高 鏑，孫民康，張 搏，龔麗景

殘疾人運(yùn)動(dòng)源于第一次世界大戰(zhàn)前后殘疾人康復(fù)運(yùn)動(dòng)［1］。殘奧會(huì)是奧林匹克運(yùn)動(dòng)的一部分，是殘疾人最高級(jí)別綜合性體育賽事，包括夏季和冬季殘奧會(huì)［2］。第一屆夏季殘奧會(huì)與冬季殘奧會(huì)分別于1960、1976年舉行［3］。截止到2020年，已舉辦15屆夏季殘奧會(huì)、12屆冬季殘奧會(huì)。殘疾人運(yùn)動(dòng)不僅能提高殘疾人的自尊心和自信心、促進(jìn)他們與健全人一同享體育運(yùn)動(dòng)、幫助其更好地融入健全人的生活，還可充分發(fā)掘體育運(yùn)動(dòng)對(duì)自身生活發(fā)展的最大價(jià)值［4］。

“科技助力殘奧”理念的提出以來(lái)，運(yùn)動(dòng)裝備輔具的新技術(shù)層見(jiàn)疊出，殘疾人競(jìng)技水平也因此不斷攀升。高科技的較量是殘奧會(huì)中的一大特點(diǎn)，也對(duì)殘奧運(yùn)動(dòng)發(fā)揮著重要作用［5］。輪椅競(jìng)速作為傳統(tǒng)的殘奧會(huì)項(xiàng)目，從1964－2016年52年間里，受益于科技進(jìn)步，競(jìng)速輪椅的設(shè)計(jì)不斷加以改進(jìn)，由笨重的普通輪椅逐漸演變?yōu)楦?jìng)速專用輪椅，如今，競(jìng)速專用輪椅融入許多科技元素，如碳纖維車身、強(qiáng)化的車輪、軸承等，使得輪椅競(jìng)速項(xiàng)目的運(yùn)動(dòng)成績(jī)提高了40%［7］，一躍成為具備國(guó)際影響力的殘奧會(huì)賽事（36個(gè)子項(xiàng)目，占?xì)垔W會(huì)田徑總項(xiàng)目數(shù)的20%）。

本研究將分析競(jìng)速輪椅的演化歷史、性能以及輪椅競(jìng)速運(yùn)動(dòng)的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀，探討輪椅技術(shù)的改進(jìn)對(duì)于輪椅競(jìng)速運(yùn)動(dòng)員成績(jī)提高所起的重要作用，并對(duì)輪椅競(jìng)速運(yùn)動(dòng)和輪椅技術(shù)的發(fā)展前景做出展望，借此闡明科技元素在殘奧運(yùn)動(dòng)發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮的重要作用。本文的運(yùn)動(dòng)成績(jī)均引自國(guó)際殘聯(lián)官網(wǎng)以及國(guó)際田聯(lián)官網(wǎng)（www.paralympic.org；www.worldathletics.org）。

1 輪椅競(jìng)速運(yùn)動(dòng)的發(fā)展脈絡(luò)——?dú)v史與現(xiàn)狀

1976年，國(guó)際殘聯(lián)對(duì)參加徑賽殘疾人運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行分級(jí)，根據(jù)脊髓損傷部位將輪椅競(jìng)速分為7個(gè)等級(jí)：1A、1B、1C、2、3、4、5［8］。1996年，輪椅競(jìng)速、賽跑等徑賽項(xiàng)目分級(jí)的官方用語(yǔ)開(kāi)始用“T”表示［9］。2016年的最新分級(jí)為T20、T33、T34、T51、T52、T53、T54共7個(gè)級(jí)別，T20級(jí)是智商≦70的運(yùn)動(dòng)員，T33／T34級(jí)指腦癱運(yùn)動(dòng)員，T51、T52、T53、T54級(jí)別包括脊髓損傷、脊髓灰質(zhì)炎和肢體殘疾運(yùn)動(dòng)員，具體根據(jù)脊椎損傷部位（圖1）和肌肉力量等級(jí)來(lái)確定分級(jí)［10］。

圖1 殘奧會(huì)輪椅競(jìng)速項(xiàng)目分級(jí)系統(tǒng)［10］

輪椅競(jìng)速始于第二次世界大戰(zhàn)后的美國(guó)軍人康復(fù)運(yùn)動(dòng)，1964年?yáng)|京殘奧會(huì)首次設(shè)立輪椅競(jìng)速項(xiàng)目，男女運(yùn)動(dòng)員均可參加60m競(jìng)速比賽［11］。1976年，多倫多殘奧會(huì)增加200m、400m、800m、1500m和4×100m接力項(xiàng)目［12］。1984年殘奧會(huì)增加5000m、馬拉松、4×200m和4×400m接力項(xiàng)目［11］。

