消防員火場工作效率變化的研究

張維誠

摘要：隨著制造業(yè)、工業(yè)的不斷發(fā)展，人們的日常生活環(huán)境變得日趨多樣化、復(fù)雜化，高速發(fā)展的物質(zhì)環(huán)境帶來便捷高效的同時(shí)也蘊(yùn)藏著越來越多的火災(zāi)隱患，增大了滅火救援任務(wù)的難度。盡管一直備受多方高度重視，但消防員在出勤作戰(zhàn)過程中的傷亡仍然不斷發(fā)生。文章選取一線的消防戰(zhàn)斗員作為實(shí)驗(yàn)對象，按照實(shí)戰(zhàn)化裝備后，在模擬火災(zāi)環(huán)境下進(jìn)行模擬體力運(yùn)動(dòng)，達(dá)到指定的狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)后再進(jìn)行相關(guān)的消防項(xiàng)目作業(yè)，分析比較不同環(huán)境狀態(tài)下人員的體征狀態(tài)隨著疲勞度的增加，變化情況有什么差異，分別在不同環(huán)境和不同疲勞狀態(tài)下測試消防員作業(yè)能力的變化，探索疲勞度和作業(yè)能力之間的關(guān)聯(lián)，尋找消防員在什么狀態(tài)下效率最優(yōu)，什么狀態(tài)下作業(yè)能力開始減弱。

關(guān)鍵詞：自疲勞;工作效率;最大心率;煙熱

一、研究目的

主觀判斷人員的疲勞程度很可能存在誤差，作戰(zhàn)時(shí)消防員常常用強(qiáng)烈的責(zé)任心掩蓋了自身的疲勞感，其實(shí)現(xiàn)實(shí)中每一次奮不顧身的決定通常都是充滿風(fēng)險(xiǎn)的。

目前國內(nèi)的消防救援并沒有明確的指導(dǎo)手冊或者規(guī)程來規(guī)范指揮員要在消防員投入戰(zhàn)斗多久后進(jìn)行輪替更換，實(shí)戰(zhàn)中只有根據(jù)空氣呼吸器的使用時(shí)長限定消防員進(jìn)入火災(zāi)現(xiàn)場內(nèi)部作業(yè)的時(shí)間，一線消防中隊(duì)主流的戰(zhàn)備用空氣呼吸器配備的壓縮空氣鋼瓶都是6.8升容量，建議使用時(shí)長30分鐘，此時(shí)需要后方提示戰(zhàn)斗員準(zhǔn)備撤離火災(zāi)現(xiàn)場，更換氣瓶。但這個(gè)輪換機(jī)制顯然并不完全合理，滅火救援中起到核心作用的依舊是人，持續(xù)的高強(qiáng)度作業(yè)可能導(dǎo)致人在空氣呼吸器失效前就達(dá)到疲勞狀態(tài)，因此為了確保人員安全，提高滅火作戰(zhàn)效能，需要科學(xué)的輪替制度。

二、作業(yè)效率實(shí)驗(yàn)測試

（一）實(shí)驗(yàn)思路

實(shí)驗(yàn)主要通過在煙熱和普通兩種不同環(huán)境下模擬體力運(yùn)動(dòng)，研究比較人員在達(dá)到不同疲勞程度時(shí)，體征狀態(tài)的變化情況，分析環(huán)境對于消防員運(yùn)動(dòng)疲勞產(chǎn)生的影響，在疲勞程度與體征數(shù)據(jù)間建立關(guān)聯(lián)，體征數(shù)據(jù)主要采集心率、呼吸頻率、體溫和腦電。再以體征數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)測試不同體征狀態(tài)下人員作業(yè)能力的變化程度，尋找疲勞程度對于消防員作業(yè)能力的影響，作業(yè)能力主要測試消防員的力量、腦力和消防器材操作效率。

（二）實(shí)驗(yàn)人員選取

本次實(shí)驗(yàn)的主體是在滅火救援行動(dòng)中擔(dān)任核心作用的人員，業(yè)務(wù)成熟的一線的消防員，足夠的火場作業(yè)經(jīng)驗(yàn)可以最大程度地減少心理因素對實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成的偏差，抽選執(zhí)勤中隊(duì)?wèi)?zhàn)斗員15人，均在職業(yè)鑒定考核中體能、技能達(dá)到及格標(biāo)準(zhǔn)，健康無傷病，從事消防戰(zhàn)斗崗位工作3年以上，出勤次數(shù)在1000次以上，所有人員在實(shí)驗(yàn)前參與了最大心率測試。

