基于应急心理与行为的矿用安全头盔设计研究

罗秋曼 贺孝梅

中国是世界煤炭生产大国同时也是矿难多发的国家。据统计，在2001-2015年，中国共发生三万多起矿难事故。所以党和政府一直将煤矿灾害事故的救援问题视为重要议题。全国人大及其常务委员会颁布《矿山安全法》《煤矿安全监察条例》《矿山安全法实施条例》《应急救援法律法规》等法律法规，意在规范安全生产提高矿难救援工作能力。

同时，在煤矿事故频发的情况下，快速有效的应急救援是减少事故人员伤亡和财产损失的有效措施。自救产品能在最短的时间内为受难的矿工提供一种简单、有效的生命保障，从而为在获得营救之前的这段时间内为生存争取到更长的时间。本文以矿用安全头盔为载体，基于应急心理和行为分析受困人员的生理心理状态，在应急自救方面对安全头盔进行设计研究，结合案例总结其设计原则及策略。

1.用户应急心理与行为

首先，对用户在突发状况下的应急心理和行为进行分析，有利于挖掘用户外在表现下的内在情感因素，来指导接下来的设计。根据情感化设计的三层次理论来分析用户突发状况下的心理和行为特点，能够反映出心理与行为方面的关联性，同时找到其意识层面的缘由。

1.1 应急心理与行为特点

应急心理是遇难人员在突发状况下，例如事故灾难、自然灾害和公共安全问题，产生的种种心理状态。这些心理状态常常受年龄、性别、性格、个人能力、安全知识等因素影响。用户应急心理，例如心理状态、态度、主观意识等对用户应急实际行为的表现有着很大的影响[1，2]。在煤矿灾害这种突发情况下，受困人员的心理处于极度不稳定的状态，容易产生消极和极端化的心理而不利于生存和逃生救援。

图1 应急心理与行为三层次分析

图2 常见安全头盔颜色

表1 常见安全头盔形态特点

应急心理主要有五大特点：（1）紧张失措。煤矿灾害发生初期由于其来势汹汹不给人反应的余地，通常这个时候受困的矿工会感到紧张失措。再加上周围的环境发生变化，例如照明系统受到损坏，道路堵塞，人群拥挤等，因而受困者失去安全感，神经紧张；（2）恐慌害怕。紧接着，由于可能产生的光线不足、毒气泄漏、粉尘弥漫、能见度降低、火灾危险等恶劣问题，受困人员难以辨别方向，不能到达安全的避难硐室或救生舱，胡乱逃生，拥挤推搡；（3）所以在寻找逃生的路径时，人们往往会选择最熟悉的道路，然而有的时候由于上层岩土的坍塌，道路结构被毁坏，导致原先设定好的逃生道路被封堵。如果在没有了解情况的状况下，一味地沿着原始道路逃生令道路的人流量加大形成滞留。（4）盲目从众。个体的心理和行为往往会受到群体的影响，会不自觉地在知觉、行为当中保持与大多数一致[4]。因此遇难矿工常常会效仿周围人的做法。（5）绝望放弃。在矿难发生了一段时间之后，人们激动慌乱的情绪开始稳定下来，但是因为外部救援的时间一般要持续几个小时到几天的时间，单在漫长的等待救援过程中，受困人员因体力消耗和受伤，常常会产生放弃的念头，生存意志也随之降低。

应急行为是应急心理的外在表现。突发灾害时不理智的心理状态会导致危险的行为，继而阻碍正确的应急救援[5]。应急行为主要有四大特点：（1）寻找亮光。矿井工作环境里的光线状态本就不明亮，煤矿灾害发生时，照明系统大多数情况下都会受不同程度的影响，这时候在黑暗的矿井中，人们趋向于寻找明亮的地方，缓解内心的恐惧。（2）首选熟路。在习惯心理的作用下，人们对于经常走的路更有把握，因而在逃生的过程中很大程度上会选择熟悉的道路。（3）跟随人群。依据从众心理，人们倾向于朝人多的方向行动，进而导致某些适合的逃生出口未被利用[6]。（4）停滞不前。由于受伤不能动弹或者等待的时间过长感到救援希望渺茫而心灰意冷，最终选择放弃抵抗灾难，停留在原地。

1.2 应急心理与应急行为的分析

应用三层次理论，从本能层、行为层和反思层来分析应急心理和行为以及意识上的特征。如图1，寻找光亮的行为反映出紧张和恐惧；选择熟悉的道路和跟随大众分别证明了习惯心理和从众心理的作用；停滞不前说明内心的绝望和无助。进一步从反思层面能够得到几个意识层面上的总结。在矿难情况下，首先遇险人员的判断力受到了影响，环境因素、心理因素，不当的行为无法使人清醒正确地做出决策；其次随波逐流的思想牵引着大部分人失去了主见；最后环境和身体的不适感加剧，等待被救援的焦急感不断增加着受困人员的心理压力。

2.现有矿用安全头盔现状

安全头盔是矿工们工作时必备的防护装备，能够较好地起到分散应力，缓冲减震和吸收外力的作用，是保护矿工头部的重要的一环。本文以此为例进行分析。

图3 一体化灯帽

图4 可拆卸灯帽

表2 需求分析

色彩鲜艳饱和度高。选择市场上同一品牌同一款式的产品进行总结比较，如图2可以看出，市场上常见的安全头盔颜色是红色、橙色、黄色、白色和蓝色等色彩鲜明醒目的颜色。在井下工作明亮的颜色识别性较高，可以避免因为看不见人员而进行一些操作时发生事故。

