第二章 相關規範及文獻回顧
第二節 滑倒
當兩接觸體出現相對運動時，接觸面會產生作用力和反作用力，
反作用力為阻止或抑制此物體滑動之力，此力稱為摩擦力。摩擦力可 用下列公式表示：
F = μN
其中
F
：摩擦力 μ：摩擦係數N
：垂直反作用力當一個作用力 P 作用於物體上時，在地面的反作用力 R 和垂直 作用力 N 間有一個夾角ψ，此ψ角稱為摩擦角(如圖 2-1)，tanψ可 代表摩擦係數：
tan F N
N N φ = = µ = µ
圖 2-1 摩擦力與摩擦角
摩擦係數又可分為靜摩擦係數(
µ s
)和動摩擦係數(µ d
)，其差別在於動摩擦係數有相對運動產生，而靜摩擦係數則無。接觸面的水平 作用力遞增時，其
µ s
也遞增，在水平作用力無法超越摩擦力時，接 觸面仍能維持靜態平衡。但µ s
增加到一定極限後，即無法再增加，此最大極限稱為最大靜摩擦係數，一旦當水平作用力超過了最大靜摩 擦係數所能提供之摩擦力，物體即會產生運動，此時摩擦係數值會下 降，而此時的摩擦係數為動摩擦係數。最大靜摩擦係數為一定值，而 動摩擦係數為可變值，其值隨兩接觸面之相對移動速度改變而改變，
速度愈快則動摩擦係數愈小。 (Irvine,1978;Strandberg,1983)，其中
µ s
與µ d
代表了摩擦供應量(friction available) ， 而 FH / FV則 為 摩 擦 需 求 量 (friction demand)，防滑之基本要求即是要確認走路時摩擦供應量必需大於摩 擦需求量(Grönqvist,1999；Grönqvist et al.,2001)。
走 路 時 腳 跟 在 著 地 的 瞬 間 產 生 向 前 滑 的 情 況 非 常 普 遍 (Irvine,1978)，但若滑行的距離非常短，則走路者往往無法察覺這 種 滑 行 的 存 在 。 Leamon & Son (1989) 稱 這 種 滑 行 為 微 滑 (microslip)，Leamon & Li (1990) 定義滑行在 3 公分以內者為微滑，
若超過 3 公分範圍則吾人即可感覺到腳跟的滑動，滑行距離太長的 話則身體之重心容易失去平衡而無法控制，以致發生跌倒之現象。
Perkins (1978) ; Strandberg ＆ Lanshammar (1981); Leamon ＆ Li(1990)等學者主張腳跟著地時滑行距離的長短是決定是否會造成 跌倒之主要因子，若滑行距離超過 10 公分，則會發生跌倒之現象。
腳跟著地後向前滑行的速度也會影響跌倒是否發生，若腳跟著地時滑 行速度超過 0.5 m/s，跌倒之可能性很高。
當走路時，腳與地面之接觸可分為三個階段(Perkins,1978 ； Strandberg & Lanshammar,1981)：腳跟著地、腳掌貼地和腳尖離地。
在腳跟著地時，身體之重心位於前腳跟之後方，由於重心必須往前 移，前腳跟會對地面產生一個向前之推力。此推力若大於前腳跟與地 面間之摩擦力，則會產生向前之滑行；當前腳跟著地發生滑溜的情，
身體於尋求平衡之過程中，腳踝關節將本能地迅速轉動，使鞋底與地 面完全接觸，以阻止滑溜繼續發生(Myung et al.,1993)。當滑溜速 度過快，以至於腳踝關節反應不及或摩擦力無法於滑行一定距離內停 止滑溜，則跌倒之機率大增。在腳掌貼地至腳尖離地期間，腳掌與腳 尖會對地面施予一向後之推力，此推力若大於腳底與地面間之摩擦 力，則會產生向後滑溜的傾向。
鞋底與地板間之摩擦力是探討防滑之主題，而摩擦係數是用來將 鞋底與地板間滑溜程度加以量化最主要之項目。摩擦係數愈低代表愈 滑 而 摩 擦 係 數 愈 高 則 愈 抗 滑 (Chang et al.,2001a; Chang et al.,2001b;Chang et al.,2001d)。靜摩擦係數 (μs) 常被用來評比 地 面 滑 溜 的 程 度 (Chaffin & Anderson, 1984; Strandberg &
