野外應急救援復溫系統人機安全設計研究

摘要：鑒于現有復溫產品在野外應急救援過程中人機安全及人機工效上的不足，尤其是復溫效率低下易對傷員造成二次傷害。為給予低體溫傷員更高效的復溫措施和安全保障，本研究從人機安全視角出發，引入認知工作分析法（CWA）深入研究野外應急救援復溫系統的實際需求與痛點，通過KJ法、專家打分法和模糊TOPSIS法，量化指標重要度。根據分析結果得出復溫系統設計的重點集中于安全防護、復溫方式與生理監測，應用FAST黑箱理論將需求轉化為具體功能，據此提出一套安全高效的野外應急救援院前復溫設備的創新設計方案。研究表明：CWA理論、模糊TOPSIS法和FAST黑箱模型的綜合應用，在提升人機系統安全性方面具有可行性，為應急救援裝備研發提供了新思路。

關鍵詞：應急復溫治療；人機安全；認知CWA法；模糊TOPSIS法；FAST黑箱模型

中圖分類號：TH77 文獻標識碼：A文章編號：1003-0069（2025）01-0112-05

Abstract：In order to explore the human-machine safety in field emergency rescue and reheating systems，this article analyzes the system’s environment and operational processes，and identifies key human factors and potential risks. The CWA method was used to reveal the decision-making path，complexity，and task challenges faced by rescue personnel in emergency reheating scenarios. A priority ranking demand model was constructed using KJ method，expert scoring method，and fuzzy TOPSIS method. The FAST black box theory translates these requirements into specific functionalities and technologies. By combining ergonomics and usability design concepts，an optimized system was designed to improve system efficiency and rescue efficiency.

Keywords：Emergency rewarming treatment；Human machine safety；Cognitive CWA；Fuzzy TOPSIS；FAST black box model

引言

隨著中國經濟的蓬勃發展，人們越來越熱衷于極限越野賽事和荒野休閑活動。然而，這些活動帶給人們親近自然和挑戰自我機會的同時，也伴隨著因天氣變化導致的寒冷暴露風險，進而引發意外低體溫事故[1]。2021年甘肅和云南發生的失溫遇難事件凸顯了失溫問題的嚴重性。

臨床上將低溫癥分為3種不同程度[2]：輕度低體溫（32℃-35℃）、中度低體溫（28℃-32℃）和重度低體溫（<28℃）。其中輕度低體溫表現為意識模糊、心動過速及寒戰加劇，中度低體溫表現為嗜睡、心動過緩和心律失常，當核心溫度降低至28℃時，心室顫動的風險增加，任何心律異常在低于這個溫度閾值時都難以治療。在野外應急救援中，時間就是生命。對失溫人員安全高效復溫是野外應急救援的關鍵任務之一。

在低體溫人員復溫及防護設備研究方面，王猛等[3]根據艦船環境適應性要求，設計了艦用型復溫裝置，提升了海上救治效率。Pawe？ Podsiad？o等[4]評估了山地救援隊在嚴重低溫管理方面的裝備和程序，并指出現有裝備設施不符合標準要求。Samuel Freeman等[5]為研究英國院前低體溫管理現狀，調研了各團隊傷員管理措施，發現各團隊救援方法不同，復溫產品在不同團隊中普及率不一。目前關于野外寒冷環境中的低體溫復溫產品的研究相對較少，先進的復溫技術并沒有在產品的研發上得到合理運用，大多產品復溫效果較慢，不能滿足失溫人員在低溫環境下安全高效復溫的需求，甚至造成二次傷害。低體溫應急救援治療尚未形成規范的流程，人機安全問題尤為凸顯，亟須改進與優化。

因此，筆者擬采用人機工程學與認知科學理論，分析野外應急救援復溫過程中的人機安全問題與認知決策路徑，明確需求與痛點。據此將需求量化排序，應用功能分析系統技術與黑箱模型將設計需求轉化為具體功能與技術，旨在開發安全高效且人性化的復溫系統方案，通過快速有效地恢復失溫人員的體溫，為后續的醫療救治創造有利條件。

