伍懿琪 倪维广
摘 要：滑雪板是雪上运动的核心装备，对于提高运动成绩具有至关重要的作用。通过概述国内外滑雪板的历史演变和研究现状，总结梳理数十年间滑雪板在结构、材料和功能等方面的工艺进展，简要结合当前滑雪板市场的现状，为未来滑雪板的研究提供方向参考。研究表明，滑雪运动虽起源于中国，但我国现代滑雪项目的发展相对滞后；当前“三明治”结构是滑雪板的主流结构，新型复合材料正取代传统单一材质，优质雪蜡的使用有助于提高滑雪板性能，国内滑雪板市场主要被外国品牌占据。我国对滑雪板的自主研发及生物力学方面的研究较少，未来应依托国际合作和科技攻关扭转不利状况，通过发挥国产器材装备的价格优势，更好地推动我国滑雪运动在后冬奥时代的发展。
关键词：滑雪板；历史演变；制作工艺；结构；材料
中图分类号：G818.3 文献标识码：A 文章编号：1002-3488（2023）05-0034-05
An Overview of the Historical Evolution and Manufacturing Technology Development of Snowboards
WU Yiqi， NI Weiguang
（School of Physical Education， Changchun 130012， China）
Abstract： Snowboards are the core equipment of snow sports and play a crucial role in improving sports performance. By outlining the historical evolution and research status of snowboards at home and abroad， summarizing the technological progress of snowboards in terms of structure， material and function over the past decades， and briefly combining with the current status of the skiing market， providing a direction reference for the future research of snowboards. The study shows that although skiing originated in China， the development of modern skiing events in China is relatively lagging behind; The current "sandwich" structure is the mainstream structure of snowboards， and new composite materials are replacing traditional single materials. The use of high-quality snow wax can help improve the performance of snowboards， and the domestic snowboard market is mainly occupied by foreign brands. There is relatively little research on independent research and biomechanics of snowboards in China. In the future， it should rely on international cooperation and technological breakthroughs to reverse the unfavorable situation， and better promote the development of skiing in China in the post Winter Olympics era by leveraging the price advantage of domestic equipment.
Key words： snowboards; historical evolution; manufacturing technology; structure; material