（三）實(shí)驗(yàn)場地的設(shè)置

為貼近現(xiàn)實(shí)，試驗(yàn)場地選取了一棟磚木結(jié)構(gòu)的廢用民房，房屋整體結(jié)構(gòu)完整。取其中一個(gè)面積為12m2的臥室作為煙熱室，長度3m，寬度4m。在臥室的西北角墻角處設(shè)置燃燒點(diǎn)，放置一個(gè)燃燒鐵桶，直徑60cm。

在東南角近門處設(shè)置一個(gè)踏步臺階，按照中國成年人體質(zhì)測定標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定高度40cm，寬度60cm，踏步臺階距離燃燒桶3m。在踏步臺階正上方1.2m處設(shè)置一個(gè)熱電偶測溫器，高度位于測試人員腰間。房門東側(cè)連通著一條寬1.5m、長4m的走道，走道北側(cè)墻面上有一扇窗戶，采光良好，用這一走道作為測試區(qū)，測試者在煙熱室內(nèi)完成模擬運(yùn)動(dòng)后到達(dá)測試區(qū)完成指定任務(wù)，采集相應(yīng)數(shù)據(jù)。試驗(yàn)場地示意圖如圖1所示。

（四）作業(yè)疲勞的模擬

消防員作業(yè)疲勞通過臺階踏步的方式來模擬完成，臺階測試的標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)《中國成年人體質(zhì)測定標(biāo)準(zhǔn)手冊》設(shè)定。踏步所用臺階平臺為40cm高的標(biāo)準(zhǔn)測試高度，測試人員在模擬期間需要保持2s/次的頻率進(jìn)行踏步運(yùn)動(dòng)，相當(dāng)于國家勞動(dòng)強(qiáng)度分級中的體力勞動(dòng)強(qiáng)度4級，屬于強(qiáng)體力勞動(dòng)。

（五）作業(yè)能力的測試

作業(yè)能力主要包括腦力、力量和器材操作效率三個(gè)方面。研究在不同的環(huán)境下，消防員的救援效能與疲勞程度變化間的關(guān)系。腦力的測試采用舒爾特方格測試、Extreme Test和Mind Wave頭戴腦波記錄儀，分別測試人員的集中度、反應(yīng)速度和腦電數(shù)據(jù)。力量通過電子握力器采集瞬時(shí)握力。器材操作采集消防員在火場使用最頻繁的器材：液壓剪、無齒鋸、水槍，液壓剪夾運(yùn)乒乓球，無齒鋸切割螺紋鋼筋分別記錄時(shí)效，水槍結(jié)合陀螺儀測試射水的穩(wěn)定性。

（六）煙熱環(huán)境的模擬

高溫?zé)煙嵬ㄟ^真火燃燒得到，燃燒物混合有木材、棉麻、塑料、壓縮板，都是些民用家具的主要材料，確保實(shí)時(shí)溫度保持在100℃±20℃。

（七）疲勞的判定

為了減少不必要的數(shù)據(jù)采集和更加貼近實(shí)際情況，需要模擬整個(gè)戰(zhàn)斗準(zhǔn)備和戰(zhàn)斗展開的情況，實(shí)測15名實(shí)驗(yàn)人員靜態(tài)心率平均為最大心率的37%，整裝搬運(yùn)兩盤65mm口徑水帶，奔跑50m并成功建立分水陣地后，平均心率為個(gè)人最大心率的73%。因此文章中實(shí)驗(yàn)心率的記錄起點(diǎn)設(shè)在個(gè)人最大心率70%處。

實(shí)驗(yàn)步驟按照設(shè)計(jì)流程，運(yùn)動(dòng)中斷點(diǎn)以心率指標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合RPE量表設(shè)置初始狀態(tài)為靜止?fàn)顟B(tài)，第一個(gè)測試點(diǎn)設(shè)為個(gè)人最大心率的70%處，之后測試人員心率每提高最大心率的5%記錄一次測試數(shù)據(jù)。

（八）實(shí)驗(yàn)流程的設(shè)計(jì)

第一，確保人員狀態(tài)良好，休息充足，調(diào)整實(shí)驗(yàn)室溫度，常溫下保持室內(nèi)正常通風(fēng)采光。

第二，實(shí)驗(yàn)人員穿戴全套實(shí)戰(zhàn)用防護(hù)裝備，佩戴心率傳感器和運(yùn)動(dòng)相機(jī)。保證各類檢測設(shè)備的運(yùn)行正常。實(shí)驗(yàn)者完成著裝要求后，靜止休息。

