面向城市樁井作業(yè)人員的安全救生設(shè)備設(shè)計(jì)

林炳塔等

[提 要]隨著經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)代城市建設(shè)的發(fā)展，絕大部分行業(yè)的管道，電纜通過地下連接，在挖樁和樁井下進(jìn)行安裝、清理，維修施工過程中，有著大量的有毒氣體及易燃易爆氣體（如：硫化氫、氰化氫、甲烷、一氧化碳、揮發(fā)性有機(jī)物等）對(duì)作業(yè)人員造成傷害。針對(duì)這些問題，我們本著“以人為本”的設(shè)計(jì)理念，來解決和幫助井下作業(yè)人員順利的完成井下工作，實(shí)現(xiàn)“安全下井，順利上井”的目標(biāo)。

[關(guān)鍵詞]以人為本；目標(biāo)；解決；幫助

[作者簡介]林炳塔（1992—），男，江西財(cái)經(jīng)大學(xué)藝術(shù)學(xué)院2012級(jí)工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)在讀本科生，研究方向?yàn)楫a(chǎn)品設(shè)計(jì)；歐陽時(shí)瑩（1995—），女，江西財(cái)經(jīng)大學(xué)藝術(shù)學(xué)院2013級(jí)工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)在讀本科生，研究方向?yàn)楫a(chǎn)品設(shè)計(jì)；吳 天（1993—），男，江西財(cái)經(jīng)大學(xué)藝術(shù)學(xué)院2013級(jí)工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)在讀本科生，研究方向?yàn)楫a(chǎn)品設(shè)計(jì)；熊偉文（1994—），男，江西財(cái)經(jīng)大學(xué)藝術(shù)學(xué)院2013級(jí)工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)在讀本科生，研究方向?yàn)楫a(chǎn)品設(shè)計(jì)；劉澤美（1993—），女，江西財(cái)經(jīng)大學(xué)藝術(shù)學(xué)院2013級(jí)工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)在讀本科生，研究方向?yàn)楫a(chǎn)品設(shè)計(jì)；指導(dǎo)老師為江西財(cái)經(jīng)大學(xué)藝術(shù)學(xué)院韓吉安講師（博士）。（江西南昌 330032）

一、前言

現(xiàn)代國內(nèi)一些樁井下的救生設(shè)備的設(shè)計(jì)理論的主要依據(jù)是西方數(shù)據(jù)，在西方國家中如：英國倫敦的城市地下排水系統(tǒng)中，他們前期的城市規(guī)劃相對(duì)完善，救生設(shè)備相對(duì)齊全，而且地下管道的建設(shè)尺寸大小、采用全自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備等要求都很全面。同樣在日本的城市地下排水系統(tǒng)中，他們對(duì)城市的地下管道的維修、清理等一系列的工作都是采取全自動(dòng)機(jī)器設(shè)備，減少工作人員的直接參與。這不但效率高，而且及時(shí)的解決樁井下出現(xiàn)的各種問題。

因此，我們要結(jié)合國內(nèi)各大城市樁井下的實(shí)際情況，具體問題具體分析，而不能盲目學(xué)習(xí)西方的設(shè)計(jì)方法和解決措施。要根據(jù)我們自己城市的實(shí)際地形的分布情況，做出應(yīng)對(duì)的解決方法和維修措施。

二、樁井下的安全救生設(shè)備必要性

（一）發(fā)展的趨勢(shì)

國家的發(fā)展和城市的建設(shè)息息相關(guān)，各方面的基礎(chǔ)設(shè)施是維系城市正常運(yùn)營的基石，城市樁井正是保證城市發(fā)展不可或缺的一環(huán)，樁井下作業(yè)人員的工作不僅影響到到人身安全而且關(guān)系到社會(huì)生命保障體制的完善與否。

