公路桥梁焊接工肌肉骨骼损伤风险因子分析

郑艳芳，江发明,2，易灿南，左华丽，唐范，廖粤飞

(1.湖南工学院 安全与环境工程学院，湖南 衡阳 421002；2.湘潭大学 公共管理学院，湖南 湘潭 411105)

1 引言

近年来，随着“一带一路”战略的逐步推进，我国公路桥梁建设事业在国内外迅速发展并取得巨大成就，但施工安全仍是不容忽视的重要方面。有研究表明长时间高强度操作导致的疲劳是工伤事故和职业病频繁发生的重要原因之一，即在疲劳状态下作业能力下降，事故发生的危险性增加[1]。而工人因长时间重复操作、保持不良姿势、静态负荷等，引起的下背痛、肩痛、颈痛、前臂痛等症状，称之为工作相关肌肉骨骼损伤(Work-related Musculoskeletal Disorders，WMSDs)[2]，属于累积性作业疲劳。造成肌肉骨骼系统损伤的因素被称为人因风险因子(Ergonomic Risk Factor)[3]。在许多工业化国家和地区，如荷兰等，WMSDs已经成为了仅次于职业性心理疾病的第二大高发的职业性疾病[2,4]。

公路桥梁施工现场环境复杂，多为高空作业，劳动强度大且风险高。桥梁施工中的焊接作业涉及具有危险性的操作步骤和工具，存在触电，有毒气体、金属烟尘，弧光辐射，火灾、爆炸、烫伤、灼伤等风险，以往关于焊接工职业健康问题的研究多集中于此[5-6]。关于焊接工肌肉骨骼损伤的研究却很少，只查阅到王宝河于2008年针对大口径管道焊接工慢性肌肉骨骼损伤进行的调查研究[7]。而有研究表明建筑行业人员WMSDs患病率较高，达53.8%，且集中在颈、肩、下背等部位，其中下背部尤为严重[8]。施工现场观察发现焊接工大部分时间为被迫体位进行作业，存在很多蹲或跪、弯腰、头颈前倾等不良姿势，以及长时间手持焊枪、焊接面罩等工具，存在高重复性动作和静态负荷，这些均是造成肌肉骨骼损伤的因素。因此，辨认桥梁焊接作业中的人因风险因子，降低作业人员肌肉骨骼损伤风险，提高工作安全感和幸福感，是人类工效学一个具有研究意义的课题。

现今已有很多方法用于WMSDs研究，有问卷调查、现场人因风险因子评估等方法。问卷调查主要是分析作业者有肌肉骨骼损伤症状的身体部位的比例、严重程度等，是调查对象的主观反应。目前使用较多的调查问卷有北欧[9]以及荷兰肌肉骨骼损伤调查表[10]，国内由杨磊等人[11]结合我国实际情况修订而成肌肉骨骼损伤调查表被广泛引用。问卷调查范围已涉及医疗、教育、制造业等各领域[12-14]。现场人因风险因子评估工具，是人因专家现场观察和记录工人工作，对工作进行评分并评估WMSDs风险等级。李开伟总结台湾地区此类常用工具主要有6个[15]，其中工作姿势分析法(Ovako Working Posture Analysing System，OWAS )是芬兰一家钢铁公司开发的分析工具，通过观察作业人员特定瞬间时4个身体部位(头颈部、背部、手臂、腿部)的姿势以及施力情况，分析并形成工作编码，进而评估风险等级(AC1-AC4)。四个风险等级中AC2-AC4均需要进行改进，只是迫切程度不同[16]。OWAS已被广泛应用于建筑、食品加工、电商物流、公共交通、汽车维修等各领域[17-21]。总结目前使用此工具的相关文献，OWAS适合于公路桥梁焊接工作业人因风险因子的分析。因此，本文利用OWAS对某公路桥梁施工现场焊接作业进行分析，辨认人因风险因子并提出改善意见，降低工人肌肉骨骼损伤风险，对桥梁焊接工的职业健康的促进有一定指导意义，最终降低因疲劳等引发的安全事故。

2 对象与方法

通过和施工方主管以及焊接工人沟通后，确定4个作业工位，分别是钢筋网焊接、预埋件焊接、预留洞口焊接、钢模板焊接。每个工位观察一名焊接工，均为男性，年龄在40-60岁之间。

