面向城市樁井作業(yè)人員的安全救生設備設計

林炳塔 歐陽時瑩 吳天 熊偉文 劉澤美

面向城市樁井作業(yè)人員的安全救生設備設計

林炳塔 歐陽時瑩 吳天 熊偉文 劉澤美

隨著經濟和現代城市建設的發(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)性有機物等）對作業(yè)人員造成傷害。針對這些問題，我們本著“以人為本”的設計理念，來解決和幫助井下作業(yè)人員順利的完成井下工作，實現“安全下井，順利上井”的目標。

以人為本；目標；解決；幫助

一、前言

現代國內一些樁井下的救生設備的設計理論的主要依據是西方數據，在西方國家中如：英國倫敦的城市地下排水系統中，他們前期的城市規(guī)劃相對完善，救生設備相對齊全，而且地下管道的建設尺寸大小、采用全自動檢測設備等要求都很全面。同樣在日本的城市地下排水系統中，他們對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機器設備，減少工作人員的直接參與。這不但效率高，而且及時的解決樁井下出現的各種問題。

因此，我們要結合國內各大城市樁井下的實際情況，具體問題具體分析，而不能盲目學習西方的設計方法和解決措施。要根據我們自己城市的實際地形的分布情況，做出應對的解決方法和維修措施。

二、樁井下的安全救生設備必要性

（一）發(fā)展的趨勢

國家的發(fā)展和城市的建設息息相關，各方面的基礎設施是維系城市正常運營的基石，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系到社會生命保障體制的完善與否。

樁井工人在井下作業(yè)時缺少相應的氣體安全檢測和救生工具，缺乏救生知識和應急常識，面對突發(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，倘若在危險發(fā)生初期及時發(fā)現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)生時能最大限度的確保人身和國家財產安全，無疑是對自己對家人對社會最直接的感恩，此外樁井工人大多生活在社會的中下層，肩負著養(yǎng)老撫幼的責任，失去一個頂梁柱就會毀掉一個家，從這個角度來看，此項研究若能順利完成更減輕了社會壓力，為社會的平穩(wěn)發(fā)展出一份力。

通過早期的實地走訪我們發(fā)現，我國在城市樁井下安全檢測和救生方面比較薄弱，大多數人的關注點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注，所以，在此方面很有研究的必要。

（二）存在問題突出

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

事故案例：

（1）2011年8月4日，永寧縣望遠開發(fā)區(qū)的寧夏泰瑞制藥股份有限公司在進行排水管道改造施工時，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)市沙坡頭世紀花園居民小區(qū)物業(yè)公司在清理下水道時，由于施工人員在沒有采取安全防護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施寧夏圣花米來生物有限公司污水管道改線施工時，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據表明：樁井下作業(yè)急性混臺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據可以看出，在惡劣工作環(huán)境下從事這樣的行業(yè)的工作人員，承擔著高風險高死亡率，因此，這次樣本構成分析也是因為發(fā)現這樣的一個潛在巨大空洞分析空間，對于保障每個人的生命安全及維護城市基礎設施建設和可持續(xù)發(fā)展具有很大作用和意義。

三、設計構思

（一）前期調查

調查中，對現有的安全救生工具的調查，發(fā)現了有這樣幾點安全隱患：

1.在下井時，檢測設備的不齊全，導致所測出的安全數據不準確，工作人員盲目下井作業(yè)，造成了氣體中毒而傷亡。

2.在檢測城市樁井下的氣體成分時，由于沒有進入較深的井內檢測，得不到十分準確的數據，需要進入較深的井內檢測氣體成分，這對下井前的準備工作帶來極大的不便和麻煩。

3.在一系列的下井前的準備工作完畢后，安全的下井作業(yè)，但對下井后，由于工作人員身體的滾動，引起各氣體的反應，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，導致救生設備不能正常使用，另外工作人員的身體素質參差不齊，加上缺氧，而發(fā)生身體結構的變化，導致身體的不適或死亡。

綜合以上幾點安全隱患，這讓我們對樁井下工作的環(huán)境有了更深層次認識和了解，這對我們在對檢測設備的設計上有了很大的觸動和設計空間。最后綜合分析，得出目前最應該及時完善的設計。

（二）遵循設計規(guī)則：

為滿足現在中國各大城市環(huán)境下的城市樁井作業(yè)人員的安全救生設備在設計上準確性、高精度性，安全系數等高精密的要求，面向城市樁井作業(yè)人員的安全救生設備的設計應注重“安全、準確、精密與創(chuàng)新共進”，包括人對環(huán)境保護以及設備對人的人身安全的保障等全方位的設計，這就要求遵循以下設計規(guī)則：

1.智能安全性

著重強調樁井下作業(yè)人員安全和順利的進行工作，通過全自動智能檢測技術的使用，可以用來檢測樁井下環(huán)境的各種氣體指數，保障隨時對樁井下的氣體進行跟蹤和更新數據，提供標準的安全數據給工作人員參考，隨時知道工作壞境下的安全系數，保證了工作人員在第一時間知道井下的狀況。

2.人機合理性

用人體測量學、人體力學、勞動生理學、勞動心理學等學科的研究方法，對人體結構特征和機能特征進行研究，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時的相互關系和可及范圍等人體結構特征參數；還提供人體各部分的出力范圍、以及動作時的習慣等人體機能特征參數，分析人的視覺、聽覺、觸覺以及膚覺等感覺器官的機能特性；分析人在各種勞動時的生理變化、能量消耗、疲勞機理以及人對各種勞動負荷的適應能力；探討人在工作中影響心理狀態(tài)的因素以及心理因素對工作效率的影響等。最后我們設計了一個可以便攜式隨身帶的安全救生設備，這個儀器可以隨工作人員到工作地點進行檢測，附加一個配戴在工作人員手上的緊急手環(huán)，對工作人員并不會產生不便，而是時刻進行井下的氣體跟蹤和更新。