樁井工人在井下作業(yè)時(shí)缺少相應(yīng)的氣體安全檢測(cè)和救生工具，缺乏救生知識(shí)和應(yīng)急常識(shí)，面對(duì)突發(fā)事件大多束手無策，極易造成群死群傷的重特大安全事故，倘若在危險(xiǎn)發(fā)生初期及時(shí)發(fā)現(xiàn)并利用身邊工具安全、便捷、高精度、高效率的排除隱患，事故發(fā)生時(shí)能最大限度的確保人身和國家財(cái)產(chǎn)安全，無疑是對(duì)自己對(duì)家人對(duì)社會(huì)最直接的感恩，此外樁井工人大多生活在社會(huì)的中下層，肩負(fù)著養(yǎng)老撫幼的責(zé)任，失去一個(gè)頂梁柱就會(huì)毀掉一個(gè)家，從這個(gè)角度來看，此項(xiàng)研究若能順利完成更減輕了社會(huì)壓力，為社會(huì)的平穩(wěn)發(fā)展出一份力。

通過早期的實(shí)地走訪我們發(fā)現(xiàn)，我國在城市樁井下安全檢測(cè)和救生方面比較薄弱，大多數(shù)人的關(guān)注點(diǎn)在礦井下的安全救生方面，誠然，礦井下安全救生問題不容忽視，但日益突出的城市樁井安全隱患也要引起格外的關(guān)注，所以，在此方面很有研究的必要。

（二）存在問題突出

隨著經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)代城市建設(shè)的發(fā)展，絕大部分行業(yè)的管道、電纜通過地下連接。在挖樁和樁井下進(jìn)行安裝、清理、維修施工過程中，急性中毒事故時(shí)有發(fā)生。

事故案例：

（1）2011年8月4日，永寧縣望遠(yuǎn)開發(fā)區(qū)的寧夏泰瑞制藥股份有限公司在進(jìn)行排水管道改造施工時(shí)，由于施工人員違規(guī)作業(yè)，發(fā)生硫化氫氣體中毒事故，造成3人死亡，3人中毒。

（2）2011年8月22日，中衛(wèi)市沙坡頭世紀(jì)花園居民小區(qū)物業(yè)公司在清理下水道時(shí)，由于施工人員在沒有采取安全防護(hù)措施的情況下擅自下井作業(yè)，發(fā)生硫化氫氣體中毒事故，致2人死亡，1人中毒。

（3）2011年8月25日，青銅峽市第三建筑公司在青銅峽市渭沙物流中心實(shí)施寧夏圣花米來生物有限公司污水管道改線施工時(shí)，發(fā)生硫化氫氣體中毒事故，造成5人死亡，2 人中毒。

最近一些年的樁井下的事故數(shù)據(jù)表明：樁井下作業(yè)急性混臺(tái)氣體中毒主要分布在建筑、市政工程、郵電通訊及煤氣管道等行業(yè)，分別為467%、20.%、13.3%和13.3%。

所以從以上案例和數(shù)據(jù)可以看出，在惡劣工作環(huán)境下從事這樣的行業(yè)的工作人員，承擔(dān)著高風(fēng)險(xiǎn)高死亡率，因此，這次樣本構(gòu)成分析也是因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)這樣的一個(gè)潛在巨大空洞分析空間，對(duì)于保障每個(gè)人的生命安全及維護(hù)城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展具有很大作用和意義。

三、設(shè)計(jì)構(gòu)思

（一）前期調(diào)查

調(diào)查中，對(duì)現(xiàn)有的安全救生工具的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)了有這樣幾點(diǎn)安全隱患：

1.在下井時(shí)，檢測(cè)設(shè)備的不齊全，導(dǎo)致所測(cè)出的安全數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，工作人員盲目下井作業(yè)，造成了氣體中毒而傷亡。

2.在檢測(cè)城市樁井下的氣體成分時(shí)，由于沒有進(jìn)入較深的井內(nèi)檢測(cè)，得不到十分準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，需要進(jìn)入較深的井內(nèi)檢測(cè)氣體成分，這對(duì)下井前的準(zhǔn)備工作帶來極大的不便和麻煩。

