熱應(yīng)激建筑工人熱濕舒適性服裝

摘要隨著全球極端天氣日益增多，我國(guó)的氣候環(huán)境也變得越來(lái)越惡劣。夏季高溫環(huán)境下，建筑工人對(duì)極端氣候不夠重視，很容易受到高溫環(huán)境的威脅導(dǎo)致身體出現(xiàn)熱應(yīng)激，造成中暑，昏迷，甚至是死亡。本文旨在為建筑工人開(kāi)發(fā)一款夏季使用的抗熱應(yīng)激防護(hù)服，具備良好的熱濕舒適性。減輕建筑工人的工作壓力。通過(guò)分析和總結(jié)建筑工人的現(xiàn)狀和現(xiàn)有工作服的優(yōu)缺點(diǎn)，提取出建筑工人的實(shí)際需求。結(jié)合人體出汗的分布特征以及各種面料的性能，設(shè)計(jì)和制作一套提高建筑工人熱濕舒適性的服裝。設(shè)計(jì)主客觀實(shí)驗(yàn)獲取受試著在不同環(huán)境和運(yùn)動(dòng)條件的生理指標(biāo)和主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)，進(jìn)而評(píng)價(jià)熱防護(hù)服的降溫效果和熱調(diào)節(jié)作用。關(guān)鍵詞：熱應(yīng)激，建筑工人，熱濕舒適性，服裝

AbstractWiththeincreasingglobalextremeweather,China'sclimatehasbecomeincreasinglyharsh.Insummer,constructionworkerspaylessattentiontoextremeweather,andarevulnerabletoheatstress,causingheatstressinthebody,causingheatstroke,coma,andevendeath.Thisarticleaimstodevelopasummerheat-resistantprotectiveclothingforconstructionworkerswithgoodthermalcomfort.Reducethepressureonconstructionworkers.Byanalyzingandsummarizingthecurrentsituationofconstructionworkersandtheadvantagesanddisadvantagesofexistingworkclothes,theactualneedsofconstructionworkersareextracted.Combiningthedistributioncharacteristicsofhumansweatingandtheperformanceofvariousfabrics,wedesignandmanufactureasetofgarmentsthatenhancethethermalcomfortofconstructionworkers.Thesubjectiveandobjectiveexperimentsweredesignedtoobtainphysiologicalindicatorsandsubjectiveevaluationindicatorsunderdifferentenvironmentalandexerciseconditions,andthentoevaluatethecoolingeffectandthermalregulationofthermalprotectiveclothing.Keywords:heatstress,constructionworkers,heat-moisturecomfort,clothing

目錄1 緒論 [15]的設(shè)計(jì)要求，工作還做了一些必要的高警示設(shè)計(jì)。高警示設(shè)計(jì)的核心在于高可視度的面料，工作服上衣采用熒光綠面料加上一層警示防護(hù)作用的反光材料，為了減少反光材料裝透氣和吸濕排汗能力的影響，采取鏤空的反光帶設(shè)計(jì)。在上衣部分有兩條環(huán)繞身體的平行反光帶，兩肩各有一條反光帶從前到后連接環(huán)繞身體部分的上面一條反光帶。工作服下裝有兩條環(huán)繞褲腿的平行反光帶。給穿著者很好的高警示防護(hù)效果，減少建筑工人戶外或夜間作業(yè)出事故的概率。圖2.6褲子設(shè)計(jì)款式圖根據(jù)款式和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制作成衣樣板圖，如圖2.7所示圖2.7成衣樣板圖實(shí)驗(yàn)方法在人工的氣候室內(nèi)進(jìn)行人體生理實(shí)驗(yàn)，氣候?qū)嶒?yàn)室的溫度和濕度都可以獨(dú)立進(jìn)行精確的控制。由空調(diào)系統(tǒng)保證氣候室可以擁有穩(wěn)定的風(fēng)速，溫度和濕度。在兩個(gè)房間。氣候室內(nèi)設(shè)置有跑步機(jī)，通過(guò)設(shè)置不同的跑步速度來(lái)模擬不同的勞動(dòng)強(qiáng)度。真人熱生理實(shí)驗(yàn)主要包含以下幾個(gè)流程。