安全性和可靠性是遊樂設施設計的基石。 ASTM F2291，即《遊樂設施與設備設計標準規範》，由美國材料與試驗協會（ASTM International）發布。它為遊樂設施的設計、建造和運作提供了全面的指導。 ASTM F2291主要應用於美國和採用ASTM標準的地區，並在國際上被廣泛引用，用於遊樂設施的設計和安全管理。該規範適用於大型機械驅動的遊樂設施，例如過山車和摩天輪。它不適用於非動力設備、水上樂園設施、充氣結構或遊客控制的遊樂設施，例如碰碰車和攀岩牆。本文簡要介紹了ASTM F2291的四個部分的內容。
設計與性能要求
2.1 一般設計準則
本節主要詳細闡述遊樂設備設計階段應遵循的分析、計算、文件編制和法規要求。
2.1.1 騎行分析
製造商必須對設備進行全面的設計分析，考慮到不同年齡和體型的乘客的適用性，評估並減輕主要安全風險，並將這些發現以書面形式記錄下來。
- 顧客約束與控制分析確保乘客在移動過程中得到充分的約束和保護。
- 顧客清關信封分析確保乘客在行進過程中不會與遊樂設施結構或其他人員發生碰撞。
- 故障分析對安全相關係統進行失效模式分析 (FMEA) 或故障樹分析 (FTA)，以識別潛在風險。
2.1.2 設計與計算
設計人員/工程師必須透過工程計算證明其設計符合安全標準。計算應使用 F 2137 標準或同等 EN 標準定義的座標軸和載荷路徑，包括：
- 結構、機械和電氣部件的合格性。
- 由遊樂設施或設備產生的顯著且可預測的加速度。
- 控制系統的性能和功能特性。
2.1.3 圖紙和記錄
製造商/設計方必須保留完整的設計文件，包括結構圖、計算表和控制軟體，至少20年。文件應包括：
- 整體佈局及乘客淨空圖；
- 組裝圖和子零件圖，標示緊固件、潤滑劑、調整方法等；
- 客製化部件的詳細圖。
2.2 約束與空間標準
2.2.1 顧客隔離
- 遊樂設施在運作過程中必須對乘客進行支撐和保護，並且保護措施應與設備的運動特性相符。
- 乘客可能接觸到的部件應光滑，無鋒利邊緣、突出螺栓和毛刺，必要時應安裝保護墊。
- 如果設施配備了門，則應確保門在運行或緊急情況下不會意外打開。
- 電動門應避免夾傷危險風險，且在開啟和關閉過程中最大邊緣推力不得超過 133N（30 磅）。
2.2.2 顧客約束
- 是否安裝約束系統由設計工程師決定。
- 設計時應考慮乘客體型差異。
- 確定是否需要鎖定或其他功能，並考慮在異常停車或緊急情況下如何安全疏散乘客。
- 必須明確規定在斷電或緊急關機的情況下，約束系統是鎖定還是解鎖。
2.2.3 安全性和人體工學標準
- 約束系統必須最大限度地減少夾傷、卡住或身體與運動部件意外接觸的機會。
- 任何動力約束裝置對與顧客接觸的活動表面施加的力不得超過 0.08 kN（18 磅）。
- 在結構強度評估中，也必須考慮顧客所造成的荷載。
2.2.4 手動釋放機構
- 必須配備手動約束釋放裝置，供授權人員在緊急情況下使用。
- 手動釋放裝置必須易於操作，無需工作人員爬過顧客或接觸顧客。
- 除非乘車分析證明有必要，否則禁止使用儲存的能量源進行手動釋放。
2.3 加速限制
2.3.1 加速設計原則
不同類型和結構的遊樂設施具有顯著不同的加速度特性。設計時必須考慮以下因素：
- 騎手的姿勢和方向；
- 此約束系統能否使乘客在壓力下保持安全姿勢；
- 約束分析應基於乘客在約束裝置內的可能位置和狀態。
2.3.2 測量要求
- 新開發的設備或重大改造專案必須透過加速度測量進行驗證後才能投入使用。
