大风风险等级划分规则

等级级别含义判别指标影响

I风险很高0.75<I≤1缆车系统结构存在被大风破坏的风险。

Ⅱ风险高0.5<I≤0.75缆车轿厢存在与其它物体碰撞的可能。

Ⅲ风险比较高0.25<I≤0.5大部分人群可能在短时间内出现晕动症。

Ⅳ有一定风险0<I≤0.25部分人群将有不适感。

（4）实际可操作性

本标准主要涉及给出缆车大风风险指数及其等级阈值划分结果。依据标准内容，实际涉及到的

需要采集的指标要素主要有：景区缆车运行过程中的平均海拔高度，缆车重量M与缆车侧面面积S，

缆车运营方向及其缆车运营线路中心位置、缆车起点、缆车终点的经纬度和相应海拔高度，和对应

位置上的大风风速v、和风向。当相应位置没有代表性风速、风向监测时，应根据基础气象观测或

预报数据，选用综合考虑地形和下垫面的插值算法，计算分析得到缆车运行路线的风环境数据。应

用采集分析的既定位置上的风速、风向的实况或预报数据，并依据缆车运行方向，换算得出大风方

向与缆车侧面的夹角ɑ，由于风阻系数n、重力加速度g、空气密度ρ为定常值，那么应用公式

就可计算得出R值，再根据R值大小，可计算得出大风风险指数I值，然后可判断

得出大风风险等级。

三、主要试验（或验证）的分析、综述报告，技术经济论证，预期的经济效果

1.选定试验景区概况介绍

为验证风险指数的评估或预估效果，选取黄山地区历史观测数据案例进行大风风险分析。通过

整理黄山景区索道大风事件手抄记录，对数据记录较多的S5、S8、S15塔架，利用残差分析黄山景

区八个气象自动站与缆车记录的风速相关性，可知汤口西站和云谷寺站与缆车索道处的风速相关性

最大，变化曲线相似，具有一定的指示意义，而云谷寺站相似性更强，因此选取云谷寺站作为代表

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站点。

黄山云谷索道全长2666米，为单线循环脱挂抱索器吊厢式索道设备，索道下起云谷景区北侧，

上至白鹅岭东北侧。图4所示为黄山云谷索道的空间布局，填色为地形。可见黄山缆车位于黄山主

峰西侧，呈西北-东南走向；缆车起点和终点高差约800m左右。根据缆车坐标，可计算得到缆车运

行方向与正北夹角为130°。

图4黄山索道空间布局，填色为DEM高程

根据历史大风观测记录，选取黄山地区则2019年3月20日和8月10日的大风天气过程作为研

究个例。所有数据均使用双线性插值法统一插值到0.01°分辨率格点化网格中。

2、缆车大风风险指数检验分析

图5黄山索道2019年3月20日风速（加重虚线）、风夹角（浅色虚线）及大风风险指数（实线）

变化

图5给出了2019年3月20日黄山索道坐标点位置上的观测阵风风速和风险变化序列。根据风

速的变化，可见当日大风主要集中出现在凌晨至上午时间段，缆车所在位置最大风速超过了16m/s；

到了下午至夜间，风速则逐渐趋于平缓。而根据风险指数的变化，可见定义的风险指数较好地反应

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了不同风速大小带来的风险等级。当日最大风险达到了二级，即缆车轿厢存在与其它物体碰撞的可

能；该风险出现在04时，即当日最大风速出现时刻。而过了10时，当地风速下降到4m/s以下，

此时虽然风夹角较大，但由于风速较小，缆车的大风风险等级也降至最低等级。

图6黄山索道2019年8月10日风速（加重虚线）、风夹角（浅色虚线）及大风风险指数（实线）

变化

图6给出了2019年8月10日黄山索道坐标点位置上的观测阵风风速和风险变化序列。和图5

一样，风险指数也较好地反应了风速带来的影响。当日最大风速约20m/s，出现在07时；此时的缆

车大风风险也达到二级。而根据图中风夹角的变化，可知单纯较大的风夹角并不能带来更大的风险

指数，只有当风速和风夹角都较大时，大风风险指数才会较高。

3、风速、缆车重量对大风风险指数的影响模拟

图7a）--d）给出了风夹角分别为20°、40°、60°和80°时，不同缆车重量及风速对缆车大风风

险指数的影响，计算时其他缆车参数保持默认不变。可以看出，当风夹角为20时（图7a），缆车的

风险等级较小，风速达到30m/s时也未超过三级风险；同时，风险指数随风速和重量增加的变率也

较小。而当风夹角越大，则大风风险对缆车重量和风速的大小就越敏感。

对于最大风夹角（90°，图8），当风速较小时（风速小于9m/s），质量大于100kg的缆车可始

终保持四级风险；当风速超过19m/s时，质量低于400kg的缆车均会处于一级风险状态。当风速不

变时，缆车质量越大，风险越小；而质量越大的缆车，则需要越强的阵风才能造成风险等级的上升。