高原建筑工人生理需求的特征分析

龐 勝，張 丹，劉廷祥，閔 海

(1.青海大學(xué)土木工程學(xué)院，青海 西寧 810016； 2.青海省建筑節(jié)能材料與工程安全重點實驗室，青海 西寧 810016；3.中建三局集團有限公司西北分公司西寧經(jīng)理部青海衛(wèi)生職業(yè)學(xué)院新校區(qū)建設(shè)項目項目部，青海 西寧 810016)

建筑行業(yè)屬于勞動密集型產(chǎn)業(yè)，具有勞動強度大、安全隱患多等特點，大多數(shù)建筑工人在工作過程中面臨著較大的生理需求[1]。生理需求是建筑工人對給定工作負荷的生理反應(yīng)，可以評估建筑工人的疲勞程度。近年來，由建筑工人生理需求引起的安全事故受到越來越多學(xué)者的關(guān)注[2]。黃芹芹等[3]研究發(fā)現(xiàn)生理需求和不安全行為之間有著顯著影響，田水承等[4]研究發(fā)現(xiàn)建筑工人生理需求是引起不安全行為的重要因素。在測量建筑工人生理需求的數(shù)據(jù)中，心率被廣泛應(yīng)用且被證明是可靠的指標[5]。腕帶設(shè)備是一種重量輕、佩戴舒適，可以獲取受試者心率和皮膚溫度等數(shù)據(jù)的設(shè)備，與心電圖傳感器相比，腕帶設(shè)備測量的心率誤差在可接受范圍內(nèi)[6]。心率儲備百分比(%HRR)是一個與工作時間有關(guān)系的指標，它可以忽略個體差異，對心率進行標準化，能夠衡量生理需求的相對量[7]。以往針對建筑工人生理需求的研究多采用問卷調(diào)查的方式。本文以春、冬季高原建筑工人為研究對象，通過腕帶設(shè)備收集心率定量數(shù)據(jù)，并基于%HRR計算結(jié)果評估建筑工人在工作期間的生理需求，為其職業(yè)健康與安全提供保障。

1 試驗設(shè)計與方法

1.1 研究對象

本文選取西寧市在建工程的32名建筑工人為研究對象，基本信息如表1所示。本次數(shù)據(jù)收集工作均征得建筑工人的允許，且在不影響正常施工的情況下進行，數(shù)據(jù)收集時間為冬季和春季，早上9：00為受試者佩戴腕帶設(shè)備，下午17：00取下該設(shè)備。個別工種由于工作原因，調(diào)整了數(shù)據(jù)收集時間。

表1 研究對象基本信息情況Tab.1 Basic information of research objects

表1(續(xù))

1.2 計算方法

利用腕帶設(shè)備收集建筑工人心率(HR)數(shù)據(jù)，將心率轉(zhuǎn)化為心率儲備百分比(%HRR)指標，計算其生理需求。計算公式[8-11]如下:

HR最大=208-0.7×年齡

(1)

(2)

式中:HR工作為平均工作心率，HR休息為靜息心率。

平均工作心率是每個受試者整個工作期間心率的平均值，靜息心率在每個受試者開始靜息后10～15 min測量[6,8]。在許多研究中%HRR是按天進行平均計算，本研究中每30 min對%HRR進行1次計算，以便檢查工作過程中生理需求的變化情況。工作期間超過30%HRR是較高的生理需求，超過40%HRR是更高的生理需求[12-14]。

2 結(jié)果與分析

2.1 高原建筑工人生理需求計算結(jié)果

由表2可知，整個數(shù)據(jù)收集期建筑工人的平均%HRR為8.32%～28.31%，在春、冬季施工作業(yè)中均沒有超過30%HRR和40%HRR的限制，故32名建筑工人的生理需求低。

表2 生理需求計算結(jié)果Tab.2 Calculation results of physiological needs

2.2 工作量對高原建筑工人生理需求的影響

春、冬季高原建筑工人的生理需求可視化分析如圖1所示。由圖1可知，春、冬季高原建筑工人的平均%HRR分別為19.60%和18.67%，春季建筑工人生理需求整體高于冬季，造成這一現(xiàn)象的原因可能是工作量。

