面向城市樁井作業(yè)人員的安全救生設(shè)備設(shè)計

林炳塔 歐陽時瑩 吳天 熊偉文 劉澤美

面向城市樁井作業(yè)人員的安全救生設(shè)備設(shè)計

林炳塔 歐陽時瑩 吳天 熊偉文 劉澤美

隨著經(jīng)濟和現(xiàn)代城市建設(shè)的發(fā)展，絕大部分行業(yè)的管道，電纜通過地下連接，在挖樁和樁井下進行安裝、清理，維修施工過程中，有著大量的有毒氣體及易燃易爆氣體（如：硫化氫、氰化氫、甲烷、一氧化碳、揮發(fā)性有機物等）對作業(yè)人員造成傷害。針對這些問題，我們本著“以人為本”的設(shè)計理念，來解決和幫助井下作業(yè)人員順利的完成井下工作，實現(xiàn)“安全下井，順利上井”的目標(biāo)。

以人為本；目標(biāo)；解決；幫助

一、前言

現(xiàn)代國內(nèi)一些樁井下的救生設(shè)備的設(shè)計理論的主要依據(jù)是西方數(shù)據(jù)，在西方國家中如：英國倫敦的城市地下排水系統(tǒng)中，他們前期的城市規(guī)劃相對完善，救生設(shè)備相對齊全，而且地下管道的建設(shè)尺寸大小、采用全自動檢測設(shè)備等要求都很全面。同樣在日本的城市地下排水系統(tǒng)中，他們對城市的地下管道的維修、清理等一系列的工作都是采取全自動機器設(shè)備，減少工作人員的直接參與。這不但效率高，而且及時的解決樁井下出現(xiàn)的各種問題。

因此，我們要結(jié)合國內(nèi)各大城市樁井下的實際情況，具體問題具體分析，而不能盲目學(xué)習(xí)西方的設(shè)計方法和解決措施。要根據(jù)我們自己城市的實際地形的分布情況，做出應(yīng)對的解決方法和維修措施。

二、樁井下的安全救生設(shè)備必要性

（一）發(fā)展的趨勢

國家的發(fā)展和城市的建設(shè)息息相關(guān)，各方面的基礎(chǔ)設(shè)施是維系城市正常運營的基石，城市樁井正是保證城市發(fā)展不可或缺的一環(huán)，樁井下作業(yè)人員的工作不僅影響到到人身安全而且關(guān)系到社會生命保障體制的完善與否。

樁井工人在井下作業(yè)時缺少相應(yīng)的氣體安全檢測和救生工具，缺乏救生知識和應(yīng)急常識，面對突發(fā)事件大多束手無策，極易造成群死群傷的重特大安全事故，倘若在危險發(fā)生初期及時發(fā)現(xiàn)并利用身邊工具安全、便捷、高精度、高效率的排除隱患，事故發(fā)生時能最大限度的確保人身和國家財產(chǎn)安全，無疑是對自己對家人對社會最直接的感恩，此外樁井工人大多生活在社會的中下層，肩負(fù)著養(yǎng)老撫幼的責(zé)任，失去一個頂梁柱就會毀掉一個家，從這個角度來看，此項研究若能順利完成更減輕了社會壓力，為社會的平穩(wěn)發(fā)展出一份力。

通過早期的實地走訪我們發(fā)現(xiàn)，我國在城市樁井下安全檢測和救生方面比較薄弱，大多數(shù)人的關(guān)注點在礦井下的安全救生方面，誠然，礦井下安全救生問題不容忽視，但日益突出的城市樁井安全隱患也要引起格外的關(guān)注，所以，在此方面很有研究的必要。

（二）存在問題突出

隨著經(jīng)濟和現(xiàn)代城市建設(shè)的發(fā)展，絕大部分行業(yè)的管道、電纜通過地下連接。在挖樁和樁井下進行安裝、清理、維修施工過程中，急性中毒事故時有發(fā)生。

事故案例：

（1）2011年8月4日，永寧縣望遠(yuǎn)開發(fā)區(qū)的寧夏泰瑞制藥股份有限公司在進行排水管道改造施工時，由于施工人員違規(guī)作業(yè)，發(fā)生硫化氫氣體中毒事故，造成3人死亡，3人中毒。

