基于人机工程学的消防应急研究

消防审查的热力人体工程学摘要：消防应急是一个曾多次吸引了人体工程学研究兴趣的一个领域。其中分别是重视火灾现场，搜索救援受害者以及处理紧急情况。通过阅读文献资料，突出用关于消防的人体工程学来调查，特别是建立工作的需求,运营商的属性和能力的多变量，以应对这些需求。这项工作要求个人能够胜任在有氧条件和无氧条件下的作业能力，肌肉力量，并有适当的身体协调性。生理需求反映在代谢，循环，体温调节反应和水合状态，同时心理应变可以被部分地反射在心脏速率和内分泌。穿着防护服增加了生理负担，增加了氧消耗和体温，以及加强了身体疲劳。在消防应急方面，更复杂的认知功能与决策兼容的模型需要开发。消防应急都集中在加快实现平衡的恢复。1.简介消防的职业特征之一是低强度的长时间工作，和中度到高强度的间歇工作作（Bosetal.,2004;Scott,1988).（博斯等人，2004;斯科特，1988年）。在一些情况下，对于高温环境条件下的长时间作业，消防员也是可以进行工作的(RometandFrim,1987,Rossi,2003,Smithetal.,1997andSmithetal.,2001).（ROMET和FRIM，1987，罗西，2003，Smith等人，1997和Smith等人，2001）。这些艰巨任务要求，工作人员具有优秀的身体素质。携带设备，穿着防护服操作意味着较多的能量消耗(Bilzonetal.,2001,GledhillandJamnik,1992,LemonandHermiston,1977andvonHeimburgetal.,2006)（Bilzon等人，2001年，格莱德希尔和Jamnik，1992，柠檬和赫米斯顿，1977和vonHeimburg等人，2006）。为了顺利完成这些任务，消防队员必须具备一定的生理特征。成功完成消防活动需要有氧和厌氧能源系统高于一般水平，(Bilzonetal.,2001andGledhillandJamnik,1992)（Bilzon等人，2001年和格莱德希尔和Jamnik，1992年），并与高水平的肌肉力量和耐力有关。穿消防员的防护服通常是沉重的，厚厚的，多层的，并且也密封了头部。隔着衣物层，水蒸汽渗透性也遭到限制，导致作业人员与环境之间的蒸发热交换减弱，增加了生理应变速度(Cheungetal.,2000andNunneley,1989）（Cheung等人，2000和Nunneley，1989）。在剧烈运动，穿戴防护服和高温环境的综合影响下，可能导致作业人员心血管疾病和体温调节应变。这种生理改变常常与在工作能力递减（汉考克和Vasmatzidis，2003）和热诱导耗尽有关（Cheung等人，2000）。在这次审查中，我们将总结现有的文献包括消防活动的体能要求和

所需的物理属性。在消防模拟的生理反应，防护服代谢作用，及其对产热和散热损失的影响也将加以说明。最后一节将重点研究的干预措施以减少生理紧张。2.消防员的生理简介灭火和搜救活动相关的任务会增加作业人员的体力负担。携带设备，穿戴防护服操作处理会增加能量消耗。鉴于消防人员常常暴露于这样的环境，因此需要具有一定的生理特性，以快速和成功执行灭火行动。高水平的有氧健身，与肌肉力量和耐力在上，下主体二者相结合。灵活性和良好的身体结构组合，对于满足与消防相关的要求，保障消防队员的健康和安全，保护公共安全是至关重要的。能够迅速有效地执行任务，可能会减少人员伤亡和经济损失。2.1。有氧健身在执行任务时，如搜索和救援受害者，爬梯和楼梯，搬运消防水管等方面，穿着消防防护服和佩戴自给式呼吸器的消防员可查看MATHML80-100％的能源成本源进行对比分析（柠檬和赫米斯顿，1977，的O'Connell等人，1986，Bilzon等人，2001和vonHeimburg等人，2006;霍尔默和Gahved，2007;埃尔斯纳和Kolkhorst，2008）。这些研究提供了各种用于需氧的功率水平，对于消防人员进行灭火活动时提供足够的安全余量的建议。来自不同国家的消防队员的最大摄氧量值见表1。由于没有标准的测试，以评估查看MATHML源也很难估计不同人员之间的比较，

