運動(dòng)場地地麵衝擊衰(shuāi)減(jiǎn)性(xìng)能測試方法(fǎ)及設備
簡介
運(yùn)動場地(dì)地(dì)麵(playground surface)，被(bèi)用於(yú)鋪在(zài)運(yùn)動(dòng)場設施下麵(miàn)一(yī)種人工(gōng)或天(tiān)然的(dí)材(cái)料，包括(kuò)地(dì)基，地層，和其他用(yòng)於(yú)抗(kàng)衝(chōng)擊的(dí)地麵材料。
臨界跌(diē)落(là)高(gāo)度（critical fall height，CFH），衡量(liáng)運動場地(dì)地(dì)麵(miàn)材料(liào)的衝(chōng)擊(jī)衰減(jiǎn)性(xìng)能，由符(fú)合標準具(jù)體(tǐ)規定(dìng)的衝擊(jī)衰減性(xìng)能指標的地麵的高理論(lùn)跌(diē)落高度(dù)來定(dìng)義(yì)。臨界(jiè)跌(diē)落高(gāo)度是(shì)接近但不希望(wàng)會引(yǐn)起威脅生(shēng)命的(dí)頭部傷害的(dí)大高(gāo)度。
頭部傷害(hài)判據(jù)（head injury criterion，HIC），一個(gè)衝擊(jī)加(jiā)速度與(yǔ)時(shí)間關係(xì)的特(tè)殊(shū)積(jī)分(fēn)，以測(cè)定頭(tóu)部受(shòu)到傷害的(dí)相(xiāng)關性(xìng)。
加速(sù)度(dù)（g-max），當模(mó)擬(nǐ)頭(tóu)形(xíng)落體與(yǔ)地(dì)麵碰(pèng)撞(zhuàng)時(shí)大(dà)的衝(chōng)擊加(jiā)速度(dù)，以(yǐ)重力加(jiā)速度(dù)g為(wéi)單位。
衝擊衰(shuāi)減（impact attenuation），通過地麵局(jú)部(bù)變形或(huò)位移來減少(shǎo)峰(fēng)值衝擊力和峰值(zhí)加(jiā)速度以吸收衝擊(jī)過程中的能(néng)量(liáng)的(dí)運(yùn)動(dòng)場地(dì)地麵(miàn)特性(xìng)。
概述
國外，每年有成(chéng)千(qiān)上萬(wàn)兒(ér)童(tóng)及成年(nián)人在運動場(cháng)地，公共(gòng)的(dí)或私人的(dí)運(yùn)動設施(shī)上，由(yóu)於(yú)跌倒在不(bù)合適(shì)的地麵而受(shòu)傷(shāng)。據(jù)美國(guó)消費者產(chǎn)品安(ān)全委(wěi)員(yuán)會(huì)統計(jì)，美(měi)國每年超過15萬(wàn)人在運(yùn)動(dòng)場(cháng)地(dì)上(shàng)受傷(shāng)。澳大利亞每(měi)年也有(yǒu)1300名兒(ér)童因(yīn)玩(wán)滑(huá)梯(tī)，秋千(qiān)等(děng)遊戲，從高處(chǔ)跌下受傷住院(yuàn)。在標(biāo)準(zhǔn)製(zhì)定(dìng)前，雖然由(yóu)此引(yǐn)起費達(dá)幾百萬美元，但是(shì)保(bǎo)險公司(sī)仍(réng)然拒絕承(chéng)擔多(duō)種與此有關(guān)險項的保險義(yì)務。因此，國外(wài)立法建(jiàn)立限(xiàn)製(zhì)條(tiáo)例，如美(měi)國(guó)製(zhì)定的ASTM F 1292-2004，歐洲(zhōu)製定的EN 1177:1997和澳(ào)大(dà)利亞(yà)製(zhì)定的 AS/NZS4422:1999等(děng)對運動(dòng)場(cháng)地地(dì)麵安(ān)全(quán)性能檢測(cè)方法(fǎ)及設備的標(biāo)準或(huò)規(guī)範，以(yǐ)評(píng)估(gū)運(yùn)動場地地麵(miàn)鋪(pū)墊(diàn)的(dí)材(cái)料是(shì)否合格。