3.在一系列的下井前的準(zhǔn)備工作完畢后，安全的下井作業(yè)，但對(duì)下井后，由于工作人員身體的滾動(dòng)，引起各氣體的反應(yīng)，從而改變了氣體的安全比例和濃度，而引起爆炸傷亡。

4.由于井下惡劣環(huán)境，導(dǎo)致救生設(shè)備不能正常使用，另外工作人員的身體素質(zhì)參差不齊，加上缺氧，而發(fā)生身體結(jié)構(gòu)的變化，導(dǎo)致身體的不適或死亡。endprint

綜合以上幾點(diǎn)安全隱患，這讓我們對(duì)樁井下工作的環(huán)境有了更深層次認(rèn)識(shí)和了解，這對(duì)我們?cè)趯?duì)檢測(cè)設(shè)備的設(shè)計(jì)上有了很大的觸動(dòng)和設(shè)計(jì)空間。最后綜合分析，得出目前最應(yīng)該及時(shí)完善的設(shè)計(jì)。

（二）遵循設(shè)計(jì)規(guī)則：

為滿足現(xiàn)在中國各大城市環(huán)境下的城市樁井作業(yè)人員的安全救生設(shè)備在設(shè)計(jì)上準(zhǔn)確性、高精度性，安全系數(shù)等高精密的要求，面向城市樁井作業(yè)人員的安全救生設(shè)備的設(shè)計(jì)應(yīng)注重“安全、準(zhǔn)確、精密與創(chuàng)新共進(jìn)”，包括人對(duì)環(huán)境保護(hù)以及設(shè)備對(duì)人的人身安全的保障等全方位的設(shè)計(jì)，這就要求遵循以下設(shè)計(jì)規(guī)則：

1.智能安全性

著重強(qiáng)調(diào)樁井下作業(yè)人員安全和順利的進(jìn)行工作，通過全自動(dòng)智能檢測(cè)技術(shù)的使用，可以用來檢測(cè)樁井下環(huán)境的各種氣體指數(shù)，保障隨時(shí)對(duì)樁井下的氣體進(jìn)行跟蹤和更新數(shù)據(jù)，提供標(biāo)準(zhǔn)的安全數(shù)據(jù)給工作人員參考，隨時(shí)知道工作壞境下的安全系數(shù)，保證了工作人員在第一時(shí)間知道井下的狀況。

2.人機(jī)合理性

用人體測(cè)量學(xué)、人體力學(xué)、勞動(dòng)生理學(xué)、勞動(dòng)心理學(xué)等學(xué)科的研究方法，對(duì)人體結(jié)構(gòu)特征和機(jī)能特征進(jìn)行研究，提供人體各部分的尺寸、重量、體表面積、比重、重心以及人體各部分在活動(dòng)時(shí)的相互關(guān)系和可及范圍等人體結(jié)構(gòu)特征參數(shù)；還提供人體各部分的出力范圍、以及動(dòng)作時(shí)的習(xí)慣等人體機(jī)能特征參數(shù)，分析人的視覺、聽覺、觸覺以及膚覺等感覺器官的機(jī)能特性；分析人在各種勞動(dòng)時(shí)的生理變化、能量消耗、疲勞機(jī)理以及人對(duì)各種勞動(dòng)負(fù)荷的適應(yīng)能力；探討人在工作中影響心理狀態(tài)的因素以及心理因素對(duì)工作效率的影響等。最后我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)可以便攜式隨身帶的安全救生設(shè)備，這個(gè)儀器可以隨工作人員到工作地點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，附加一個(gè)配戴在工作人員手上的緊急手環(huán)，對(duì)工作人員并不會(huì)產(chǎn)生不便，而是時(shí)刻進(jìn)行井下的氣體跟蹤和更新。