一、研究方法及思路

（一）方法概述

1.認知工作分析法CWA

認知工作分析（Cognitive Work Analysis，CWA）最早由Rasmussen提出[6]，用于分析復雜系統中的活動約束以及人的認知決策、操作與工作環境間的內在機制，共包含工作域分析、控制任務分析、策略分析、社會組織和工人能力分析5個維度[7]。其中工作域分析通過構建人機系統的運作模型，建立起“How-What-Why”的邏輯鏈條，實現了從系統頂層設計理念到底層技術實現的連貫分析。控制任務分析則用于識別人機系統需要完成的具體任務，其中決策梯提供了由一系列知識和信息處理狀態構成的任務流程和決策框架，這些狀態遵循規則導向、技能導向和知識導向的行為邏輯。本研究結合這兩種分析方法，旨在深入了解救援人員的需求，識別救援過程中面臨的需求與挑戰。

2.模糊TOPSIS法

TOPSIS（Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution）即逼近理想解排序法，是由 Colchian 和 K.Yoon提出的一種綜合評價方法[8]，包含正理想解和負理想解兩個重要概念。本次研究應用模糊TOPSIS法對產品需求要素重要度量化分析，以明確在后續設計過程中需要滿足的功能優先級。

3.FAST黑箱模型

黑箱原理將設備運行的條件分為能量、物質、信息3個方面，并將關鍵需求高度抽象概括為設備運行時所需的技術問題，結合功能分析系統技術（Function Analysis System Technique，FAST）[9]對產品功能細致剖析，依照前期野外應急救援復溫系統的需求重要度排序結果，將系統總體功能逐步分解為各個子功能，以實現野外應急救援復溫系統的最佳方案。

（二）研究思路

基于人機工程學及認知科學理論視角，本研究從多個維度展開人機安全設計分析，旨在通過優化各項設計要素，提高系統效能與野外救援的工作效率。具體研究思路如下：

1.基于人機工程學原理，深入分析野外應急救援復溫過程中的作業流程和人機環境問題，精準識別關鍵人機問題與潛在風險；

2.針對應急復溫救援過程中的問題，對救援人員進行調研訪談，構建救援過程中的決策梯模型，剖析應急復溫場景下救援者的認知決策路徑；建立工作域分析模型，分析信息需求的復雜性及隱含的任務難點，據此明確人機系統設計的關鍵需求；

3.通過KJ法將需求要素整合分類，采用專家打分法量化需求指標重要性，并借助模糊TOPSIS算法優化排序結果；

4.基于優化后的指標排序結果，本研究運用FAST黑箱理論將設計需求轉化為具體功能與技術；

5.基于人機工程學原理，從野外應急救援復溫系統的功能結構、外觀色彩、人機尺寸、界面信息架構及任務流程5個方面開展人機安全設計實踐，旨在提升系統效能與救援效率。

二、關鍵人機需求分析獲取

（一）人機安全問題分析

從人機安全維度出發，深入分析野外應急救援中的“人-機-環”系統，有助于識別和應對復溫過程中可能出現的潛在風險。以下是對救援流程、傷員狀態、救援人員能力、復溫設備效能及救援環境的具體剖析：

在野外應急復溫救援流程方面，救援人員的首要任務是評估救援環境、地形及溫度，以制訂救援策略。針對低體溫傷員，需立即采取保溫措施進行初步救治[10]，確保傷員轉移至安全區域后，對其進行干燥處理以防熱量散失。對昏迷或嚴重失溫者，采用熱水袋等手段加溫核心區域，持續監測并送醫治療，整個救援流程旨在確保傷員生命安全。

在傷員狀態與救援人員能力方面，低體溫不僅會引發麻木、寒戰等不適癥狀，還會加重傷員的心理壓力，為此，復溫設備的設計應注重整體結構的安全性。在緊急情況下，救援人員的高強度工作易導致決策失誤，因此需借助醫療設備對傷員進行實時監測與治療，以減少錯誤風險。

在設備效能與救援環境方面，救援環境復雜多變，復溫產品易受溫度、濕度等各種環境因素影響，導致產品性能下降，將極大影響救援工作效率。文獻調研表明，現有應急復溫產品[11]種類較少且控溫精度不足，易對傷員造成二次傷害。復溫方式與速度的精準控制尤為關鍵，避免過快引發心律失常或過慢導致復溫效果欠佳等問題。

（二）基于CWA的認知安全分析

1. 救援過程認知決策分析

決策梯分析聚焦于野外應急救援復溫系統在救援過程中的認知決策問題，選定20名山地救援人員、6名醫療救援人員及3名救援志愿者調研訪談。訪談圍繞以下問題展開：救援人員在緊急情況下如何準確識別低體溫傷員的狀況，包括決策過程、傷情評估、醫療設備使用及優先處理事項；救援人員是否掌握足夠信息制訂救援策略。根據訪談結果構建決策梯模型，如圖1所示。模型左側表示當前狀態，右側表示達到目標狀態所需執行的任務。