- 設計驗證可以透過手動計算、圖形分析或電腦模擬來完成。
電力與控制系統需求
3.1 液壓系統及零件
3.1.1 溫度和壓力安全
- 暴露在高溫下的零件必須經過特殊設計和屏蔽，以防止對乘客造成傷害。
- 系統壓力測試點和油樣採集口必須安全且易於接近，以便進行診斷和污染檢查。
3.1.2 控制和操作安全
- 控制調節裝置必須遠離運動部件，以防止操作人員受傷。
- 系統必須包含可靠的緊急和安全功能，以避免在停止或斷電期間發生意外運動。
3.1.3 系統完整性與維護
- 過濾器的設計壽命應至少在正常條件下運作 800 小時。
- 線性執行器必須具有有效的位置限制器，以防止機械行程過長。
- 系統組件應允許安全維護，同時不影響運轉安全。
3.2 氣動系統及零件
3.2.1 設計與標識
- 除非專門設計用於更高的壓力，否則氣動迴路的最大壓力通常限制在 8 巴（116 psig）。
- 每個氣動元件都必須按照標準要求清晰地標明製造商標識（零件號或型號）。
3.2.2 存取和調整控制
- 具有可調節功能的組件必須包含鎖定機制，以防止未經授權的存取或篡改。
- 系統必須提供足夠的內部空間（至少 6 英吋的電線引線），以便安全地進行電氣連接和接地。
3.2.3 應急和安全操作
- 經故障分析確定的關鍵部件必須具備緊急停止或返回控制功能，符合安全控制系統的要求。
- 緊急操作不得引入次生危險，例如意外鬆開銷釘、閂鎖或夾緊裝置。
3.3電氣要求
本節提供遊樂設施或設備中使用的電氣元件及其安裝和程序的指導原則。
3.3.1 電氣裝置的一般要求
- 佈線和保護： 每輛自行車必須至少有一個 20 安培的火線-零線分支電路，用於供電或公用設施。
- 斷開連線： 所有斷開裝置都必須正確貼上標籤，具有額外電壓源的車輛需要在主斷路器附近或主斷路器處明確標示一個具有鎖定/掛牌功能的斷路器。
3.3.2 通用設備
- 照明： 靠近騎乘者或安裝在運動部件上的燈具需要燈罩和牢固的燈管支架。
- 電纜和電機： 便攜式電纜必須與額定容量相匹配；馬達應根據頻繁啟動和獨特的騎行環境進行選型。
- 收藏戒指和刷子： 必須能夠承受額定負載的 125%，並包括具有足夠容量的接地環。
3.3.3 音訊/通訊系統
- 遊樂設施的特殊運作條件要求對音訊/通訊線路進行保護。
- 戶外揚聲器的裸露電線必須使用超重型、抗紫外線的便攜式電纜，並且兩端必須連接接地導體。
結構和機械部件要求
4.1鏈
- 鏈條的選擇和設計必須考慮特定的負載、速度、腐蝕性、運轉條件、磨損和疲勞程度。
- 製造商必須在維護說明中包含測量鏈條磨損和最大允許節距變化的方法。
- 維護說明中必須包含清潔和潤滑程序。
4.2 鋼絲繩
- 鋼絲繩及其附件必須根據規定的負荷、循環、腐蝕、動力學、環境、磨損、疲勞和使用條件進行設計。
- 主載重路徑鋼絲繩的安全係數必須至少為 6，鋼絲繩系統應配置成盡量減少扭結、打結及局部應力過大。
4.3 防回滾裝置
- 如果主提升驅動裝置不具備防後溜功能，則至少需要兩個裝置；兩個裝置都安裝在車輛/火車上，兩個裝置都安裝在軌道上，或者每個裝置各一個，但至少要始終有一個裝置處於接合狀態。
- 升降系統（原木漂流、激流勇進）可以在車輛/船隻、軌道側或運輸裝置上安裝防後溜裝置。
4.4 乘客升降設備
- 升降機： 確保操作過程中煞車功能正常且牢固連接。
- 動力螺桿驅動器： 請勿超出行程限制操作；遵守終點限制保護措施。
- 齒輪齒條驅動：確保小齒輪與齒條充分嚙合，備用滾輪功能正常，並觀察限位擋塊是否正常運作。
4.5焊接