3.便攜、易操作性

檢測(cè)機(jī)器設(shè)備由緊急警示手環(huán)和可移動(dòng)智能檢測(cè)機(jī)器人組成。緊急警示手環(huán)是針對(duì)工作人員在井下走動(dòng)或滾動(dòng)時(shí)，易引起二次氣體反應(yīng)，從而引發(fā)有毒氣體濃度的增大。這個(gè)時(shí)候緊急警示手環(huán)便起到了警示突發(fā)事件的作用，提醒作業(yè)人員及時(shí)防范或撤離。而檢測(cè)機(jī)器人即隨工作人員下井檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)井下環(huán)境氣體的實(shí)時(shí)安全檢測(cè)。它采用了德國Muhiwam II型多種氣體測(cè)定儀，隨時(shí)對(duì)樁井下的氣體進(jìn)行跟蹤和更新數(shù)據(jù)，提供標(biāo)準(zhǔn)的安全數(shù)據(jù)給工作人員參考，隨時(shí)知道工作壞境下的安全系數(shù)，保證了工作人員在第一時(shí)間知道井下的狀況。保障井下環(huán)境氣體檢測(cè)的準(zhǔn)確性、高精度性，讓工作人員安全下井，順利工作。

所以整個(gè)設(shè)計(jì)應(yīng)該要重視檢測(cè)機(jī)器的易操作性以及檢測(cè)機(jī)器的便攜性，這樣才能實(shí)現(xiàn)設(shè)備服務(wù)于人，方便于人，達(dá)到環(huán)境、機(jī)器與人的和睦共處。

（三）設(shè)計(jì)方案

本設(shè)計(jì)是一款井下環(huán)境氣體檢測(cè)機(jī)器設(shè)備。專門為城市樁井下作業(yè)人員下井前及作業(yè)過程中對(duì)井下環(huán)境氣體進(jìn)行檢測(cè)的機(jī)器設(shè)備。在前期調(diào)研中發(fā)現(xiàn)作業(yè)人員在井下工作時(shí)，容易吸入有毒氣體導(dǎo)致身體中毒，本設(shè)計(jì)主要針對(duì)此問題，來解決和幫助井下作業(yè)人員順利的完成井下工作。

本著“以人為本”的設(shè)計(jì)理念，實(shí)現(xiàn)“安全下井，順利上井”的目標(biāo)。檢測(cè)機(jī)器設(shè)備由緊急警示手環(huán)和可移動(dòng)智能檢測(cè)機(jī)器人組成。緊急警示手環(huán)是針對(duì)工作人員在井下走動(dòng)或滾動(dòng)時(shí)，易引起二次氣體反應(yīng)，從而引發(fā)有毒氣體濃度的增大。這個(gè)時(shí)候緊急警示手環(huán)便起到了警示突發(fā)事件的作用，提醒作業(yè)人員及時(shí)防范或撤離。而檢測(cè)機(jī)器人即隨工作人員下井檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)實(shí)地的井下環(huán)境氣體安全檢測(cè)。

1.安全性。檢測(cè)設(shè)備的安全性是保障井下作業(yè)人員生命安全的重要環(huán)節(jié)。因此，要在設(shè)計(jì)，生產(chǎn)，檢驗(yàn)過程中滿足產(chǎn)品安全性的要求。從人機(jī)工學(xué)的角度來看，產(chǎn)品設(shè)計(jì)要考慮到人體尺寸，人體各部位的運(yùn)動(dòng)特性，作業(yè)時(shí)的姿勢(shì)等因素，使操作者在作業(yè)時(shí)感覺舒適。產(chǎn)品舒適性也對(duì)產(chǎn)品安全有著重要的影響，如操作者長期保持不舒適的姿勢(shì)，則容易造成肢體疲勞或不良心理反映，增大誤操作的幾率從而導(dǎo)致事故發(fā)生。同時(shí)，長時(shí)間保持不舒適操作姿勢(shì)也會(huì)造成身體疾病。考慮到這些因素，加上井下工作環(huán)境惡劣，工作勞力大等，我們所設(shè)計(jì)的檢測(cè)設(shè)備是一款全自動(dòng)智能的檢測(cè)設(shè)備機(jī)器人，他不需要工作人員時(shí)刻跟隨他，而是機(jī)器通過自動(dòng)控制來實(shí)現(xiàn)和幫助工作人員完成任務(wù)。如遇到突發(fā)事件時(shí)，會(huì)把緊急信息發(fā)至作業(yè)人員的緊急警示手環(huán)上，第一時(shí)間讓作業(yè)人員知道井下情況。檢測(cè)設(shè)備機(jī)器人的基本形體為圖1，緊急警示手環(huán)的基本形態(tài)為圖2。