因为许多来自不同国家的研究报告汇总成MATHML源值，包括

一些采用亚极量运动方案，多阶段体能测试，甚至一个问卷调查的极限运动测试和其他测量估计，在某些情况下没有说明MATHML源是如何评估的。表1中的研究表明，消防队员的平均好氧功率范围从39.6到61ml/kg/min;一些个体值从31.5到73.3ml/kg/min。在标尺下端的消防队员将无法成功执行消防活动。ElsnerandKilkhorst(2008)避免描述一个明确的门槛对于消防员但是同时强调了它的重要性，报告显示拥有较低水平的这些消防员查看MATHML源完成一个模拟，平均11.65

±

2.21

最小比拥有

较高水平的消防员要低.

此外，后一组的成员们能够在一个更高的比例较前一组操作。由于这些发现的结果作者提出33.5ml的需氧功率值·千克-1·min-1的作为最低可接受水平进行灭火活动。从本研究的另一个重要的发现是

消防模拟表演时间随着年龄增加，

当项目相匹配MATHML源。这一发现，在横向和纵向两个方面，研究表明在最大有氧能力下降的事实，

经过耐力训练和未经培训的个人30岁以后以每十年约5毫升·KG-1·min-1的速率下降（巴斯柯克和霍奇森，1987年，威尔逊和田中，2000年），和消防队员（Kilbom，1980年和Saupe等，1991）对年事已高消防队员的影响，为圆满完成消防活动的要求要求保持不变，不论年龄。在英国消防队员，斯科特等人的研究（1988）报道，消防队员超过93％，认为自己具有平均或高于平均的健康水平较一般人群。查看MATHML来源，本研究消防队员的平均数为43.7毫升数×公斤-1·min-1的。Peate等。（2002）报道缺乏对美国的消防队员自我认知和实际的有氧健身之间的联系。这些研究强调了自我报告的主观健康水平的限制

相比于正规客观评估时。2.2。无氧健身研究表明，消防活动需要从总能量消耗的约40％的消耗的厌氧能源系统中获得（柠檬和赫米斯顿，1977年，威弗，1999年和Bilzon等，2001）。

高达13.1mmol·l-1在消防模拟的报道血乳酸浓度

（柠檬和赫米斯顿，1977，格莱德希尔和Jamnik，1992和Smith等人，1996;冯Heimburg等人，2006;霍尔默和Gavhed，2007年），这可能会导致疲劳的发生，其程度取决于消防队员健身（Bilzon等，2001）。

无氧阈出现在最大有氧能力的具有更大的有氧能力人比例更高

（就绪和昆尼，1982年）。作为这种适应的结果，在高强度的消防活动中能量的更大百分比从需氧过程中得到（柠檬和赫米斯顿，1977;Bilzon等，2001）。

这种能力是在一个优点，恢复期

以下的

高强度的工作周期被缩短。消防人员的无氧代谢能力的数据是有限的，用于测量无氧能力的测试协议尚未得到证实。然而，对于男性消防员无氧能力和消防活动的执行之间有很强的相关性已有报道。美洲鸵（2004）报道了消防活动，其中包括软管拉，受害人搬运，楼梯攀登，装备提升机等，400米冲刺更好的消防队员显示了卓越的性能。现任的女性消防员的无氧功率由芬德利等人使用Wingate无氧测试测量。（2002年），报告说，女消防员拥有无氧功率水平类似于一般的女性人口。作者的结论是女消防员可能不具备必要的属性，其骨骼肌执行与消防有关的高强度工作。2.3。肌肉力量与消防相关的活动，如携带梯子，使用重型手动/液压工具，已被评为是消防员在肌肉力量和耐力方面最苛刻，最常见的任务，同时利用全身上下的肌肉（卢萨社等，1994年）。肌肉力量水平高，不仅对消防工作的成功业绩是一个重要因素，也有助于减少伤害的发生率（Wilson等，2005）。使用单个或多个强度测量肌肉力量和消防活动之间的关系是有据可查的。Davis等人，1982，Williford等人，1999和Bilzon。等，2001年，与瑞亚等。（2004）