- 焊接應遵循焊接工藝規程 (WPS)，其中規定了基本變數（製程、接頭、材料、保護、預熱、位置、電氣、技術、速度等）。
- 只有合格的焊工、操作員和點焊工才能進行焊接作業。
- 焊接圖面應清楚標示焊接位置、種類、尺寸、有效長度及特殊條件。
4.6個緊固件
- 緊固件應符合 ANSI、SAE、ASTM、ISO、EN 或同等標準。
- 最好採用穿透式螺栓連接；如果穿透式螺栓連接不切實際，則可以使用其他替代方案。
- 避免使用受剪切力的緊固件；如果必須使用，則應設計為雙剪切力。
- 孔應垂直於軸承面；必要時可使用倒角墊圈或進行機械加工。
安全屏障和門禁控制要求
5.1個護欄
護欄必須安全穩定，能夠承受均勻負荷和單點負荷，並確保行人和遊客的安全。
- 護欄頂部應能承受任何方向上 50 plf (0.73 kN/m) 的均佈荷載。
- 頂軌應能承受在任何方向、任何點施加的至少 200 磅（890 牛）的集中負荷。
5.2 扶手
- 承載量： 扶手的頂軌在任何一點的任何方向上至少能承受 200 磅（890 牛頓）的力。
- 安裝高度： 扶手和延伸部分的頂部應高於平台和踏板前緣 34-38 英吋（865-965 毫米）。
- 擴充要求： 水平延伸至少 12 英吋（305 毫米），然後返回牆壁、護欄或平台，或繼續延伸到相鄰的扶手。
- 清除：扶手與牆壁或護欄之間的最小淨空為 1½ 英吋（38 毫米）。
5.3門
- 大門應向遠離遊樂設施的方向打開，或配備能夠承受至少 200 磅（890 牛頓）向開啟方向施加的正向閂鎖。
- 閘門頂部應能承受任何方向上 50 plf (0.73 kN/m) 的均佈荷載。
- 閘門的設計必須保證，即使在遊樂設施運作期間打開，也不會接觸到遊樂設施或對乘客造成危險。
5.4 柵欄
- 圍欄應盡量減少以下情況造成的傷害：觀眾與遊客、觀眾與遊樂設施或設備、遊客與圍欄本身之間的接觸。
- 圍欄頂部應能承受任何方向上 50 plf (0.73 kN/m) 的均佈荷載。
- 圍欄頂部應能承受任何方向任何點至少 200 磅（890 牛頓）的集中負荷。
ASTM F2291：遊樂產業投資者的參考價值
安全性和工程可靠性
ASTM F2291 為遊樂設施提供了系統的安全和設計要求。它幫助投資者確保專案的設計符合國際安全標準。
- 定義了結構、機械和電氣安全原則。
- 降低設計缺陷或運作故障的風險。
- 提高設備的整體可靠性和長期性能。
全球認可
該標準獲得國際認可，並構成許多區域安全框架的一部分。符合該標準表明該項目達到了全球公認的基準。
- 協助辦理認證和保險審核手續。
- 加強國際市場進入與合作。
- 提高資產的長期投資價值。
可預測的維護和生命週期成本
該標準鼓勵採用一致的檢查、測試和維護方法。這可確保設備在其整個使用壽命期間保持安全可靠。
- 有助於規劃和控制維修預算。
- 減少計劃外停機時間和營運損失。
- 確保投資回報穩定且可持續。
提升公園氛圍
符合 ASTM F2291 標準表明對安全和品質的承諾。
它能提升娛樂項目的公眾形象和競爭力。
- 增強品牌聲譽和客戶信心。
- 建立與合作夥伴和權威機構的信任。
- 透過安全負責的聲譽，支持長期發展。
結語
ASTM F2291在定義全球遊樂設施的安全和設計標準方面發揮著至關重要的作用。儘管它起源於美國，但其原則正日益被全球市場採納，成為最佳實踐的參考。透過將設計和營運流程與 ASTM F2291 接軌，業界專業人士可以提升安全效能，建立公眾信任，並支持遊樂產業的永續發展。