呼吸防護(hù)用品的人機(jī)工效學(xué)問題分析.doc

呼吸防護(hù)用品的人機(jī)工效學(xué)問題分析呼吸防護(hù)用品是預(yù)防或降低空氣中有害物質(zhì)對(duì)作業(yè)人員呼吸系統(tǒng)危害的個(gè)體防護(hù)裝備，是保護(hù)作業(yè)人員健康的最后一道防線。人機(jī)工效學(xué)是根據(jù)人的心理、生理與身體結(jié)構(gòu)等，研究人、機(jī)器、環(huán)境相互之間的合理適配關(guān)系，以保證人們安全、健康、舒適地工作，并取得滿意的工效的一門學(xué)科。我國(guó)人機(jī)工效學(xué)的研究和應(yīng)用與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，存在著較大的差距。但隨著我國(guó)科技的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)工作條件的要求及對(duì)自身健康的關(guān)注逐步增強(qiáng)，防護(hù)用品的人機(jī)工程特性及其人性化的設(shè)計(jì)也將成為人們?nèi)找嬷匾暤膯栴}。筆者根據(jù)人體的面部解剖形態(tài)、頭頸部生物力學(xué)特點(diǎn)、呼吸系統(tǒng)與心血管系統(tǒng)的生理機(jī)能的要求，系統(tǒng)提出了呼吸防護(hù)用品的密合性、呼吸阻力等人機(jī)工效學(xué)問題，并逐一進(jìn)行分析。運(yùn)用人機(jī)工效學(xué)原理，指導(dǎo)呼吸防護(hù)用品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)與評(píng)價(jià)，使呼吸防護(hù)用品滿足人體的形態(tài)結(jié)構(gòu)與生理機(jī)能，加強(qiáng)防護(hù)用品與人體的適配性，更好地發(fā)揮呼吸防護(hù)用品的防護(hù)效果，并提高其舒適性，為作業(yè)人員所廣泛接受和持續(xù)使用，切實(shí)起到保障作業(yè)人員身體健康的作用。1我國(guó)呼吸防護(hù)用品使用現(xiàn)狀當(dāng)前，我國(guó)職業(yè)危害形勢(shì)十分嚴(yán)峻，有毒有害企業(yè)超過1600萬(wàn)家，受到職業(yè)病危害的人數(shù)超過2億。職業(yè)病的發(fā)生集中在呼吸系統(tǒng)，其中，塵肺病占我國(guó)各類職業(yè)病的80%，20世紀(jì)50年代以來，我國(guó)累計(jì)報(bào)告塵肺病例58萬(wàn)多人，相當(dāng)于世界其他國(guó)家塵肺病人的總和，已經(jīng)死亡14萬(wàn)多人，現(xiàn)有患者44萬(wàn)多人。由于現(xiàn)在廠礦企業(yè)勞動(dòng)者的體檢率低，報(bào)告不全，因此，估計(jì)實(shí)際發(fā)病要比報(bào)告的例數(shù)多10倍，塵肺病實(shí)際發(fā)生的病例數(shù)不少于100萬(wàn)人。呼吸系統(tǒng)職業(yè)病的防治是一個(gè)綜合性課題，個(gè)體防護(hù)和工程治理是預(yù)防呼吸系統(tǒng)職業(yè)病的主要途徑。呼吸防護(hù)用品是在無(wú)法將作業(yè)場(chǎng)所中有害物質(zhì)的濃度降低到最高容許濃度以下或無(wú)法完全消除危害因素時(shí)，保護(hù)從業(yè)人員身體健康、避免遭受環(huán)境侵害的一種特殊的勞保用品。我國(guó)勞動(dòng)防護(hù)用品有著廣闊的市場(chǎng)，個(gè)體防護(hù)裝備的市場(chǎng)份額超過200億元人民幣。其中，各種防塵口罩的年需求量為15600萬(wàn)個(gè)，各種防毒而罩僅煤炭、化工兩個(gè)行業(yè)的年需求量為310450萬(wàn)個(gè)。我國(guó)勞動(dòng)防護(hù)用品的生產(chǎn)企業(yè)數(shù)千家，從業(yè)人員數(shù)萬(wàn)人，我國(guó)生產(chǎn)的呼吸防護(hù)用品中相當(dāng)一部分產(chǎn)品質(zhì)量不高，防護(hù)功能與舒適性差，同國(guó)外知名廠家的產(chǎn)品相比，存在著差距，尤其是在與人體的適配性方面存在較大差距，從業(yè)人員佩戴后，使其工作不方便，舒適性較差。