建筑業(yè)是香港最主要的工業(yè)之一，也是最危險(xiǎn)的行業(yè)之一。據(jù)香港政府勞工處統(tǒng)計(jì)，高空墜落物引致的事故是本港地盤(pán)工人死亡的一個(gè)主要原因。為改善香港建筑地盤(pán)的作業(yè)安全，保障從業(yè)人員的生命，在職業(yè)安全健康局的委托及資助下，香港科技大學(xué)機(jī)械工程系余同希教授和吳景深博士對(duì)香港建筑地盤(pán)常用安全帽品牌的防護(hù)功能進(jìn)行了詳細(xì)考察和研究。在全面市場(chǎng)和地盤(pán)調(diào)查的基礎(chǔ)上，他們選擇了三種最典型最常用品牌的安全帽（分別稱[**]、B和C）進(jìn)行了全面的沖擊試驗(yàn)和評(píng)估，其中包括首次在香港進(jìn)行的安全帽對(duì)頸部的防護(hù)作用研究。他們亦對(duì)安全帽使用、選購(gòu)及標(biāo)準(zhǔn)方面提出多項(xiàng)有用的建議。

一切從調(diào)查開(kāi)始

研究人員利用訪談、郵件和傳真的方式，對(duì)本港的各個(gè)地盤(pán)使用的安全帽的制造廠商、工藝標(biāo)準(zhǔn)、采購(gòu)依據(jù)、更換程序、事故情況，以及本地最常用的品牌和安全帽最常見(jiàn)的缺陷進(jìn)行了調(diào)查。

研究人員發(fā)現(xiàn)，香港的建筑業(yè)有兩大特點(diǎn)，一是高層建筑和高腳手架特別多，高空墜落物對(duì)工人生命的威脅很大；二是光照強(qiáng)烈、氣候酷熱而潮濕，對(duì)塑料制造的安全帽影響很大。調(diào)查還發(fā)現(xiàn)，盡管在現(xiàn)行工廠暨工業(yè)經(jīng)營(yíng)（建筑地盤(pán)）的安全規(guī)例，以及職業(yè)安全健康條例中的"一般性責(zé)任"條款中都對(duì)安全訓(xùn)練及安全帽的使用有明確要求，但大多數(shù)地盤(pán)工人仍缺乏正確使用安全帽的訓(xùn)練，對(duì)安全帽的保養(yǎng)和定期更換等知識(shí)更是貧乏。例如，有的工人為了透氣，在安全帽上鉆孔，根本不知道會(huì)因此降低安全帽的抗沖擊強(qiáng)度，帶來(lái)嚴(yán)重后果。

七大類沖擊試驗(yàn)探索安全帽性能

"小小安全帽，蘊(yùn)藏大道理"。塑性力學(xué)及沖擊動(dòng)力學(xué)專家余同希教授認(rèn)為，別看安全帽平淡無(wú)奇，可是研究中所用到的理論和實(shí)驗(yàn)方法與研究太空中高速碎片與航天器的碰撞等高深課題，在本質(zhì)上都是類似的。當(dāng)高空墮落的物體撞擊到安全帽上時(shí)，帽殼與頭箍可能發(fā)生復(fù)雜的受力和變形，必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)出受力和變形的動(dòng)態(tài)過(guò)程，建立正確的力學(xué)模型、進(jìn)行理論分析及計(jì)算，才可以對(duì)安全帽的性能和保障能力有全面了解。為此，研究人員精心設(shè)計(jì)并進(jìn)行了七類不同的沖擊試驗(yàn)，包括：

★中心沖擊試驗(yàn)

★偏心沖擊試驗(yàn)

★貫穿試驗(yàn)

★已有微小損傷的安全帽的沖擊試驗(yàn)

★因氣候影響導(dǎo)致材料老化的安全帽的沖擊試驗(yàn)

★脈沖力的延時(shí)試驗(yàn)

★頸部損傷試驗(yàn)

用于安全帽沖擊實(shí)驗(yàn)的Dynatup沖擊試驗(yàn)輒機(jī)（圖略）。

在沖擊試驗(yàn)中，除了使用各國(guó)所規(guī)定的50焦耳標(biāo)準(zhǔn)沖擊能量外，為了評(píng)估安全帽的安全系數(shù)，研究人員特地將測(cè)試范圍加以擴(kuò)展，對(duì)安全帽進(jìn)行了超載試驗(yàn)。

根據(jù)ISO3873-1977安全標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)沖擊能量為50焦耳時(shí)，如果安全帽所受到的最大沖擊力超過(guò)5000牛頓，或者當(dāng)沖擊后安全帽破裂時(shí)，安全帽就不再具有保護(hù)頭部安全的功能。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，所有安全帽都能順利通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)沖擊試驗(yàn)。但是，在100焦耳的沖擊能量下，[**]和B安全帽所傳送的最大沖擊力分別超過(guò)7千牛頓和8千牛頓，盡管從帽殼上看不出損壞，它亦失去部份保護(hù)作用。然而，同樣情況下，C安全帽的峰值力還保持在3000牛頓以下，仍對(duì)頭部有可靠的保護(hù)作用。因而，從抗沖擊的角度考慮，C安全帽為最優(yōu)。