1、挑選受試者。建筑工一般都是體力較好的青年男性，本次實(shí)驗(yàn)將挑選三名健康男性大學(xué)生作為人體熱生理實(shí)驗(yàn)的受試者。受試者的年齡、身高和體重的范圍為，男性20歲到28歲，身高要在170到178之間，體重60到70公斤。實(shí)驗(yàn)過(guò)程實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，設(shè)計(jì)一整套的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度方案來(lái)模擬建筑工的勞動(dòng)強(qiáng)度，受試者要在氣候室進(jìn)行一段時(shí)間的靜坐,以避免實(shí)驗(yàn)環(huán)境對(duì)受試者身體產(chǎn)生影響。受試者在溫度34.5℃,濕度為75%的環(huán)境中進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)包含休息，熱身，沖刺，積極休息，被動(dòng)休息這五個(gè)階段，目的是最大程度地模擬建筑施工一天的勞動(dòng)過(guò)程。試驗(yàn)過(guò)程中會(huì)測(cè)試受試者的直腸溫度，平均皮膚溫度以及運(yùn)動(dòng)過(guò)程的主觀感覺(jué)。直腸溫度用精度為0.1℃的溫度傳感器進(jìn)行測(cè)量，溫度傳感器也用于測(cè)量身體各部位的皮膚溫度，如胸部溫度，上臂溫度，身側(cè)溫度，大腿溫度和小腿溫度。平均皮膚溫度通過(guò)測(cè)量出的局部皮膚計(jì)算得出,見(jiàn)公式(2,1)。通過(guò)對(duì)照實(shí)驗(yàn)測(cè)試新設(shè)計(jì)服裝的性能，受試者分別穿著新設(shè)計(jì)衣服和普通純棉服裝，測(cè)量相關(guān)的生理指標(biāo)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析進(jìn)行評(píng)價(jià)并得出結(jié)論。T(2,1)

熱防護(hù)服的測(cè)試和評(píng)估測(cè)試過(guò)程本實(shí)驗(yàn)挑選了三名身體健康的男性大學(xué)生作為受試者，受試者的平均年齡為23歲，平均身高172cm，體重69kg。在溫度為34.5℃,濕度為75%，模擬夏季戶外的高溫天氣。受試者在模擬的高溫天氣下通過(guò)跑步機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，分別穿著新設(shè)計(jì)的工作服和普通純棉服裝進(jìn)行測(cè)試，為了模擬夏季建筑工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，跑步機(jī)設(shè)置不同的時(shí)間和運(yùn)動(dòng)速率，具體運(yùn)動(dòng)方案如表3.1所示。在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中測(cè)量受試者的生理指標(biāo)和心理指標(biāo)，生理指標(biāo)包括身體的核心溫度和平均皮膚溫度，平均皮膚溫度由各部位核心溫度加權(quán)得到。在運(yùn)動(dòng)前后各休息30分鐘，休息階段每隔6分鐘采集一次生理指標(biāo)的數(shù)據(jù)，其他階段每隔3分鐘采集一次生理指標(biāo)的數(shù)據(jù)。心理指標(biāo)包括熱感覺(jué)，舒適性，濕舒適性。休息階段每隔10分鐘采集一次心理指標(biāo)的數(shù)據(jù)，其他階段每隔3分鐘采集一次心理指標(biāo)的數(shù)據(jù)。在各個(gè)階段的測(cè)試完成之后，受試者填寫調(diào)查問(wèn)卷，評(píng)價(jià)穿著新設(shè)計(jì)工作服和普通純棉服裝的心理感受。表STYLEREF\s章標(biāo)題3.1受試者運(yùn)動(dòng)方案時(shí)間(min)3033333333330運(yùn)動(dòng)速率(km/h)06868.558.553.520測(cè)試結(jié)果及評(píng)估熱防護(hù)服的降溫效果的評(píng)估主要從兩個(gè)方面來(lái)看，第一個(gè)是客觀評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，客觀評(píng)價(jià)指的是熱防護(hù)服的物理性能如透濕性，水分管理能力，導(dǎo)熱能力對(duì)人體生理的各項(xiàng)指標(biāo)的影響，通過(guò)科學(xué)方法進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析處理，通過(guò)對(duì)比分析人體在穿著熱防護(hù)服前后的生理指標(biāo)的變化，來(lái)觀察人體所遭受的熱應(yīng)力的大小，并以此來(lái)客觀地評(píng)價(jià)熱防護(hù)服裝的降溫效果。