建筑事故應(yīng)激生理反應(yīng)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究*

陳娜　張香成　陳金剛　張超　張靜濤

(鄭州大學(xué)力學(xué)與工程科學(xué)學(xué)院　鄭州 450001)

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安全管理與咨詢

建筑事故應(yīng)激生理反應(yīng)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究*

陳娜張香成陳金剛張超張靜濤

(鄭州大學(xué)力學(xué)與工程科學(xué)學(xué)院鄭州 450001)

擬通過事故應(yīng)激和生理指標(biāo)測量來定量評(píng)估建筑個(gè)體的應(yīng)急素質(zhì)。通過實(shí)驗(yàn)測量個(gè)體應(yīng)激前后生理指標(biāo)的變化情況，創(chuàng)新提出個(gè)體事故應(yīng)激反應(yīng)計(jì)算公式，定量計(jì)算出個(gè)體應(yīng)激反應(yīng)大小，并探討其和性別及有無專業(yè)知識(shí)背景的關(guān)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，所有4個(gè)生理指標(biāo)實(shí)驗(yàn)后與前相比均發(fā)生非常顯著的變化(P<0.01)，其中心率、收縮壓、舒張壓均升高，鼻尖皮溫降低。男性的應(yīng)激反應(yīng)程度顯著小于女性(P<0.05)，有安全專業(yè)知識(shí)背景的個(gè)體應(yīng)激反應(yīng)非常顯著地小于沒有安全專業(yè)知識(shí)背景的(P<0.01)。研究結(jié)果還可以用來對(duì)個(gè)體的應(yīng)激反應(yīng)水平進(jìn)行區(qū)間劃分，以進(jìn)行有針對(duì)性的培訓(xùn)和合理的崗位匹配。

建筑事故生理實(shí)驗(yàn)應(yīng)激反應(yīng)定量評(píng)估

0　引言

相關(guān)研究表明，個(gè)體在遭遇突發(fā)事件時(shí)某些生理指標(biāo)會(huì)明顯波動(dòng)[1]，這些波動(dòng)與其應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的素質(zhì)密切關(guān)聯(lián)[2]，即個(gè)體的應(yīng)急能力素質(zhì)可依靠生理性應(yīng)激變化程度來進(jìn)行度量[3]。在突發(fā)狀況時(shí)，相關(guān)生理指標(biāo)的波動(dòng)越大，個(gè)體的焦慮和緊張程度越高；不同高、低情緒穩(wěn)定性個(gè)體的生理活動(dòng)存在差異，高應(yīng)急能力人員抗負(fù)性情緒能力強(qiáng)，生理指標(biāo)變化率較低，可更冷靜地處理突發(fā)事件，更好地完成相關(guān)工作[4]。這些都說明生理指標(biāo)的變化程度可以反映出個(gè)體應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的能力大小。本文擬通過事故應(yīng)激實(shí)驗(yàn)來測量相關(guān)生理指標(biāo)的變化情況，進(jìn)而評(píng)估建筑個(gè)體面對(duì)突發(fā)事件時(shí)的應(yīng)急素質(zhì)，為關(guān)鍵崗位員工的選拔調(diào)配、安全培訓(xùn)等提供參考。

1　生理指標(biāo)的選擇

個(gè)體在遇到突發(fā)狀況時(shí)，一般會(huì)產(chǎn)生緊張、恐懼和焦慮的心理及情緒體驗(yàn)，相應(yīng)地身體將處于應(yīng)激狀態(tài)，產(chǎn)生一系列的心理反應(yīng)和生理變化[4]，導(dǎo)致情緒、心理、生理異常，進(jìn)而影響行為反應(yīng)和應(yīng)對(duì)能力。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)處于應(yīng)激和緊張狀態(tài)時(shí)，腎上腺皮質(zhì)激素大量產(chǎn)生，機(jī)體將處于充分的動(dòng)員狀態(tài)，一般會(huì)出現(xiàn)心率加快[5]、皮電增加[6]、血壓升高[7]、皮溫降低[8]、R 波振幅和呼吸率增大[9]、瞳孔直徑變大[10]等現(xiàn)象。這些生理指標(biāo)的應(yīng)激實(shí)驗(yàn)測量目前主要應(yīng)用在駕駛員[11]、飛行員[12]、運(yùn)動(dòng)員[13]等方面，建筑安全和其他領(lǐng)域涉及較少。筆者擬借鑒生理指標(biāo)在測量駕駛員、飛行員、運(yùn)動(dòng)員、消防員、士兵和護(hù)士等應(yīng)對(duì)突發(fā)狀況能力方面的應(yīng)用，將其應(yīng)用到建筑行業(yè)，即用突發(fā)事故時(shí)個(gè)體生理指標(biāo)的波動(dòng)情況來定量評(píng)估建筑作業(yè)人員的應(yīng)急素質(zhì)。