1 引言
滑雪运动源于寒冷地区居民的生活方式，为便于出行滑雪板由此而生，并从最初的代步工具发展到现代竞技运动装备[1]。尽管我国拥有悠久的冰雪文化，但以冬奥会为核心的国际冰雪运动项目的开展仍面临着起步晚、基础弱、人才少、关注度低等问题[2]。在运动装备制造和发展领域，例如北京冬奥会期间我国选手使用的滑雪板来自瑞士（Faction）和美国（Burton）知名品牌，显示出现阶段顶级滑雪板由国外品牌所垄断的现状。同时，国内对于雪上项目的研究相对滞后，对于滑雪板的研究也十分有限。滑雪板的制作材料并没有国际雪联的规定或限制[3]，因此该领域的研究仍有巨大的发展空间和广阔的应用前景。本文通过梳理滑雪板领域的研究现状和未来发展方向，以此提高国内相关企业和社会的关注度，旨在为促进我国冰雪装备的快速发展起到积极推动作用。
2 滑雪板历史溯源与研究概况
2.1 国内外滑雪板历史
滑雪运动和滑雪板的发展一直相互影响。中国新疆阿勒泰地区于2006年被考古学家和化学专家认定为世界滑雪运动的起源地[4]，早在10 000年前，这里便有我国目前已知范围内最早的描绘滑雪内容的形象资料，居住于此的游牧民踏着由白松木和马小腿皮制成的毛雪板生活。在20世纪中叶，人们在阿勒泰市汗德尕特蒙古自治乡东北约4 km的敦德布拉克河上游沟谷东侧的1号岩画棚内发现了描绘滑雪狩猎内容的岩画。其中第三组人物画绘有许多动物形象与滑雪人的形象线条图形，几个脚踏滑雪板、手持单杆滑雪者的图像栩栩如生[5-6]。成书于战国时期的《山海经·海内经》是较早描述滑雪内容的文献。隋唐、宋、明代也均有文献记载。我国曾发现过一幅高65 cm、宽400 cm的辽代彩绘《滑雪板制作图》绢本，并在最右侧发现了3行34个契丹小字，用以说明彩绘的内容。这一发现有助于研究古代滑雪器具，解决古代滑雪运动问题，深入了解古代制作滑雪板的技艺，探索滑雪板的历史[7]。我国冰雪运动发展的鼎盛时期是清代，明清时期传统冰雪活动已经成为一种极具民族特色的冰雪文化。然而由于清末战争、闭关锁国、思想禁锢、科技停滞等因素，冰雪运动的发展逐渐衰败落后[1，8]。现代冰雪项目从19世纪末开始逐渐传入中国，冰上运动先于雪上项目传入，使得我国滑雪项目的发展相对滞后。
雪上项目的历史起源可以追溯到4 500年前欧洲北部的挪威、瑞典等高寒地区。在俄罗斯列宁格勒州的艾尔米塔什博物馆陈列了一对历史悠久的滑雪板，其中一板长103.5 cm、宽9.5 cm，一端呈尖形，约制于7 000年前；另一板长118.1 cm，制于8世纪。荷兰博物馆则珍藏了一幅绘制于1682年的名为《雪中狩猎》的绘画作品，画面中展现了狩猎者驾驭滑雪板持弓箭追逐野鹿的场景[7]。欧洲的冰雪活动经历了漫长的发展历程，并在工业革命的推动下快速发展，滑雪板的功能也从单一的交通工具逐渐向竞技性和娱乐性发展[8]，并成为现今滑雪运动中的必备装备。
2.2 国内外研究概况
使用“滑雪板”（Snowboard）作为检索词，在中国知网、万方数据知识服务平台、Web of Science、美国国家生物信息中心NCBI等文献平台上进行检索，涵盖期刊、硕博士论文和会议论文等文献类型。共检索到与该主题相关的100篇文献，其中58篇为中文文献，42篇为外文文献。其中，我国对于滑雪板主题的研究在1985～1999年处于萌芽阶段，在2000～2012年进入稳步发展阶段，在2013年后进入快速发展阶段。根据研究需求，进一步对这些文献进行研究内容分类（图1）。
由图1可以发现，有关滑雪板材料的研究居多，约占总数的40%。其次是滑雪板结构、滑雪项目与运动员、滑雪板与雪面之间的摩擦、滑雪板发展历史以及雪蜡等方面。在滑雪板材料的研究方面，主要集中在各类滑雪板材料（如木制、金属、复合材料）的实验，旨在为运动员和雪板之间更好的协调、训练监控和指导提供理论依据；滑雪板结构研究主要集中在滑雪板的构成层数、每层使用的材料等方面，以提高雪板的质量；滑雪项目与运动员的研究主要探讨滑雪项目与运动员之间的关系，包括发展策略、路径探索、冬夏训练等；滑雪板与雪面之间的摩擦研究主要从滑行阻力的角度进行摩擦动力学分析[9-11]；滑雪板发展历史的研究主要通过查阅文献和资料，对国内外的滑雪板发展历史进行梳理；雪蜡的研究旨在改善雪板板底的蜡质，以减少滑雪板与雪面之间的摩擦，并提高运动成绩。总体来看，我国企业注重滑雪板结构、材料等方面的设计和加工，而国外则相对注重滑雪板辅助装置的研发，相关理论和技术也较为丰富。
3 滑雪板制作工艺的发展
3.1 滑雪板结构研究