1、核心溫度圖3.1示在34.5℃，75%相對(duì)濕度條件下穿著新設(shè)計(jì)工作服和普通純棉衣物時(shí)，核心溫度在不同勞動(dòng)強(qiáng)度下的變化規(guī)律。從整體來(lái)看，穿著不同的衣服之后，人體核心溫度沒(méi)有產(chǎn)生太大的變化;在熱身和沖刺階段，人體的核心溫度迅速上升;在核心溫度接近39℃之后，人體進(jìn)入被動(dòng)休息階段，此時(shí)的核心溫度逐漸下降。對(duì)比新設(shè)計(jì)服裝和普通服裝，在休息，熱身以及積極休息階段兩者對(duì)核心溫度的影響沒(méi)有明顯差異，在39min和72min-96min區(qū)間，新設(shè)計(jì)衣服的核心溫度明顯低于普通服裝。在正常穿著環(huán)境中，兩個(gè)服裝對(duì)人體的核心溫度并無(wú)太大影響，而在勞動(dòng)強(qiáng)度較大，高溫較高的環(huán)境中，人體會(huì)分泌出大量汗液，新設(shè)計(jì)衣服具有較好的透濕，可以將汗液及時(shí)排出衣服外表面，具有較好的散熱效果。新設(shè)計(jì)的熱防護(hù)服對(duì)比普通純棉衣物由較大的熱調(diào)節(jié)效果。2、皮膚溫度在熱生理實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)溫度傳感器分別測(cè)量了人體的胸部溫度，上臂溫度，身側(cè)溫度，大腿溫度，上臂溫度，小腿溫度。圖3.2示人體局部皮膚溫度的變化規(guī)律，五個(gè)局部皮膚溫度的變化趨勢(shì)和核心體溫的變化規(guī)律有相當(dāng)?shù)囊恢滦裕粡膱D中可以看出胸部和上臂的溫度對(duì)比其他部位的溫度較高，并且溫度上升較其他部位較快；新設(shè)計(jì)服裝對(duì)于上臂和小腿皮膚溫度幾乎沒(méi)有影響；新設(shè)計(jì)服裝對(duì)身側(cè)部位的皮膚溫度影響最大，有較好的降溫效果。結(jié)合人體出汗的分布，可以知道，上臂和胸部對(duì)比其他部位會(huì)出更多的汗液。在服裝的透濕性一定的情況下，出汗較多的部位的散熱能力較弱，導(dǎo)致在人體運(yùn)動(dòng)速率上升時(shí)皮膚溫度快速上升。在出汗較少的部位，散熱能力也較為強(qiáng)大，新設(shè)計(jì)服裝在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面在身側(cè)部位進(jìn)行了面料拼接設(shè)計(jì)增強(qiáng)透氣性?？梢栽趧趧?dòng)強(qiáng)度大的環(huán)境下進(jìn)一步降低在身側(cè)部位的皮膚溫度。而對(duì)于出汗分布中出汗最少的上臂和小腿部位，新設(shè)計(jì)服裝和普通服裝對(duì)于這兩個(gè)部位的皮膚溫度幾乎沒(méi)有什么影響，從圖中可以看出，上臂溫度和小腿溫度的相關(guān)圖表中，兩條折線幾乎是交織在一起的。作為熱生理實(shí)驗(yàn)中一個(gè)重要的生理指標(biāo)，平均皮膚溫度主要通過(guò)各部位的皮膚溫度加權(quán)得到，可以對(duì)皮膚溫度進(jìn)行一個(gè)綜合性的分析。具體的公式可見(jiàn)公式(2.1)。通過(guò)加權(quán)得到的平均皮膚溫度數(shù)據(jù)經(jīng)可視化分析得到圖3.3。由圖可知，平均皮膚溫度的變化規(guī)律呈現(xiàn)出以下趨勢(shì)：在休息階段的皮膚溫度比較平穩(wěn)，在熱身階段的皮膚溫度反而下降；沖刺階段的平均皮膚溫度快速上升并且呈現(xiàn)出一種不穩(wěn)定性；皮膚溫度在積極休息階段達(dá)到最高點(diǎn)并且在被動(dòng)休息階段緩慢地下降。對(duì)比新設(shè)計(jì)服裝和普通服裝，在熱身運(yùn)動(dòng)之后，兩者對(duì)皮膚溫度的影響開(kāi)始顯示出較大的差異，在49min-51min以及90min時(shí)平均皮膚溫度有著明顯的差異。結(jié)合核心溫度的圖之后，我們可以知道，核心溫度通常比皮膚溫度高。在核心溫度超過(guò)一定程度，可能威脅到人體的生命和健康安全?？傮w而言，新設(shè)計(jì)服裝在某些局部部位如身側(cè)部位可以起到非常好的降溫效果，對(duì)比普通服裝由較大的導(dǎo)熱能力和透濕性。在另一些部位如出汗較少的四肢部位卻毫無(wú)作用。平均下來(lái)，新設(shè)計(jì)衣服對(duì)比普通服裝具有一定的抗熱應(yīng)激效果。3、主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)與客觀評(píng)價(jià)相對(duì)應(yīng)的是主觀評(píng)價(jià)，主觀評(píng)價(jià)是人體穿著服裝時(shí)和穿著后的主觀感覺(jué)。主觀評(píng)價(jià)熱防護(hù)服降溫效果的指標(biāo)包括熱感覺(jué)，舒適感，濕舒適感。