圖1描述了從發現問題到最終實施方案的完整治療路徑。認知決策受環境、傷者狀況及救援者經驗等多重因素影響，但基本決策過程相似。救援過程首先要識別問題事件，隨后立即對傷員當前狀態評估。基于評估結果，系統梳理可行的應對選項，明確決策核心目標（高效復溫，確保傷員生命安全）。設定理想治療狀態，規劃達成此狀態所需任務及執行程序。整個過程緊密圍繞傷員狀況，動態調整策略，確保救援行動高效精準。

2.工作域安全認知分析

通過構建自功能目的至物理實現的層次模型，如圖2所示。工作域分析關注的是一個由多個子系統及其組件組成的整體系統，其核心功能目的為“對人體進行復溫，保障生命安全”。為實現該目的，從“安全可靠”“操作便捷”“精準高效”3個方面設定價值和優先考慮順序。中間層聚焦于識別與目的相關的關鍵功能，如環境感知、人機交互與生理監測等。細化至物理功能層，涵蓋作業環境數據獲取、問題反饋與方案制訂等，最終由復溫組件、操作終端等物理對象協同工作，高效安全地完成復溫任務。

對關鍵人機安全問題分析與認知安全分析結果進行匯總，并運用KJ法對需求要點進行提取與精簡，將其系統地歸納為專項需求、基本需求及安全需求等5個類別，具體如表1所示。

三、數據處理與功能轉化

根據公式（11）計算各個設計指標相對貼近度Ci為（0.594，0.520，0.480，0.729，0.584，0.444，0.726，0.293，0.276，0.371，0.428，0.471，0.561，0.305，0.526），據此得到野外應急救援復溫系統的需求指標綜重要度排序為：A4>C7>A1>B5>E13>E15>A2> A3>E12>B6>D11>D10>E14>C8>D9。其中，A4、C7、A1要素重要度最高，在系統設計過程中應著重強調“安全防護”“復溫方式精準高效”以及“生理健康監測”概念。

（二）基于FAST黑箱模型的功能轉化

通過黑箱模型將設計需求轉化為具體的功能與技術，野外應急救援復溫系統的運行需要救援人員操作、電能與各個模塊之間交互轉換。具體分析見圖3。

結合設計要素重要度與黑箱模型對關鍵功能識別分析，對功能需求自頂向下規劃延伸，左側為復溫系統基本功能及其核心目的，右側則為實現目的的功能手段及其子功能與技術[12]。如核心功能目的為保障傷員生命安全，則下一級子功能生理健康監測是實現保障傷員生命安全基本功能的重要手段之一。構建復溫系統功能樹如圖4所示。

鑒于野外環境的特殊性與資源限制，如加溫包裹、紅外燈照射及體腔沖洗液加溫等復溫方法在此情境下應用受限。為確保復溫過程安全高效，本研究采用靜脈輸液復溫、升溫毯復溫及吸入氣體復溫3種復溫技術，這3種技術更適合野外應急條件下的操作需求，能夠安全高效促進傷員體溫回升。

四、人機安全設計方案

基于FAST功能樹分析結果，從功能與結構規劃、色彩與材質選擇、人機尺寸設定、界面設計策略及任務流程安全設計等方面進行設計輸出，并對整體設計方案進行優化。

（一）功能與結構

本系統對各功能組件進行了系統規劃。該系統采用模塊化設計，各組件可靈活組合和拆卸，提高了系統的適應性和維護性。復溫系統由設備主體和升溫毯兩個部分構成，設備主體集成了操作面板、關鍵功能接口和加熱裝置，實現了功能的高度集中。設備側面設有可按壓彈出的血氧飽和度監測儀，在緊急情況下可以迅速監測傷員的血氧水平。

升溫毯配備了輸液泵和溫控模塊，能夠在復溫過程中進行輸液治療，并保持液體在適宜的溫度范圍內。同時，升溫毯上集成了固定式電極胸帶，該裝置可持續監測患者的心率和體溫等關鍵生理指標，從而為醫療人員提供實時、全面的患者狀態信息。升溫毯底部設有小型充氣裝置，能夠在需要時迅速充氣，形成有效的隔熱屏障，以隔離地面低溫環境并減少熱量散失。