（2）2011年8月22日，中衛(wèi)市沙坡頭世紀(jì)花園居民小區(qū)物業(yè)公司在清理下水道時，由于施工人員在沒有采取安全防護措施的情況下擅自下井作業(yè)，發(fā)生硫化氫氣體中毒事故，致2人死亡，1人中毒。

（3）2011年8月25日，青銅峽市第三建筑公司在青銅峽市渭沙物流中心實施寧夏圣花米來生物有限公司污水管道改線施工時，發(fā)生硫化氫氣體中毒事故，造成5人死亡，2人中毒。

最近一些年的樁井下的事故數(shù)據(jù)表明：樁井下作業(yè)急性混臺氣體中毒主要分布在建筑、市政工程、郵電通訊及煤氣管道等行業(yè)，分別為467%、20.%、13.3%和13.3%。

所以從以上案例和數(shù)據(jù)可以看出，在惡劣工作環(huán)境下從事這樣的行業(yè)的工作人員，承擔(dān)著高風(fēng)險高死亡率，因此，這次樣本構(gòu)成分析也是因為發(fā)現(xiàn)這樣的一個潛在巨大空洞分析空間，對于保障每個人的生命安全及維護城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展具有很大作用和意義。

三、設(shè)計構(gòu)思

（一）前期調(diào)查

調(diào)查中，對現(xiàn)有的安全救生工具的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)了有這樣幾點安全隱患：

1.在下井時，檢測設(shè)備的不齊全，導(dǎo)致所測出的安全數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，工作人員盲目下井作業(yè)，造成了氣體中毒而傷亡。

2.在檢測城市樁井下的氣體成分時，由于沒有進入較深的井內(nèi)檢測，得不到十分準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，需要進入較深的井內(nèi)檢測氣體成分，這對下井前的準(zhǔn)備工作帶來極大的不便和麻煩。

3.在一系列的下井前的準(zhǔn)備工作完畢后，安全的下井作業(yè)，但對下井后，由于工作人員身體的滾動，引起各氣體的反應(yīng)，從而改變了氣體的安全比例和濃度，而引起爆炸傷亡。

4.由于井下惡劣環(huán)境，導(dǎo)致救生設(shè)備不能正常使用，另外工作人員的身體素質(zhì)參差不齊，加上缺氧，而發(fā)生身體結(jié)構(gòu)的變化，導(dǎo)致身體的不適或死亡。

綜合以上幾點安全隱患，這讓我們對樁井下工作的環(huán)境有了更深層次認(rèn)識和了解，這對我們在對檢測設(shè)備的設(shè)計上有了很大的觸動和設(shè)計空間。最后綜合分析，得出目前最應(yīng)該及時完善的設(shè)計。

（二）遵循設(shè)計規(guī)則：

為滿足現(xiàn)在中國各大城市環(huán)境下的城市樁井作業(yè)人員的安全救生設(shè)備在設(shè)計上準(zhǔn)確性、高精度性，安全系數(shù)等高精密的要求，面向城市樁井作業(yè)人員的安全救生設(shè)備的設(shè)計應(yīng)注重“安全、準(zhǔn)確、精密與創(chuàng)新共進”，包括人對環(huán)境保護以及設(shè)備對人的人身安全的保障等全方位的設(shè)計，這就要求遵循以下設(shè)計規(guī)則：

1.智能安全性

著重強調(diào)樁井下作業(yè)人員安全和順利的進行工作，通過全自動智能檢測技術(shù)的使用，可以用來檢測樁井下環(huán)境的各種氣體指數(shù)，保障隨時對樁井下的氣體進行跟蹤和更新數(shù)據(jù)，提供標(biāo)準(zhǔn)的安全數(shù)據(jù)給工作人員參考，隨時知道工作壞境下的安全系數(shù)，保證了工作人員在第一時間知道井下的狀況。