圖1 春、冬季高原建筑工人的生理需求Fig.1 Physiological needs of construction workers in plateau in spring and winter

將建筑工人在工作期間的生理趨勢圖進行統(tǒng)計分析(圖2)。由圖2可知，G1、H1、H2、J3、M1、M2、D3、D4在11：00～15：30時生理需求較高，超過30%的生理限制，根據(jù)實地調(diào)研可知，該時間段建筑工人的工作量相對集中。其中，G1、H2參與了2次數(shù)據(jù)收集，平均%HRR分別為24.88%、26.71%和26.11%、25.52%，二者生理需求出現(xiàn)差異的原因是每日工作量的不同。

2.3 年齡對高原建筑工人生理需求的影響

同一工種不同年齡建筑工人工作量相同時生理需求如圖3、圖4所示。由圖3可知，同一工種的建筑工人工作量相同時，年齡在20～35歲的建筑工人生理需求要低于年齡在 35～50歲建筑工人的生理需求，即年齡小的建筑工人生理需求要低于年齡大的建筑工人。

圖3 同一工種不同年齡建筑工人的生理需求Fig.3 Physiological needs of construction workers of the same type of work and different ages

工作量相同時，D3、D4數(shù)據(jù)收集期的平均%HRR分別為28.31%和24.41%，D3年齡為40歲，D4年齡為27歲；工作量相同時，H1、H2數(shù)據(jù)收集期的平均%HRR分別為24.90%和25.52%， H1年齡為27歲，H2年齡為38歲(圖4)。

圖4 工作量相同時不同年齡建筑工人的生理需求Fig.4 Physiological needs of construction workers of different ages with the same workload

2.4 外界自然環(huán)境對高原建筑工人生理需求的影響

根據(jù)溫濕度儀器收集建筑工人工作的環(huán)境溫度如表3所示。

表3 建筑工人工作的環(huán)境溫度Tab.3 Ambient temperature of construction workers

建筑工人的體表溫度是對外界環(huán)境的應(yīng)激反應(yīng)體現(xiàn)之一[9]。室內(nèi)、外建筑工人的體表溫度和生理需求如圖5所示。由圖5可知，建筑工人體表溫度與生理需求呈正相關(guān)關(guān)系。根據(jù)實地調(diào)研統(tǒng)計得到室內(nèi)、外建筑工人數(shù)據(jù)收集期的平均 %HRR分別為19.72%和17.60%，室內(nèi)建筑工人生理需求高于室外。外界自然環(huán)境也是影響建筑工人生理需求的因素之一。

圖5 室內(nèi)、外建筑工人的體表溫度變化和生理需求變化Fig.5 Variations of body surface temperature and physiological needs of indoor and outdoor construction workers

3 討論與結(jié)論

本研究通過腕帶設(shè)備收集春、冬季高原建筑工人的心率，并基于%HRR計算其生理需求，得到結(jié)論如下：(1)春、冬季高原建筑工人在整個數(shù)據(jù)收集期的平均%HRR為8.32%～28.31%，均未超過生理需求限制。(2)利用腕帶設(shè)備監(jiān)測心率，可以捕獲到建筑工人在工作中超出生理需求限制的具體時間段。G1、H1、H2、J3、M1、M2、D3、D4在11：00～15：30時生理需求超出了30%HRR的生理限制，因為該時間段工作量相對集中，這與田水承等[4]的研究結(jié)論基本相似。為保證建筑工人的職業(yè)健康與安全，工程管理人員可將較集中的工作量均衡分配到其他時間段。(3)工作量相同時，年齡大的建筑工人生理需求要高于年齡小的建筑工人，這與Martin等[15]通過定性研究的結(jié)論一致。工程管理人員應(yīng)考慮建筑工人的年齡，將工作量盡可能均分到不同的工作日，減少安全事故的發(fā)生。(4)室內(nèi)建筑工人生理需求高于室外建筑工人，這是因為冬季高原建筑工人室外體表溫度要低于室內(nèi)，工程管理人員考慮到該因素會適量減少室外建筑工人的工作量。(5)春、冬季高原建筑工人生理需求受其工作量、年齡和外界自然環(huán)境的綜合影響，工作量對生理需求的影響最明顯。