高温高湿环境对作业者反应时间的影响研究

马 辉，袁晓雨，张 超

(华北科技学院安全工程学院，北京 101601)

近年来我国各行业蓬勃发展，冶金、机械制造、陶瓷、玻璃、建材工业、发电厂(热电站)、造纸业、纺织印染业、煤炭开采、建筑业、制糖业等都有了长足的进步，其中涉及到的炼钢、炼铁、轧钢、炼焦、铸造、锻造、热处理、炉窑烧制、锅炉房或锅炉房间作业、蒸汽火车、轮船机房作业、有热害深井作业等均属高温高湿作业范畴。

目前我国学者对高温高湿环境影响研究大多集中在体育、医学领域，关注点集中在高温高湿环境对特殊人群如井工矿的煤矿工人、军人、消防员、驾驶员等生理指标的影响［1－7］，大多研究的是被测者血压、脑电图、热适应性及耐受性等生理指标。天津大学研究团队在高温高湿环境影响研究方面做了很多工作，在热应力概念及评价指标、高温、高湿环境中不同劳动强度和不同热工条件下的人体耐热极限时间与WBGT值的关系曲线绘制，高温环境下热习服训练和工作效率实验研究、热环境中影响人体耐受能力的生理参数分析、高温高湿环境下人体生理参数识别及权重影响研究、高温高湿低氧环境中影响人体耐力的因素、高温高湿低氧环境下人体热耐受性研究等方面均做出了卓有成效的研究成果［8－12］，但大多将高温高湿环境对作业者生理指标的研究较多，对于心理指标的研究较少，且只考虑到高温高湿环境对作业者舒适性的影响，而未注意到其人的行为的影响。根据事故致因理论，事故发生原因为人的不安全行为、物的不安全状态和管理的缺陷，按照杜邦公司的统计，事故中有96%是人的不安全行为引发的，其中反映时间延长是引发不安全行为的原因之一，故研究高温高湿微气候环境下作业者不同工作强度下的简单反映时间变化规律和趋势，对人的不安全行为研究和事故致因模型研究有着重要的意义。

1 高温高湿作业环境及简单反应时间

关于高温高湿环境概念的界定目前尚不统一，有多种说法，例如:

1.1 高温高湿作业环境界定

1.1.1 高温作业环境

1)何学秋教授2000年出版的《安全工程学》中根据环境温度与人体热平衡之间的关系，认为35℃以上的生活环境和32℃以上的生产环境视为高温环境。

2)根据《高温作业分级》GB/T4200—2008，高温作业是指在生产劳动过程中，其工作地点平均WBGT指数等于或大于25℃的作业。

3)工作场所有害因素职业接触限值GBZ2－2002，工作场所有生产性热源，其散热量大于23 w/m3·h或84 kJ/m3·h的车间;或当室外实际出现本地区夏季通风室外计算温度时，工作场所的气温高于室外2℃或2℃以上的作业(含夏季通风室外计算温度≥30℃地区的露天作业，不含矿井下作业)。

4)《工作场所职业病危害作业分级 第3部分:高温》GBZ/T 229.3－2010依据劳动强度、接触高温作业时间、WBGT指数和服装的阻热性四个指标将高温环境分为轻度危害作业(Ⅰ级)、中度危害作业(Ⅱ级)、重度危害作业(Ⅲ级)和极重度危害作业(Ⅳ级)4级，其中WBGT指数等于或大于29℃，即认为高温环境是其工作地点平均WBGT指数等于或大于29℃的作业。

5)《工业企业设计卫生标准(GBZ1—2010)》，高温作业是指在高气温、或有强烈的热辐射、或伴有高气湿相结合的异常气象条件下，WBGT指数超过规定限值的作业。

考虑实际作业现场测量的简便性，本研究中所指的高温环境采用《高温作业分级》GB/T4200—2008的界定方法。

1.1.2 高湿作业环境界定

目前我国对高湿环境还没有准确的定义，通常情况下人体的最适宜相对湿度是45%－60%，因此大多认为相对湿度在60%以上的环境称为高湿环境，但并没有相关的国家标准进行规范，因此本研究中也采用惯例。