2.人機合理性

用人體測量學(xué)、人體力學(xué)、勞動生理學(xué)、勞動心理學(xué)等學(xué)科的研究方法，對人體結(jié)構(gòu)特征和機能特征進行研究，提供人體各部分的尺寸、重量、體表面積、比重、重心以及人體各部分在活動時的相互關(guān)系和可及范圍等人體結(jié)構(gòu)特征參數(shù)；還提供人體各部分的出力范圍、以及動作時的習(xí)慣等人體機能特征參數(shù)，分析人的視覺、聽覺、觸覺以及膚覺等感覺器官的機能特性；分析人在各種勞動時的生理變化、能量消耗、疲勞機理以及人對各種勞動負(fù)荷的適應(yīng)能力；探討人在工作中影響心理狀態(tài)的因素以及心理因素對工作效率的影響等。最后我們設(shè)計了一個可以便攜式隨身帶的安全救生設(shè)備，這個儀器可以隨工作人員到工作地點進行檢測，附加一個配戴在工作人員手上的緊急手環(huán)，對工作人員并不會產(chǎn)生不便，而是時刻進行井下的氣體跟蹤和更新。

3.便攜、易操作性

檢測機器設(shè)備由緊急警示手環(huán)和可移動智能檢測機器人組成。緊急警示手環(huán)是針對工作人員在井下走動或滾動時，易引起二次氣體反應(yīng)，從而引發(fā)有毒氣體濃度的增大。這個時候緊急警示手環(huán)便起到了警示突發(fā)事件的作用，提醒作業(yè)人員及時防范或撤離。而檢測機器人即隨工作人員下井檢測，實現(xiàn)井下環(huán)境氣體的實時安全檢測。它采用了德國Muhiwam II型多種氣體測定儀，隨時對樁井下的氣體進行跟蹤和更新數(shù)據(jù)，提供標(biāo)準(zhǔn)的安全數(shù)據(jù)給工作人員參考，隨時知道工作壞境下的安全系數(shù)，保證了工作人員在第一時間知道井下的狀況。保障井下環(huán)境氣體檢測的準(zhǔn)確性、高精度性，讓工作人員安全下井，順利工作。

所以整個設(shè)計應(yīng)該要重視檢測機器的易操作性以及檢測機器的便攜性，這樣才能實現(xiàn)設(shè)備服務(wù)于人，方便于人，達到環(huán)境、機器與人的和睦共處。

（三）設(shè)計方案

本設(shè)計是一款井下環(huán)境氣體檢測機器設(shè)備。專門為城市樁井下作業(yè)人員下井前及作業(yè)過程中對井下環(huán)境氣體進行檢測的機器設(shè)備。在前期調(diào)研中發(fā)現(xiàn)作業(yè)人員在井下工作時，容易吸入有毒氣體導(dǎo)致身體中毒，本設(shè)計主要針對此問題，來解決和幫助井下作業(yè)人員順利的完成井下工作。

本著“以人為本”的設(shè)計理念，實現(xiàn)“安全下井，順利上井”的目標(biāo)。檢測機器設(shè)備由緊急警示手環(huán)和可移動智能檢測機器人組成。緊急警示手環(huán)是針對工作人員在井下走動或滾動時，易引起二次氣體反應(yīng)，從而引發(fā)有毒氣體濃度的增大。這個時候緊急警示手環(huán)便起到了警示突發(fā)事件的作用，提醒作業(yè)人員及時防范或撤離。而檢測機器人即隨工作人員下井檢測，實現(xiàn)實時實地的井下環(huán)境氣體安全檢測。

1.安全性。檢測設(shè)備的安全性是保障井下作業(yè)人員生命安全的重要環(huán)節(jié)。因此，要在設(shè)計，生產(chǎn)，檢驗過程中滿足產(chǎn)品安全性的要求。從人機工學(xué)的角度來看，產(chǎn)品設(shè)計要考慮到人體尺寸，人體各部位的運動特性，作業(yè)時的姿勢等因素，使操作者在作業(yè)時感覺舒適。產(chǎn)品舒適性也對產(chǎn)品安全有著重要的影響，如操作者長期保持不舒適的姿勢，則容易造成肢體疲勞或不良心理反映，增大誤操作的幾率從而導(dǎo)致事故發(fā)生。同時，長時間保持不舒適操作姿勢也會造成身體疾病?？紤]到這些因素，加上井下工作環(huán)境惡劣，工作勞力大等，我們所設(shè)計的檢測設(shè)備是一款全自動智能的檢測設(shè)備機器人，他不需要工作人員時刻跟隨他，而是機器通過自動控制來實現(xiàn)和幫助工作人員完成任務(wù)。如遇到突發(fā)事件時，會把緊急信息發(fā)至作業(yè)人員的緊急警示手環(huán)上，第一時間讓作業(yè)人員知道井下情況。檢測設(shè)備機器人的基本形體為圖1，緊急警示手環(huán)的基本形態(tài)為圖2。