第三，實(shí)驗(yàn)者進(jìn)入試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行臺階踏步運(yùn)動(dòng)，在節(jié)拍器的輔助下，保持2s/次的頻率。

第四，在完成規(guī)定量的運(yùn)動(dòng)后，停止運(yùn)動(dòng)，移動(dòng)到測試區(qū)，運(yùn)動(dòng)中斷點(diǎn)以達(dá)到規(guī)定的體征數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)。

第五，在測試區(qū)內(nèi)，實(shí)驗(yàn)人員按照測試要求完成對應(yīng)的測試項(xiàng)目，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

第六，測試結(jié)束后實(shí)驗(yàn)人員重新返回試驗(yàn)區(qū)，重復(fù)步驟三、四、五。

第七，實(shí)驗(yàn)過程中如果出現(xiàn)以下情況立即中斷實(shí)驗(yàn)：空氣呼吸器報(bào)警、實(shí)驗(yàn)人員因體力不支無法在測試區(qū)完成規(guī)定項(xiàng)目或者實(shí)驗(yàn)人員因體力不支自行宣告中斷。

第八，結(jié)束測試后的實(shí)驗(yàn)人員卸去防護(hù)裝備，在正常環(huán)境溫度下靜坐休息，期間繼續(xù)保持心率的動(dòng)態(tài)記錄。

三、疲勞對消防員作業(yè)能力的影響

（一）集中度和反應(yīng)速度的變化

在注意力集中的舒爾特方格測試中，常溫環(huán)境下人員在到達(dá)最大心率的90%時(shí)注意力有明顯的下滑，煙熱狀態(tài)下人員在達(dá)到最大心率的85%時(shí)，注意力就開始呈現(xiàn)衰減，在70%～80%心率區(qū)間內(nèi)時(shí)，常溫環(huán)境下的測試數(shù)據(jù)要優(yōu)于煙熱環(huán)境下，由此可得出煙熱環(huán)境不利于人員的注意力集中。

在前兩個(gè)心率區(qū)間內(nèi)，反應(yīng)速度測試的數(shù)據(jù)，煙熱環(huán)境下要優(yōu)于常溫環(huán)境，從最大心率的80%后開始反轉(zhuǎn)，常溫環(huán)境下人員的反應(yīng)速度要優(yōu)于煙熱環(huán)境，常溫環(huán)境下人員的反應(yīng)速度最差值出現(xiàn)在最大心率的85%至力竭之間，煙熱環(huán)境下出現(xiàn)在最大心率的80%至力竭之間。

（二）握力的變化

消防員的內(nèi)場作業(yè)絕大部分都是靠上肢完成，力量自然也是衡量一個(gè)消防員作業(yè)能力的重要指標(biāo)。

整理比較每一名測試人員實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中握力的最大值發(fā)現(xiàn)，煙熱環(huán)境下，2人的握力最大值出現(xiàn)在最大心率的70%時(shí)，3人的握力最大值出現(xiàn)在最大心率的75%時(shí)，2人的握力最大值出現(xiàn)在最大心率的85%時(shí)，5人的握力最大值出現(xiàn)在最大心率的90%時(shí)，3人的握力最大值出現(xiàn)在最大心率的95%時(shí)。常溫環(huán)境下，2人的握力最大值出現(xiàn)在最大心率的75%時(shí)，3人的握力最大值出現(xiàn)在最大心率的80%時(shí)，6人握力最大值出現(xiàn)在最大心率的85%時(shí)，4人握力最大值出現(xiàn)在最大心率的90%時(shí)。

總結(jié)可得出，測試人員手臂的爆發(fā)力并不隨著心率的變化而線性變化，疲勞度的增加與瞬時(shí)爆發(fā)力沒有直接的線性關(guān)系，總體上握力的最大值出現(xiàn)在人員最大心率的75%～90%之間。

（三）射水穩(wěn)定性的變化

射水是消防員滅火救援中最常見的作業(yè)方式，文章中動(dòng)作穩(wěn)定性的試驗(yàn)記錄測試者在達(dá)到指定心率后，30s內(nèi)目標(biāo)射水時(shí)的水槍擺動(dòng)軌跡。

常溫環(huán)境下，人員操作水槍的偏移量隨著心率的增大而增大，有2人的水槍偏移增量達(dá)到初始狀態(tài)的3倍以上，煙熱環(huán)境下15人中13人保持相同的趨勢，有兩人在達(dá)到最大心率90%時(shí)，位移量有所增加，有6人的最終偏移量達(dá)到第一次的3倍以上。分析原因是因?yàn)檫@兩名測試人員在最大心率90%后，無法堅(jiān)持標(biāo)準(zhǔn)的水槍握姿，而改用腰帶借力支撐。