1976年后，競(jìng)速輪椅從普通輪椅演變?yōu)樘厥廨喴?，?xiàng)目成績(jī)有了很大提升。以男子5級(jí)800m比賽為例（其中1988年為5和6級(jí)、1992年為TW4級(jí)、1996年為T53級(jí)、2000年為T54級(jí)），由于1980年新一代運(yùn)動(dòng)輪椅Varioblock（圖4B）面世，殘奧會(huì)冠軍成績(jī)也從1976年的2：49.90 min降至2：18.81 min（圖2）。20世紀(jì)80年代，全世界有10，000多輛商業(yè)化競(jìng)速輪椅用于滿足提升殘疾人運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的需要［13］。在技術(shù)推動(dòng)下，喬治·莫里成為第一個(gè)打破每英里4分鐘記錄的運(yùn)動(dòng)員［11］。1990年研發(fā)的三輪競(jìng)速輪椅Bromakin（圖4C）對(duì)輪椅競(jìng)速項(xiàng)目的發(fā)展具有里程碑式的意義，使殘奧會(huì)男子5級(jí)800m冠軍成績(jī)提升至1：40.63min。從1976－2000年歷屆殘奧會(huì)5級(jí)輪椅競(jìng)速800m項(xiàng)目冠軍成績(jī)來(lái)看（圖2），1980－1990年是競(jìng)速輪椅技術(shù)發(fā)展最為迅速的十年，笨重的普通輪椅改造為高重心和高阻力的四輪競(jìng)速輪椅，最后演變成低重心和低阻力的三輪競(jìng)速輪椅，與此同時(shí)，輪椅競(jìng)速的賽事紀(jì)錄也不斷被打破。說(shuō)明器材改進(jìn)對(duì)提高輪椅競(jìng)速運(yùn)動(dòng)成績(jī)的重要作用。

圖2 1976－2000歷屆殘奧會(huì)5級(jí)輪椅競(jìng)速800m項(xiàng)目冠軍成績(jī)示意圖

1993年，我國(guó)首次參加輪椅競(jìng)速比賽［10］。隨著經(jīng)濟(jì)條件的改善，我國(guó)參加輪椅競(jìng)速項(xiàng)目的運(yùn)動(dòng)員多采用國(guó)外先進(jìn)的競(jìng)速輪椅。鑒于此，2006年世錦賽，我國(guó)在男子T54級(jí)4×100m和4×400m接力錦標(biāo)賽上奪冠，拿到了輪椅競(jìng)速首枚金牌；2008年北京殘奧會(huì)，6人打破世界紀(jì)錄，在輪椅競(jìng)速項(xiàng)目上獲得T53／T54級(jí)10金3銀4銅的好成績(jī)。自此，在多次殘奧會(huì)和世錦賽上，我國(guó)均獲得理想的成績(jī)（表1），可見(jiàn)我國(guó)在輪椅競(jìng)速T53／T54級(jí)別中的世界領(lǐng)先地位［10］。

表1 2002年以來(lái)中國(guó)輪椅競(jìng)速代表團(tuán)獲得世界大賽獎(jiǎng)牌情況

通過(guò)中國(guó)知網(wǎng)查文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，截止到2020年12月30日，有關(guān)“輪椅競(jìng)速”的文獻(xiàn)僅26篇，反映出我國(guó)在輪椅競(jìng)速項(xiàng)目的科學(xué)研究上存在一定不足，需加強(qiáng)相關(guān)研究。

由于輪椅競(jìng)速項(xiàng)目對(duì)輪椅依賴性強(qiáng)，輪椅的性能會(huì)直接影響比賽成績(jī)，因此我國(guó)應(yīng)持續(xù)加大對(duì)輪椅競(jìng)速項(xiàng)目的科技投入。如增加科技投入資金的比重、培養(yǎng)與引進(jìn)體育科技人才等，以促進(jìn)我國(guó)輪椅競(jìng)速項(xiàng)目的可持續(xù)發(fā)展。未來(lái)應(yīng)探索形成我國(guó)競(jìng)速輪椅的技術(shù)研發(fā)體系，政策上應(yīng)鼓勵(lì)國(guó)內(nèi)大型車企加強(qiáng)對(duì)輪椅技術(shù)的開(kāi)發(fā)和實(shí)踐，具體而言，可根據(jù)國(guó)外對(duì)競(jìng)速輪椅研究的前沿?zé)狳c(diǎn)，強(qiáng)化競(jìng)速輪椅的車輪、輪胎、軸承以及輪椅移動(dòng)性能監(jiān)控器研究，將個(gè)體化精英競(jìng)速輪椅與普適性競(jìng)速輪椅研發(fā)緊密結(jié)合，著力提升群眾對(duì)輪椅競(jìng)速項(xiàng)目的科技認(rèn)知水平，從而提升競(jìng)速輪椅的性能，使我國(guó)運(yùn)動(dòng)員能夠使用“中國(guó)制造”的競(jìng)速輪椅站在奧林匹克的領(lǐng)獎(jiǎng)臺(tái)上。

