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運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地地面沖擊衰減性能測(cè)試方法及設(shè)備

簡(jiǎn)介
運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地地面(playground surface)，被用于鋪在運(yùn)動(dòng)場(chǎng)設(shè)施下面一種人工或天然的材料，包括地基、地層、和其他用于抗沖擊的地面材料。
臨界跌落高度（critical fall height，CFH），衡量運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地地面材料的沖擊衰減性能，由符合標(biāo)準(zhǔn)具體規(guī)定的沖擊衰減性能指標(biāo)的地面的高理論跌落高度來(lái)定義。臨界跌落高度是接近但不希望會(huì)引起威脅生命的頭部傷害的大高度。
頭部傷害判據(jù)（head injury criterion，HIC），一個(gè)沖擊加速度與時(shí)間關(guān)系的特殊積分，以測(cè)定頭部受到傷害的相關(guān)性。
加速度（g-max），當(dāng)模擬頭形落體與地面碰撞時(shí)大的沖擊加速度，以重力加速度g為單位。
沖擊衰減（impact attenuation），通過(guò)地面局部變形或位移來(lái)減少峰值沖擊力和峰值加速度以吸收沖擊過(guò)程中的能量的運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地地面特性。

概述
國(guó)外，每年有成千上萬(wàn)兒童及成年人在運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地、公共的或私人的運(yùn)動(dòng)設(shè)施上，由于跌倒在不合適的地面而受傷。據(jù)美國(guó)消費(fèi)者產(chǎn)品安全委員會(huì)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)每年超過(guò)15萬(wàn)人在運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地上受傷。澳大利亞每年也有1300名兒童因玩滑梯、秋千等游戲，從高處跌下受傷住院。在標(biāo)準(zhǔn)制定前，雖然由此引起費(fèi)達(dá)幾百萬(wàn)美元，但是保險(xiǎn)公司仍然拒絕承擔(dān)多種與此有關(guān)險(xiǎn)項(xiàng)的保險(xiǎn)義務(wù)。因此，國(guó)外立法建立限制條例，如美國(guó)制定的ASTM F 1292-2004、歐洲制定的EN 1177:1997和澳大利亞制定的 AS/NZS4422:1999等對(duì)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地地面安全性能檢測(cè)方法及設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范，以評(píng)估運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地地面鋪墊的材料是否合格。
國(guó)內(nèi)也有報(bào)道小孩蕩秋千時(shí)，設(shè)施連鉤突然脫鉤，致小孩頭部被摔成頭骨粉碎性骨折的重傷。記者看到出事現(xiàn)場(chǎng)地面沒(méi)有裝保險(xiǎn)墊，也無(wú)防緩沖作用的橡膠地板。事實(shí)上，有很多采用各種吸收沖擊能量的彈性材料作為地面鋪層，可以防止人們跌倒而損傷，特別是頭部損傷。問(wèn)題是彈性材料的特性和鋪墊厚度都與安全有關(guān)，需要有相關(guān)的測(cè)試設(shè)備測(cè)定。

國(guó)內(nèi)引用的標(biāo)準(zhǔn)及沖擊設(shè)備
國(guó)內(nèi)已有不少?gòu)S商生產(chǎn)或銷售三元乙丙橡膠(EPDM)的彈性安全地墊(Rubber Safety Cushion)。我們近參觀了第九屆地面材料展覽會(huì)（上海）和第20屆中國(guó)體育用品博覽會(huì)（成都）并獲得一些樣品，了解到有些安全地墊生產(chǎn)廠的測(cè)量是按GB/T 14833－1993（塑膠跑道）標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)的，也有廠商稱其產(chǎn)品符合歐洲EN 1176標(biāo)準(zhǔn)，但是在介紹時(shí)都沒(méi)有提及對(duì)頭部受沖擊傷害程度的HIC進(jìn)行測(cè)量評(píng)估。EN 1176-1:1998《Playground equipment — Part 1：General safety requirements and test methods》至EN 1176-7的七個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)器材（如秋千、滑梯、木馬等）的安全要求和試驗(yàn)方法，其中EN 1176-1:1998在4.2.8.4條中特地提到：跌落到兒童運(yùn)動(dòng)地面免受傷害的安全地墊性能試驗(yàn)要根據(jù)EN 1177，測(cè)試通用的沖擊衰減材料以符合臨界跌落高度（CFH）值。
我國(guó)還沒(méi)有測(cè)量評(píng)估運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地、兒童游樂(lè)場(chǎng)地HIC的要求，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 19272-2003，《健身器材室外健身器材的安全通用要求》 第5.7.4條規(guī)定：“……天梯、秋千等上下運(yùn)動(dòng)彈跳或可能從空中運(yùn)動(dòng)跌落的器材，其運(yùn)動(dòng)地面應(yīng)為松軟或富有彈性的地面，例如：沙土層、橡塑地板等。若為橡塑地板時(shí)，其地板的結(jié)構(gòu)厚度應(yīng)不小于25mm；若為沙坑時(shí)，沙層厚度應(yīng)不小于200mm，……” 。而且強(qiáng)調(diào)該標(biāo)準(zhǔn)第5章為強(qiáng)制性條款。
沖擊強(qiáng)度測(cè)試儀（出口型號(hào)Uniaxe-II Impact Tester ）（見圖4），符合美國(guó)ASTM、澳大利亞AS、歐洲EN標(biāo)準(zhǔn)的要求，已推向市場(chǎng)，在歐洲和澳洲得到了應(yīng)用。