根据施工进展，于上午8:30-12:00期间进行资料的收集。采用手机录制视频方式记录各工位作业内容，如在录制视频期间由于意外事件使焊接工人的工作处于闲置状态，则闲置视频段将会被丢弃。焊接工人在工作中使用的工具和材料，如表1所示。需在录像结束后对其进行称重处理，禁止在工人工作时询问以及进行称重，以免干扰工人的正常工作。各工位录像平均时间30-40 min。

表1 各工位材料、工具详情

后期实验室，利用Potplayer网络播放器，每隔10 s自动截取一次定格画面，以便对工作姿势(头，背，手臂，腿，重量)进行编码，如图1所示[15]。本研究定格画面总数为800个(4×200)，借助Excel软件进行工作姿势编码，如图2所示，并结合等级评估图进行风险评估，如图3。

图1 OWAS编码[15]

图2 Excel编码统计 图3 风险等级评估

3 结果

利用OWAS分析4个工位共800个工作姿势，将需要采取补救措施的不良姿势归为一组，结果显示高达79.5%的姿势被划分为需近期处理AC2、尽快处理AC3、立即处理AC4，如表2所示。每个工位不良姿势(AC2-AC4)占比均超45%，钢筋网焊接、预埋件焊接、预留洞口焊接三工位不良工作姿势尤为严重，分别占全部工作姿势的93.5%、85.5%、93.5%。需近期处理姿势(AC2)，数量最多的工作姿势编码是2161(260个，占AC2的58.1%)，其次是2121(99个，占AC2的22.1%)，如表3所示。主要是背部前倾，腿部蹲或跪导致的风险。对需尽快AC3和立即处理的姿势AC4进行姿势、编码数量统计，如图4所示。由图可知，AC3中频率最高的编码2141(91个，占AC3的66.5%)，AC4中频率最高的编码4161(16个，占AC4的31.4%)以及4141(15个，占AC4的29.5%)。

表2 各工位AC1-AC4统计

表3 各工位AC2编码及数量

图4 各工位AC3-AC4姿势、编码及数量

4 讨论

(1)钢筋网焊接

钢筋网焊接工位的作业内容主要是使用焊枪对钢筋进行焊接，同时焊接工使用钢筋弯曲机(GW50)对钢筋进行弯曲，以满足焊接要求。在焊接中，工人右手持0.9 kg焊枪，左手持焊接面罩。工人在工作时危害等级AC2-AC4占比为93.5%，表明该工位不良姿势比例很高。频率较高的工作姿势编码为2161、2141、4161，典型姿势如图5所示。观察发现，该名工人头颈部长时间处于前倾的状态，背部弯曲严重，双腿在蹲姿和双腿弯曲两种姿势间转换。结合钢筋网焊接工人工作姿势总体分布图6可知，头颈部前倾(比例91%，AC3)、背部弯曲(比例87.5%，AC3)、腿部跪姿(比例74.5%，AC3)，表明这三种工作姿势重复比例很高，对相应身体有显著危害，需尽快采取相应的改善措施。研究发现主要是两个方面导致，一是焊接工作业时无可坐设备，其大部分时间保持蹲姿或跪姿，二是焊接目标置于地面，导致头颈部长时间前倾，工作姿势重复性高。长期处于这种工作方式下，易引起肌肉骨骼的损伤，危害到焊接工的身体健康。

图5 工作典型姿势

图6 钢筋网焊接工作姿势总体分布

通过以上分析， 建议一是给焊接工人配置工地泡沫腰凳，可采用坐立交替的作业方式，避免工人长时间处于同一个姿势造成的伤害，如图7所示；二是钢筋网放置高度要适宜，可将其倚靠或放置在某支撑物上，使焊接目标位于焊接工人头部正前方或使焊接目标点置于工人的视角范围内，从而减少头部前倾以及背部前弯姿势的重复，如图8所示；三是将手持焊接面罩更换为头戴式面罩(约25元)，可以减少手腕处的肌肉压迫感。通过对此工位焊接工人工作姿势进行改善，可将姿势编码由2161、2141和4161调整为1111，等级为不需处理的AC1级。

