野外應(yīng)急救援復(fù)溫系統(tǒng)人機安全設(shè)計研究

摘要：鑒于現(xiàn)有復(fù)溫產(chǎn)品在野外應(yīng)急救援過程中人機安全及人機工效上的不足，尤其是復(fù)溫效率低下易對傷員造成二次傷害。為給予低體溫傷員更高效的復(fù)溫措施和安全保障，本研究從人機安全視角出發(fā)，引入認知工作分析法（CWA）深入研究野外應(yīng)急救援復(fù)溫系統(tǒng)的實際需求與痛點，通過KJ法、專家打分法和模糊TOPSIS法，量化指標重要度。根據(jù)分析結(jié)果得出復(fù)溫系統(tǒng)設(shè)計的重點集中于安全防護、復(fù)溫方式與生理監(jiān)測，應(yīng)用FAST黑箱理論將需求轉(zhuǎn)化為具體功能，據(jù)此提出一套安全高效的野外應(yīng)急救援院前復(fù)溫設(shè)備的創(chuàng)新設(shè)計方案。研究表明：CWA理論、模糊TOPSIS法和FAST黑箱模型的綜合應(yīng)用，在提升人機系統(tǒng)安全性方面具有可行性，為應(yīng)急救援裝備研發(fā)提供了新思路。

關(guān)鍵詞：應(yīng)急復(fù)溫治療；人機安全；認知CWA法；模糊TOPSIS法；FAST黑箱模型

中圖分類號：TH77 文獻標識碼：A文章編號：1003-0069（2025）01-0112-05

Abstract：In order to explore the human-machine safety in field emergency rescue and reheating systems，this article analyzes the system’s environment and operational processes，and identifies key human factors and potential risks. The CWA method was used to reveal the decision-making path，complexity，and task challenges faced by rescue personnel in emergency reheating scenarios. A priority ranking demand model was constructed using KJ method，expert scoring method，and fuzzy TOPSIS method. The FAST black box theory translates these requirements into specific functionalities and technologies. By combining ergonomics and usability design concepts，an optimized system was designed to improve system efficiency and rescue efficiency.

Keywords：Emergency rewarming treatment；Human machine safety；Cognitive CWA；Fuzzy TOPSIS；FAST black box model

引言

隨著中國經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，人們越來越熱衷于極限越野賽事和荒野休閑活動。然而，這些活動帶給人們親近自然和挑戰(zhàn)自我機會的同時，也伴隨著因天氣變化導(dǎo)致的寒冷暴露風(fēng)險，進而引發(fā)意外低體溫事故[1]。2021年甘肅和云南發(fā)生的失溫遇難事件凸顯了失溫問題的嚴重性。

臨床上將低溫癥分為3種不同程度[2]：輕度低體溫（32℃-35℃）、中度低體溫（28℃-32℃）和重度低體溫（<28℃）。其中輕度低體溫表現(xiàn)為意識模糊、心動過速及寒戰(zhàn)加劇，中度低體溫表現(xiàn)為嗜睡、心動過緩和心律失常，當核心溫度降低至28℃時，心室顫動的風(fēng)險增加，任何心律異常在低于這個溫度閾值時都難以治療。在野外應(yīng)急救援中，時間就是生命。對失溫人員安全高效復(fù)溫是野外應(yīng)急救援的關(guān)鍵任務(wù)之一。