國內(nèi)也有(yǒu)報(bào)道小(xiǎo)孩(hái)蕩秋千時，設施(shī)連鉤(gōu)突然脫(tuō)鉤，致小(xiǎo)孩頭部(bù)被摔(shuāi)成頭(tóu)骨粉(fěn)碎(suì)性骨(gǔ)折(zhē)的(dí)重傷(shāng)。記者(zhě)看(kàn)到出事現場地(dì)麵沒(méi)有裝(zhuāng)保(bǎo)險墊(diàn)，也無防緩衝作(zuò)用(yòng)的橡(xiàng)膠地板(bǎn)。事(shì)實上(shàng)，有很(hěn)多采(cǎi)用各(gè)種吸收(shōu)衝(chōng)擊(jī)能量的彈性材料作為(wéi)地麵鋪(pū)層(céng)，可以防止(zhǐ)人(rén)們跌倒(dǎo)而損傷(shāng)，特別(bié)是頭(tóu)部(bù)損傷。問(wèn)題是(shì)彈(dàn)性材(cái)料(liào)的特性和鋪(pū)墊厚(hòu)度(dù)都與安(ān)全有(yǒu)關，需(xū)要有(yǒu)相關的測試設備(bèi)測定。
國內(nèi)引用(yòng)的標(biāo)準及衝(chōng)擊(jī)設(shè)備
國內已(yǐ)有不(bù)少廠(chǎng)商生產或銷售三元乙丙橡膠(EPDM)的(dí)彈性安(ān)全(quán)地墊(Rubber Safety Cushion)。我(wǒ)們近(jìn)參(cān)觀了第九屆地(dì)麵材料展覽(lǎn)會(huì)（上(shàng)海(hǎi)）和第20屆中國體(tǐ)育用(yòng)品博(bó)覽會（成都(dū)）並獲得(dé)一些樣(yàng)品，了解到(dào)有些安(ān)全地墊(diàn)生產(chǎn)廠的測量(liáng)是(shì)按GB/T 14833－1993（塑(sù)膠(jiāo)跑道）標(biāo)準(zhǔn)檢測的，也(yě)有(yǒu)廠商稱(chēng)其(qí)產品(pǐn)符合(hé)歐洲EN 1176標準，但(dàn)是(shì)在(zài)介紹時都沒(méi)有提(tí)及對(duì)頭(tóu)部(bù)受(shòu)衝(chōng)擊傷害程度(dù)的HIC進行測量評估(gū)。EN 1176-1:1998《Playground equipment — Part 1：General safety requirements and test methods》至EN 1176-7的(dí)七(qī)個標(biāo)準是(shì)針對運(yùn)動場(cháng)器材(cái)（如秋(qiū)千，滑(huá)梯，木(mù)馬(mǎ)等）的安全要(yào)求和試驗(yàn)方(fāng)法(fǎ)，其中EN 1176-1:1998在(zài)4.2.8.4條中特地(dì)提到：跌落到(dào)兒(ér)童(tóng)運動(dòng)地麵免受傷害的安全地(dì)墊(diàn)性(xìng)能試(shì)驗(yàn)要(yào)根(gēn)據EN 1177，測(cè)試通用的衝擊(jī)衰(shuāi)減(jiǎn)材料以符合(hé)臨界(jiè)跌(diē)落(là)高(gāo)度（CFH）值。
我國還沒有(yǒu)測(cè)量評估(gū)運動(dòng)場地，兒童(tóng)遊樂(lè)場(cháng)地(dì)HIC的(dí)要(yào)求(qiú)，國(guó)家(jiā)標準(zhǔn)GB 19272-2003，《健(jiàn)身(shēn)器材室(shì)外(wài)健身器材的安全通用要求》 第5.7.4條規定(dìng)：“……天梯(tī)，秋千(qiān)等上下(xià)運動彈跳或(huò)可能(néng)從(cóng)空(kōng)中運(yùn)動跌(diē)落(là)的器(qì)材，其(qí)運(yùn)動地(dì)麵(miàn)應為(wéi)鬆(sōng)軟或富(fù)有(yǒu)彈性(xìng)的(dí)地麵(miàn)，例如(rú)：沙土(tǔ)層，橡塑(sù)地板等。若(ruò)為(wéi)橡塑(sù)地(dì)板(bǎn)時，其地板的結構(gòu)厚度應不小(xiǎo)於25mm；若(ruò)為沙坑時，沙(shā)層厚(hòu)度應(yīng)不(bù)小於200mm，……” 。而且強(qiáng)調該(gāi)標準第5章為(wéi)強(qiáng)製(zhì)性條款(kuǎn)。
衝擊強(qiáng)度測試(shì)儀(yí)（出口型號(hào)Uniaxe-II Impact Tester ）（見(jiàn)圖(tú)4），符合美國ASTM，澳大利(lì)亞(yà)AS，歐洲EN標準的(dí)要求，已推向市場(cháng)，在(zài)歐洲和澳洲(zhōu)得(dé)到了應(yīng)用(yòng)。