目前，美國(guó)3M公司、法國(guó)巴固公司等外資企業(yè)占有我國(guó)呼吸防護(hù)用品市場(chǎng)相當(dāng)大的份額。為提高我國(guó)呼吸防護(hù)用品的防塵毒性能，單純從防護(hù)材料、生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)著手還很不夠，必須增強(qiáng)呼吸防護(hù)用品與人體的適配性、舒適性，才能真正保證其防護(hù)效果，并為從業(yè)人員所接受。2問題與對(duì)策2.1呼吸防護(hù)用品的密合性呼吸防護(hù)用品與人體面部密合的好壞，直接影響到防護(hù)效果。根據(jù)流體力學(xué)原理，氣流首先流向阻力小處，如果呼吸防護(hù)用品與人體面部吻合不好，呼吸氣流首先穿過面具與人體面部之間的縫隙流通，而不通過過濾材料。該結(jié)果表明，無(wú)論濾料的過濾效率多高，但起不到濾過作用，呼吸防護(hù)用品的整體防護(hù)效果難以保證。William等對(duì)面具的密封泄漏與其防護(hù)效果的研究指出：面具周邊1mm的小孔就會(huì)造成防護(hù)效率的顯著下降。同時(shí)，人體面部神經(jīng)豐富且感覺器官集中，呼吸防護(hù)用品與面部吻合的好壞對(duì)其舒適性產(chǎn)生影響，若呼吸防護(hù)用品與面部匹配性差會(huì)導(dǎo)致加壓鼻面部等不舒適感。我國(guó)使用的呼吸防護(hù)用品中，大部分是國(guó)外個(gè)體防護(hù)裝備生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)，而按照西方人的臉形設(shè)計(jì)的。國(guó)內(nèi)雖然設(shè)計(jì)或仿制了一些呼吸護(hù)具，但是，也多參照國(guó)外的設(shè)計(jì)資料生產(chǎn)。由于不同人種的面部形態(tài)特征不同，因此，按照西方人臉形設(shè)計(jì)的呼吸防護(hù)用品不符合我國(guó)人體的顏面特征。據(jù)調(diào)查，90%以上的飛行員反映佩戴面罩不舒適，70%左右反映面罩夾壓鼻面部且漏氣。飛行事故的統(tǒng)汁資料表明，因供氧面罩氣密性差而漏氣導(dǎo)致的事故占發(fā)生事故的20%以上。為改善呼吸防護(hù)用品與人體面部密合性，目前主要采取以下方法：1)在設(shè)計(jì)階段，增加呼吸防護(hù)用品面具造型與人體面部形態(tài)的吻合。對(duì)于半面罩呼吸防護(hù)用品，主要以臉長(zhǎng)、下頜寬度、嘴唇寬度和鼻高等作為設(shè)計(jì)指標(biāo)，根據(jù)人體頭面部的測(cè)量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和分型。但是，國(guó)內(nèi)外人體面部形態(tài)特征指標(biāo)提取的科學(xué)依據(jù)與驗(yàn)證還十分薄弱，同時(shí)，國(guó)外人體而部形態(tài)特征指標(biāo)是否符合我國(guó)還需要加以分析。2)通過呼吸防護(hù)用品與人體面部接觸部位材料的卷邊設(shè)計(jì)或使用柔韌性好的材料，如硅橡膠等，加強(qiáng)呼吸防護(hù)用品與人體面部的密合性。3)使用前，按照密合性和泄漏量檢驗(yàn)程序，選擇適合于使用者臉型的呼吸防護(hù)用品，增加密合性、減少泄露。GB/T18664-2002呼吸防護(hù)用品的選擇、使用與維護(hù)即作了這方面的規(guī)定。2.2呼吸防護(hù)用品的阻力佩戴呼吸防護(hù)用品后，人體的呼吸氣流通過面具時(shí)產(chǎn)生摩擦力，形成了呼吸防護(hù)用品的呼吸阻力。呼吸防護(hù)用品的呼吸阻力由空氣之間的摩擦力和空氣與通道表面的摩擦力兩部分組成。可分為吸氣阻力和呼氣阻力，前者為佩戴者吸氣時(shí)氣流流經(jīng)濾料、導(dǎo)氣管、吸氣閥門等部位所產(chǎn)生阻力總和，后者由佩戴者呼氣時(shí)流經(jīng)內(nèi)外呼氣閥門等部件產(chǎn)生的。呼吸阻力是呼吸防護(hù)用品的一項(xiàng)性能指標(biāo)，同時(shí)，增加了佩戴人員額外的呼吸阻力以及肺部負(fù)擔(dān)，會(huì)導(dǎo)致佩戴者換氣不足、每分鐘呼吸量和氧耗量等的降低。吸入阻力245Pa時(shí)，佩戴者就會(huì)產(chǎn)生吸氣困難的感覺，呼吸阻力在98Pa147Pa時(shí)人就會(huì)出現(xiàn)主觀不適的反應(yīng)，有的人則感到呼吸困難。