研究人員也觀察到帽箍的損壞。帽箍是安全帽的一個(gè)關(guān)鍵部份，它能夠延遲并減小傳送到頭部和頸部的壓力。更重要的是，它可以吸收由撞擊帶來(lái)的大部份能量。在實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)帽箍上有微小裂紋存在時(shí)，即使只對(duì)安全帽施加50焦耳的標(biāo)準(zhǔn)沖擊能量，有些帽箍都會(huì)斷裂。因此，我們應(yīng)當(dāng)高度重視帽箍的損傷。

研究人員也測(cè)試了經(jīng)人工環(huán)境處理的新安全帽和在實(shí)際環(huán)境中老化的舊安全帽。實(shí)驗(yàn)表明，雖然在地盤(pán)上使用過(guò)兩年的安全帽亦能夠通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)沖擊試驗(yàn)，可是只要輕微增加沖擊能量（60焦耳），這些舊安全帽所傳遞的最大沖擊力就接近導(dǎo)致頭部損傷的臨界值。因此，定期更換安全帽絕對(duì)必要。

首次在香港進(jìn)行頸部損傷評(píng)估

以往的安全帽防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)都沒(méi)有提及頸部損傷標(biāo)準(zhǔn)。ISO標(biāo)準(zhǔn)所提出的最大力不超過(guò)5000牛頓的要求，是用于防止人腦的損傷，不一定適用于頸部的損傷。為此，科大研究人員首次在香港進(jìn)行了安全帽與頸部損傷的相關(guān)性研究。

生物力學(xué)和醫(yī)學(xué)研究表明，產(chǎn)生過(guò)度擠壓和彎曲造成頸部永久性損傷的臨界軸向壓力為1800牛頓，而臨界彎曲力矩為10牛頓米，這些情形在安全帽受到中心沖擊和偏心沖擊時(shí)都可能發(fā)生。科大研究人員首次將這些數(shù)據(jù)用于對(duì)安全帽的定性研究。

研究表明，在沖擊能量低，而且安全帽沒(méi)有損壞時(shí)，在至少兩年的使用期間內(nèi)，大多數(shù)安全帽均能對(duì)使用者的頭部和頸部同時(shí)提供有效的保護(hù)。不容忽視的是，當(dāng)沖擊能量輕微升高時(shí)，安全帽傳遞的最大沖擊力就會(huì)隨使用時(shí)間而增加。使用了兩年半的安全帽，其峰值力相當(dāng)接近臨界值，在頸部的數(shù)據(jù)也相似。

值得注意的是，對(duì)[**]這種在香港使用非常普遍的安全帽，當(dāng)沖擊能量稍高于50焦耳時(shí)，就可能引起頸錐骨損傷。由于香港高層建筑和高腳手架的特點(diǎn)，就連小小的墜落物，其沖擊能量都可能超過(guò)50焦耳。為此，研究人員建議，在選用安全帽時(shí)，[**]品牌不應(yīng)當(dāng)成為首選。

安全帽材料測(cè)試

針對(duì)香港的環(huán)境特點(diǎn)，研究人員用強(qiáng)烈紫外光和不同溫度來(lái)處理安全帽材料，然后對(duì)處理過(guò)的樣品進(jìn)行單軸拉伸和沖擊試驗(yàn)。他們發(fā)現(xiàn)，C安全帽外殼材料[**]BS樹(shù)脂對(duì)環(huán)境條件極為敏感，而其機(jī)械特性會(huì)急劇降低。因此，如果選用C安全帽，其更換頻率應(yīng)當(dāng)比其它品牌為高。

研究人員還對(duì)安全帽材料進(jìn)行了差熱分析及電鏡分析，結(jié)果說(shuō)明材料受環(huán)境影響后，其晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，材料變脆，容易斷裂。專長(zhǎng)于塑料材料研究的吳景深博士表示，對(duì)安全帽材料進(jìn)行的一系列研究，不僅可以了解現(xiàn)行安全帽的性能和使用期限，也有助于改進(jìn)現(xiàn)有材料及開(kāi)發(fā)新型塑料材料，以便從根本上提高安全帽的防護(hù)能力。

塑料安全帽的材料測(cè)試

全新安全帽的掃描電鏡圖片：沖擊后，材料發(fā)生大范圍的塑性變形，說(shuō)明大量的沖擊能量被安全帽吸收。

氣候老化安全帽的掃描電鏡圖片：老化材料的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，沖擊后，只發(fā)生小變形，吸收沖擊能量的能力下降，不能對(duì)使用者提供有效保護(hù)。

改進(jìn)安全帽使用的建議

三年來(lái)，余同希教授與吳景深博士帶領(lǐng)著碩士生陳小偉和十多位高年級(jí)本科學(xué)生，通過(guò)對(duì)上百個(gè)安全帽的沖擊測(cè)試和材料試驗(yàn)，圓滿地完成了香港職業(yè)安全健康局的委托。

在嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)上，研究人員提出多項(xiàng)建議，其中包括：

★選購(gòu)安全帽時(shí)，參考在更換周期及安全性核查方面較為嚴(yán)格的GB（中國(guó)國(guó)標(biāo)）標(biāo)準(zhǔn)；

★要求安全帽不僅能通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，還要有不小于2的安全系數(shù)；

★定期更換安全帽及帽箍、每次使用前必須檢查；

★建議加強(qiáng)安全教育，落實(shí)安全條例，提供相關(guān)訓(xùn)練。

這些研究成果將有助于改善香港建筑業(yè)的施工安全，協(xié)助職安局對(duì)選擇和使用安全帽制定適當(dāng)?shù)闹敢?，令香港的地盤(pán)安全防護(hù)得到更大的保障。

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