安全性和可靠性是游乐设施设计的基石。ASTM F2291，即《游乐设施和设备设计标准规范》，由美国材料与试验协会（ASTM International）发布。它为游乐设施的设计、建造和运行提供了全面的指导。ASTM F2291主要应用于美国和采用ASTM标准的地区，并在国际上被广泛引用，用于游乐设施的设计和安全管理。该规范适用于大型机械驱动的游乐设施，例如过山车和摩天轮。它不适用于非动力设备、水上乐园设施、充气结构或游客控制的游乐设施，例如碰碰车和攀岩墙。本文简要介绍了ASTM F2291的四个部分的内容。
设计与性能要求
2.1 一般设计准则
本节主要详细阐述游乐设备设计阶段应遵循的分析、计算、文档编制和监管要求。
2.1.1 骑行分析
制造商必须对设备进行全面的设计分析，考虑到不同年龄和体型的乘客的适用性，评估并减轻主要安全风险，并将这些发现以书面形式记录下来。
- 顾客约束与控制分析确保乘客在移动过程中得到充分的约束和保护。
- 顾客清关信封分析确保乘客在行进过程中不会与游乐设施结构或其他人员发生碰撞。
- 故障分析对安全相关系统进行失效模式分析 (FMEA) 或故障树分析 (FTA)，以识别潜在风险。
2.1.2 设计和计算
设计人员/工程师必须通过工程计算证明其设计符合安全标准。计算应使用 F 2137 标准或同等 EN 标准定义的坐标轴和载荷路径，包括：
- 结构、机械和电气部件的合格性。
- 由游乐设施或设备产生的显著且可预测的加速度。
- 控制系统的性能和功能特性。
2.1.3 图纸和记录
制造商/设计方必须保留完整的设计文件，包括结构图、计算表和控制软件，至少20年。文件应包括：
- 总体布局及乘客净空图；
- 装配图和子部件图，标明紧固件、润滑剂、调整方法等；
- 定制部件的详细图纸。
2.2 约束与空间标准
2.2.1 顾客隔离
- 游乐设施在运行过程中必须对乘客进行支撑和保护，并且保护措施应与设备的运动特性相匹配。
- 乘客可能接触到的部件应光滑，无锋利边缘、突出螺栓和毛刺，必要时应安装保护垫。
- 如果设施配备了门，则应确保门在运行或紧急情况下不会意外打开。
- 电动门应避免夹伤危险风险，并且在开启和关闭过程中最大边缘推力不得超过 133N（30 磅）。
2.2.2 顾客约束
- 是否安装约束系统由设计工程师决定。
- 设计时应考虑乘客体型差异。
- 确定是否需要锁定或其他功能，并考虑在异常停车或紧急情况下如何安全疏散乘客。
- 必须明确规定在断电或紧急关机的情况下，约束系统是锁定还是解锁。
2.2.3 安全性和人体工程学标准
- 约束系统必须最大限度地减少夹伤、卡住或身体与运动部件意外接触的机会。
- 任何动力约束装置对与顾客接触的活动表面施加的力不得超过 0.08 kN（18 磅）。
- 在结构强度评估中，还必须考虑顾客引起的荷载。
2.2.4 手动释放机构
- 必须配备手动约束释放装置，供授权人员在紧急情况下使用。
- 手动释放装置必须易于操作，无需工作人员爬过顾客或接触顾客。
- 除非乘车分析证明有必要，否则禁止使用储存的能量源进行手动释放。
2.3 加速限制
2.3.1 加速设计原则
不同类型和结构的游乐设施具有显著不同的加速度特性。设计时必须考虑以下因素：
- 骑手的姿势和方向；
- 该约束系统能否使乘客在压力下保持安全姿势；
- 约束分析应基于乘客在约束装置内的可能位置和状态。
2.3.2 测量要求
- 新开发的设备或重大改造项目必须通过加速度测量进行验证后才能投入使用。