我們從EPDM安(ān)全(quán)地墊樣品的彈性手感及采(cǎi)用(yòng)HS2005衝擊(jī)強(qiáng)度測試儀(yí)自行試驗研究(jiū)發現(xiàn)，國(guó)內外(wài)的產(chǎn)品(pǐn)衝(chōng)擊衰(shuāi)減的特性(xìng)有較(jiào)大(dà)差異(yì)，測(cè)試(shì)記錄數(shù)據見表(biǎo)1。
圖(tú)5顯示的(dí)是序(xù)號6樣品三組試驗數據(jù)的曲(qū)綫,分別(bié)顯示在g-max＝200時對應的(dí)跌(diē)落高度(dù)和顯(xiǎn)示(shì)HIC＝1000時對(duì)應的跌(diē)落高(gāo)度 。根據ASTM F 1292-2004標準，取HIC和g-max所(suǒ)對應(yīng)的(dí)跌(diē)落高(gāo)度Hc值小的一(yī)個(gè)作為臨(lín)界跌落高(gāo)度（CFH）值，即CFH值(zhí)為1.4m。
再分(fēn)析表1的(dí)數據。可以(yǐ)看到彈(dàn)性手(shǒu)感軟的(dí)安全地墊(diàn)比彈(dàn)性(xìng)手感(gǎn)硬的安全地墊有更(gēng)好的(dí)衝擊衰(shuāi)減(jiǎn)性能。我(wǒ)們把(bǎ)試驗數(shù)據與(yǔ)英國Wicksteed公司(sī)安(ān)全地(dì)墊產品(pǐn)的厚度(dù)與大(dà)自由跌(diē)落(là)高度(dù)的關(guān)係圖進行比較（圖(tú)6），可以(yǐ)看(kàn)到我們試(shì)驗序(xù)號(hào)6和序(xù)號7國(guó)外(wài)產(chǎn)品(pǐn)的CFH數據(jù)與(yǔ)圖(tú)6接近(jìn)，即(jí)安全(quán)地(dì)墊(diàn)厚50mm時的CFH＝1.5m左右；而彈性手(shǒu)感(gǎn)較硬(yìng)的國(guó)內產(chǎn)品CFH明顯低(dī)於(yú)1.5m，甚至(zhì)於CFH＝1.1m，這樣(yàng)的(dí)安全(quán)地墊(diàn)的(dí)防護性(xìng)能(néng)能否(fǒu)滿足(zú)設(shè)計(jì)要求(qiú)就(jiù)需(xū)要用(yòng)測試設備來驗(yàn)證(zhèng)了(liǎo)，當(dāng)然(rán)也可(kě)以加(jiā)大(dà)安全地墊的厚度(dù)來滿足CFH的(dí)要求(qiú)，但是(shì)增加(jiā)了工程(chéng)成本(běn)。
結語(yǔ)
我(wǒ)們注(zhù)意到國內運動場地(dì)，兒(ér)童遊(yóu)樂(lè)場地的安(ān)全不應該出了(liǎo)大(dà)量(liáng)事(shì)故才(cái)重視(shì)起來，我國政府部門及(jí)社會各(gè)界(jiè)現在(zài)都應(yīng)引起(qǐ)重(zhòng)視(shì)，防患(huàn)於未然(rán)，筆(bǐ)者(zhě)建議：運動場地(dì)地麵衝(chōng)擊衰減(jiǎn)性能測(cè)試方(fāng)法(fǎ)及設備(bèi)
a)加(jiā)強宣傳運(yùn)動場地有(yǒu)衝(chōng)擊衰減特性的(dí)安全(quán)要求(qiú)，盡快(kuài)製訂國內標準的(dí)或(huò)對應（等效(xiào)或(huò)非等效(xiào)）於國外的有關標準(zhǔn)，或補充(chōng)GB19272-2003的內(nèi)容(róng)；
b)研究運(yùn)動(dòng)場地安(ān)全性(xìng)能(néng)的檢測技(jì)術，研發(fā)有(yǒu)自己知(zhī)識產權的檢(jiǎn)測(cè)設(shè)備(bèi)；
c)在(zài)國(guó)內標(biāo)準尚未頒(bān)布(bù)之前(qián)，是(shì)否(fǒu)可以參考(kǎo)國外標(biāo)準(zhǔn)（如EN 1177）, 對安全(quán)地墊(diàn)或(huò)其(qí)它衝(chōng)擊(jī)衰減(jiǎn)材(cái)料（如沙灘(tān)，沙地(dì)）衝擊衰(shuāi)減特(tè)性檢測，以(yǐ)控製安(ān)全地(dì)墊(diàn)生產(chǎn)質量，控製運動(dòng)場(cháng)地工程(chéng)質量(liáng)和(hé)驗(yàn)收(shōu)，定期(qī)（如(rú)二(èr)年）對(duì)場地的(dí)安(ān)全性(xìng)能復測(cè)。
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