使用等长手柄作为衡量实力，这是强烈的上肢力量和瘦体重相关（Leyk等，2007）。2.4。身体组成过量体脂肪对消防员的性能有着不同程度上的影响。暴露于热环境条件期间，身体脂肪充当绝缘体，阻碍散热，从而促进在核心温度（麦克莱伦，1998）有较大提高。体内的多余脂肪作为一个自重对抗重力作业时（赖利，1996年），影响的活动，如梯子，爬楼梯（Willford等，1999）。体内多余的脂肪也与心肺健康，心血管并发症的危险因素水平低有关。消防队员死亡的主要原因之一是心肌梗死（羽衣甘蓝等人，2003）。尸体解剖表明潜在动脉粥样硬化在消防员是在这些心肌梗死的主要因素（羽衣甘蓝等人，2003）。体脂百分比和模拟灭火性能之间显著的相关性已经报道。Willford等。（1999年）报告有体脂百分比和无脂肪重量的消防活动，其中包括表现之间的牢固关系：爬楼梯，软管提升机，强行进入，推进软管，和受害者的救援。报道最强的关系是体脂百分比和爬楼梯，那些最高脂肪值执行更慢。Lyons等。（2005年）报告，穿着厚重的消防防护服在跑步机上行走时，体脂百分比与代谢率和心脏率之间的相关性显著。因此，个体的脂肪含量可能会显示一个较高的代谢率和在蓄热时的增加，在相对更瘦个人的消防活动。3.消防活动的生理需求消防是一个职业，规定对操作者的高体能要求。

作业活动，如梯子，爬楼梯，受害人救助，以及设备运输时。与消防有关的身体的要求导致最大心脏率

和从氧和厌氧能量系统获能，是固有的代谢的结果好各项工作任务的物理需求，加之外来压力如服装和装备（Bilzon等人，2001年）。。

在缺乏实验室和野外条件下环境压力的消防活动的代谢需求进行了调查。柠檬和赫米斯顿（1977）研究了防护服的消防员的体能要求，但没有自给式呼吸装置执行四项任务，即：云梯攀登，受害人救助，软管拖动和梯子提高。本研究的设计允许每个任务的个体定量，因为它们被分别执行。数据表明，所有四个任务是相似的强度;消防人员在约70％查看MATHML源，10METS工作，并用约12千卡分钟-1。那些消防队员用鉴于MATHML源大于40ml的·千克-1min-1的能够执行每个任务的更大百分比需氧相比消防队员用鉴于MATHML源少于40ml的·千克-1分钟-1，谁是在厌氧过程更加依赖。从多层建筑受害者的救援是消防的一部分;在紧急情况下，它是不安全的使用电梯。因此，受害人抢救过程中，消防人员必须亲自作业，如之前进行救援工作爬楼梯。冯Heimburg等。（2006年）从与消防员穿戴全套个人防护套装结合自给式呼吸装置（SCBA）医院证明被害人救助的能源成本。在这一领域的基础研究消防队员爬上六层一个楼梯（20.5米的垂直同意），同时搭载了10米的消防水带，斧头，和一个手电筒（总重量包括PPE和SCBA37公斤）。一旦在楼梯的顶部，消防队员救出六名患者，通过单独拖动它们沿着地面上的“救援垫”，涵盖了162米的总距离。平均摄氧量，心脏速率，和血乳酸在楼梯的顶部测量2.8升·min-1的（44毫升数×公斤-1min-1的，88％的最高），167±13次分-1（83％最大），和6.8毫摩尔升-1，分别。3.7升的最大摄氧量值·min-1的患者抢救过程中被记录下来。整个操作用约5分钟到结束，并在完成意味着心脏速率和血乳酸为182次分-1和13mmol·l-1，分别。消防从工业生产到特定的民用消防行业需要执行任务。任务,如强行进入,梯子,和和天花板检修

