作者簡(jiǎn)介：劉天鷺（1999— ），女，漢族，遼寧昌圖人，碩士研究生，研究方向：特種行業(yè)體能訓(xùn)練。

通訊作者：鄒曉峰（1976— ），男，漢族，四川渠縣人，教授，研究方向：運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)。

基金項(xiàng)目：吉林大學(xué)研究生創(chuàng)新基金資助項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2024CX160）。

摘要：負(fù)荷監(jiān)控方法多應(yīng)用于訓(xùn)練學(xué)、人體工效學(xué)等領(lǐng)域，是對(duì)機(jī)體在負(fù)荷刺激下產(chǎn)生的生理、心理變化的量化。消防救援人員訓(xùn)練強(qiáng)度大，任務(wù)要求高，工作環(huán)境復(fù)雜，通過負(fù)荷監(jiān)控可以有效識(shí)別機(jī)體狀態(tài)，減少消防員傷亡。本文針對(duì)國(guó)內(nèi)外消防員負(fù)荷監(jiān)控開展研究，從負(fù)荷監(jiān)控的方法學(xué)視角，論述了以采集心率、體溫等指標(biāo)為代表的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷監(jiān)控和機(jī)體熱應(yīng)變情況等客觀評(píng)定方法以及以RPE量表和NASA-TLX量表為代表的主觀評(píng)定方法在消防員群體中的應(yīng)用，總結(jié)了相關(guān)評(píng)定方法在消防應(yīng)用中的特點(diǎn)與局限性，為消防救援人員負(fù)荷監(jiān)控提供建議。

關(guān)鍵詞：負(fù)荷監(jiān)控；消防員；客觀評(píng)定；主觀評(píng)定

引言

消防戰(zhàn)訓(xùn)工作是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性和高風(fēng)險(xiǎn)的工作。如何科學(xué)、高效、安全地組織消防訓(xùn)練，從而提高消防救援人員工作能力，滿足消防員職業(yè)化需求，是當(dāng)前消防戰(zhàn)訓(xùn)工作需要關(guān)注的焦點(diǎn)?？茖W(xué)訓(xùn)練具有漸進(jìn)性、周期性、特異性等特點(diǎn)，其本質(zhì)是通過適宜的負(fù)荷刺激機(jī)體以產(chǎn)生最佳適應(yīng)。消防戰(zhàn)訓(xùn)工作不僅使消防救援人員產(chǎn)生大量的生理負(fù)荷，也累積了很多心理負(fù)荷。當(dāng)前研究主要針對(duì)消防員訓(xùn)練和出警中體力活動(dòng)產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷、消防工作特殊性產(chǎn)生的心理負(fù)荷以及滅火救援等極端環(huán)境帶來的生理負(fù)荷改變等問題，采用以心率、體溫為主的客觀指標(biāo)和通過主觀用力評(píng)價(jià)（Rating of Perceived Exertion，RPE）、NASA-TLX（Task Load Index）任務(wù)負(fù)荷指數(shù)量表、狀態(tài)焦慮量表等獲得的主觀指標(biāo)對(duì)消防員負(fù)荷進(jìn)行描述和研究。本文研究了負(fù)荷監(jiān)控手段在消防救援中的應(yīng)用現(xiàn)狀，提出優(yōu)化整合現(xiàn)有負(fù)荷監(jiān)控方法的模式策略，為高效、安全地組織訓(xùn)練提供參考。

一、客觀評(píng)定方法在消防員負(fù)荷監(jiān)控中的應(yīng)用

根據(jù)監(jiān)控的方法屬性，負(fù)荷監(jiān)控手段可被分為客觀評(píng)定和主觀評(píng)定兩種?？陀^評(píng)定為不以主觀意志為轉(zhuǎn)移的評(píng)定，通常通過測(cè)定心率、體溫等生理指標(biāo)，睪酮、皮質(zhì)醇等生化指標(biāo)以及速度、距離等時(shí)空指標(biāo)對(duì)個(gè)體所承受的負(fù)荷進(jìn)行量化。生化指標(biāo)采集和分析較為煩瑣，在消防救援群體中應(yīng)用較少。速度、距離等指標(biāo)多通過GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，受到空間條件限制，多見于對(duì)林火消防員（Wildland Firefighter）的研究。心率和體溫是負(fù)荷評(píng)定中常用的客觀指標(biāo)。心率與時(shí)間相結(jié)合計(jì)算得到的負(fù)荷沖量（Training Impulse，TRIMP）可以反映負(fù)荷量和負(fù)荷強(qiáng)度對(duì)機(jī)體的實(shí)際刺激；心率與核心溫度、時(shí)間相結(jié)合計(jì)算得到的生理應(yīng)變指數(shù)可以反映熱環(huán)境對(duì)機(jī)體的影響。