另外，呼吸防護(hù)用品呼吸阻力增加，則漏氣量增加，呼吸阻力還關(guān)系到佩戴者能否樂意接受與持續(xù)使用呼吸護(hù)具。我國(guó)最新的GB2626-2006呼吸防護(hù)用品自吸過濾式防顆粒物呼吸器規(guī)定：每個(gè)樣品的總吸氣阻力不大于350Pa，總呼氣阻力不大于250Pa。這與美國(guó)42GFRPart84：1995防微粒呼吸護(hù)具規(guī)定的吸氣阻力不大于343Pa，呼氣阻力不大于245Pa非常接近，如下表所示。我國(guó)原有的防塵口罩的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)LD29-1992中華人民共和國(guó)勞動(dòng)和勞動(dòng)安全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)防塵口罩則規(guī)定吸氣阻力不大于49Pa，呼氣阻力不大于29.4Pa?？梢?，我國(guó)自吸過濾式防顆粒物呼吸器現(xiàn)有的呼吸阻力的規(guī)定是參照美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)制定的。英國(guó)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定呼氣阻力不大于122.5Pa，與美國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)相差較遠(yuǎn)。因此，需要對(duì)我國(guó)人體的呼吸阻力限值進(jìn)行研究，為我國(guó)呼吸防護(hù)用品標(biāo)準(zhǔn)的制定提供依據(jù)，使我國(guó)呼吸防護(hù)用品標(biāo)準(zhǔn)符合中國(guó)人的生理特點(diǎn)。2.3呼吸防護(hù)用品的死腔問題人員佩戴面具時(shí)，罩體與人體面部構(gòu)成的內(nèi)部集合空間相當(dāng)于人體生理死腔的延伸，會(huì)導(dǎo)致人體呼吸區(qū)內(nèi)二氧化碳的儲(chǔ)留，使吸入氣中二氧化碳濃度升高，肺泡內(nèi)二氧化碳分壓隨之升高。嚴(yán)重時(shí)引起呼吸中樞的麻痹，出現(xiàn)呼吸抑制、頭痛、頭昏、氣喘、無(wú)力等癥狀；同時(shí)，吸入氣體中二氧化碳濃度超過一定量，會(huì)使二氧化碳滲入血液造成二氧化碳中毒；吸入氣中氧含量降低會(huì)產(chǎn)生慢性缺氧，導(dǎo)致氣體代謝障礙，產(chǎn)生心力衰竭。當(dāng)吸入空氣中二氧化碳含量超過2%時(shí)，就會(huì)發(fā)生呼吸障礙。呼吸防護(hù)用品的死腔還會(huì)影響作業(yè)人員的作業(yè)能力以及佩戴時(shí)的舒適感。有研究表明：350ml死腔致使體力活動(dòng)所能持續(xù)的時(shí)間減少19%，呼吸護(hù)具的舒適性降低18%。但是，呼吸防護(hù)用具沒有死腔也是不科學(xué)的，死腔為零時(shí)，實(shí)際上只會(huì)有相當(dāng)于佩戴者鼻孔面積的濾材參與了塵毒等有害物質(zhì)的過濾，呼吸阻力非常大.因此，呼吸防護(hù)用品的死腔大小是一個(gè)需要權(quán)衡的問題。GB2890-1995過濾式防毒面具通用技術(shù)條件規(guī)定全面罩大眼窗面罩的死腔應(yīng)小于250ml，雙跟窗面罩的死腔應(yīng)小于280ml；半面罩的死腔應(yīng)小于185ml。GB2626-2006呼吸防護(hù)用品自吸過濾式防顆粒物呼吸器對(duì)死腔重新進(jìn)行了定義：從前一次呼氣中被重新吸入的氣體的體積，用吸入氣中二氧化碳體積百分含量表示。并規(guī)定死腔檢測(cè)結(jié)果平均值應(yīng)不大于1%。2.4呼吸防護(hù)用品的熱應(yīng)激問題熱不適是作業(yè)人員不愿意佩戴過濾式呼吸防護(hù)用品的主要原因之一。新西蘭的一項(xiàng)調(diào)查顯示近1/3的調(diào)查對(duì)象反映佩戴后體溫升高，引起的熱不適是他們不愿意佩戴防護(hù)用品的關(guān)鍵原因。人在溫?zé)岘h(huán)境中作業(yè)時(shí)，汗液蒸發(fā)是機(jī)體散熱的主要途徑。雖然人體頭頸部占人體體重的比例小，但是，頭頸部單位面積/體積的散熱能力較身體其他部位強(qiáng)。呼吸防護(hù)用品的面罩阻礙了頭面