主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)使用調(diào)查問(wèn)卷的方式來(lái)獲取，受試者按照主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)(表3.2)來(lái)描述他的熱感覺(jué)，舒適感。和濕舒適感。評(píng)價(jià)一件衣服時(shí)，穿著者自身的感覺(jué)才是最重要的，主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)評(píng)價(jià)熱防護(hù)服降溫效果的一個(gè)重要的補(bǔ)充，。由于穿著者之間存在著個(gè)體差異，主觀評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)不能通過(guò)科學(xué)測(cè)量的方法來(lái)直接獲取，本實(shí)驗(yàn)通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查的方式獲取數(shù)據(jù)。在休息階段每10分鐘采集一次主觀評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，在熱身階段每3分鐘采集一次主觀評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，在沖刺和積極休息階段每6分鐘采集一次主觀評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)。表3.2主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)等級(jí)熱感覺(jué)舒適感濕舒適7VeryhotVeryuncomfortableVeryDamp6HotUncomfortableDamp5SlightlyhotSlightlyuncomfortableSlightlydamp4NeutralNeutralNeutral3SlightlycoolSlightlycomfortableSlightlyDry2CoolComfortDry1VeryCoolVerycomfortVeryDry（1）熱感覺(jué)熱感覺(jué)是身體對(duì)于冷熱刺激的一種意識(shí)和感覺(jué)，個(gè)人對(duì)熱刺激和冷刺激的主觀描述是包含人體心理和生理的復(fù)雜性知識(shí)，很難用一種直接的方法去準(zhǔn)確地測(cè)量它。但溫度變化的時(shí)候，熱感覺(jué)往往比皮膚溫度和核心溫度等生理熱指標(biāo)更加敏銳，也可以更好地描述人體的冷熱狀態(tài)。如圖3.4所示，在實(shí)驗(yàn)剛開(kāi)始，人體處于不冷不熱的中間狀態(tài)；隨著實(shí)驗(yàn)進(jìn)行，運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度越來(lái)越大，人體的熱感覺(jué)指標(biāo)上升；運(yùn)動(dòng)沖刺過(guò)后，熱感覺(jué)指標(biāo)緩慢下降。并且在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始是新設(shè)計(jì)服裝的熱感覺(jué)指標(biāo)大于普通服裝的熱感覺(jué)指標(biāo)，隨著運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的加大，新設(shè)計(jì)服裝在運(yùn)動(dòng)過(guò)程可以有效降低人體的熱感覺(jué)。（2）舒適感熱舒適是指身體對(duì)熱環(huán)境感到滿意的一種狀態(tài)。比起熱感覺(jué)，舒適感更偏向于心理上的感受。除了皮膚溫度和核心溫度之外影響舒適感的人體參數(shù)之外，空氣濕度，直接溫差和風(fēng)感等環(huán)境因素也是影響舒適感的重要因素。舒適感是穿著狀態(tài)的一個(gè)總體評(píng)價(jià)。受試者對(duì)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的舒適感變化規(guī)律如圖3.5所示，受試者在本次實(shí)驗(yàn)舒適感的變化規(guī)律和熱感覺(jué)大致相同，隨著實(shí)驗(yàn)進(jìn)行，受試者穿著新設(shè)計(jì)服裝舒適感的變化并不是很明顯，而穿著普通服裝時(shí)舒適感迅速下降。 （3）濕感覺(jué)濕感覺(jué)是指人體對(duì)于衣內(nèi)相對(duì)濕度的一種總體感覺(jué)。在夏季高溫環(huán)境中，人體散熱主要通過(guò)汗液蒸發(fā)帶走熱量，濕感覺(jué)可以衡量人體的熱濕舒適性。濕感覺(jué)數(shù)據(jù)通過(guò)采集和分析，得到如圖3.6所示的結(jié)果，實(shí)驗(yàn)前中期的濕感覺(jué)指標(biāo)的變化規(guī)律和熱感覺(jué)以及舒適感相差無(wú)幾。