在低體溫人員復(fù)溫及防護設(shè)備研究方面，王猛等[3]根據(jù)艦船環(huán)境適應(yīng)性要求，設(shè)計了艦用型復(fù)溫裝置，提升了海上救治效率。Pawe？ Podsiad？o等[4]評估了山地救援隊在嚴重低溫管理方面的裝備和程序，并指出現(xiàn)有裝備設(shè)施不符合標準要求。Samuel Freeman等[5]為研究英國院前低體溫管理現(xiàn)狀，調(diào)研了各團隊傷員管理措施，發(fā)現(xiàn)各團隊救援方法不同，復(fù)溫產(chǎn)品在不同團隊中普及率不一。目前關(guān)于野外寒冷環(huán)境中的低體溫復(fù)溫產(chǎn)品的研究相對較少，先進的復(fù)溫技術(shù)并沒有在產(chǎn)品的研發(fā)上得到合理運用，大多產(chǎn)品復(fù)溫效果較慢，不能滿足失溫人員在低溫環(huán)境下安全高效復(fù)溫的需求，甚至造成二次傷害。低體溫應(yīng)急救援治療尚未形成規(guī)范的流程，人機安全問題尤為凸顯，亟須改進與優(yōu)化。

因此，筆者擬采用人機工程學(xué)與認知科學(xué)理論，分析野外應(yīng)急救援復(fù)溫過程中的人機安全問題與認知決策路徑，明確需求與痛點。據(jù)此將需求量化排序，應(yīng)用功能分析系統(tǒng)技術(shù)與黑箱模型將設(shè)計需求轉(zhuǎn)化為具體功能與技術(shù)，旨在開發(fā)安全高效且人性化的復(fù)溫系統(tǒng)方案，通過快速有效地恢復(fù)失溫人員的體溫，為后續(xù)的醫(yī)療救治創(chuàng)造有利條件。

一、研究方法及思路

（一）方法概述

1.認知工作分析法CWA

認知工作分析（Cognitive Work Analysis，CWA）最早由Rasmussen提出[6]，用于分析復(fù)雜系統(tǒng)中的活動約束以及人的認知決策、操作與工作環(huán)境間的內(nèi)在機制，共包含工作域分析、控制任務(wù)分析、策略分析、社會組織和工人能力分析5個維度[7]。其中工作域分析通過構(gòu)建人機系統(tǒng)的運作模型，建立起“How-What-Why”的邏輯鏈條，實現(xiàn)了從系統(tǒng)頂層設(shè)計理念到底層技術(shù)實現(xiàn)的連貫分析?？刂迫蝿?wù)分析則用于識別人機系統(tǒng)需要完成的具體任務(wù)，其中決策梯提供了由一系列知識和信息處理狀態(tài)構(gòu)成的任務(wù)流程和決策框架，這些狀態(tài)遵循規(guī)則導(dǎo)向、技能導(dǎo)向和知識導(dǎo)向的行為邏輯。本研究結(jié)合這兩種分析方法，旨在深入了解救援人員的需求，識別救援過程中面臨的需求與挑戰(zhàn)。

2.模糊TOPSIS法

TOPSIS（Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution）即逼近理想解排序法，是由 Colchian 和 K.Yoon提出的一種綜合評價方法[8]，包含正理想解和負理想解兩個重要概念。本次研究應(yīng)用模糊TOPSIS法對產(chǎn)品需求要素重要度量化分析，以明確在后續(xù)設(shè)計過程中需要滿足的功能優(yōu)先級。

3.FAST黑箱模型

黑箱原理將設(shè)備運行的條件分為能量、物質(zhì)、信息3個方面，并將關(guān)鍵需求高度抽象概括為設(shè)備運行時所需的技術(shù)問題，結(jié)合功能分析系統(tǒng)技術(shù)（Function Analysis System Technique，F(xiàn)AST）[9]對產(chǎn)品功能細致剖析，依照前期野外應(yīng)急救援復(fù)溫系統(tǒng)的需求重要度排序結(jié)果，將系統(tǒng)總體功能逐步分解為各個子功能，以實現(xiàn)野外應(yīng)急救援復(fù)溫系統(tǒng)的最佳方案。

（二）研究思路

基于人機工程學(xué)及認知科學(xué)理論視角，本研究從多個維度展開人機安全設(shè)計分析，旨在通過優(yōu)化各項設(shè)計要素，提高系統(tǒng)效能與野外救援的工作效率。具體研究思路如下：