Lanshammar,1979)，因為它比較容易量測。Chaffin & Anderson (1984) 提到行走時，鞋與地板間的靜摩擦係數要在 0.5 以上才具有抗滑效 果。Irvine(1978)也主張鞋底與地板材料之設計應考量靜摩擦係數的 特性。
除了考量μs 以外，也有學者( Goldsmith,1986 ; Strandberg &
Lanshammar,1981)主張使用μd 作為防滑量測的項目，若μd 過高，
則即使滑溜也會在很短的時間內停止下來而不會造成跌倒。Perkins
& Wilson (1983) 與 Strandberg & Lanshammar (1981)等學者指出 在 正常步行 時，動 摩擦係數 最小需 求值介 於 0.15-0.30 之 間。
Strandberg(1983)認為μd 在 0.2 以上較不會產生滑倒的情形；
Goldsmith（1986）認為μd 若小於 0.3 將容易產生滑倒，並主張μd 的防滑安全標準應定在 0.5 以上。
第三節 防滑係數量測原理
Pilla & Keith Vidal, 2001﹚。2. 靜摩擦係數(SCOF)與防滑係數兩詞常互換使用。雖然靜摩擦係數
圖來源：「Pedestrian Slip Resistance」p.7 本研究翻譯
砝碼 V 試驗靴 拉力計 H
地板表面
另一種靜摩擦係數測量方式，係將測試面置放於可調整角度之斜 面上，並由水平位置開始逐漸加大斜面之傾斜角度，直到測試面與斜 面間開始滑動時，其此時斜面與水平面夾角之 tan 值亦為靜摩擦係數
﹙如圖 2-3﹚。
μs= tanθs (θs :靜摩擦角)
本拖橇以及關節支柱 SCOF 類型的量測儀器，最大的問題在潮濕 狀態下，都會產生相當大的黏著力﹙William English, 2003﹚。
二.利用動摩擦係數量測原理
使用可自由擺動之擺錘，使其與測試面產生相對之滑動摩擦後，
藉由試驗前後擺錘擺動高度之變化，求出測試面之動摩擦係數(如圖 2-4)，此種儀器在 ASTM E303-93 標準中，規定其適用範圍為道路鋪 面對於輪胎之抗滑性量測，惟英國係以此儀器測試人行地面材料之防 滑性能。
mg sinθs
mg cosθs mg
fs N
θs
圖 2-3 靜摩擦角量測方式
圖來源：「地板止滑性能之研究」p.4
三.利用傾斜之絞接撐桿(articulated strut)量測地板防滑性
圖來源：「Pedestrian Slip Resistance」p.7 本研究翻譯 砝碼
第四節 本所地面防滑相關研究
對象及實驗再現性等。
2.運用可配合 CNS3299-12 之 可攜帶式防滑試驗儀器，進 議及可配合 CNS3299-12 之 可攜帶式防滑試驗儀器現
第五節 本所防滑係數量測儀器介紹
一、 可變角度止滑計（English XL，簡稱VIT）本所前於 96 年購置第 1 台防滑係數檢測儀器：可變角度止 滑計（English XL，簡稱 VIT），係依據美國材料與試驗協會之標 準，ASTM F1679，為規範制訂一套簡易之防滑係數檢測儀器，可 適用乾燥、潮濕及已鋪設之現場。本所與標檢局使用本儀器進行 試驗結果，皆顯示具相當高之可信度，為可惜的是該本標準已撤 銷。
圖 2-6 可變角度止滑計 二、 水平測力計（Horizontal pull-meter）
水平測力計為標檢局 CNS 13432 陶瓷面磚或類似材料表面靜 摩擦係數試驗法，主要是用於瓷磚工廠品管測試，在乾燥時期量 測係數值相當準確，惟處於潮濕及已鋪設之現場，經本所 96 年 試驗結果證實有相當之誤差。
圖 2-7 水平測力計（Horizontal pull-meter）
三、 ASM 825 防滑計
為 American Slip Meter 公司銷售的 ASM 825，是目前最被廣泛 使用的靜摩擦測試儀，方便攜帶至現場量測，惟 ASM 825 被學者專家 質疑在於測試溼摩擦係數時發生水的黏著效應，測得之係數會不合理 的偏高，因此 ASM825 沒有被標檢局認可用來測試溼靜摩擦係數 ASM 825 防滑計，本鎖業於 96 年試驗結果證實其較不適用於潮濕狀態下 之測試。