2.形態(tài)與色彩。在城市樁井下這樣的環(huán)境下作業(yè)，對檢測設(shè)備的外觀和色彩也有著重要的要求，如：紅色代表危險；橙色代表注意的意思。結(jié)合這樣的環(huán)境需求，我們設(shè)計的靈感來自一種爬行動物，它是一種是非常奇特的動物，它具備了適于樹棲生活的種種特征和行為——變色龍。同時，我們也考慮到了色彩對作業(yè)人員的心理接受作用，所有運用了橙色與黑色搭配，給井下環(huán)境的工作人員很好的警示和提醒作用外；更多的是影響作業(yè)人員的心理和傳達某種意義的作用。

圖1

圖2

3.功能性。在功能設(shè)計中運用了自動捕捉攝像頭、自動開啟走過和滑動的移動功能、接發(fā)送信號的終端控制、緊急按鍵等功能。其檢測設(shè)備機器人和緊急警示手環(huán)的功能設(shè)計介紹如圖3與圖4。

四、結(jié)論

圖3

圖4

檢測設(shè)備的設(shè)計在理念的更新、新技術(shù)的應(yīng)用、智能功能的擴展和延伸等方面，要既能體現(xiàn)國家的文化傳統(tǒng)和民族特點，也要實現(xiàn)與現(xiàn)代文化的結(jié)合，不斷進行設(shè)計創(chuàng)新，才能有持久的生命力。然而，像這種高精密檢測設(shè)備的創(chuàng)新并不是單純的求新、求異，應(yīng)該在有利于社會發(fā)展、符合社會文化和實際使用需求的基礎(chǔ)上，從設(shè)備器材的材料、加工工藝、設(shè)計手段等方面進行改革和創(chuàng)新。

我們希望通過我們簡單的針對目樁井環(huán)境下的檢測設(shè)備機器的設(shè)計能讓人們認(rèn)識到科技創(chuàng)新和設(shè)計創(chuàng)新在我們?nèi)粘Ｉ钪械淖饔?，這不僅提高了我們工作效率另外也能讓我們的城市、我們的生活質(zhì)量提高到新的層次，設(shè)計讓生活更簡單！

［1］楊靜，梁偉臻，孟慶強.城市下水道可燃有毒氣體的檢測方法［J］.中國給水排水，2005，（1）.

［2］卡茲.空氣采樣與分析方法［M］.北京:人民衛(wèi)生出版社，1982.

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［4］張大群.解決城市下水道安全隱患迫在眉睫［J］.中國經(jīng)濟周刊，2013，（9）.

［5］李代明.城市下水道爆炸的原因及處置措施［J］.消防技術(shù)與產(chǎn)品信息，2007，（4）.

［6］李強，高碧華，楊開雄，王勇.鉆井作業(yè)硫化氫防護［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2006.

［責(zé)任編輯：程文燕］

林炳塔（1992—），男，江西財經(jīng)大學(xué)藝術(shù)學(xué)院2012級工業(yè)設(shè)計專業(yè)在讀本科生，研究方向為產(chǎn)品設(shè)計；歐陽時瑩（1995—），女，江西財經(jīng)大學(xué)藝術(shù)學(xué)院2013級工業(yè)設(shè)計專業(yè)在讀本科生，研究方向為產(chǎn)品設(shè)計；吳天（1993—），男，江西財經(jīng)大學(xué)藝術(shù)學(xué)院2013級工業(yè)設(shè)計專業(yè)在讀本科生，研究方向為產(chǎn)品設(shè)計；熊偉文（1994—），男，江西財經(jīng)大學(xué)藝術(shù)學(xué)院2013級工業(yè)設(shè)計專業(yè)在讀本科生，研究方向為產(chǎn)品設(shè)計；劉澤美（1993—），女，江西財經(jīng)大學(xué)藝術(shù)學(xué)院2013級工業(yè)設(shè)計專業(yè)在讀本科生，研究方向為產(chǎn)品設(shè)計；指導(dǎo)老師為江西財經(jīng)大學(xué)藝術(shù)學(xué)院韓吉安講師（博士）。（江西南昌330032）