1.基于人機工程學(xué)原理，深入分析野外應(yīng)急救援復(fù)溫過程中的作業(yè)流程和人機環(huán)境問題，精準識別關(guān)鍵人機問題與潛在風(fēng)險；

2.針對應(yīng)急復(fù)溫救援過程中的問題，對救援人員進行調(diào)研訪談，構(gòu)建救援過程中的決策梯模型，剖析應(yīng)急復(fù)溫場景下救援者的認知決策路徑；建立工作域分析模型，分析信息需求的復(fù)雜性及隱含的任務(wù)難點，據(jù)此明確人機系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵需求；

3.通過KJ法將需求要素整合分類，采用專家打分法量化需求指標重要性，并借助模糊TOPSIS算法優(yōu)化排序結(jié)果；

4.基于優(yōu)化后的指標排序結(jié)果，本研究運用FAST黑箱理論將設(shè)計需求轉(zhuǎn)化為具體功能與技術(shù)；

5.基于人機工程學(xué)原理，從野外應(yīng)急救援復(fù)溫系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)、外觀色彩、人機尺寸、界面信息架構(gòu)及任務(wù)流程5個方面開展人機安全設(shè)計實踐，旨在提升系統(tǒng)效能與救援效率。

二、關(guān)鍵人機需求分析獲取

（一）人機安全問題分析

從人機安全維度出發(fā)，深入分析野外應(yīng)急救援中的“人-機-環(huán)”系統(tǒng)，有助于識別和應(yīng)對復(fù)溫過程中可能出現(xiàn)的潛在風(fēng)險。以下是對救援流程、傷員狀態(tài)、救援人員能力、復(fù)溫設(shè)備效能及救援環(huán)境的具體剖析：

在野外應(yīng)急復(fù)溫救援流程方面，救援人員的首要任務(wù)是評估救援環(huán)境、地形及溫度，以制訂救援策略。針對低體溫傷員，需立即采取保溫措施進行初步救治[10]，確保傷員轉(zhuǎn)移至安全區(qū)域后，對其進行干燥處理以防熱量散失。對昏迷或嚴重失溫者，采用熱水袋等手段加溫核心區(qū)域，持續(xù)監(jiān)測并送醫(yī)治療，整個救援流程旨在確保傷員生命安全。

在傷員狀態(tài)與救援人員能力方面，低體溫不僅會引發(fā)麻木、寒戰(zhàn)等不適癥狀，還會加重傷員的心理壓力，為此，復(fù)溫設(shè)備的設(shè)計應(yīng)注重整體結(jié)構(gòu)的安全性。在緊急情況下，救援人員的高強度工作易導(dǎo)致決策失誤，因此需借助醫(yī)療設(shè)備對傷員進行實時監(jiān)測與治療，以減少錯誤風(fēng)險。

在設(shè)備效能與救援環(huán)境方面，救援環(huán)境復(fù)雜多變，復(fù)溫產(chǎn)品易受溫度、濕度等各種環(huán)境因素影響，導(dǎo)致產(chǎn)品性能下降，將極大影響救援工作效率。文獻調(diào)研表明，現(xiàn)有應(yīng)急復(fù)溫產(chǎn)品[11]種類較少且控溫精度不足，易對傷員造成二次傷害。復(fù)溫方式與速度的精準控制尤為關(guān)鍵，避免過快引發(fā)心律失?；蜻^慢導(dǎo)致復(fù)溫效果欠佳等問題。

（二）基于CWA的認知安全分析

1. 救援過程認知決策分析

決策梯分析聚焦于野外應(yīng)急救援復(fù)溫系統(tǒng)在救援過程中的認知決策問題，選定20名山地救援人員、6名醫(yī)療救援人員及3名救援志愿者調(diào)研訪談。訪談圍繞以下問題展開：救援人員在緊急情況下如何準確識別低體溫傷員的狀況，包括決策過程、傷情評估、醫(yī)療設(shè)備使用及優(yōu)先處理事項；救援人員是否掌握足夠信息制訂救援策略。根據(jù)訪談結(jié)果構(gòu)建決策梯模型，如圖1所示。模型左側(cè)表示當前狀態(tài)，右側(cè)表示達到目標狀態(tài)所需執(zhí)行的任務(wù)。