圖 2-8 ASM 825 防滑計 四、 擺錘止滑檢測儀（Sigler，簡稱BPST）
也為可攜式檢測地面材料之鑑測儀器，適用標準為 ASTM E303-03 及 BS 7976，經本所 97 年使用本儀器進行乾燥及潮濕狀態等試驗，
結果顯示具相當高之可信度，標檢局將其定為國家標準，列為道路標 線檢測防滑係數之儀器。
圖 2-9 擺錘止滑檢測儀（Sigler，簡稱 BPST）
五、 磁磚防滑試驗機
參考日本 JIS A1509-12 標準，制訂國內針對陶瓷面磚之防 滑規範(CNS 3299-12：陶瓷面磚防滑性試驗法)，適用於乾燥及潮濕 之陶瓷材質地面材料，為目前國內測量行人行走，唯一有標準可依循 之量測地面材料防滑係數儀器，惟防滑係數值尚未訂出。
圖 2-10 磁磚防滑試驗機
六、 斜坡式地面材料防滑性能測試台﹙Ramp slip meter﹚
適用規範為 DIN 51097 及 DIN 51130，為德國及歐洲等國家較常 使用，地理環境及氣候因素較亞洲地區為不同，且採用人體實際進行 步行測試，雖有安全帶保護，但仍具有危險性，且為提供標檢局磁磚 防滑試驗機相關試驗數據，故以國內訂定國內防滑係數值為優先，爾 後將另行研擬相關試驗。
圖 2-11 斜坡式地面材料防滑性能測試台﹙Ramp slip meter﹚
相關文獻﹙Health and Safety Executive，1998；Steven Di Pilla, Keith Vidal，2000﹚指出，滑倒與個人及場地等多項因素有關，而 其中提升地面材料之防滑性能為較易掌握之關鍵要素，至於地面防滑 性能則多以防滑係數作為衡量之指標。
綜合相關研究文獻﹙Raoul Gronqvist, Mikko Hirvonen, Asta Tohv, Health and Safety Executive 、Ceramic Tile Institute of America、Wen-Ruey Chang、謝舜傑﹚，發現：
1. 防 滑 性 能 量 測 方 式 ， 以 量 測 原 理 劃 分 ， 分 別 為 拖 橇 式 (dragsled)、動摩擦係數量測、及傾斜之絞接撐桿(articulated strut)原理。
2. 地面材料在乾燥時，多能符合防滑之安全標準，潮濕狀態下是否 具備防滑性能始為安全之關鍵。
3. 目前各國使用之防滑儀器不盡相同，英國以擺錘式為主，德國以 斜坡測試器為主，美國使用之儀器種類則較多，包括擺錘式及多 種測試儀器，惟各不同儀器間，其防滑係數尚無法找到規律之公 式(如表 2-2)。
前述研究結果發現，以可變角度止滑計及擺錘式防滑計最佳，惟 可變角度止滑計之規範已於 ASTM 中去除，至於擺錘止滑檢測儀同時 可適用於乾燥、潮濕或有汙染之表面，並適用於所有水平及斜坡面之
測試，但不適合樓梯踏步及鼻端之測試，因該部分之尺寸無法符合測
6
斜坡式地面材 料防滑性能測 試台﹙Ramp slip meter﹚
DIN 51097 及 DIN 51130
適用於乾 燥、潮濕 及油污之 地面
99 年 1.德國及歐洲等
國家多採此試 驗。
2.受測者實際步 行測試。
表來源：本研究整理
第三章 實驗規劃
其中磁磚防滑試驗機組則按 CNS 3299-12「防滑性試驗法」；擺 錘止滑檢測儀依據 ASTM E303-93「地板滑動檢驗法」進行實驗。
上廚房、浴室常用之防滑材料等地面材料作樣本，使研究結果更貼近 現實生活。
第一節 磁磚防滑試驗機組（OY-PSM）
本儀器為小野英哲教授於東京工業大學時期所研發之防滑係數 量測之儀器（如圖 3-1 及圖 3-2），將人們所感覺到的打滑度予以量 化，以作為評定的對象。測試原理與水平拉力計類似，但改良施力方 式與測試片，可同時施予水平力與垂直力的作法，改善潮濕狀態時水 膜產生的黏合效應問題，使其可有效量測潮濕狀態時之防滑係數。
目前日本以本儀器為主要防滑係數量測儀器之一，此儀器可模擬 人體腳步行走模式，量測穿鞋時及赤腳時之防滑係數值，分別以 C.S.R 值及 C.S.R•B 值評估之。
一、磁磚防滑試驗機組儀器性能
一、磁磚防滑試驗機組儀器性能