根據(jù)生理指標(biāo)的選擇原則----變化顯著、準(zhǔn)確度高、方便測量等，結(jié)合實(shí)際實(shí)驗(yàn)條件，本文初步選擇心率、收縮壓、舒張壓、鼻尖皮溫[14]4個(gè)指標(biāo)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2　實(shí)驗(yàn)

2.1事故統(tǒng)計(jì)和模擬

建筑施工行業(yè)主要存在6大傷害：高處墜落，坍塌，物體打擊，起重傷害，機(jī)械傷害，觸電，其中高處墜落、坍塌和物體打擊為前3名高發(fā)性事故類型，且高處墜落事故所占比例最大[15]。本文主要針對(duì)高處墜落、坍塌和物體打擊3個(gè)高發(fā)性事故，進(jìn)行相應(yīng)突發(fā)事故場景的選取，對(duì)個(gè)體的生理指標(biāo)進(jìn)行測量。

2.2實(shí)驗(yàn)對(duì)象的選擇

選取鄭州大學(xué)安全工程專業(yè)在校本科生為研究對(duì)象。依據(jù)性別和有無專業(yè)知識(shí)背景條件，共選取實(shí)驗(yàn)對(duì)象20名：男性10名，女性10名；教育層級(jí)方面，大三的已經(jīng)學(xué)習(xí)過并具有一定安全專業(yè)知識(shí)背景的學(xué)生10名，大二的還沒有學(xué)習(xí)過安全專業(yè)知識(shí)的學(xué)生10名。

2.3實(shí)驗(yàn)儀器和指標(biāo)

實(shí)驗(yàn)儀器：電子血壓心率計(jì)(HEM-4030),數(shù)字皮溫計(jì)(BD-II-604)。

測量指標(biāo)：心率，收縮壓，舒張壓，鼻尖皮溫。

2.4實(shí)驗(yàn)流程

針對(duì)高處墜落、坍塌和物體打擊這3類建筑高發(fā)性事故，選取并組合3D突發(fā)事故場景視頻作為應(yīng)激源，讓被試人員佩帶3D眼鏡觀看視頻，以喚起他們身臨其境的感覺和應(yīng)激狀態(tài)。在觀看事故視頻前首先對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行4種生理指標(biāo)的測量，作為實(shí)驗(yàn)前的基礎(chǔ)測量值，然后讓實(shí)驗(yàn)對(duì)象在安靜的房間獨(dú)自觀看組合的3D事故視頻，看完后立即對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象重新進(jìn)行4種生理指標(biāo)的測量，測試方法和步驟與實(shí)驗(yàn)前完全相同。對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和保存。重復(fù)上述步驟，直至20名受試人員全部測完，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。

3　數(shù)據(jù)處理分析和計(jì)算

數(shù)據(jù)處理分析使用軟件IBM SPSS Statistics 21.0。數(shù)據(jù)處理中，男性用數(shù)字1、女性用數(shù)字0代替；大三用數(shù)字3、大二用數(shù)字2代替，分別代表有、無專業(yè)知識(shí)背景。

3.1數(shù)據(jù)處理分析

運(yùn)用IBM SPSS Statistics 21.0對(duì)所有20名實(shí)驗(yàn)對(duì)象實(shí)驗(yàn)后vs前的生理指標(biāo)差值進(jìn)行單樣本T檢驗(yàn)(檢驗(yàn)值=0，N=20)，結(jié)果如表1所示。

表1　單個(gè)樣本檢驗(yàn)

小結(jié)：4個(gè)生理指標(biāo)實(shí)驗(yàn)后與前相比均發(fā)生非常顯著的變化(P<0.01)，其中心率、收縮壓、舒張壓值實(shí)驗(yàn)后與前均升高(均值差值>0)，鼻尖皮溫實(shí)驗(yàn)后與前降低(均值差值<0)。

3.2應(yīng)激反應(yīng)大小的計(jì)算

3.2.1計(jì)算公式的提出

以平均值波動(dòng)水平為基礎(chǔ)和依據(jù)，創(chuàng)新提出個(gè)體事故應(yīng)激反應(yīng)大小的計(jì)算公式(以S表示)：

Sj=∑±(xij-ai)無量綱

(1)