圖1描述了從發(fā)現(xiàn)問題到最終實施方案的完整治療路徑。認知決策受環(huán)境、傷者狀況及救援者經(jīng)驗等多重因素影響，但基本決策過程相似。救援過程首先要識別問題事件，隨后立即對傷員當前狀態(tài)評估?；谠u估結(jié)果，系統(tǒng)梳理可行的應(yīng)對選項，明確決策核心目標（高效復(fù)溫，確保傷員生命安全）。設(shè)定理想治療狀態(tài)，規(guī)劃達成此狀態(tài)所需任務(wù)及執(zhí)行程序。整個過程緊密圍繞傷員狀況，動態(tài)調(diào)整策略，確保救援行動高效精準。

2.工作域安全認知分析

通過構(gòu)建自功能目的至物理實現(xiàn)的層次模型，如圖2所示。工作域分析關(guān)注的是一個由多個子系統(tǒng)及其組件組成的整體系統(tǒng)，其核心功能目的為“對人體進行復(fù)溫，保障生命安全”。為實現(xiàn)該目的，從“安全可靠”“操作便捷”“精準高效”3個方面設(shè)定價值和優(yōu)先考慮順序。中間層聚焦于識別與目的相關(guān)的關(guān)鍵功能，如環(huán)境感知、人機交互與生理監(jiān)測等。細化至物理功能層，涵蓋作業(yè)環(huán)境數(shù)據(jù)獲取、問題反饋與方案制訂等，最終由復(fù)溫組件、操作終端等物理對象協(xié)同工作，高效安全地完成復(fù)溫任務(wù)。

對關(guān)鍵人機安全問題分析與認知安全分析結(jié)果進行匯總，并運用KJ法對需求要點進行提取與精簡，將其系統(tǒng)地歸納為專項需求、基本需求及安全需求等5個類別，具體如表1所示。

三、數(shù)據(jù)處理與功能轉(zhuǎn)化

根據(jù)公式（11）計算各個設(shè)計指標相對貼近度Ci為（0.594，0.520，0.480，0.729，0.584，0.444，0.726，0.293，0.276，0.371，0.428，0.471，0.561，0.305，0.526），據(jù)此得到野外應(yīng)急救援復(fù)溫系統(tǒng)的需求指標綜重要度排序為：A4>C7>A1>B5>E13>E15>A2> A3>E12>B6>D11>D10>E14>C8>D9。其中，A4、C7、A1要素重要度最高，在系統(tǒng)設(shè)計過程中應(yīng)著重強調(diào)“安全防護”“復(fù)溫方式精準高效”以及“生理健康監(jiān)測”概念。

（二）基于FAST黑箱模型的功能轉(zhuǎn)化

通過黑箱模型將設(shè)計需求轉(zhuǎn)化為具體的功能與技術(shù)，野外應(yīng)急救援復(fù)溫系統(tǒng)的運行需要救援人員操作、電能與各個模塊之間交互轉(zhuǎn)換。具體分析見圖3。

結(jié)合設(shè)計要素重要度與黑箱模型對關(guān)鍵功能識別分析，對功能需求自頂向下規(guī)劃延伸，左側(cè)為復(fù)溫系統(tǒng)基本功能及其核心目的，右側(cè)則為實現(xiàn)目的的功能手段及其子功能與技術(shù)[12]。如核心功能目的為保障傷員生命安全，則下一級子功能生理健康監(jiān)測是實現(xiàn)保障傷員生命安全基本功能的重要手段之一。構(gòu)建復(fù)溫系統(tǒng)功能樹如圖4所示。