则很少或从未进行过，

在一个起火的化工厂。对石化装置要求消防检查了Weafer(1999)。从高级官员收集的信息导致了五个常常产生和执行需要耐力基本任务的识别，

通过在石化厂在紧急情况下的单一消防队员

。这些任务是把一辆拖车在砾石表面质量(210公斤),打开和关闭的阀门,升序和降序垂直十米级阶梯,耗尽软管卷,其次是提升一个软管使用绳线十米级结构。这些任务的能量消耗是量化在一群消防员(意思是视图的MathML48.75毫升来源·公斤分钟−1)。平均耗氧量和心率要求所有的任务是40.14毫升·公斤分钟−1和171次·敏−1,分别。把拖车引起最大的代谢反应46.38毫升·敏−1公斤和174次·敏−1,分别。从上述研究的数据表明，消防是一个具有挑战性的物理占用需要高水平的个人的身体能力。

这一观察结果表明，需要消防队员同时具有高水平的肌肉和有氧健身，而随着工作本身是不够的，帮助消防队员保持健康的适当水平，培训计划和分配的过程中“屹立不倒”时应当提供的消防队员。4.消防员遇到的热环境消防员遇到的环境条件，通过较高的环境温度和辐射热通量的组合施加热应力。雅培和舒尔曼，1976Hoschke，1981年，福斯特和Roberts（1994）分类的环境条件消防队员暴露在成从日常紧急和关键类别。常规条件适用于大多数消防员遇到的工作条件。在100℃的温度和1千瓦平方米的热辐射的极限值时，福斯特和Roberts（1994）提出了25分钟的时间限制。危险情况反映了燃烧的大楼，其中消防员预计会工作只有很短的一段时间外，由于极端温度和辐射热的环境条件。在危险环境下工作的提议的限制将是约1分钟，在160℃，为4千瓦平方米的热辐射。严酷和关键的条件是指那些一个闪络过程中遇到的;极端条件被认为是大于所报道的危险，但不超过235℃和10千瓦平方米。福斯特和Roberts（1994）报告说，这些条件可以容忍的约1分钟的时间，但是，他们的报告损坏设备和防护服无法接受的水平所发生的这将使消防人员的风险，因此，这些条件是下工作太危险了。临界条件被认为潜在威胁生命，和消防员不能预期坚持不懈与在这样的环境中操作。监测和控制过程中实弹射击模拟环境条件时，问题存在。许多研究人员报告了其在不同范围内的消防训练设施（罗西，2003）的位置保持在固定位置的温度敏感的热电偶所收集的温度数据。在某些情况下，温度的读数已经报道，没有装置的哪里如何环境温度监测提供了（Smith等人，2001和Smith和Petruzzello，1998）。没有实际的曝光时间，以给定的温度精确细节，这是难以建立的生理应变诱导的活动是否是活动的身体的要求或由环境所施加的热应力，或二者的组合的结果。埃格林等。（2004年）表明，使用连接在训练设施内的固定位置，热电偶环境温度读数不会在佩戴消防人员的防护服表面反射的温度。环境温度每层楼，每个教师在消防战士的训练观察到的新兵被监视。测定使用附连到设置在0.3，0.6，0.9，1.2，1.5和1.8米以上的地面水平高度的金属极热电偶来实现。此外，热电偶连接到教师的长袍的外面的高度水平肩，腰，臀和的。较高的温度从附着相比，教师的长袍金属极（74±42°C）的热电偶报道（肩55±14°C，48±17℃，臀部42±12°C）。虽然这些结果都是从消防教官的简短它收留在阴凉的地方，他们证明了固定的热电偶不提供所经历的救火人员的实际温度准确的数据。消防员的生理反应对在现实生活中的操作体温调节反应存在不公布的数据，因为它是不切实际的，可能是危险的过程中危险事件中用生理监测设备的消防队员。然而，在整个消防员连续监测心脏速率还是有可能的（巴纳德和邓肯，1975，Kuorinka和尔霍宁，1981，索斯曼等人，1992和瘤等人，2004）。在缺乏真正在灭火行动的监测和环境条件的调节控制条件下，难以收集适合用于研究目的的数据。因此，在消防活动研究的生理反应是依赖于过程中的设施进行现场大火被用来训练新招募的消防队员模拟采集的数据。5.1。现场火灾在实际的紧急情况下有几个研究小组监测心脏率反应（巴纳德和邓肯，1975年，Kuorinka和尔霍宁，1981年，索斯曼等人，1992年和博斯等人，2004年），但所提供的环境条件下的数据。巴纳德都和邓肯（1975年）和Kuorinka和尔霍宁（1981）报道急剧增加心脏率（约60次分-1），响应报警后;心脏率略有下降，但相对于预报警值，而行驶的卡车起火仍然存在较高。这些初始增加心脏速率不能归因于高环境温度或诱导通过添加防护服代谢需求增加，但更可能是突然增加运动量和心理压力的高水平的结合。这些发现使用心脏率在现实生活中的消防活动测量时，强调需要谨慎，