2 輪椅技術(shù)的進(jìn)步在輪椅競(jìng)賽運(yùn)動(dòng)發(fā)展中的作用

輪椅項(xiàng)目的運(yùn)動(dòng)成績(jī)受三個(gè)因素影響：運(yùn)動(dòng)員、輪椅和運(yùn)動(dòng)員與輪椅的相互作用［14－15］。輪椅競(jìng)速比賽要求運(yùn)動(dòng)員具備高超的推進(jìn)技術(shù)以及保持速度的能力，而材料屬性極大地影響運(yùn)動(dòng)員有效推進(jìn)和保持速度的能力，材料中多余的克數(shù)甚至毫米數(shù)都會(huì)影響輪椅的各項(xiàng)性能并增加運(yùn)動(dòng)損傷的風(fēng)險(xiǎn)［16］。隨著運(yùn)動(dòng)裝備輔具技術(shù)不斷發(fā)展，基于殘疾運(yùn)動(dòng)員個(gè)性化特征的裝備及輔具設(shè)計(jì)將在高水平競(jìng)賽得到更多的運(yùn)用［6］。對(duì)于輪椅競(jìng)速項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)員，精良的運(yùn)動(dòng)輪椅不可或缺［17］。隨著輪椅技術(shù)日新月異，世界紀(jì)錄也不斷被打破，其中科技助力是主要驅(qū)動(dòng)力［18］?，F(xiàn)代競(jìng)速輪椅通常為T型結(jié)構(gòu)（圖3），一根管狀車軸連接兩個(gè)后輪和一個(gè)前輪，車軸上有轉(zhuǎn)向裝置，轉(zhuǎn)向裝置上通過(guò)彈簧加載補(bǔ)償器，補(bǔ)償器使運(yùn)動(dòng)員無(wú)需用手便能快速通過(guò)彎道［17］?？萍嫉陌l(fā)展對(duì)競(jìng)速輪椅的設(shè)計(jì)、材質(zhì)、制作工藝產(chǎn)生了較大的影響［10］。

圖3 賽道上競(jìng)速輪椅主要特征標(biāo)識(shí)［17］

2.1 輪椅競(jìng)速運(yùn)動(dòng)中輪椅的演化

過(guò)去幾十年中，為了提高運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)，競(jìng)速輪椅引進(jìn)了許多新技術(shù)［19］。20世紀(jì)60年代，輪椅競(jìng)速運(yùn)動(dòng)員使用笨重的日常輪椅（圖4A）只能完成60m競(jìng)速比賽［11］，嚴(yán)重影響了這項(xiàng)賽事的發(fā)展，且增加了運(yùn)動(dòng)員受傷的風(fēng)險(xiǎn)。20世紀(jì)70年代，為了參加中長(zhǎng)距離輪椅比賽，運(yùn)動(dòng)員紛紛開(kāi)始改進(jìn)他們的輪椅，如降低座椅高度、增加后輪外傾角和減小手柄圈直徑等［20］。20世紀(jì)80年代，競(jìng)速輪椅發(fā)展到為運(yùn)動(dòng)員量身定制的階段。1988年之前，由于比賽規(guī)則的限制，競(jìng)速輪椅的整體設(shè)計(jì)受到嚴(yán)重影響［21］。

1980年，RainerKüschall研發(fā)的新一代運(yùn)動(dòng)輪椅Varioblock（圖4B）大幅提高了運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)。鑒于此，1988年，漢城殘奧會(huì)將男子1500m和女子800m輪椅納入示范性項(xiàng)目，許多記錄隨著被打破，漢城殘奧會(huì)后，國(guó)際殘聯(lián)破除了規(guī)則對(duì)輪椅的限制，輪椅技術(shù)得到空前發(fā)展（［11］。1990年三輪競(jìng)速輪椅Bromakin（圖4C）一經(jīng)面世，其車身結(jié)構(gòu)便很快成為現(xiàn)代競(jìng)速輪椅的雛形［21］。2008年面世的競(jìng)速輪椅采用碳纖維輪輞和車身框架，用輕質(zhì)復(fù)合碳纖維車輪代替了鋼、鋁車輪，用汽車盤式制動(dòng)技術(shù)作為輪椅的主動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)，用復(fù)合碳纖維座椅材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)紡織材料，以預(yù)防壓瘡和潰瘍［22］。如今，在輪椅競(jìng)速的頂級(jí)比賽中，碳纖維輪椅已處于支配地位，其設(shè)計(jì)與1990年款式相比并無(wú)根本性的改動(dòng)。近年來(lái)競(jìng)速輪椅設(shè)計(jì)的共同特點(diǎn)有：1）優(yōu)化車架、車輪等元素與氣流的角度來(lái)減少空氣阻力；2）依據(jù)運(yùn)動(dòng)員個(gè)體特征對(duì)輪椅剛度和形狀進(jìn)行優(yōu)化；3）降低輪椅質(zhì)量，使運(yùn)動(dòng)員能加速更快；4）采用低摩擦軸承、使用高壓輪胎或者固體輪胎、加入額外羽翼產(chǎn)生升力以及減小車身質(zhì)量來(lái)減小滾動(dòng)摩擦力［23］。