滑雪板的性能，如材料、刚度和形变等，直接影响滑雪运动的效果，而生物力学学者在滑雪板研究方面发挥了重要作用。自20世纪70年代末期，尤其是进入80年代以来，研究者的主要关注点是制作高性能的滑雪板，并通过最佳的材料复合和从复合夹层结构向复合主体结构的发展来实现的[12]。滑雪板是一种变刚度弹性板，其形变主要表现为纵向弯曲的大变形[13]，刚度对于滑行速度的影响主要体现在滑雪板受力而产生的变形上。
滑雪板是一种运动装备，主要分为单板和双板两种类型，按运动项目划分包括高山板、越野冬季两项板、跳台板、自由式滑雪板等几类[14]。从组成结构上来讲，专业滑雪板通常由底座、拱形头、触点、边缘、有效边和弯点等部分构成[15]。为了能提高滑雪板的通过性和滑行速度，滑雪板前端被设计成向上弯曲状，同时将板身设计成拱形以增加滑雪板和雪的接触面，并在板身上设计不同形状的凹槽。在滑雪板的设计中，随着工程材料的应用和形状、轮廓的改进，滑雪板变得更加短小结实。20世纪90年代之前，滑雪板长度通常在195～210 cm，1995年板长被缩短至198 cm或更短，2000年又被进一步缩短至180 cm，甚至155 cm的滑雪板也被应用到比赛中。板长的缩短使雪板的操作灵活性和稳定性得以显着提高，因此越来越多的滑雪运动员倾向于使用更轻便、更结实的雪板[16]，用以提高运动技术。
自20世纪90年代初以来，卡宾滑雪板的应用给高山滑雪运动带来了新的变革。与其他传统滑雪板相比，卡宾板最大的特点是其侧刃采用两端较宽、中间较窄的弧线设计[17-18]，该设计带来了运动形式的改变。测试结果表明，在使用传统滑雪板进行测试时，向右转弯时左侧腿的最大力量达到1 200 N左右，而右侧腿的力基本保持在0 N左右；向左转弯时右侧腿的最大力达到1 200 N左右，而左侧腿的力基本保持在0 N左右[19]。传统滑雪板在转弯过程中外侧脚承重，而卡宾滑雪板则实现了双脚共同承重，使得转弯变得更加容易且无需担心滑雪板失控[20]。随着时间的推移，为了适应不同的雪道和滑雪项目，又出现了各种具有特色的滑雪板，例如Freestyle板重量轻、板头钝、板身较短，适用于硬雪的场地和较短的滑雪道，包括一般滑雪场地和U型兰管滑道；Freeride板是一种多功能的雪板，具备各种滑雪板的特点，适用于软硬雪；Freecarve板也被称为“Alpine板”，是一种快速滑雪板，即利用较长的滑雪道进行快速滑降，同样软硬雪都适用；竞速滑雪板即“Race板”，是场地竞赛专用板，适用于硬雪[21]。滑雪板类型的丰富表明滑雪装备领域的研究已渐趋成熟。
近年来，滑雪板设计方面不断创新，以“三明治”结构（图2）为主要构成的滑雪板已成为主流，“三明治”结构即滑雪板由板基、侧壁、顶层、加强层和缓冲层构成。Rossignol公司采用蜂窝状设计有效降低滑雪板重量，而不牺牲其硬度，使得滑雪板重量减轻20%。其他企业如Atomic、K2、Volkl等则通过优化滑雪板空间布局、调整滑雪板弧形设计等手段，提升滑雪板的运动稳定性。对于高山跳雪和高台跳雪等项目，美国4FRNT公司在滑雪板前端采用勺型设计，增加滑雪板表面积，提高跳跃过程中滑雪板的升力并延长滞空时间。Fischer、Rossignol等公司则通过改进滑雪板尾部结构降低空气阻力，提高运动速度。Volkl还采用3D技术设计滑雪板加强层，结合垂直的侧壁，使得滑雪板能够根据不同的滑雪条件或个人适应程度进行调整，以达到更好的滑雪效果。
3.2 滑雪板材料研究
为了提高滑雪板的性能，制造商采用不同的材料和技术进行研发。板芯材料通常采用杨木、山毛榉等木材，通过改变原料配比来达到调整滑雪板稳定性、灵活性和减震性的目的。除了传统的木材板芯，高分子发泡材料也被用于制造轻质板芯，但这种材料通常用于非专业级别的滑雪板。此外，钛合金、碳纤维和玻璃纤维等复合材料也广泛应用于滑雪板制造中，用以提高滑雪板的综合性能。一些公司采用新材料如航空碳、钛纤维等作为加强层材料，以在保持硬度的同时减轻产品重量。此外，电活化聚合物和压电陶瓷等新材料的应用也为雪板制造带来更好的强度、弹性和稳定性，进一步提高运动员的竞技表现。
3.2.1 简单材料滑雪板
专业滑雪板结构，见图3[13]。从材料上来看，滑雪板可分为木制、金属和纤维（通常为玻璃纤维）复合材料[22]。由于材料、工艺等方面的限制，最初的滑雪板制作只能采用木质材料。木材具有蜂窝状结构，具有强度高、密度低、易加工、形状可控等优点，但也存在湿度敏感、易吸湿、耐磨性能差、容易受损等局限。自20世纪50年代，金属滑雪板逐渐取代了木质滑雪板[16]。其中，铝制滑雪板具有较高的扭转硬度、平滑度以及良好的抓雪性能。随后，玻璃纤维材质的滑雪板进一步提高了纵向硬度和扭曲硬度，增强了滑雪板的整体性能。钛铝、镁铝合金的应用和空心金属管状结构使滑雪板以较轻的质量获得更大的弹性和动能传输，高性能合金钢刃则增强了滑雪板边刃的硬度和耐用性。同时，吸震的胶质材料填充和滑雪板中部的垫片，可以减少来自板头部分雪面的反作用力与震颤。
