高原建筑工人生理需求的特征分析

庞 胜，张 丹，刘廷祥，闵 海

(1.青海大学土木工程学院，青海 西宁 810016； 2.青海省建筑节能材料与工程安全重点实验室，青海 西宁 810016；3.中建三局集团有限公司西北分公司西宁经理部青海卫生职业学院新校区建设项目项目部，青海 西宁 810016)

建筑行业属于劳动密集型产业，具有劳动强度大、安全隐患多等特点，大多数建筑工人在工作过程中面临着较大的生理需求[1]。生理需求是建筑工人对给定工作负荷的生理反应，可以评估建筑工人的疲劳程度。近年来，由建筑工人生理需求引起的安全事故受到越来越多学者的关注[2]。黄芹芹等[3]研究发现生理需求和不安全行为之间有着显著影响，田水承等[4]研究发现建筑工人生理需求是引起不安全行为的重要因素。在测量建筑工人生理需求的数据中，心率被广泛应用且被证明是可靠的指标[5]。腕带设备是一种重量轻、佩戴舒适，可以获取受试者心率和皮肤温度等数据的设备，与心电图传感器相比，腕带设备测量的心率误差在可接受范围内[6]。心率储备百分比(%HRR)是一个与工作时间有关系的指标，它可以忽略个体差异，对心率进行标准化，能够衡量生理需求的相对量[7]。以往针对建筑工人生理需求的研究多采用问卷调查的方式。本文以春、冬季高原建筑工人为研究对象，通过腕带设备收集心率定量数据，并基于%HRR计算结果评估建筑工人在工作期间的生理需求，为其职业健康与安全提供保障。

1 试验设计与方法

1.1 研究对象

本文选取西宁市在建工程的32名建筑工人为研究对象，基本信息如表1所示。本次数据收集工作均征得建筑工人的允许，且在不影响正常施工的情况下进行，数据收集时间为冬季和春季，早上9：00为受试者佩戴腕带设备，下午17：00取下该设备。个别工种由于工作原因，调整了数据收集时间。

表1 研究对象基本信息情况Tab.1 Basic information of research objects

表1(续)

1.2 计算方法

利用腕带设备收集建筑工人心率(HR)数据，将心率转化为心率储备百分比(%HRR)指标，计算其生理需求。计算公式[8-11]如下:

HR最大=208-0.7×年龄

(1)

(2)

式中:HR工作为平均工作心率，HR休息为静息心率。

平均工作心率是每个受试者整个工作期间心率的平均值，静息心率在每个受试者开始静息后10～15 min测量[6,8]。在许多研究中%HRR是按天进行平均计算，本研究中每30 min对%HRR进行1次计算，以便检查工作过程中生理需求的变化情况。工作期间超过30%HRR是较高的生理需求，超过40%HRR是更高的生理需求[12-14]。

2 结果与分析

2.1 高原建筑工人生理需求计算结果

由表2可知，整个数据收集期建筑工人的平均%HRR为8.32%～28.31%，在春、冬季施工作业中均没有超过30%HRR和40%HRR的限制，故32名建筑工人的生理需求低。

表2 生理需求计算结果Tab.2 Calculation results of physiological needs

2.2 工作量对高原建筑工人生理需求的影响

春、冬季高原建筑工人的生理需求可视化分析如图1所示。由图1可知，春、冬季高原建筑工人的平均%HRR分别为19.60%和18.67%，春季建筑工人生理需求整体高于冬季，造成这一现象的原因可能是工作量。

图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

将建筑工人在工作期间的生理趋势图进行统计分析(图2)。由图2可知，G1、H1、H2、J3、M1、M2、D3、D4在11：00～15：30时生理需求较高，超过30%的生理限制，根据实地调研可知，该时间段建筑工人的工作量相对集中。其中，G1、H2参与了2次数据收集，平均%HRR分别为24.88%、26.71%和26.11%、25.52%，二者生理需求出现差异的原因是每日工作量的不同。

2.3 年龄对高原建筑工人生理需求的影响

同一工种不同年龄建筑工人工作量相同时生理需求如图3、图4所示。由图3可知，同一工种的建筑工人工作量相同时，年龄在20～35岁的建筑工人生理需求要低于年龄在 35～50岁建筑工人的生理需求，即年龄小的建筑工人生理需求要低于年龄大的建筑工人。

图3 同一工种不同年龄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

工作量相同时，D3、D4数据收集期的平均%HRR分别为28.31%和24.41%，D3年龄为40岁，D4年龄为27岁；工作量相同时，H1、H2数据收集期的平均%HRR分别为24.90%和25.52%， H1年龄为27岁，H2年龄为38岁(图4)。

图4 工作量相同时不同年龄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 外界自然环境对高原建筑工人生理需求的影响

根据温湿度仪器收集建筑工人工作的环境温度如表3所示。

表3 建筑工人工作的环境温度Tab.3 Ambient temperature of construction workers

建筑工人的体表温度是对外界环境的应激反应体现之一[9]。室内、外建筑工人的体表温度和生理需求如图5所示。由图5可知，建筑工人体表温度与生理需求呈正相关关系。根据实地调研统计得到室内、外建筑工人数据收集期的平均 %HRR分别为19.72%和17.60%，室内建筑工人生理需求高于室外。外界自然环境也是影响建筑工人生理需求的因素之一。

图5 室内、外建筑工人的体表温度变化和生理需求变化Fig.5 Variations of body surface temperature and physiological needs of indoor and outdoor construction workers

3 讨论与结论

本研究通过腕带设备收集春、冬季高原建筑工人的心率，并基于%HRR计算其生理需求，得到结论如下：(1)春、冬季高原建筑工人在整个数据收集期的平均%HRR为8.32%～28.31%，均未超过生理需求限制。(2)利用腕带设备监测心率，可以捕获到建筑工人在工作中超出生理需求限制的具体时间段。G1、H1、H2、J3、M1、M2、D3、D4在11：00～15：30时生理需求超出了30%HRR的生理限制，因为该时间段工作量相对集中，这与田水承等[4]的研究结论基本相似。为保证建筑工人的职业健康与安全，工程管理人员可将较集中的工作量均衡分配到其他时间段。(3)工作量相同时，年龄大的建筑工人生理需求要高于年龄小的建筑工人，这与Martin等[15]通过定性研究的结论一致。工程管理人员应考虑建筑工人的年龄，将工作量尽可能均分到不同的工作日，减少安全事故的发生。(4)室内建筑工人生理需求高于室外建筑工人，这是因为冬季高原建筑工人室外体表温度要低于室内，工程管理人员考虑到该因素会适量减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、年龄和外界自然环境的综合影响，工作量对生理需求的影响最明显。