圖4 競(jìng)速輪椅的演化：

2.2 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造

隨著科技不斷進(jìn)步，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer aided design，CAD）和計(jì)算機(jī)輔助制造（Computer aided manufacturing，CAM）已廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域［24］。CAD／CAM系統(tǒng)由硬件和軟件系統(tǒng)組成。CAD用于精確的零部件設(shè)計(jì)，如造型、會(huì)圖、工程分析仿真與模擬，文檔管理等。CAM用于精密的加工制造，具備數(shù)控編程、加工仿真、生產(chǎn)控制及管理等功能［24－26］。CAD／CAM核心是計(jì)算機(jī)數(shù)值控制（數(shù)控），數(shù)控系統(tǒng)控制機(jī)床，它根據(jù)輸入的零件圖紙信息、工藝過(guò)程和工藝參數(shù)，按照人機(jī)交互的方式生成數(shù)控加工程序，然后通過(guò)電脈沖數(shù)，再經(jīng)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)機(jī)床部件作相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。于競(jìng)速輪椅而言，具有優(yōu)化計(jì)算競(jìng)速輪椅的體積、重心、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等功能，可以根據(jù)不同殘疾人運(yùn)動(dòng)員的身體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、體能特征等參數(shù)來(lái)建模，為運(yùn)動(dòng)員量身定制輪椅，使運(yùn)動(dòng)輪椅能滿足每個(gè)運(yùn)動(dòng)員的特殊需求。這是目前實(shí)現(xiàn)個(gè)性化適配的最佳方式［27］。運(yùn)動(dòng)輪椅市場(chǎng)很小，為了定制輪椅而開(kāi)發(fā)專門的工具和機(jī)器并不合算，而CAD／CAM成本低、可以設(shè)計(jì)并制造各種各樣的輪椅，已被輪椅設(shè)計(jì)師和制造商廣泛用于生產(chǎn)更高質(zhì)量以及適合不同運(yùn)動(dòng)員特點(diǎn)的輪椅［17］。由于CAD可以快速設(shè)計(jì)各種輪椅模型，結(jié)合CAM精確地制造輪椅，且成本低［16］，因此CAD／CAM對(duì)輪椅的設(shè)計(jì)和制造起到關(guān)鍵的作用。

2.3 現(xiàn)代碳纖維輪椅的能量效率

用復(fù)合材料代替金屬部件是運(yùn)動(dòng)輔助設(shè)備的最新趨勢(shì)之一［28］。美國(guó)化學(xué)家羅杰·培根在1958年發(fā)明了一種含碳量超過(guò)90%的高性能碳纖維無(wú)機(jī)材料［29］，這種材料由瀝青、聚丙烯腈、粘膠等有機(jī)纖維在1 000℃～3 000℃的惰性氣體環(huán)境中分解制成，具有環(huán)保、易成型、剛度高、力學(xué)性能好、重量輕、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)［30］。輪椅組件的輕量化對(duì)減少輪椅競(jìng)速運(yùn)動(dòng)員的能量消耗和改善競(jìng)技表現(xiàn)具有重要作用。因此，碳纖維材料在競(jìng)速輪椅領(lǐng)域得到了快速發(fā)展和應(yīng)用，這種超輕輪椅同樣得益于科技進(jìn)步［31］。

計(jì)算發(fā)現(xiàn)優(yōu)化車身質(zhì)量對(duì)T51－T54級(jí)別中100m輪椅競(jìng)速比賽的影響，即在15～30秒的比賽中，每減少一公斤車身重量，獲勝時(shí)間便會(huì)降低1－2.3%，進(jìn)而提出最小化能量損失的方法：1）優(yōu)化車架、車輪等元素與氣流的角度來(lái)減少空氣阻力；2）通過(guò)采用低摩擦軸承、使用高壓輪胎或者固體輪胎、加入額外羽翼產(chǎn)生升力以及優(yōu)化車身質(zhì)量來(lái)減小滾動(dòng)摩擦力［23］?；诖耍?010年，代爾夫特大學(xué)研發(fā)了全碳纖維輪椅。因?yàn)楦邚?qiáng)度、高彈性的碳纖維使輪椅具有極高的能量效率，且車身輕盈，能幫助輪椅競(jìng)速運(yùn)動(dòng)員節(jié)省更多能量［33］。未來(lái)設(shè)計(jì)競(jìng)速輪椅理念中，應(yīng)強(qiáng)調(diào)根據(jù)個(gè)體身體結(jié)構(gòu)和體能的差異，針對(duì)性地定制輪椅，以獲得更多機(jī)械優(yōu)勢(shì)，防止能量浪費(fèi)［19］。