作为心血管，神经，和体温调节系统的相对贡献是难以确定。5.2。消防模拟消防的热和心血管应力的水平取决于强度，持续时间，和物理任务和环境应激消防员暴露于自然界。ROMET和FRIM（1987）记录了训练仿真期间一个灭火船员的各种活动的生理反应。最苛刻的活动，这是一个24分钟的受害者搜救，导致了153次的平均心脏率·min-1的（年龄85％预测最大），直肠温度的上升，从37.7〜39℃。和平均皮肤温度从34.5至37.4℃。

最不苛刻的活动，这是船员船长，导致了112次·min-1的（65％以下的预测最大）平均心脏率，并上升直肠温度和平均的0.3皮肤温度1.5℃，分别。作者认为，旋转与机组成员的职责进行较少的剧烈活动能救火时减少热应激。

无主观感觉劳累，主观的热应力，或环境温度数据的评价测量报告了这项研究。5.2。消防模拟消防的热和心血管应力的水平取决于强度，持续时间，和物理任务和环境应激消防员暴露于自然界。ROMET和FRIM（1987）记录了训练仿真期间一个灭火船员的各种活动的生理反应。最苛刻的活动，这是一个24分钟的受害者搜救，导致了153次的平均心脏率·min-1的（年龄85％预测最大），直肠温度的上升，从37.7〜39℃。和平均皮肤温度从34.5至37.4℃。

最不苛刻的活动，这是船员船长，导致了112次·min-1的（65％以下的预测最大）平均心脏率，并上升直肠温度和平均的0.3皮肤温度1.5℃，分别。作者认为，旋转与机组成员的职责进行较少的剧烈活动能救火时减少热应激。

无主观感觉劳累，主观的热应力，或环境温度数据的评价测量报告了这项研究。进行灭火活动不同热条件下允许对环境和活动的影响，以分别确定。

即使在没有高环境温度的内源产热足以在施加热应变时的身体活动是一个艰苦的性质。重要设备运输这往往需要克服重力加剧生理小种进一步。主动散热将是有益以下搜索和救援活动和消防活动，在炎热的环境中反复发作，其中允许短时间的恢复周期之间。6.穿着消防员的防护服的生理后果消防队员遇到一系列物理和化学危害，因此，穿防护服是必不可少的，因为它提供保护从这些有害的风险。救火时穿戴防护服屏蔽的极端环境温度而有所不同，作为多久火已经燃烧和功能所涉及的材料消防队员。

消防员防护服由外壳，湿气屏障，和热衬里;每一层具有一个特定的目的。总的合奏由靴子，耐用手套，沙坑裤子，大衣，闪光罩，和救火时也佩戴空气呼吸器是。一个典型的消防合奏（包括SCBA）重~26公斤。消防员防护服具有~0.47平方米KW-1（2.44CLO等级）的绝缘值（霍尔默等人，2006）。总的功能是提供消防员用热，火焰和其它危险环境提供足够的保护。但是，这种保护往往以牺牲对人体热平衡来实现的。