3.2.2 复合材料滑雪板
近年来，专家们一直致力于滑雪板的轻量化、改善减震性能、提高耐疲劳寿命和回转特性等方面的问题。实验证明，在滑雪过程中滑雪板会产生振动，而通过选择和组合材料的方法，可以显着改善滑雪板的性能。随着经济水平的提高，采用纺织复合材料制作的滑雪板正在逐步取代传统的木材和金属等材质的产品。纺织复合材料具有密度低、力学性能优良、阻尼抗震性能优异、自由度高、易加工成型以及安全环保等优势。常见的纺织复合材料包括纤维增强复合材料、多维织物增强复合材料、层压织物或非织造布增强复合材料等[23]。碳纤维复合材料（CFRP）是由碳纤维与金属、陶瓷、树脂等基体复合而成的一种增强结构材料，具有质量轻、强度高、易于加工成型以及化学稳定性等特点，已经被广泛应用于体育器材、汽车、航空等领域[24]，现阶段在滑雪板制作中应用得最为广泛，并生产出很多性能卓越的滑雪板[25]。在体育器材领域，芳纶复合材料的优势同样突出。芳纶具有密度小、易于成型、阻尼性能与抗震性能良好、设计灵活度高、加工操作便捷以及安全环保等优点。采用芳纶、碳纤维混杂纤维复合材料制成的滑雪板已经被证实在比赛中有卓越的表现，除具有质量轻、减震效果和刚性强等优势外，还可以获得更稳定的速度和更长的使用寿命[26]，该材料正成为优质滑雪板的新选择。
3.3 雪蜡
雪蜡是专门用于滑雪板板底的特殊蜡质，主要作用在于减少滑雪板与雪面之间的摩擦，从而提高运动员的滑行速度。其机理在于降低板底与雪面之间的摩擦系数，有利于板底排水，从而使其在雪面上的抓地力更小、滑得更快。但是，雪蜡也需要根据不同的温度范围选择适宜的类型，以便更好地适应不同的雪面情况。市面上的雪蜡通常会标注适用于哪一个温度范围的雪面，而不同雪蜡之间的差异则在于它们在不同温度条件下的硬度。硬度越大的雪蜡产生的摩擦力就越大，因此越软的雪蜡则更为光滑，但同时也要保证雪蜡的硬度比雪面硬。因此在选择雪蜡时，要根据不同的温度条件进行选择，越冷的雪表面越硬，反之越暖和湿润的雪表面越软。此外，雪蜡还具有防静电性能，当滑雪板在雪面上滑行时，会在表面产生静电荷，从而增加摩擦。而具有石墨添加剂的雪蜡则可以有效产生抗静电功能，从而减少板底的静电荷，并随之减少静电带来的摩擦。
3.4 滑雪板市场现状
当前，德国、法国、奥地利、美国和瑞士的几大滑雪板知名品牌基本垄断了最先进的滑雪板生产技术。其中，沃克（Volkl）、海德（Head）、伯顿（Burton）、菲舍尔（Fischer）和金鸡（Rossignol）等品牌在中国市场占有的份额超过了80%。国内滑雪装备的研发企业主要集中在中低端市场，只能满足初学者的需要；国家队和专业运动员主要使用阿托米克（Atomic）、菲舍尔、海德、凯图（K2）和伯顿等外国品牌的滑雪板以及相关品牌的雪杖和雪蜡等，但这些装备种类单一，价格偏高。目前，国内一些滑雪装备制造企业在为进口品牌代工的过程中积累了一定的行业经验，并开始自主研发和生产供国内滑雪场使用的雪板。但由于滑雪板对制作的技术含量和专业性要求极高，我国在滑雪板自主研发及有关生物力学方面的研究还比较少，目前国内企业生产的滑雪板与国际知名品牌还有一定的差距，无论雪板的质量、性能还是使用体验上都不尽完善，在细节和专业性方面也有待加强。因此，在冰雪运动装备方面国内仍有很大的进步空间。
4 结束语
滑雪运动历史悠久，在漫长的演进过程中，滑雪板的发展从传统走向现代。目前，我国在雪上项目中的研究相对落后，尤其是滑雪板的自主研发及有关生物力学方面的研究较少，其原因在于项目引进较晚、基础设施薄弱、装备多样化不足，同时也可能由滑雪项目受地域限制、普及度不高、市场需求度不足等原因所致。由于缺乏充足的科研支撑，因此国内大多数雪上装备依赖于赞助或采购国外品牌，这一现状亟需改善。为推动滑雪板等运动装备的自主研发进度，突出技术创新，我们需要寻求与世界着名滑雪板供应商的合作或依托国家重点研发项目“科技冬奥”加强攻关，以期利用国产器材装备的价格优势，扩大群众基础，储备冰雪人才，更好地推动我国滑雪运动在后冬奥时代的发展。
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