2.4 現(xiàn)代碳纖維輪椅的局限性

碳纖維競(jìng)速輪椅的保護(hù)性不夠完善。運(yùn)動(dòng)員常遭受肩膀損傷、擦傷、挫傷、脊髓損傷、肌腱或韌帶損傷，組織的損失或疼痛會(huì)直接影響運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)［34］。碳纖維輪椅可為運(yùn)動(dòng)員提供一定程度的保護(hù)，而通過(guò)提高運(yùn)動(dòng)技能，也減小擦傷和挫傷的風(fēng)險(xiǎn)［35］。在設(shè)計(jì)更安全的運(yùn)動(dòng)輔具時(shí)，殘奧會(huì)運(yùn)動(dòng)損傷流行病學(xué)家應(yīng)盡可能降低輪椅質(zhì)量以及滾動(dòng)阻力、使用高壓輪胎等［17］，未來(lái)應(yīng)考慮到運(yùn)動(dòng)員在訓(xùn)練或比賽中的高負(fù)荷，開(kāi)發(fā)滿足運(yùn)動(dòng)員需要的座椅系統(tǒng)，以降低運(yùn)動(dòng)員在訓(xùn)練或比賽中造成的壓瘡和其他各種運(yùn)動(dòng)性損傷［19］。

碳纖維競(jìng)速輪椅造價(jià)高，成本是制造輪椅時(shí)要考慮的重要因素。殘疾人被雇傭的可能性微乎其微，平均收入遠(yuǎn)低于正常人，還要承擔(dān)設(shè)備測(cè)試的額外費(fèi)用。假設(shè)截癱患者年齡為25歲，其一生費(fèi)用約為230萬(wàn)美元，對(duì)于高度四肢癱瘓的患者，費(fèi)用更是高達(dá)470萬(wàn)美元［28］。不同國(guó)家的運(yùn)動(dòng)員在獲得運(yùn)動(dòng)輪椅的資助方面存在巨大差異，在大多數(shù)國(guó)家，運(yùn)動(dòng)輪椅需要由個(gè)人或者在朋友和家人的幫助下出資購(gòu)買，有的通過(guò)慈善組織購(gòu)買［16］。發(fā)展中國(guó)家的運(yùn)動(dòng)員通常很難獲得合適的輪椅，因此碳纖維輪椅的高成本也是運(yùn)動(dòng)員獲得輪椅的重大難題。

圖5 運(yùn)動(dòng)員的壓瘡示意圖［19］

2.5 現(xiàn)代碳纖維輪椅的優(yōu)勢(shì)

盡管存在上述的一些局限性，現(xiàn)代碳纖維輪椅優(yōu)越的性能使之能在比賽中具有無(wú)可比擬的競(jìng)爭(zhēng)力?？萍嫉倪M(jìn)步和航天材料的應(yīng)用促進(jìn)了運(yùn)動(dòng)輪椅的開(kāi)發(fā)與制造，現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)輪椅設(shè)計(jì)的基本原則是減輕重量和阻力，同時(shí)保持高剛度［31］。與傳統(tǒng)競(jìng)速輪椅相比，全碳纖維競(jìng)速輪椅具備質(zhì)量輕、剛度強(qiáng)的特點(diǎn)［36］。這一材料特性增強(qiáng)了輪椅的機(jī)動(dòng)性，使輪椅更加緊湊、輕便、降低了運(yùn)動(dòng)員重復(fù)性勞損的可能性，也使運(yùn)動(dòng)員在比賽中加速度更快、保持高速的能力更強(qiáng)，消耗更少能量，在比賽中更占優(yōu)勢(shì)［28］。碳纖維輪椅比傳統(tǒng)競(jìng)速輪椅展現(xiàn)出更卓越的耐用性，直接好處是減少日常維修、更換配件等中斷時(shí)間，很大程度減緩了使用者的壓力和焦慮，并為其參加社會(huì)活動(dòng)留出更多時(shí)間［37］。于運(yùn)動(dòng)員而言，這些均是影響比賽成績(jī)的重要因素。在2012年倫敦殘奧會(huì)16公里輪椅競(jìng)速比賽中，45歲的亞歷克斯·扎納爾迪使用全碳纖維輪椅，獲得個(gè)人計(jì)時(shí)賽H4級(jí)別金牌，用時(shí)24分50秒，比第二名快了整27秒［31］。

2.6 現(xiàn)代碳纖維輪椅參賽導(dǎo)致的不公平問(wèn)題

在殘奧會(huì)上，發(fā)達(dá)國(guó)家擁有高科技裝備背后的材料和技術(shù)，因此可以改進(jìn)裝備以滿足其特殊需求，發(fā)展中國(guó)家卻只能望而卻步［38］。全碳纖維輪椅制造成本偏高，部分國(guó)家殘奧會(huì)運(yùn)動(dòng)員因資金不足，只能使用鋁制輪椅，在比賽中處于劣勢(shì)［23］。52.6%的運(yùn)動(dòng)員需要自行購(gòu)買輪椅，這大大限制了他們參加競(jìng)技性比賽［39］。一些運(yùn)動(dòng)員通過(guò)特殊渠道獲得先進(jìn)設(shè)備，也會(huì)造成競(jìng)爭(zhēng)的不公，如2016年巴西里約熱內(nèi)盧殘奧會(huì)寶馬公司為美國(guó)隊(duì)定制專屬賽車輪椅（圖6），這款輪椅符合現(xiàn)代化的空氣動(dòng)力學(xué)原理，具備全碳纖維材料、先進(jìn)的底盤設(shè)計(jì)以及為每個(gè)運(yùn)動(dòng)員量身定制等優(yōu)點(diǎn)，美國(guó)隊(duì)也因此取得優(yōu)異成績(jī)［16］。