穿过防护服的层中的有限蒸汽渗透性和增加的代谢产热从通过减少消散产生的热量的能力增加的重冲击体温调节系统上产生的。

最终的结果，继续蓄热在体内（Cheung等人，2000）。6.1。影响消防队员的保护对氧的消耗消防员防护服增加工作的代谢成本（使用氧消耗测量）两种方式，通过抵抗运动和增加个体（哈克，1988）的总质量。所造成的加到散装移动的限制改变步态的力学和人体的关节的运动的效率，从而产生'蹒跚'或'结合“效应（可口可乐等人，2007）。一个明显的“向前倾”的转变重力对运动也会影响中央罚款。对“消防防护服'代谢成本得到了很好的记录在良好控制的实验室条件下，通常比较均匀或物理教育套件进行。研究表明，跑步期间在低（Skoldstrom，1987），中度进行行走（Graveling等人，1999），或高强度（Baker等人，2000和Dreger等人，2006）的消防防护服显著增加代谢率。Skoldstrom（1987）报道显著增加耗氧量为0.8至1.2升·min-1的穿着消防员防护服和SCBA（总重量约30公斤），相当于20％和最大摄氧量的30％时，而走在在低强度跑步机（3.5公里·H-1），在温度条件60分钟（15℃）。心脏率也25次·min-1的高，穿着比较基准状态防护服时，主观体力较大。在摄氧量服装条件之间的差别是相同的，不管即使在45℃的工作造成了更大的心脏速率响应，增加的汗水率，和主观反应相比在15℃下进行同样的工作环境温度的。Graveling等。（1999）报告说，在高强度的跑步机行走（5公里·小时-1，7.5％的梯度）。当消防员穿着防护服无空气呼吸器中氧量增加15-20％。与使用空气呼吸器的操作时，观察到进一步增加氧量通过类似的余量。但是，通过的空气呼吸器强加的增加似乎是依赖于装置的重量。Hooper等。（2001年）相比，轻量级（15公斤）并且具有对氧气的消耗常规（27千克）自给式呼吸器。轻便的设备是显著的利益，要求0.26升比传统的集·min-1的更少。心脏速率也显著与轻质装置，这一发现与轻量级SCBA操作时这表明降低的心血管应变降低。这有利于心血管反应可能在业务活动延长在消防队员的工作能力。6.2。穿着消防员防护服的热调节反应与消防员防护服有关的热应激已被记录在不同的环境条件，并在活动的各个运动强度。下温和的条件下，白色和Hodous（1987）报告说，跑步机行走（5公里·H-1和8％梯度），而穿着消防员防护服和空气呼吸器的时间显著降低至生理应变的预定的水平。消防队员的防护服也影响到皮肤温度升高，心脏率，并在上升，核心温度的速度相比，穿着轻便的工作服（1.85VS0.23°C·H-1）。执行跑步机正以较低的强度时Skoldstrom（1987）报道增加核心体温的更大的速率（3.5公里·H-1），但在热（45℃，相对湿度15％）直肠温度的存在，而穿着防护在2.24℃的速度相比，0.23℃下，在标准的统一服装增加。这些研究表明两个内在因素和外在因素对生理小种的相对贡献。福格蒂等。（2004）研究了uncompensable热应激条件下，“消防员防护套装”的心热的影响。使用由半卧位周期测力练习协议允许使用阻抗心动和静脉闭塞体积描记法的每搏量和皮肤血流量，分别的测定。显著更大的核心和皮肤温度和心脏速率的反应被发现穿着相比，“穿衣服”状态确认前人的研究发现防护服的时候。显著增加出汗率在'消防员防护套装'（1.2VS1.9LH-1）伴随着较高的冲程体积，心输出量，皮肤血流量的值相比，“穿衣服”的条件。3种消防员“消防服”不同的CLO收视率，从2.77到3.03的体温调节反应被霍尔默等人的影响。（2006）;消防员从事跑步机行走5公里·小时-1用于在气候室在环境温度和分别为55℃和30％，相对湿度30分钟。要么道岔西服之间发现在心脏速率，皮肤温度，或者核心温度没有差异。这些作者的结论是在设计，厚度和绝缘价值方面的小差异对所得体温调节应变没有影响。7.认知功能在消防搜救活动，保持心理功能的极端高温和情绪压力的情况下，足够的性能是显著重要，因为健康和消防队员的安全性，船员的问题，而公众可能会受到影响。在潜在的威胁生