鑒于野外環(huán)境的特殊性與資源限制，如加溫包裹、紅外燈照射及體腔沖洗液加溫等復(fù)溫方法在此情境下應(yīng)用受限。為確保復(fù)溫過程安全高效，本研究采用靜脈輸液復(fù)溫、升溫毯復(fù)溫及吸入氣體復(fù)溫3種復(fù)溫技術(shù)，這3種技術(shù)更適合野外應(yīng)急條件下的操作需求，能夠安全高效促進傷員體溫回升。

四、人機安全設(shè)計方案

基于FAST功能樹分析結(jié)果，從功能與結(jié)構(gòu)規(guī)劃、色彩與材質(zhì)選擇、人機尺寸設(shè)定、界面設(shè)計策略及任務(wù)流程安全設(shè)計等方面進行設(shè)計輸出，并對整體設(shè)計方案進行優(yōu)化。

（一）功能與結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)對各功能組件進行了系統(tǒng)規(guī)劃。該系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，各組件可靈活組合和拆卸，提高了系統(tǒng)的適應(yīng)性和維護性。復(fù)溫系統(tǒng)由設(shè)備主體和升溫毯兩個部分構(gòu)成，設(shè)備主體集成了操作面板、關(guān)鍵功能接口和加熱裝置，實現(xiàn)了功能的高度集中。設(shè)備側(cè)面設(shè)有可按壓彈出的血氧飽和度監(jiān)測儀，在緊急情況下可以迅速監(jiān)測傷員的血氧水平。

升溫毯配備了輸液泵和溫控模塊，能夠在復(fù)溫過程中進行輸液治療，并保持液體在適宜的溫度范圍內(nèi)。同時，升溫毯上集成了固定式電極胸帶，該裝置可持續(xù)監(jiān)測患者的心率和體溫等關(guān)鍵生理指標，從而為醫(yī)療人員提供實時、全面的患者狀態(tài)信息。升溫毯底部設(shè)有小型充氣裝置，能夠在需要時迅速充氣，形成有效的隔熱屏障，以隔離地面低溫環(huán)境并減少熱量散失。

（二）色彩與材質(zhì)

在視覺呈現(xiàn)方面，本系統(tǒng)主體采用經(jīng)典的白色作為主色調(diào)，并輔以醒目的紅色元素。這種色彩搭配突出了醫(yī)療設(shè)備的專業(yè)性與緊急性。此外，為提升操作便捷性，設(shè)備把手區(qū)域特別配備了乳膠材質(zhì)的防滑墊，這種設(shè)計顯著增強了握持的穩(wěn)定性，使用戶能夠在各種環(huán)境下更為輕松地提起和移動設(shè)備。同時，升溫毯采用防水材料，以降低漏電風(fēng)險，確保使用安全。

（三）人機尺寸

對復(fù)溫系統(tǒng)的人機尺寸進行分析時，需綜合考慮作業(yè)特點、人體尺寸及個體差異等因素。為確保設(shè)備手柄的舒適握持和操作便利，手柄的截面設(shè)計為矩形，并依據(jù)人體工程學(xué)原則，將手柄的抓握直徑設(shè)置在30～40 mm范圍內(nèi)。為了減少操控面板的屏幕反光，面板傾斜角度設(shè)定為20°。遵循使用頻率原則，常用元件布置于操作者易及區(qū)域，按鈕尺寸固定為12.5 mm。操控面板上設(shè)置旋鈕，以提高操作的直觀性和效率。

升溫毯的尺寸設(shè)計必須考慮傷員的體型差異。根據(jù)新頒布的《中國成年人人體尺寸（GB/T 10000-2023）》標準，在寬度設(shè)計方面，選取18-70歲成年男性最大肩寬的第99百分位作為基準，并結(jié)合功能修正量和心理修正量，確定升溫毯的最佳寬度為560 mm。同理，在長度設(shè)計方面，選取18-70歲成年男性身高第99百分位作為基準，確定升溫毯的最佳長度為1950 mm。整體設(shè)計效果見圖5。

（四）界面信息架構(gòu)