（二）色彩與材質

在視覺呈現方面，本系統主體采用經典的白色作為主色調，并輔以醒目的紅色元素。這種色彩搭配突出了醫療設備的專業性與緊急性。此外，為提升操作便捷性，設備把手區域特別配備了乳膠材質的防滑墊，這種設計顯著增強了握持的穩定性，使用戶能夠在各種環境下更為輕松地提起和移動設備。同時，升溫毯采用防水材料，以降低漏電風險，確保使用安全。

（三）人機尺寸

對復溫系統的人機尺寸進行分析時，需綜合考慮作業特點、人體尺寸及個體差異等因素。為確保設備手柄的舒適握持和操作便利，手柄的截面設計為矩形，并依據人體工程學原則，將手柄的抓握直徑設置在30～40 mm范圍內。為了減少操控面板的屏幕反光，面板傾斜角度設定為20°。遵循使用頻率原則，常用元件布置于操作者易及區域，按鈕尺寸固定為12.5 mm。操控面板上設置旋鈕，以提高操作的直觀性和效率。

升溫毯的尺寸設計必須考慮傷員的體型差異。根據新頒布的《中國成年人人體尺寸（GB/T 10000-2023）》標準，在寬度設計方面，選取18-70歲成年男性最大肩寬的第99百分位作為基準，并結合功能修正量和心理修正量，確定升溫毯的最佳寬度為560 mm。同理，在長度設計方面，選取18-70歲成年男性身高第99百分位作為基準，確定升溫毯的最佳長度為1950 mm。整體設計效果見圖5。

（四）界面信息架構

野外應急救援復溫系統界面設計根據使用需求分為設備主頁、信息管理等五大模塊，主要界面設計效果如圖6所示。

1.設備主頁：顯示傷員的基本信息及其生理狀況，簡潔呈現關鍵的健康數據，如加熱溫度、復溫速率等，幫助救援人員迅速掌握傷員傷情。

2.信息管理：此模塊用于存儲和管理救援任務中的數據，救援人員可查看歷史記錄、導出報告并分析救援數據，如體溫變化、救援持續時間等。

3.急救診斷：通過實時監測傳感器數據，系統評估傷員的體溫、脈搏、血氧等生理狀態，并提供急救建議。該模塊集成了遠程醫療功能，支持數據傳輸，便于與就近醫院對接。

4. 復溫模式：救援人員可根據傷員的需求和環境選擇適當復溫方案，系統能夠提供多種治療模式，如“輸液加溫”和“升溫毯加溫”等，實時顯示復溫進度及參數，確保復溫過程的安全和有效。

5.系統設置：此模塊用于調整設備參數和進行個性化配置，救援人員可設置網絡連接和電源管理等，確保設備在不同救援條件下的最佳運行狀態。

此外，界面設計策略結合簡潔的信息導航、層次化信息呈現與即時反饋等元素，為救援人員提供高效便捷的使用體驗，確保在各種環境下設備的安全性與可靠性。整體設計旨在有效提升救援過程的操作效率，優化救援工作流程。圖6 野外應急救援復溫系統主要界面展示

（五）任務流程策略

在緊急救援任務中，救援人員啟動復溫系統后，立即收集傷員的基礎數據并進行初步評估。系統通過生理監測模塊實時分析傷員的生命體征數據，準確判斷低體溫等級，并智能推薦個性化復溫治療方案。系統持續監測傷員狀態，并提供動態反饋，以便調整治療方案，提高治療效果。

對于傷情較重的傷員，復溫系統將定位并推薦最近的醫療機構，及時與醫院對接，確保信息傳遞準確迅速。救援人員隨后采取安全措施，將傷員轉移至醫療機構，以便進行進一步治療。復溫系統的具體救援流程如圖7所示。

結語

基于人機安全視角，本研究針對野外應急救援復溫過程中的人機安全問題深入分析，運用CWA法深入剖析了野外應急復溫場景下救援人員的認知決策路徑，揭示了其潛在風險與任務難點，明確了人機系統安全設計的關鍵需求。通過專家打分法量化需求權重，并應用模糊TOPSIS對其優化，借助FAST黑箱理論實現了從需求到功能的轉化，最終輸出了安全高效的野外應急復溫系統人機安全設計方案，提升了設計的科學性與安全性，為相關領域產品的研究提供了有益參考。

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