- 设计验证可以通过手动计算、图形分析或计算机模拟来完成。
电力与控制系统要求
3.1 液压系统及部件
3.1.1 温度和压力安全
- 暴露在高温下的部件必须经过特殊设计和屏蔽，以防止对乘客造成伤害。
- 系统压力测试点和油样采集口必须安全易于接近，以便进行诊断和污染检查。
3.1.2 控制和操作安全
- 控制调节装置必须远离运动部件，以防止操作人员受伤。
- 系统必须包含可靠的应急和安全功能，以避免在停止或断电期间发生意外运动。
3.1.3 系统完整性和维护
- 过滤器的设计寿命应至少为正常条件下运行 800 小时。
- 线性执行器必须具有有效的位置限制器，以防止机械行程过长。
- 系统组件应允许安全维护，同时不影响运行安全。
3.2 气动系统及部件
3.2.1 设计和标识
- 除非专门设计用于更高的压力，否则气动回路的最大压力通常限制在 8 巴（116 psig）。
- 每个气动元件都必须按照标准要求清晰地标明制造商标识（零件号或型号）。
3.2.2 访问和调整控制
- 具有可调节功能的组件必须包含锁定机制，以防止未经授权的访问或篡改。
- 系统必须提供足够的内部空间（至少 6 英寸的电线引线），以便安全地进行电气连接和接地。
3.2.3 应急和安全操作
- 经故障分析确定的关键部件必须具备紧急停止或返回控制功能，符合安全控制系统的要求。
- 紧急操作不得引入次生危险，例如意外松开销钉、闩锁或夹紧装置。
3.3电气要求
本节提供游乐设施或设备中使用的电气元件及其安装和程序的指导原则。
3.3.1 电气装置的一般要求
- 布线和保护： 每辆自行车必须至少有一个 20 安培的火线-零线分支电路，用于供电或公用设施。
- 断开连接： 所有断开装置都必须正确贴上标签，带有额外电压源的车辆需要在主断路器附近或主断路器处明确标示一个具有锁定/挂牌功能的断路器。
3.3.2 通用设备
- 灯光： 靠近骑行者或安装在运动部件上的灯具需要灯罩和牢固的灯管支架。
- 电缆和电机： 便携式电缆必须与额定容量相匹配；电机应根据频繁启动和独特的骑行环境进行选型。
- 收藏戒指和刷子： 必须能够承受额定负载的 125%，并包括具有足够容量的接地环。
3.3.3 音频/通信系统
- 游乐设施的特殊运行条件要求对音频/通信线路进行保护。
- 户外扬声器的裸露电线必须使用超重型、抗紫外线的便携式电缆，并且两端必须连接接地导体。
结构和机械部件要求
4.1链
- 链条的选择和设计必须考虑特定的负载、速度、腐蚀性、运行条件、磨损和疲劳程度。
- 制造商必须在维护说明中包含测量链条磨损和最大允许节距变化的方法。
- 维护说明中必须包含清洁和润滑程序。
4.2 钢丝绳
- 钢丝绳及其附件必须根据规定的载荷、循环、腐蚀、动力学、环境、磨损、疲劳和使用条件进行设计。
- 主载荷路径钢丝绳的安全系数必须至少为 6，钢丝绳系统应配置成尽量减少扭结、打结和局部应力过大。
4.3 防回滚装置
- 如果主提升驱动装置不具备防后溜功能，则至少需要两个装置；两个装置都安装在车辆/火车上，两个装置都安装在轨道上，或者每个装置各一个，但至少要始终有一个装置处于接合状态。
- 升降系统（原木漂流、激流勇进）可以在车辆/船只、轨道侧或运输装置上安装防后溜装置。
4.4 乘客升降设备
- 升降机： 确保操作过程中刹车功能正常且牢固连接。
- 动力螺杆驱动器： 请勿超出行程限制操作；遵守终点限制保护措施。
- 齿轮齿条驱动：确保小齿轮与齿条充分啮合，备用滚轮功能正常，并观察限位挡块是否正常工作。
4.5焊接