1.1.3 高温高湿作业环境对劳动者的影响

当人体静止处于高温高湿环境中，由于环境温度高于体表温度，导致人体不无法进行正常的对流、传导和辐射散热，而且还会从热环境中获得热量，环境湿度的过大，则会阻碍蒸发散热，长时间处于这种环境，就会导致人体温度调节系统紊乱，体温升高，并伴随出现头晕、口渴、心跳加快等症状。如果人体在高温高湿环境中处于劳动状态，人体做功所产生的大量热量就没办法散发到环境当中，随着劳动持续时间的增长，人体内蓄热量不断增加，当超过人体可承受范围时，热平衡被打破，造成不适和疲劳，延长反应时间，甚至妨碍人的行为，引起行为退化［13］。

1.2 简单反应时间

反应时间也称反应潜伏期或反应时，它是指外界的刺激引起机体内部的生理心理过程，进而产生的机体外效应的时距，是心理实验中使用最早、应用最广的反应变量之一。

简单反应时间是指给被试者呈现一种刺激，要求被试者以尽快的速度回答那些预先知道的，而突然出现的信号的平均时间。简单反应时间经过一定的练习之后就可趋于最小极限值，简单反应时间随人机体的状态不同而异。机体对刺激的适应水平，准备状态、疲劳程度等均影响反应时间的长短。简单反应的特点是刺激信号单一，不必费时间去识别，判断、反应容易、反应时最短。简单反应时可以使用简单反应时测定仪进行实验测试。

人体受到意外事件的伤害构成事故，事故发生之前人的某一感官先触及到事件的意外，如看到、听到、嗅到，并将这一感觉信号传达到大脑，此时的大脑及时做出反应，那么就可以避免事故的发生，相反反应时间慢，事故就有可能发生［14］。

在众多学者对反应时间的影响因素研究中，疲劳程度及被测者所处环境是其中非常重要的两大因素，因此本文将围绕高温高湿这种极端恶劣条件下工作人群在不同负重条件下的简单反应时间展开测量和分析。

2 实验研究

2.1 实验目的

本文采用实验室研究法，模拟高温高湿环境的微气候环境，观察被测者在不同环境工况和不同工作强度下的简单反映时间，进行比较和分析研究，得到人体简单反映时间变化的规律和趋势;研究人体人体简单反映时间变化与环境工况和身体负荷之间的关系，以期为高温高湿极端环境中作业者生理、心理健康和劳动安全等相关研究及法律法规的制定起到借鉴作用。

2.2 实验要求及器材

2.2.1 实验室环境

本实验是在华北科技学院安全工程学院人机工程实验室模拟高温高湿环境中进行，实验室规格9.5 m×5.7 m×2.7 m，实验室结构如图1－图2所示。实验室由高温高湿作业环境模拟室和适宜作业环境模拟室两部分构成，其中高温高湿环境模拟实验室室内密闭性、保温性能良好，模拟环境的可调温度为－20oC～60oC，相对湿度控制范围为20%～96%，适宜作业环境模拟室是为被测者实验前提供的休息准备场所，从而保证被测者进入模拟高温高湿极端环境之前各项生理、心理指标属于正常范围内。

图1 高温高湿模拟实验室平面示意图

图2 高温高湿模拟实验室

实验中将实验高温高湿环境条件设定为两种工况，分别是温度:21℃，湿度:60%;温度:35℃，湿度:70%。

2.2.2 实验仪器

实验仪器采用华东师范大学科教仪器厂生产EP206P反应时/运动时测定仪反应时间测定仪，该仪器可进行反应时运动时的测定，反应时间是指从刺激呈现到外部反应时间开始所用的时间，运动时间是指从开始运动到运动完成所用的时间。测试者按住反应键，当随机的刺激呈现，即灯光点亮，仪器开始计时，当被试手指离开反应键时，计时停止，仪器内部将自动记录这次的反应时间，于此同时仪器又开始重新计时，当被试按下相对于刺激的目标键时，计时又停止，仪器内部也将自动记录这次的运动时间。如被试错按目标减，仪器将认为错误，如运动时间超过9.999秒仪器将认为错误，这两种情况下实验将无运动时间，不计入总计。