圖6 寶馬競(jìng)速輪椅，全碳纖維結(jié)構(gòu)［16］

如果對(duì)使用新技術(shù)進(jìn)行限制，無(wú)疑會(huì)扼殺運(yùn)動(dòng)裝備的進(jìn)步，但不限制新技術(shù)并鼓勵(lì)研究人員創(chuàng)新，那么發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家之間的差距將日益擴(kuò)大，這可能會(huì)給殘奧競(jìng)賽項(xiàng)目帶來(lái)“額外壓力”［38］。可見(jiàn)，科技的進(jìn)步對(duì)于殘疾人運(yùn)動(dòng)員產(chǎn)生了巨大影響。事實(shí)上，為了殘奧會(huì)獎(jiǎng)牌，發(fā)達(dá)國(guó)家投入更多的資源，以此來(lái)增強(qiáng)民族自豪感，也因此導(dǎo)致了“技術(shù)興奮劑”的出現(xiàn)［19］。此前，科技進(jìn)步帶來(lái)的成績(jī)收益?zhèn)涫軤?zhēng)議，一個(gè)運(yùn)動(dòng)員能在多大程度上將潛在的裝備優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為真正的成績(jī)優(yōu)勢(shì)仍未明了［38］。運(yùn)動(dòng)裝備的發(fā)展在提高運(yùn)動(dòng)成績(jī)和幫助殘疾人參與日?；顒?dòng)上，都大有裨益，但需要在體育規(guī)則和精神的范圍內(nèi)進(jìn)行，同樣還需要考慮到科技進(jìn)步帶來(lái)的補(bǔ)償性后果。未來(lái)需要更多的研究來(lái)闡明殘疾人運(yùn)動(dòng)員使用的特殊輔助裝備的優(yōu)勢(shì)。以上這些問(wèn)題也亟需進(jìn)一步探討，以使殘奧會(huì)比賽更加公平。

2.7 小結(jié)

科技進(jìn)步對(duì)輪椅運(yùn)動(dòng)員至關(guān)重要，隨著殘奧會(huì)比賽日益激烈，需要先進(jìn)的材料、制造工藝、計(jì)算機(jī)模擬等促進(jìn)競(jìng)速輪椅的進(jìn)步［40］。在運(yùn)動(dòng)員努力變得更高、更快、更強(qiáng)的過(guò)程中，高科技輪椅會(huì)提高他們的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)［41］。輪椅競(jìng)速運(yùn)動(dòng)的發(fā)展與輪椅技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)，如今，全碳纖維輪椅已在殘奧會(huì)等頂級(jí)輪椅競(jìng)速比賽中處于主導(dǎo)地位。一方面，現(xiàn)代碳纖維輪椅技術(shù)還無(wú)法減少運(yùn)動(dòng)員挫傷、擦傷等運(yùn)動(dòng)損傷的風(fēng)險(xiǎn)；另一方面，由于其輕質(zhì)和高剛度，使用碳纖維輪椅運(yùn)動(dòng)員會(huì)比使用傳統(tǒng)鋁制輪椅的運(yùn)動(dòng)員消耗更少的能量，在競(jìng)賽中獲得額外的優(yōu)勢(shì)。但是，使用碳纖維輪椅是否造成競(jìng)爭(zhēng)不公，國(guó)際上還存在爭(zhēng)議。

3 輪椅競(jìng)速項(xiàng)目的前景展望

3.1 輪椅技術(shù)的前景展望

目前，運(yùn)動(dòng)員和教練員均認(rèn)為車輪、輪胎、軸承等相關(guān)部件均有望得到改善，因?yàn)檫@些配件會(huì)對(duì)輪椅的性能造成重要影響，進(jìn)而影響到運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)。此外，制造商將輪椅交付給運(yùn)動(dòng)員后，輪椅的整體結(jié)構(gòu)、碳纖維材質(zhì)已無(wú)法改變，但配件的損壞或磨損，迫使運(yùn)動(dòng)員需要經(jīng)常更換車輪、軸承和輪胎。如果輪椅出現(xiàn)故障，運(yùn)動(dòng)員需要等待服務(wù)技術(shù)人員對(duì)輪椅進(jìn)行維修，很可能耽誤訓(xùn)練或無(wú)法比賽。因此，未來(lái)在輪椅競(jìng)速運(yùn)動(dòng)發(fā)展的過(guò)程中，車輪、輪胎、軸承等配件的改進(jìn)，輪椅移動(dòng)性能監(jiān)測(cè)器的出現(xiàn)，將使輪椅的整體結(jié)構(gòu)、碳纖維材質(zhì)無(wú)實(shí)質(zhì)性改變的條件下，提升未來(lái)運(yùn)動(dòng)員的水平。