形态相似无较大差异。如表1，通过调研竞品分析获得市场上常见的矿用安全头盔形态。

功能单一。现有的安全头盔主要的作用是缓冲减震，分散受力和抗冲击力。当重物砸向头部的时候能够避免头部受冲击性的碰撞并且将力向四周发散，减小颈椎的压力，并且有锁扣调整大小松紧确保稳定性。矿用安全帽还配有防爆型LED灯在帽子前方，便于照明。有两种灯帽的形式，如图3、图4，一种是灯与帽子一体化，另一种是用带子固定在帽子上，灯卡在带子上。

然而矿用安全帽在应急状况下的功能体现得较少，难以应对突发的事故。本文根据矿用安全头盔的现状和问题基于煤矿灾害情境进行优化设计。

3.基于应急心理和行为的矿用安全头盔设计研究

3.1 基于心理与行为的需求分析

如表2，根据上文分析的应急状态下人们心理和行为进行安全头盔需求发散分析。

3.2 设计原则

3.2.1 多功能性

根据需求分析可以看出用户需求对于个人身体防护、照明、通讯和记录等方面有一定要求，因此安全头盔的功能应针对主要需求进行功能扩展。在灾难刚发生阶段，通常照明设施会失效，矿井光线暗淡，即使安全头盔颜色醒目，但是在光照不足的环境下可见性也大大降低，那么自发光的设计在这种情况下很有必要，能够让周围的人在黑暗中辨别人员的位置，避免拥挤和推搡。同时原有的应急照明装置也能够帮助受困者了解周围情况，寻找逃生道路。

在逃生到安全地点的阶段时，据文献了解煤矿灾害的成因主要分为5大类别，其中瓦斯爆炸和顶板事故最为常见[7，8]。由此考虑到环境因素的变化，可能会有较大的噪音，所以形态上尽量提高包裹性，不仅对于头部有较好的保护，而且关注耳朵的隔音效果。如图5的设计方案，头盔两侧可以将耳朵覆盖。同时掉落的碎石和粉尘会进入眼睛，导致不适和受伤，因而护目镜也是必不可少的配件。

等待救援过程中，通讯功能不仅能够帮助受困者群体的内部交流，说明自身所处的位置和道路情况，同时与外界联系，交流受伤情况、事故状况、矿井破坏程度等，能够给人一种心理慰藉，在等待的过程中能够与外界交流。记录功能是指头盔正面安装一个摄像头，能够记录井下的环境状况，在外部救援的时候将影像传输上去，从而让救援人员了解内部状况，便于制定救援计划。

3.2.2 可拆卸性

可拆卸性要求与安全头盔搭配的分部件能够根据不同情况进行替换。上文提到搭载的护目镜和灯光部件，在粉尘较大的时候能够换上护目镜，在照明系统失灵的时候能够提供照明功能。也就是说安全头盔可以如图6所示的使用方式，护目镜和灯带可以从侧面的洞中穿过进行替换。

3.2.3 单元性

图5 包裹性较好的头盔手绘案例

图6 可拆卸式头盔

图7 单元式装备

单元式系列化产品以不同功能的产品或者部件为单元，各单元承担不同的角色，为共同满足整体目标而构成产品系列[9]。每个部件功能不同，但能相互组合。如图7为单元式安全头盔装备，除了安全头盔还有头戴式矿灯和护目镜，三者共同形成一套装备，能够相互搭配实现其功能。在使用过程中，用户可以根据矿难的不同类别和周围环境进行选择性的装备穿戴，简化使用操作过程。

3.2.4 智能性

根据需求分析得出，通讯功能和摄影功能对于自救和救援都有较大的好处，同时在智能化时代，传感器、语音设备、Wifi连接和摄影摄像等技术日益发展，在安全头盔上安装这些装备实现内部和外部的沟通，将在很大程度上提高救援效率，并增加被救人员生存信心。

4.结语

煤矿灾害时有发生，我国对于矿难安全和救援方面极为重视。灾难发生时的心理状态大多是消极的，所产生的行为也常常不受理智的控制，导致判断失误、行事冲动和压力陡然增加的问题。通过市场上常见安全帽的调研，分析用户需求找到设计点，最终提出4个设计原则。旨在从应急自救个人防护方向对矿用安全头盔提供设计思路和指导。然而相较应急救援产品，应急自救方面的产品研究较少，安全头盔的设计研究只是自救产品中的一小部分，自救产品的系统化设计还需进一步完善。

注释：

[1]区晶莹，谢海龙，俞守华：《广东农村村民应急行为结构方程模型构建及其影响因素分析》，《广东农业科学》，2014年，第8期，第228-232页。

[2]段文婷：《计划行为理论述评》，《心理科学进展》， 2008年，第16期，第315-320页。

[3]益朋，李华：《人因习惯心理对安全疏散的影响研究》，《中国安全生产科学技术》， 2018年，第3期，第 144-150页。

[4]徐向宇：《典型宿舍火灾危险性及人员疏散模拟与疏散心理及行为调查研究》，硕士学位论文，太原理工大学，2016年。

[5]郭晓艳，张力：《安全人因工程中的心理因素》，《工业安全与环保》2007年，第10期，第 29-32页。

[6]HELBING D， FARKAS I J，VICSEK T， Freezing by heating in a driven mesoscopic System ，Physical Review Letters, 2000, no.6,pp.1240-1243.

[7]袁显平，严永胜，张金锁：《我国煤矿矿难特征及演变趋势》，《中国安全科学学报》，2014年，第6期，第 135-140页。

[8]解学才，宫伟东，林辰：《我国煤矿应急救援现状分析研究》，《煤矿安全》，2017年，第11期，第 229-232页。

[9]渐康：《城市电动汽车充电设备系列化设计研究》，硕士学位论文，浙江工业大学, 2017年。