本研究中仅对反应时进行分析研究，对于运动时的变化趋势及反应时和运动时的关联度将在后续研究中逐步深入。

2.2.3 被测人员的选取

考虑到年龄因素对高温高湿作业环境作业不良反应的影响，企业更倾向选取青壮年从事相关作业，故本次研究被测者选取20～25岁6名健康青年，其中3名男性，3名女性，体质正常及部分经常参加运动的学生且无任何疾病史，在北京东燕郊地区生活至少2年以上，不考虑人体的耐热差异性。

2.2.4 劳动强度

被测者分别在无负重作业和负重10公斤两种状况下连续工作15分钟，除非受试人员不能忍受高温高湿条件或者出现异常。

3 结果分析

人在极端环境尤其是高温高湿环境中工作时机体容易产生疲劳，在人体各项生理指标处于低谷时其表现出来的反映速度与时间就会延缓，本实验中对样本简单反应时的测定采用反应时测试仪进行测量。不同温度、湿度，不同身体负荷条件下操作人员的反应时间实验结果图3～图6所示，其中工作条件1指受试人员身体无负重即单独作业;工作条件2指受试人员身体负重10kg即负重作业;环境条件1指温度21℃，湿度40% ～60%;环境条件2指温度35℃，湿度70。

3.1 实验数据汇总

图3 环境条件1和作业条件1下样本的反应时间

图4 环境条件1和作业条件2下样本的反应时间

图5 环境条件2和作业条件1下样本的反应时间

图6 环境条件2和作业条件2下样本的反应时间

3.2 实验结果分析

(1)在不改变温度、湿度的条件下即当温度湿度定为温度为21℃，湿度为60%或者温度为35℃，湿度为70%时，将负重状态从负重10公斤作业降低到无负重作业，操作人员的反应时间随着劳动强度的降低而缩短。说明在高温高湿作业环境中定时改变工作种类或者调整劳动强度会对反应时间下降产生有利的影响。

(2)在相同种劳动强度下，当温度为21℃，湿度为60%时操作人员的简单反应时比温度为30℃ ～35℃ ，湿度为70% ～80%下人的简单反应时要长。说明在较短时间内给予操作人员适当的压力或适度加大工作强度会刺激操作人员的工作激情从而提高反应速度，有助于克服工作单一麻痹懒惰的缺陷。

(3)在无负重作业情况下，温度21℃，湿度60%和温度为30℃ ～35℃ ，湿度为70% ～80%二种不同环境下，男性被测者的平均反映时间与女性被测者差异不大;当负重10公斤作业情况下，两种高温高湿环境下男性被测者的平均反映时间又短于女性被测者。在无须负重作业的情况下选择员工可以忽略性别原因，但负重作业或者劳动强度较大的作业应选派男性作业者。

(4)由于被测者个体差异，简单反映时间也存在较大差异。在选取特定岗位时可事前对备选者进行实验室测量，选择最适合该岗位的作业者。

4 不足及展望

1)本研究选取的样本均为20～25岁青年，样本的数量以及样本多样性有待提高，笔者在后续工作中将考虑不同年龄段人群处于高温高湿环境中相关生理、心理参数的观测和研究;

2)本实验中过程较复杂、测量过程较长、干扰因素较多，虽已尽量避免，参数数据难免存在误差;

3)我国实行8小时工作制，IS07243标准中连续热接触时间最长也为8小时，考虑到试验过程与实际劳动生产过程的近似性，人体在高温高湿状态下的危险性，将操作人员接受实验时间定为15分钟。笔者在后续工作中将考虑8小时连续处于高温高湿环境的作业者相关生理、心理参数的观测和研究。

4)反应时和运动时的关联度分析本次研究未进行，将在后续研究中深入探讨。

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