建筑業(yè)是香港最主要的工業(yè)之一，也是最危險的行業(yè)之一。據(jù)香港政府勞工處統(tǒng)計，高空墜落物引致的事故是本港地盤工人死亡的一個主要原因。為改善香港建筑地盤的作業(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，香港科技大學機械工程系余同希教授和吳景深博士對香港建筑地盤常用安全帽品牌的防護功能進行了詳細考察和研究。在全面市場和地盤調(diào)查的基礎上，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）進行了全面的沖擊試驗和評估，其中包括首次在香港進行的安全帽對頸部的防護作用研究。他們亦對安全帽使用、選購及標準方面提出多項有用的建議。

一切從調(diào)查開始

研究人員利用訪談、郵件和傳真的方式，對本港的各個地盤使用的安全帽的制造廠商、工藝標準、采購依據(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的缺陷進行了調(diào)查。

研究人員發(fā)現(xiàn)，香港的建筑業(yè)有兩大特點，一是高層建筑和高腳手架特別多，高空墜落物對工人生命的威脅很大；二是光照強烈、氣候酷熱而潮濕，對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（建筑地盤）的安全規(guī)例，以及職業(yè)安全健康條例中的"一般性責任"條款中都對安全訓練及安全帽的使用有明確要求，但大多數(shù)地盤工人仍缺乏正確使用安全帽的訓練，對安全帽的保養(yǎng)和定期更換等知識更是貧乏。例如，有的工人為了透氣，在安全帽上鉆孔，根本不知道會因此降低安全帽的抗沖擊強度，帶來嚴重后果。

七大類沖擊試驗探索安全帽性能

"小小安全帽，蘊藏大道理"。塑性力學及沖擊動力學專家余同希教授認為，別看安全帽平淡無奇，可是研究中所用到的理論和實驗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。當高空墮落的物體撞擊到安全帽上時，帽殼與頭箍可能發(fā)生復雜的受力和變形，必須通過實驗測出受力和變形的動態(tài)過程，建立正確的力學模型、進行理論分析及計算，才可以對安全帽的性能和保障能力有全面了解。為此，研究人員精心設計并進行了七類不同的沖擊試驗，包括：

★中心沖擊試驗

★偏心沖擊試驗

★貫穿試驗

★已有微小損傷的安全帽的沖擊試驗

★因氣候影響導致材料老化的安全帽的沖擊試驗

★脈沖力的延時試驗

★頸部損傷試驗

用于安全帽沖擊實驗的Dynatup沖擊試驗輒機（圖略）。

在沖擊試驗中，除了使用各國所規(guī)定的50焦耳標準沖擊能量外，為了評估安全帽的安全系數(shù)，研究人員特地將測試范圍加以擴展，對安全帽進行了超載試驗。

根據(jù)ISO3873-1977安全標準，當沖擊能量為50焦耳時，如果安全帽所受到的最大沖擊力超過5000牛頓，或者當沖擊后安全帽破裂時，安全帽就不再具有保護頭部安全的功能。實驗發(fā)現(xiàn)，所有安全帽都能順利通過標準沖擊試驗。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，仍對頭部有可靠的保護作用。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關鍵部份，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的大部份能量。在實驗中，當帽箍上有微小裂紋存在時，即使只對安全帽施加50焦耳的標準沖擊能量，有些帽箍都會斷裂。因此，我們應當高度重視帽箍的損傷。

研究人員也測試了經(jīng)人工環(huán)境處理的新安全帽和在實際環(huán)境中老化的舊安全帽。實驗表明，雖然在地盤上使用過兩年的安全帽亦能夠通過標準沖擊試驗，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致頭部損傷的臨界值。因此，定期更換安全帽絕對必要。

首次在香港進行頸部損傷評估

以往的安全帽防護標準都沒有提及頸部損傷標準。ISO標準所提出的最大力不超過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行了安全帽與頸部損傷的相關性研究。

生物力學和醫(yī)學研究表明，產(chǎn)生過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都可能發(fā)生?？拼笱芯咳藛T首次將這些數(shù)據(jù)用于對安全帽的定性研究。

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

值得注意的是，對[**]這種在香港使用非常普遍的安全帽，當沖擊能量稍高于50焦耳時，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，就連小小的墜落物，其沖擊能量都可能超過50焦耳。為此，研究人員建議，在選用安全帽時，[**]品牌不應當成為首選。

安全帽材料測試

針對香港的環(huán)境特點，研究人員用強烈紫外光和不同溫度來處理安全帽材料，然后對處理過的樣品進行單軸拉伸和沖擊試驗。他們發(fā)現(xiàn)，C安全帽外殼材料[**]BS樹脂對環(huán)境條件極為敏感，而其機械特性會急劇降低。因此，如果選用C安全帽，其更換頻率應當比其它品牌為高。

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

塑料安全帽的材料測試

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，不能對使用者提供有效保護。

改進安全帽使用的建議

三年來，余同希教授與吳景深博士帶領著碩士生陳小偉和十多位高年級本科學生，通過對上百個安全帽的沖擊測試和材料試驗，圓滿地完成了香港職業(yè)安全健康局的委托。

在嚴謹?shù)目茖W實驗和數(shù)據(jù)分析基礎上，研究人員提出多項建議，其中包括：

★選購安全帽時，參考在更換周期及安全性核查方面較為嚴格的GB（中國國標）標準；

★要求安全帽不僅能通過標準測試，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；

★建議加強安全教育，落實安全條例，提供相關訓練。

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)助職安局對選擇和使用安全帽制定適當?shù)闹敢?，令香港的地盤安全防護得到更大的保障。

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