注：若實(shí)驗(yàn)后與前生理指標(biāo)值整體增加，則式(1)中間取正號(hào)“+”，反之取負(fù)號(hào)“-”。

ai=(∑xij)/20，i=1,2,3,4;j=1,2,3,…，20。

此外，S的平均水平為0。當(dāng)S>0時(shí)，說明個(gè)體實(shí)驗(yàn)后生理指標(biāo)整體波動(dòng)大于平均水平，對(duì)突發(fā)事故的應(yīng)激反應(yīng)程度較大；當(dāng)S<0時(shí)，說明個(gè)體實(shí)驗(yàn)后生理指標(biāo)整體波動(dòng)小于平均水平，對(duì)事故的應(yīng)激反應(yīng)程度較小；S值越小，代表個(gè)體應(yīng)激生理反應(yīng)越小，應(yīng)急素質(zhì)越好，反之則越差。

3.2.2個(gè)體事故應(yīng)激反應(yīng)大小的計(jì)算

個(gè)體事故應(yīng)激反應(yīng)S的計(jì)算結(jié)果見表2。圖1為20名實(shí)驗(yàn)對(duì)象應(yīng)激反應(yīng)對(duì)比圖。

表2　個(gè)體應(yīng)激反應(yīng)大小S的計(jì)算

圖1實(shí)驗(yàn)對(duì)象的應(yīng)激反應(yīng)對(duì)比

根據(jù)圖1，可以按照實(shí)際需要把個(gè)體的應(yīng)激波動(dòng)水平劃分為不同的區(qū)間，如<-10，[-10,0)，[0,

10]，>10等，分別對(duì)應(yīng)：對(duì)事故的應(yīng)激反應(yīng)很小，較小，較大，很大，或相應(yīng)的應(yīng)急素質(zhì)很好、較好、較差、很差等，以便進(jìn)行有針對(duì)性的安全培訓(xùn)和崗位匹配。

3.3應(yīng)激反應(yīng)大小的影響因素

(1)應(yīng)激反應(yīng)和性別(獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)；1：男性，0: 女性)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3、表4。

表3　組統(tǒng)計(jì)量

表4　獨(dú)立樣本檢驗(yàn)

小結(jié)：個(gè)體應(yīng)激反應(yīng)程度在男女性別上存在顯著的差異(P<0.05)，男性的應(yīng)激波動(dòng)水平小于女性(均值差值<0)。

(2)應(yīng)激反應(yīng)與有無安全專業(yè)知識(shí)背景(獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)；3:已學(xué)過安全專業(yè)知識(shí)，2：未學(xué)過安全專業(yè)知識(shí))的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5、表6。

表5　組統(tǒng)計(jì)量

表6　獨(dú)立樣本檢驗(yàn)

小結(jié)：個(gè)體應(yīng)激反應(yīng)程度在有無安全專業(yè)知識(shí)背景方面存在非常顯著的差異(P<0.01)，有安全專業(yè)知識(shí)背景的應(yīng)激波動(dòng)水平明顯小于沒有安全專業(yè)知識(shí)背景的(均值差值<0)。

4　結(jié)論

(1)4個(gè)生理指標(biāo)實(shí)驗(yàn)后與前相比均發(fā)生非常顯著的變化(P<0.01)，其中心率、收縮壓、舒張壓值實(shí)驗(yàn)后與前均升高(均值差值>0)，鼻尖皮溫實(shí)驗(yàn)后與前降低(均值差值<0)。

(2)以平均值波動(dòng)水平為基礎(chǔ)創(chuàng)新提出的個(gè)體事故應(yīng)激反應(yīng)大小計(jì)算公式，可以較好地計(jì)算和評(píng)估個(gè)體應(yīng)激反應(yīng)波動(dòng)狀況。公式中，S值越小，代表個(gè)體應(yīng)激反應(yīng)程度越低，應(yīng)急素質(zhì)越好；S值越大，則應(yīng)激反應(yīng)水平越高，應(yīng)急素質(zhì)越差。企業(yè)實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可以據(jù)此把個(gè)體的應(yīng)激波動(dòng)水平劃分成不同的區(qū)間，如很大、較大、一般、較小、很小等，以進(jìn)行有針對(duì)性的安全培訓(xùn)和合理的崗位匹配。

(3)個(gè)體應(yīng)激反應(yīng)程度在男女性別上存在顯著的差異(P<0.05)，男性的應(yīng)激波動(dòng)水平小于女性(均值差值<0)。

(4)個(gè)體應(yīng)激反應(yīng)程度在有無安全專業(yè)知識(shí)背景方面存在非常顯著的差異(P<0.01)，有安全專業(yè)知識(shí)背景的應(yīng)激波動(dòng)水平明顯小于沒有安全專業(yè)知識(shí)背景的(均值差值<0)。

[1]陳娜.煤礦應(yīng)急場景下行為能力的實(shí)驗(yàn)研究[D].北京:中國礦業(yè)大學(xué)(北京),2010.