图7 腰凳 图8 抬升装置

(2)预埋件焊接

预埋件，是指桥梁建造过程中用混凝土浇筑后部分钢筋留在外部，需对其进行角度调整和焊接。预埋件焊接工在工作时，危害等级AC2-AC4占比为85.5%。其中需尽快处理的AC3占比高达40%，出现频率最高的工作姿势编码为2141，需要尽快地采取措施进行改善。观察发现该名工人工作时头部前倾、背部前弯以及双腿弯曲的幅度很大。结合预埋件焊接工人工作姿势总体分布(图略)，可知头颈部前倾(94% ，AC3)，背部弯曲(68%，AC2)、背部弯曲且扭转(14%，AC2)和腿部的双腿站立腿弯曲(45.5%，AC3)。研究发现主要是两个方面导致，一是由于作业的目标固定在地面上，二是工人需要手持重达3.6 kg钢管对作业目标施力，而且需不断变换体位达到作业操作需求。通过以上分析， 一是通过轮岗工作方式来平衡作业的劳动强度，降低肌肉骨骼的损伤；二是对地面目标进行焊接时可携带腰凳便于以坐姿的方式进行作业，减少双脚站立且弯曲姿势出现频率，可将工人的工作姿势由2141调整为2111，风险等级由AC3降为AC2，减轻肌肉骨骼损伤。

(3)预留洞口焊接

预留洞口分为两类，一类是方便施工人员、材料的通行和运输，另一类是为安装管道设备而留的洞口。对预留洞口焊接工人的姿势进行分析，有害姿势百分比高达93.5%，其中工作姿势危害等级AC2高达79%，AC3和AC4相对占比较低，但同样需引起重视。AC2中出现频率前三的工作姿势编码为2161、2111、2121。结合预留洞口焊接工人工作姿势总体分布(图略)，可知背部弯曲(87%，AC3)，如果长期处于这种工作姿势下，腰部可能会产生酸痛，更为严重的脊柱变形弯曲，头颈部前倾(98%，AC3)，均需尽快采取改善措施。研究发现，此工位工人工作时基本保持坐或站立的状态，焊接作业是对地面洞口，焊接工人的头部需要前倾、腰部向前弯曲，才能准确判断焊条是否达到目标焊接位置。由于洞口焊接作业需要在固定的位置进行操作，不能借助抬升机械来进行辅助工作，但是长时间前倾弯腰容易造成颈椎及腰椎疾病，因此通过宣教的方式让工人意识到不良姿势对身体造成的损害，建议工人在中途休息时可通过几分钟简单的放松操活动身体，同时提升工作效率。

(4)钢模板焊接

钢模板焊接工的主要作业是在钢模板拼接起来后，通过焊接使之更加紧固。该名焊接工人的工作姿势AC2占比37%，出现频率最高的姿势编码为2121和2161。其主要危害在于该工人长时间处于蹲姿，伴随着大量头颈部前倾的工作姿势。结合钢模板焊接工人工作姿势总体分布(图略)，可知焊接工人头颈部前倾(89%，AC3)，该姿势容易导致脊椎病，有着明显的危害性，必须尽快的采取改善措施。研究发现，导致焊接工人头颈部前倾的原因，一是对置于地面的钢模板进行焊接，二是焊接工人站在钢模板上对拼接好的钢模板上进行焊接，因另一侧悬空，受作业空间的限制，头部前倾才能找到焊接点，此姿势是难以避免的。但是，该作业吊车从下往上运输钢模板，卸载后勿置于地面，可以斜靠在已经安好的钢模板位置处，并坐于腰凳上，则出现频率最高的不良姿势2161可调整为1111，在一定程度上避免了造成肌肉骨骼损伤的风险。

5 结论

本文以公路桥梁为背景，对焊接工肌肉骨骼损伤情况进行研究，总结研究过程，主要得到以下几个结论：

(1)公路桥梁焊接工WMSDs的主要部位是头颈部、背部及腿部，这与许多研究基本一致[7-8]。

(2)公路桥梁焊接作业中的人因风险因子主要是工作高度不当、作业空间限制等造成以俯、蹲位为主的强迫体位，出现头颈部长时间弯曲，腿部姿势跪或蹲、长时间屈膝的不良姿势。有研究表明此种姿势是建筑行业人员WMSDs的危险因素[8]，影响血液循环，易造成肌肉骨骼损伤。

(3)工人没有避免不良姿势的意识，要加强宣教，培养主动避免不良姿势的意识；焊接作业时，可通过改变物料摆放位置、增加座椅方式，改变焊接姿势；有研究表明与同事轮流完成任务是建筑行业人员WMSDs的保护因素，因此可采用恰当的轮岗方式调整作业工时[8]以及劳保用品的正确佩戴等，均能在一定程度上降低肌肉骨骼损伤发生风险。