3.便攜、易操作性

檢測機器設備由緊急警示手環(huán)和可移動智能檢測機器人組成。緊急警示手環(huán)是針對工作人員在井下走動或滾動時，易引起二次氣體反應，從而引發(fā)有毒氣體濃度的增大。這個時候緊急警示手環(huán)便起到了警示突發(fā)事件的作用，提醒作業(yè)人員及時防范或撤離。而檢測機器人即隨工作人員下井檢測，實現井下環(huán)境氣體的實時安全檢測。它采用了德國Muhiwam II型多種氣體測定儀，隨時對樁井下的氣體進行跟蹤和更新數據，提供標準的安全數據給工作人員參考，隨時知道工作壞境下的安全系數，保證了工作人員在第一時間知道井下的狀況。保障井下環(huán)境氣體檢測的準確性、高精度性，讓工作人員安全下井，順利工作。

所以整個設計應該要重視檢測機器的易操作性以及檢測機器的便攜性，這樣才能實現設備服務于人，方便于人，達到環(huán)境、機器與人的和睦共處。

（三）設計方案

本設計是一款井下環(huán)境氣體檢測機器設備。專門為城市樁井下作業(yè)人員下井前及作業(yè)過程中對井下環(huán)境氣體進行檢測的機器設備。在前期調研中發(fā)現作業(yè)人員在井下工作時，容易吸入有毒氣體導致身體中毒，本設計主要針對此問題，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”的設計理念，實現“安全下井，順利上井”的目標。檢測機器設備由緊急警示手環(huán)和可移動智能檢測機器人組成。緊急警示手環(huán)是針對工作人員在井下走動或滾動時，易引起二次氣體反應，從而引發(fā)有毒氣體濃度的增大。這個時候緊急警示手環(huán)便起到了警示突發(fā)事件的作用，提醒作業(yè)人員及時防范或撤離。而檢測機器人即隨工作人員下井檢測，實現實時實地的井下環(huán)境氣體安全檢測。

1.安全性。檢測設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，要在設計，生產，檢驗過程中滿足產品安全性的要求。從人機工學的角度來看，產品設計要考慮到人體尺寸，人體各部位的運動特性，作業(yè)時的姿勢等因素，使操作者在作業(yè)時感覺舒適。產品舒適性也對產品安全有著重要的影響，如操作者長期保持不舒適的姿勢，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致事故發(fā)生。同時，長時間保持不舒適操作姿勢也會造成身體疾病。考慮到這些因素，加上井下工作環(huán)境惡劣，工作勞力大等，我們所設計的檢測設備是一款全自動智能的檢測設備機器人，他不需要工作人員時刻跟隨他，而是機器通過自動控制來實現和幫助工作人員完成任務。如遇到突發(fā)事件時，會把緊急信息發(fā)至作業(yè)人員的緊急警示手環(huán)上，第一時間讓作業(yè)人員知道井下情況。檢測設備機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)，對檢測設備的外觀和色彩也有著重要的要求，如：紅色代表危險；橙色代表注意的意思。結合這樣的環(huán)境需求，我們設計的靈感來自一種爬行動物，它是一種是非常奇特的動物，它具備了適于樹棲生活的種種特征和行為——變色龍。同時，我們也考慮到了色彩對作業(yè)人員的心理接受作用，所有運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)人員的心理和傳達某種意義的作用。

圖1

圖2

3.功能性。在功能設計中運用了自動捕捉攝像頭、自動開啟走過和滑動的移動功能、接發(fā)送信號的終端控制、緊急按鍵等功能。其檢測設備機器人和緊急警示手環(huán)的功能設計介紹如圖3與圖4。

四、結論

圖3

圖4

檢測設備的設計在理念的更新、新技術的應用、智能功能的擴展和延伸等方面，要既能體現國家的文化傳統和民族特點，也要實現與現代文化的結合，不斷進行設計創(chuàng)新，才能有持久的生命力。然而，像這種高精密檢測設備的創(chuàng)新并不是單純的求新、求異，應該在有利于社會發(fā)展、符合社會文化和實際使用需求的基礎上，從設備器材的材料、加工工藝、設計手段等方面進行改革和創(chuàng)新。

我們希望通過我們簡單的針對目樁井環(huán)境下的檢測設備機器的設計能讓人們認識到科技創(chuàng)新和設計創(chuàng)新在我們日常生活中的作用，這不僅提高了我們工作效率另外也能讓我們的城市、我們的生活質量提高到新的層次，設計讓生活更簡單！

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

［責任編輯：程文燕］

林炳塔（1992—），男，江西財經大學藝術學院2012級工業(yè)設計專業(yè)在讀本科生，研究方向為產品設計；歐陽時瑩（1995—），女，江西財經大學藝術學院2013級工業(yè)設計專業(yè)在讀本科生，研究方向為產品設計；吳天（1993—），男，江西財經大學藝術學院2013級工業(yè)設計專業(yè)在讀本科生，研究方向為產品設計；熊偉文（1994—），男，江西財經大學藝術學院2013級工業(yè)設計專業(yè)在讀本科生，研究方向為產品設計；劉澤美（1993—），女，江西財經大學藝術學院2013級工業(yè)設計專業(yè)在讀本科生，研究方向為產品設計；指導老師為江西財經大學藝術學院韓吉安講師（博士）。（江西南昌330032）