2.形態(tài)與色彩。在城市樁井下這樣的環(huán)境下作業(yè)，對(duì)檢測(cè)設(shè)備的外觀和色彩也有著重要的要求，如：紅色代表危險(xiǎn)；橙色代表注意的意思。結(jié)合這樣的環(huán)境需求，我們?cè)O(shè)計(jì)的靈感來自一種爬行動(dòng)物，它是一種是非常奇特的動(dòng)物，它具備了適于樹棲生活的種種特征和行為——變色龍。同時(shí)，我們也考慮到了色彩對(duì)作業(yè)人員的心理接受作用，所有運(yùn)用了橙色與黑色搭配，給井下環(huán)境的工作人員很好的警示和提醒作用外；更多的是影響作業(yè)人員的心理和傳達(dá)某種意義的作用。

3.功能性。在功能設(shè)計(jì)中運(yùn)用了自動(dòng)捕捉攝像頭、自動(dòng)開啟走過和滑動(dòng)的移動(dòng)功能、接發(fā)送信號(hào)的終端控制、緊急按鍵等功能。其檢測(cè)設(shè)備機(jī)器人和緊急警示手環(huán)的功能設(shè)計(jì)介紹如圖3與圖4。

四、結(jié)論

檢測(cè)設(shè)備的設(shè)計(jì)在理念的更新、新技術(shù)的應(yīng)用、智能功能的擴(kuò)展和延伸等方面，要既能體現(xiàn)國家的文化傳統(tǒng)和民族特點(diǎn)，也要實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)代文化的結(jié)合，不斷進(jìn)行設(shè)計(jì)創(chuàng)新，才能有持久的生命力。然而，像這種高精密檢測(cè)設(shè)備的創(chuàng)新并不是單純的求新、求異，應(yīng)該在有利于社會(huì)發(fā)展、符合社會(huì)文化和實(shí)際使用需求的基礎(chǔ)上，從設(shè)備器材的材料、加工工藝、設(shè)計(jì)手段等方面進(jìn)行改革和創(chuàng)新。

我們希望通過我們簡單的針對(duì)目樁井環(huán)境下的檢測(cè)設(shè)備機(jī)器的設(shè)計(jì)能讓人們認(rèn)識(shí)到科技創(chuàng)新和設(shè)計(jì)創(chuàng)新在我們?nèi)粘Ｉ钪械淖饔茫@不僅提高了我們工作效率另外也能讓我們的城市、我們的生活質(zhì)量提高到新的層次，設(shè)計(jì)讓生活更簡單！

[參考文獻(xiàn)]

[1]楊靜，梁偉臻，孟慶強(qiáng).城市下水道可燃有毒氣體的檢測(cè)方法[J].中國給水排水，2005，（1）.

[2]卡茲.空氣采樣與分析方法[M].北京：人民衛(wèi)生出版社，1982.

[3]汪東紅，李宗寶.硫化氫中毒及預(yù)防[M].北京：中國石化出版社，2008.

[4]張大群.解決城市下水道安全隱患迫在眉睫[J].中國經(jīng)濟(jì)周刊，2013，（9）.

[5]李代明.城市下水道爆炸的原因及處置措施[J].消防技術(shù)與產(chǎn)品信息，2007，（4）.

[6]李強(qiáng)，高碧華，楊開雄，王勇.鉆井作業(yè)硫化氫防護(hù)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2006.

[責(zé)任編輯：程文燕]endprint