[2]張江石,傅貴,陳娜,等.礦工應(yīng)急處置能力評(píng)估方法研究[J].煤炭學(xué)報(bào),2012,37(2):290-294.

[3]鄧麗紅,孟恩弘,劉微微.基于皮電、心率和β波的指揮人員應(yīng)急能力度量[J].中國安全科學(xué)學(xué)報(bào),2012,22(11):170-176.

[4]Keitel A, Ringleb M, Schwartges I, et al. Endocrine and psychological stress responses in a simulated emergency situation[J]. Psychoneuroendocrinology,2011,36(1):98-108.

[5]Michael Meehan, Sharif Razzaque, Brent Insko, et al. Review of four studies on the use of physiological reaction as a measure of presence in stressful virtual environments[J]. Applied Psychophysiology and Biofeedback,2005,30(3):239-258.

[6]A Olsson, E A Phelps. Learned fear of ‘Unseen’ faces after pavlovian,observational, and instructed fear[J]. Psychological Science,2004(12):822-828.

[7]Wang HH, Zhang ZJ, Tan QR, et al. Psychopathological, biological, and neuroimaging characterization of posttraumatic stress disorder in survivors of a severe coalmining disaster in China[J]. Journal of Psychiatric Research,2010,44(6):385-392.

[8]B K Weiderhold, R Gervirtz, M D Wiederhold. Fear of flying: A case report using virtual reality therapy with physiological monitoring[J]. Cyberpsychology & Behavior,1998,1(2):97-103.

[9]Baisheng Nie, Pengfei Zhao, Xiaoyan Wang, et al. Experimental study on the psychological impacts of mine accidents based on the changes of physiological characteristics[J]. Disaster Advances,2013,6(S6):7-14.

[10]Hess H, Polt J M. Pupil size in relation to mental activity during simple problem solving[J]. Science,1964,143:1190-1192.

[11]Yoshitaka Nishiyama, Takeyoshi Nakazono, Masakazu Sasaki, et al. Physiological evaluation of effect on driver's mental work load for a newly-developed semi-automatic transmission system[J]. JSAE Review,1996,17(4):395-400.

[12]J A Veltman, A W K Gaillard. Physiological indices of workload in a simulated flight task[J]. Biological Psychology,1996,42(3):323-342.

[13]A Guillot, C Collet, A Dittmar, et al. The physiological activation effect on performance in shooting: Evaluation through neurovegetative indices[J]. Journal of Psychophysiology,2003,17(4):214-222.

[14]Calvin K L, Duffy V G. Development of a facial skin temperature-based methodology for non-intrusive mental workload measurement[J]. Occupational Ergonomics,2007,7(2):83-94.

[15]李艷慶,王則勝,劉偉. 100 起建筑施工死亡事故的統(tǒng)計(jì)分析與對(duì)策研究[J].施工技術(shù),2012，41(增刊):289-291.

Preliminary Physiological Experiment Study on Individual Stress Response to Construction Accidents

CHEN NaZHANG XiangchengCHEN JingangZHANG ChaoZHANG Jingtao

(SchoolofMechanics&EngineeringScience,ZhengzhouUniversityZhengzhou450001)

This paper intends to quantitatively evaluate the individual emergency quality in construction accidents by carrying out stress experiment and physiological measurement. Through experiment, the changes of individual physiological indexes are measured and analyzed before and after the stress. Then it puts forward creatively the calculating formula of individual accident stress response level, calculates and assesses the individual stress response degree quantitatively, and discusses its effect factors. The results show that: All the four indicators change very significantly after experiment vs before(P<0.01), in which heart rate, systolic blood pressure and diastolic blood pressure are all increased, and nose skin temperature is decreased. Individual accident stress response degree has significantly difference in gender(P<0.05), and male's is smaller than female's. Those who have learned safety professional knowledge have much smaller stress response level than those not learned(P<0.01). The results can also be used to make different interval division for individual stress response level, so as to carry out targeted safety training and job matching in construction companies.

construction accidentsphysiological experimentstress responsequantitative evaluation

國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金(51308505)，國家留學(xué)基金(CSC NO. 201407045041)，鄭州大學(xué)青年骨干教師項(xiàng)目(校人事〔2015〕1號(hào))，河南省教育廳科學(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)項(xiàng)目(12A620003)。

陳娜，女，1981年生，博士，碩士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)榘踩こ坦芾?、安全人機(jī)工程。

2016-04-26)