3.1.1 車輪

競(jìng)速輪椅主要有三種車輪（圖8）：1）輻條車輪（a）：有一系列的輻條連接到車輪中心的輪轂，在三種車輪中，重量最輕、剛度最低、空氣動(dòng)力最差；2）四輻條車輪（b）：四個(gè)輻條鏈接車輪中心的輪轂，特點(diǎn)是沒(méi)有圓盤車輪重、具有高剛度、但空氣動(dòng)力沒(méi)有圓盤強(qiáng)；3）圓盤車輪（c）：只有一個(gè)圓盤形狀的碳片，沒(méi)有輻條，特點(diǎn)是最重、剛度最高且空氣動(dòng)力最好［42］。比賽距離、傷殘級(jí)別均會(huì)影響到運(yùn)動(dòng)員選用車輪。例如，在100m輪椅競(jìng)速比賽中，運(yùn)動(dòng)員需要在短時(shí)間達(dá)到最大速度，因此選用較輕、空氣動(dòng)力較好的四輻條車輪有優(yōu)勢(shì)，而在400m及更長(zhǎng)距離的比賽中，圓盤車輪似乎更可取；而對(duì)于下肢不便的T54級(jí)別的運(yùn)動(dòng)員，可以充分使用腹部的肌肉，相比之下，參加T51比賽的運(yùn)動(dòng)員四肢功能均受損，兩者運(yùn)動(dòng)能力的差異主要反映在運(yùn)動(dòng)員所能達(dá)到的最高速度上［42］?？梢?jiàn)，選用不同車輪會(huì)對(duì)比賽成績(jī)產(chǎn)生影響。2008年，一款智能車輪被應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)輪椅中（圖7），它主要用于分析訓(xùn)練數(shù)據(jù)，并提供生物反饋和降低運(yùn)動(dòng)損傷［19］。如何根據(jù)運(yùn)動(dòng)員殘疾級(jí)別和比賽距離，為運(yùn)動(dòng)員推薦合適的車輪，在未來(lái)是一個(gè)值得探索的領(lǐng)域。

圖7 競(jìng)速輪椅智能車輪的設(shè)計(jì)示意圖［19］

圖8 競(jìng)速輪椅車輪配置：

3.1.2 輪胎

普遍認(rèn)為一定范圍內(nèi)，輪胎壓力越高、輪胎越硬，則滾動(dòng)阻力越小。胎壓過(guò)低確實(shí)會(huì)影響運(yùn)動(dòng)員在輪椅推進(jìn)過(guò)程中的技術(shù)動(dòng)作［43］，但輪胎的最佳壓力和輪胎壓力對(duì)不同運(yùn)動(dòng)員、不同賽道的影響仍未明了。盡管高壓輪胎可以最小化運(yùn)動(dòng)員的生理需求，但對(duì)加速和短距離比賽運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的幫助未得到證實(shí)［44］。關(guān)于胎壓，還需要考慮賽道硬度、運(yùn)動(dòng)員體重等因素，例如一位較輕的運(yùn)動(dòng)員和一位較重的運(yùn)動(dòng)員相比，在相同硬度的賽道上會(huì)消耗更少的能量；另外，硬賽道比軟賽道需要更高的胎壓［42］。目前主要采用人為主觀的方式對(duì)最佳胎壓予以確定，即運(yùn)動(dòng)員在賽道上嘗試不同輪胎壓力，根據(jù)自我感覺(jué)來(lái)確定胎壓。在自行車領(lǐng)域，輪胎朝著更快，更低壓的趨勢(shì)發(fā)展，這種趨勢(shì)是否會(huì)借鑒到輪椅輪胎的領(lǐng)域，仍未可知［42］。解決根據(jù)不同運(yùn)動(dòng)員、不同賽道等來(lái)確定最佳胎壓，以及有關(guān)低胎壓是否會(huì)提高運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)等問(wèn)題，還有待開(kāi)展更多相關(guān)研究。

3.1.3 軸承

軸承的性能會(huì)影響運(yùn)動(dòng)員在比賽中的初始加速度、最高速度和能量消耗［42］。但不同類型的軸承對(duì)輪椅運(yùn)動(dòng)員在比賽中的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的潛在影響暫不可知。目前市場(chǎng)上有一種新型陶瓷軸承，聲稱在受控測(cè)試中表現(xiàn)得比鋼制軸承要更好，但由于高昂的價(jià)格，且尚未證明其能提高運(yùn)動(dòng)員的初始加速度、最高速度［42］，因此大多數(shù)運(yùn)動(dòng)員們并沒(méi)有采用。制造商要想說(shuō)服運(yùn)動(dòng)員和教練員采用更高端的陶瓷軸承，還需要拿來(lái)更多證據(jù)。另外，輪椅內(nèi)部摩擦是影響整體滾動(dòng)阻力的關(guān)鍵要素，而不同類型的軸承以及維護(hù)將會(huì)對(duì)輪椅內(nèi)部摩擦產(chǎn)生影響［45］，因此，這些潛在損失也需要進(jìn)一步研究。