人員的動(dòng)作穩(wěn)定性受煙熱環(huán)境影響較大，相同心率時(shí)煙熱環(huán)境下人員操作水槍時(shí)的穩(wěn)定性要低于常溫環(huán)境下，穩(wěn)定性都隨著人員心率的增長而下降。

（四）操作器材效率的變化

液壓剪的操作實(shí)驗(yàn)中，出現(xiàn)了34次失誤，6次發(fā)生在常溫環(huán)境測試時(shí)，28次發(fā)生在煙熱環(huán)境測試時(shí)，其中3次發(fā)生在測試者最大心率的75%時(shí)，4次發(fā)生在測試者最大心率的80%時(shí)，7次發(fā)生在測試者最大心率的85%時(shí)，9次發(fā)生在測試者最大心率的90%時(shí)，12次發(fā)生在測試者最大心率的95%時(shí)。器材操作的失誤次數(shù)隨著心率的升高而增加。煙熱環(huán)境下的失誤次數(shù)要大于常溫下。液壓剪操作的過程中出現(xiàn)失誤的次數(shù)要大于無齒鋸操作。

從測試的數(shù)據(jù)來看，煙熱環(huán)境下無齒鋸操作效率的均值在最大心率的80%之前要優(yōu)于常溫環(huán)境下，其中最低效率1人出現(xiàn)在最大心率的70%時(shí)，3人出現(xiàn)在最大心率的80%時(shí)，3人出現(xiàn)在最大心率的85%時(shí)，4人出現(xiàn)在最大心率的90%時(shí)，2人出現(xiàn)在最大心率的95%時(shí)，2人出現(xiàn)在力竭時(shí)，常溫狀態(tài)下效率的最低值3人出現(xiàn)在最大心率的70%時(shí)，4人出現(xiàn)在最大心率的85%時(shí)，5人出現(xiàn)在最大心率的90%時(shí)，2人出現(xiàn)在最大心率的95%時(shí)，1人出現(xiàn)在力竭時(shí)。

常溫環(huán)境下液壓剪的操作效率的總體均值要高于煙熱環(huán)境下，常溫環(huán)境下當(dāng)人員心率達(dá)到最大心率的90%后，所有測試者的效率都發(fā)生衰減;在煙熱環(huán)境下時(shí)，在心率達(dá)到最大心率的85%時(shí)，所有測試者的效率開始衰減。

測試人員不同心率狀態(tài)下作業(yè)能力的變化如圖2所示。

四、結(jié)論

文章以消防員在煙熱環(huán)境下體征及作業(yè)效率的變化為研究對象，設(shè)計(jì)了煙熱、常溫兩種不同環(huán)境的試驗(yàn)測試，分別比較了人員在運(yùn)動(dòng)到力竭的過程中作業(yè)能力的變化，結(jié)合百分比心率實(shí)驗(yàn)探索人員的作業(yè)效率最優(yōu)區(qū)間。文章所研究的內(nèi)容對于掌握參戰(zhàn)消防員體征狀態(tài)和指導(dǎo)實(shí)戰(zhàn)調(diào)度有一定實(shí)用價(jià)值，主要結(jié)論如下：

第一，在達(dá)到最大心率的83%之前，不同環(huán)境下消防員對于疲勞的感知保持相同，最大心率的83%之后，煙熱環(huán)境下的疲勞感知比常溫環(huán)境下遲鈍。

第二，消防員的動(dòng)作穩(wěn)定性隨著心率的增長而下降，失誤率隨著心率的增高而增高。與常溫環(huán)境下比較，煙熱環(huán)境下的人反應(yīng)速度更快，但是集中程度要差。消防員的反應(yīng)力和集中程度對器械操作的效率產(chǎn)生影響。

第三，消防員作業(yè)效率的最優(yōu)值均出現(xiàn)在最大心率的75%～85%之間，可以認(rèn)定在這個(gè)心率區(qū)間內(nèi)人的作業(yè)效率最高。各項(xiàng)作業(yè)能力指標(biāo)在到達(dá)最大心率85%后開始下滑，部分作業(yè)在達(dá)到最大心率90%后無法順利完成，因此在現(xiàn)場救援過程中，可以將最大心率的85%設(shè)定為作業(yè)人員的預(yù)警心率。

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