隨著運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的增加，人體濕感覺(jué)越來(lái)越強(qiáng)烈，接近飽和狀態(tài)。并且在沖刺后的休息階段，潮濕粘身的感覺(jué)并沒(méi)有緩解太多。4、總體感受主觀評(píng)價(jià)主要研究人體穿著服裝時(shí)的感受，存在個(gè)體差異，且人的心理感受難以精確定義，難以準(zhǔn)確地表征熱濕舒適性能。所以，不僅要對(duì)服裝材料本身的熱濕性能進(jìn)行研究，也要對(duì)服裝在實(shí)際穿著服裝過(guò)程中人體的生理指標(biāo)與心理感受相結(jié)合起來(lái)。在沖刺前后的兩個(gè)休息階段和沖刺階段，分別調(diào)查受試者穿著上衣和褲子總體感受。穿著上衣總體感受的調(diào)查結(jié)果如圖3.7所示，在休息階段，受試者各項(xiàng)舒適性指標(biāo)都中等，在這個(gè)階段，穿著新設(shè)計(jì)上衣和普通上衣的總體感受并無(wú)明顯的差距；在沖刺階段，受試者各項(xiàng)舒適性指標(biāo)下降，從圖中可以看出，受試者穿著普通上衣的總體感受不如穿著新設(shè)計(jì)服裝；在沖刺后的休息階段，受試者各項(xiàng)舒適性指標(biāo)都沒(méi)有提高，在某些單項(xiàng)如舒適度指標(biāo)反而下降。圖3.8示受試者穿著不同褲子的總體感受，相對(duì)于上衣，受試者穿著褲子的總體感受更為舒適；在休息階段，新設(shè)計(jì)褲子的總體感受要好于普通褲子；在沖刺階段，總體感受指標(biāo)都有所下降，新設(shè)計(jì)褲子和普通褲子的總體感受差距變大；沖刺后的休息階段，受試者各項(xiàng)舒適性指標(biāo)有所提高。5、小結(jié)通過(guò)對(duì)比和分析新設(shè)計(jì)服裝和普通服裝在各項(xiàng)生理指標(biāo)和心理指標(biāo)上的差異，我們?nèi)菀装l(fā)現(xiàn)，新設(shè)計(jì)服裝對(duì)比普通服裝具有較好的透濕性和導(dǎo)熱性，散熱能力也更強(qiáng)，但是在某些局部部位的散熱能力不足，散熱能力在正常勞動(dòng)環(huán)境下和普通服裝沒(méi)有較大的差距。在心理層面上，新設(shè)計(jì)服裝較普通服裝也具有更好的舒適度，其中褲子的舒適性大于上衣的舒適性。結(jié)論本文研究建筑工人的抗熱應(yīng)激防護(hù)服，通過(guò)需求分析，面料篩選，設(shè)計(jì)制作和真人熱生理實(shí)驗(yàn)等一系列的過(guò)程進(jìn)行研究，得出以下兩個(gè)研究結(jié)論：1、通過(guò)需求分析和面料篩選獲得工作服設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路和面料配置通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研以及對(duì)建筑工人工作服現(xiàn)狀的優(yōu)缺點(diǎn)分析，分析并獲取了建筑工人的實(shí)際需求，如透氣，柔軟，防紫外線，兼顧安全和散熱等。接著根據(jù)這些需求進(jìn)行面料篩選和配置，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)面料進(jìn)行各項(xiàng)性能測(cè)試如導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試，透氣性測(cè)試綜合性能仿真測(cè)試，對(duì)得出數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化分析并進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，篩選出T1最為上衣的最佳面料，P1最為褲子的最佳面料。2、完成了熱防護(hù)服的設(shè)計(jì)和制作，通過(guò)真人實(shí)驗(yàn)對(duì)新設(shè)計(jì)服裝進(jìn)行對(duì)比評(píng)價(jià)。通過(guò)前文設(shè)計(jì)思路和面料配置進(jìn)服裝的設(shè)計(jì)和制作，設(shè)計(jì)了主客觀實(shí)驗(yàn)進(jìn)行熱防護(hù)服的性能分析和評(píng)價(jià)。得出了以下的結(jié)果：新設(shè)計(jì)的熱防護(hù)服在勞動(dòng)強(qiáng)度大的情況下具有一定的降溫效果。對(duì)比純棉衣服也更具備舒適性；新設(shè)計(jì)服裝在正常溫度和勞動(dòng)環(huán)境下的降溫效果并不明顯。

參考文獻(xiàn)伊文.高溫下建筑施工健康安全管理與成熟度評(píng)價(jià)[D].重慶:重慶大學(xué),2010.ZhengG,ZhuN,TianZ,etal.ApplicationofatrapezoidalfuzzyAHPmethodforworksafetyevaluationandearlywarningratingofhotandhumidenvi