我們從EPDM安全地墊樣品的彈性手感及采用HS2005沖擊強(qiáng)度測(cè)試儀自行試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)外的產(chǎn)品沖擊衰減的特性有較大差異，測(cè)試記錄數(shù)據(jù)見表1。

圖5顯示的是序號(hào)6樣品三組試驗(yàn)數(shù)據(jù)的曲線,分別顯示在g-max＝200時(shí)對(duì)應(yīng)的跌落高度和顯示HIC＝1000時(shí)對(duì)應(yīng)的跌落高度 。根據(jù)ASTM F 1292-2004標(biāo)準(zhǔn)，取HIC和g-max所對(duì)應(yīng)的跌落高度Hc值小的一個(gè)作為臨界跌落高度（CFH）值，即CFH值為1.4m。
再分析表1的數(shù)據(jù)?？梢钥吹綇椥允指熊浀陌踩貕|比彈性手感硬的安全地墊有更好的沖擊衰減性能。我們把試驗(yàn)數(shù)據(jù)與英國(guó)Wicksteed公司安全地墊產(chǎn)品的厚度與大自由跌落高度的關(guān)系圖進(jìn)行比較（圖6），可以看到我們?cè)囼?yàn)序號(hào)6和序號(hào)7國(guó)外產(chǎn)品的CFH數(shù)據(jù)與圖6接近，即安全地墊厚50mm時(shí)的CFH＝1.5m左右；而彈性手感較硬的國(guó)內(nèi)產(chǎn)品CFH明顯低于1.5m，甚至于CFH＝1.1m，這樣的安全地墊的防護(hù)性能能否滿足設(shè)計(jì)要求就需要用測(cè)試設(shè)備來(lái)驗(yàn)證了，當(dāng)然也可以加大安全地墊的厚度來(lái)滿足CFH的要求，但是增加了工程成本。

結(jié)語(yǔ)
我們注意到國(guó)內(nèi)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地、兒童游樂(lè)場(chǎng)地的安全不應(yīng)該出了大量事故才重視起來(lái)，我國(guó)政府部門及社會(huì)各界現(xiàn)在都應(yīng)引起重視，防患于未然，筆者建議：運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地地面沖擊衰減性能測(cè)試方法及設(shè)備
a)加強(qiáng)宣傳運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地有沖擊衰減特性的安全要求，盡快制訂國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的或?qū)?yīng)（等效或非等效）于國(guó)外的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，或補(bǔ)充GB19272-2003的內(nèi)容；
b)研究運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地安全性能的檢測(cè)技術(shù)，研發(fā)有自己知識(shí)產(chǎn)權(quán)的檢測(cè)設(shè)備；
c)在國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)尚未頒布之前，是否可以參考國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)（如EN 1177）, 對(duì)安全地墊或其它沖擊衰減材料（如沙灘，沙地）沖擊衰減特性檢測(cè)，以控制安全地墊生產(chǎn)質(zhì)量、控制運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地工程質(zhì)量和驗(yàn)收、定期（如二年）對(duì)場(chǎng)地的安全性能復(fù)測(cè)。