野外應(yīng)急救援復(fù)溫系統(tǒng)界面設(shè)計根據(jù)使用需求分為設(shè)備主頁、信息管理等五大模塊，主要界面設(shè)計效果如圖6所示。

1.設(shè)備主頁：顯示傷員的基本信息及其生理狀況，簡潔呈現(xiàn)關(guān)鍵的健康數(shù)據(jù)，如加熱溫度、復(fù)溫速率等，幫助救援人員迅速掌握傷員傷情。

2.信息管理：此模塊用于存儲和管理救援任務(wù)中的數(shù)據(jù)，救援人員可查看歷史記錄、導(dǎo)出報告并分析救援數(shù)據(jù)，如體溫變化、救援持續(xù)時間等。

3.急救診斷：通過實時監(jiān)測傳感器數(shù)據(jù)，系統(tǒng)評估傷員的體溫、脈搏、血氧等生理狀態(tài)，并提供急救建議。該模塊集成了遠程醫(yī)療功能，支持數(shù)據(jù)傳輸，便于與就近醫(yī)院對接。

4. 復(fù)溫模式：救援人員可根據(jù)傷員的需求和環(huán)境選擇適當復(fù)溫方案，系統(tǒng)能夠提供多種治療模式，如“輸液加溫”和“升溫毯加溫”等，實時顯示復(fù)溫進度及參數(shù)，確保復(fù)溫過程的安全和有效。

5.系統(tǒng)設(shè)置：此模塊用于調(diào)整設(shè)備參數(shù)和進行個性化配置，救援人員可設(shè)置網(wǎng)絡(luò)連接和電源管理等，確保設(shè)備在不同救援條件下的最佳運行狀態(tài)。

此外，界面設(shè)計策略結(jié)合簡潔的信息導(dǎo)航、層次化信息呈現(xiàn)與即時反饋等元素，為救援人員提供高效便捷的使用體驗，確保在各種環(huán)境下設(shè)備的安全性與可靠性。整體設(shè)計旨在有效提升救援過程的操作效率，優(yōu)化救援工作流程。圖6 野外應(yīng)急救援復(fù)溫系統(tǒng)主要界面展示

（五）任務(wù)流程策略

在緊急救援任務(wù)中，救援人員啟動復(fù)溫系統(tǒng)后，立即收集傷員的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)并進行初步評估。系統(tǒng)通過生理監(jiān)測模塊實時分析傷員的生命體征數(shù)據(jù)，準確判斷低體溫等級，并智能推薦個性化復(fù)溫治療方案。系統(tǒng)持續(xù)監(jiān)測傷員狀態(tài)，并提供動態(tài)反饋，以便調(diào)整治療方案，提高治療效果。

對于傷情較重的傷員，復(fù)溫系統(tǒng)將定位并推薦最近的醫(yī)療機構(gòu)，及時與醫(yī)院對接，確保信息傳遞準確迅速。救援人員隨后采取安全措施，將傷員轉(zhuǎn)移至醫(yī)療機構(gòu)，以便進行進一步治療。復(fù)溫系統(tǒng)的具體救援流程如圖7所示。

結(jié)語

基于人機安全視角，本研究針對野外應(yīng)急救援復(fù)溫過程中的人機安全問題深入分析，運用CWA法深入剖析了野外應(yīng)急復(fù)溫場景下救援人員的認知決策路徑，揭示了其潛在風(fēng)險與任務(wù)難點，明確了人機系統(tǒng)安全設(shè)計的關(guān)鍵需求。通過專家打分法量化需求權(quán)重，并應(yīng)用模糊TOPSIS對其優(yōu)化，借助FAST黑箱理論實現(xiàn)了從需求到功能的轉(zhuǎn)化，最終輸出了安全高效的野外應(yīng)急復(fù)溫系統(tǒng)人機安全設(shè)計方案，提升了設(shè)計的科學(xué)性與安全性，為相關(guān)領(lǐng)域產(chǎn)品的研究提供了有益參考。

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