3.1.4 輪椅移動(dòng)性能監(jiān)控器

科技的發(fā)展推動(dòng)了一種輪椅移動(dòng)性能監(jiān)測(cè)器（WMPM）的誕生，這是基于三種慣性傳感器的一種性能測(cè)量?jī)x器，可即時(shí)為輪椅性能測(cè)試提供平均加速度、最大速度、平均旋轉(zhuǎn)速度、最大旋轉(zhuǎn)速度等結(jié)果［46］。WMPM具有很高的靈敏度，能對(duì)輪椅配置的微小變化做出反應(yīng)，因此可在提高輪椅移動(dòng)的性能上進(jìn)行改革創(chuàng)新［47］，比如改變輪椅質(zhì)量、座椅高度以及其他輪椅配置均可提升輪椅性能［48］。因此，將來(lái)運(yùn)動(dòng)員和教練員都可以應(yīng)用WMPM這種廉價(jià)易得的儀器監(jiān)測(cè)輪椅移動(dòng)性能，以評(píng)估輪椅設(shè)置的干預(yù)結(jié)果。在數(shù)據(jù)分析的輔助下［49］，根據(jù)運(yùn)動(dòng)員的個(gè)性化需求調(diào)整輪椅配置，以達(dá)到輪椅性能的最優(yōu)化。

3.2 輪椅競(jìng)速運(yùn)動(dòng)的前景展望

自1964年輪椅競(jìng)速運(yùn)動(dòng)首入殘奧會(huì)以來(lái)，輪椅競(jìng)速已形成殘奧會(huì)輪椅競(jìng)速賽事、世界殘疾人田徑錦標(biāo)賽輪椅競(jìng)速賽事、歐洲殘疾人田徑錦標(biāo)賽輪椅競(jìng)速賽事、亞洲殘疾人田徑錦標(biāo)賽輪椅競(jìng)速賽事等多種比賽在內(nèi)的國(guó)際輪椅競(jìng)速賽事體系。完善的輪椅競(jìng)速國(guó)際競(jìng)賽體系表明輪椅競(jìng)速已成為世界性的競(jìng)技體育項(xiàng)目，它的國(guó)際化發(fā)展已經(jīng)達(dá)到較高水平。經(jīng)過(guò)半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，其比賽規(guī)則、技術(shù)體系和裁判水平日益完善，成為當(dāng)代殘疾人競(jìng)技體育的重要組成部分。在輪椅競(jìng)速運(yùn)動(dòng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的大背景下，科技進(jìn)步改善了輪椅性能，使運(yùn)動(dòng)員更好地在競(jìng)技場(chǎng)中發(fā)揮其潛力，同樣，讓殘疾人在日常生活中行動(dòng)更方便。隨著技術(shù)遷移更加普遍，國(guó)防、航空航天或汽車行業(yè)的創(chuàng)新理念將在輪椅技術(shù)上得到更多的應(yīng)用，進(jìn)而提高殘疾人運(yùn)動(dòng)員的競(jìng)技水平。

基于以上分析，未來(lái)輪椅競(jìng)速運(yùn)動(dòng)將呈現(xiàn)出以下發(fā)展趨勢(shì)：

3.2.1 科技助殘會(huì)推動(dòng)殘疾人運(yùn)動(dòng)發(fā)展與普及，受益于科技發(fā)展，輪椅競(jìng)速運(yùn)動(dòng)水平將不斷提高。反過(guò)來(lái)，殘疾人競(jìng)技體育本身作為一個(gè)巨大的市場(chǎng)，也會(huì)推動(dòng)科技產(chǎn)業(yè)自身快速發(fā)展，兩者呈螺旋式發(fā)展。

3.2.2 輪椅競(jìng)速將不斷引進(jìn)高新技術(shù)，未來(lái)發(fā)展方向可能在于：輪椅轉(zhuǎn)彎的靈敏與穩(wěn)定性、預(yù)防損傷、配件（輪軸、車輪、輪胎等）的改進(jìn)、智能輪椅、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造技術(shù)等。

3.2.3 隨著各國(guó)“殘奧科技體系”的形成，殘奧科技將隨奧運(yùn)周期的時(shí)限性而快速發(fā)展，形成殘奧科技化和科技?xì)垔W化的有機(jī)統(tǒng)一。隨著殘疾人競(jìng)技運(yùn)動(dòng)的普及，輪椅競(jìng)賽項(xiàng)目各方面的發(fā)展前景也將更加廣闊。

4 結(jié)語(yǔ)

輪椅競(jìng)速運(yùn)動(dòng)已近60年的發(fā)展歷程，本文通過(guò)回顧輪椅競(jìng)速運(yùn)動(dòng)的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀、競(jìng)速專用輪椅的發(fā)展過(guò)程，對(duì)項(xiàng)目發(fā)展遠(yuǎn)景做出瞻望，認(rèn)為隨著競(jìng)速輪椅技術(shù)的發(fā)展，輪椅競(jìng)速運(yùn)動(dòng)將越來(lái)越受到矚目。