- 焊接应遵循焊接工艺规程 (WPS)，其中规定了基本变量（工艺、接头、材料、保护、预热、位置、电气、技术、速度等）。
- 只有合格的焊工、操作员和点焊工才能进行焊接作业。
- 焊接图纸应清晰标明焊缝位置、类型、尺寸、有效长度和特殊条件。
4.6 紧固件
- 紧固件应符合 ANSI、SAE、ASTM、ISO、EN 或同等标准。
- 最好采用穿透式螺栓连接；如果穿透式螺栓连接不切实际，则可以使用其他替代方案。
- 避免使用受剪切力的紧固件；如果必须使用，则应设计为双剪切力。
- 孔应垂直于轴承面；必要时可使用倒角垫圈或进行机械加工。
安全屏障和门禁控制要求
5.1 护栏
护栏必须安全稳定，能够承受均匀载荷和单点载荷，并确保行人和游客的安全。
- 护栏顶部应能承受任何方向上 50 plf (0.73 kN/m) 的均布荷载。
- 顶轨应能承受在任何方向、任何点施加的至少 200 磅（890 牛）的集中载荷。
5.2 扶手
- 承载量： 扶手的顶轨在任何一点的任何方向上至少能承受 200 磅（890 牛顿）的力。
- 安装高度： 扶手和延伸部分的顶部应高于平台和踏板前缘 34-38 英寸（865-965 毫米）。
- 扩展要求： 水平延伸至少 12 英寸（305 毫米），然后返回墙壁、护栏或平台，或者继续延伸到相邻的扶手。
- 清除：扶手与墙壁或护栏之间的最小净空为 1½ 英寸（38 毫米）。
5.3盖茨
- 大门应向远离游乐设施的方向打开，或配备能够承受至少 200 磅（890 牛顿）向开启方向施加的正向闩锁。
- 闸门顶部应能承受任何方向上 50 plf (0.73 kN/m) 的均布荷载。
- 闸门的设计必须保证，即使在游乐设施运行期间打开，也不会接触到游乐设施或对乘客造成危险。
5.4 围栏
- 围栏应尽量减少以下情况造成的伤害：观众与顾客、观众与游乐设施或设备、顾客与围栏本身之间的接触。
- 围栏顶部应能承受任何方向上 50 plf (0.73 kN/m) 的均布荷载。
- 围栏顶部应能承受任何方向任何点至少 200 磅（890 牛顿）的集中载荷。
ASTM F2291：游乐行业投资者的参考价值
安全性和工程可靠性
ASTM F2291 为游乐设施提供了系统的安全和设计要求。它帮助投资者确保项目的设计符合国际安全标准。
- 定义了结构、机械和电气安全原则。
- 降低设计缺陷或运行故障的风险。
- 提高设备的整体可靠性和长期性能。
全球认可
该标准获得国际认可，并构成许多区域安全框架的一部分。符合该标准表明项目达到了全球公认的基准。
- 协助办理认证和保险审批手续。
- 加强国际市场准入与合作。
- 提高资产的长期投资价值。
可预测的维护和生命周期成本
该标准鼓励采用一致的检查、测试和维护方法。这确保设备在其整个使用寿命期间保持安全可靠。
- 有助于规划和控制维护预算。
- 减少计划外停机时间和运营损失。
- 确保投资回报稳定且可持续。
增强公园氛围
符合 ASTM F2291 标准表明对安全和质量的承诺。
它能提升娱乐项目的公众形象和竞争力。
- 增强品牌声誉和客户信心。
- 建立与合作伙伴和权威机构的信任。
- 通过安全负责的声誉，支持长期发展。
结语
ASTM F2291在定义全球游乐设施的安全和设计标准方面发挥着至关重要的作用。尽管它起源于美国，但其原则正日益被全球市场采纳，成为最佳实践的参考。通过将设计和运营流程与 ASTM F2291 接轨，行业专业人士可以提升安全性能，建立公众信任，并支持游乐行业的可持续发展。