（一）心率在消防員運(yùn)動(dòng)負(fù)荷監(jiān)控中的應(yīng)用

消防員的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷主要來自體能訓(xùn)練和出警中的體力活動(dòng)。消防員體能訓(xùn)練作為特種行業(yè)體能訓(xùn)練的重要部分，越來越受到重視。許多學(xué)者嘗試將運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練學(xué)方法引入消防員訓(xùn)練中，以促進(jìn)消防員訓(xùn)練計(jì)劃的科學(xué)化。心率是運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中評(píng)定負(fù)荷強(qiáng)度的常用指標(biāo)，可以通過實(shí)時(shí)心率反映負(fù)荷強(qiáng)度，也可以通過運(yùn)動(dòng)結(jié)束一段時(shí)間內(nèi)心率恢復(fù)情況來反映機(jī)體恢復(fù)情況。隨著TRIMP的提出和不斷發(fā)展，基于心率和時(shí)間的內(nèi)部負(fù)荷算法更加精細(xì)化，針對(duì)不同專項(xiàng)的TRIMP算法也陸續(xù)被研究應(yīng)用，其被證實(shí)具有較好的信效度。

消防員群體負(fù)荷的相關(guān)研究既包括對(duì)瞬時(shí)心率的研究，也包括對(duì)實(shí)時(shí)心率的研究。特定時(shí)間點(diǎn)的心率可以反映機(jī)體狀態(tài)的變化。Muth等對(duì)消防員潛水訓(xùn)練時(shí)潛入水中一分鐘、浮出水面前最后一分鐘的心率進(jìn)行測(cè)量，以反映水溫、潛水深度等變量對(duì)訓(xùn)練的影響，并證實(shí)其能有效反映消防員訓(xùn)練時(shí)的負(fù)荷情況^[1]。部分學(xué)者嘗試將TRIMP作為負(fù)荷監(jiān)控的手段應(yīng)用于消防員的真實(shí)工作場(chǎng)景或模擬訓(xùn)練，以探索最符合消防救援行動(dòng)的負(fù)荷監(jiān)控手段。研究中使用了LUCIA TRIMP^[2-3]和Banister TRIMP^[4]算法，均可以反映不同場(chǎng)景下消防員機(jī)體負(fù)荷的變化。此外，心率恢復(fù)（Heart Rate Recovery，HRR）或心率變異性（Heart Rate Variability，HRV）等的計(jì)算可以有效反映機(jī)體運(yùn)動(dòng)后的恢復(fù)情況。Smith等分析了198名消防員模擬滅火任務(wù)結(jié)束后15分鐘的HRR，發(fā)現(xiàn)15分鐘后其心率為126±23bpm?？梢哉J(rèn)定，15分鐘的恢復(fù)時(shí)間不足以使消防員恢復(fù)至可以再次參與救援^[5]。Marcel-Millet等嘗試使用消防員在模擬救援后5分鐘的HRV來反映消防員穿著不同防護(hù)裝備的疲勞情況，發(fā)現(xiàn)HRV不能較好地反映消防員的恢復(fù)情況。有研究認(rèn)為：運(yùn)動(dòng)中測(cè)得的HRV準(zhǔn)確度較低，在運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中，應(yīng)針對(duì)運(yùn)動(dòng)員清晨測(cè)得的HRV數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以觀測(cè)機(jī)體對(duì)每個(gè)訓(xùn)練日的負(fù)荷反應(yīng)，這樣可有效防止運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練過度。HRV被認(rèn)為是監(jiān)控運(yùn)動(dòng)員疲勞與恢復(fù)情況的有效指標(biāo)，但尚未有關(guān)于消防員的持續(xù)HRV監(jiān)測(cè)研究。

（二）生理應(yīng)變指數(shù)在消防員熱安全預(yù)警中的應(yīng)用

消防員主要承擔(dān)火災(zāi)撲救等工作，需要在極端熱壓力下工作，承受來自工作環(huán)境的外部壓力、劇烈體力活動(dòng)時(shí)身體產(chǎn)生的熱量?jī)?nèi)部壓力和防護(hù)服對(duì)身體熱量損失的限制。較高的負(fù)荷水平和較大的生理壓力使得消防員在火場(chǎng)中不僅會(huì)產(chǎn)生疲勞，還會(huì)發(fā)生熱衰竭等疾病。通過實(shí)時(shí)生理監(jiān)測(cè)手段獲得的心率和體溫等指標(biāo)可用于計(jì)算熱應(yīng)變指數(shù)等，進(jìn)而監(jiān)測(cè)消防員在工作中的熱生理響應(yīng)。熱應(yīng)變指數(shù)（Physiological Strain Index，PSI）是通過計(jì)算心率和核心溫度得到的0—10之間的值，可描述無應(yīng)變到非常高應(yīng)變的狀態(tài)，被廣泛應(yīng)用于消防、軍事等領(lǐng)域。測(cè)溫膠囊的發(fā)展使得便捷獲取機(jī)體核心溫度成為可能。測(cè)溫膠囊可以對(duì)體溫進(jìn)行1天—2天的監(jiān)測(cè)，其獲得的體溫與直腸溫度高度接近。研究人員不僅對(duì)心率進(jìn)行監(jiān)測(cè)以評(píng)估運(yùn)動(dòng)負(fù)荷，還通過使用測(cè)溫膠囊獲取受試消防員的核心體溫，共同分析消防員在滅火救援等工作中的生理需求和熱應(yīng)變。研究中，通常采用PSI結(jié)合心率水平或TRIMP共同對(duì)消防員滅火救援工作中的負(fù)荷進(jìn)行評(píng)定。Rodriguez-Marroyo等結(jié)合PSI和TRIMP分析了滅火過程中不同類型工作的負(fù)荷特點(diǎn)；Joseph等使用心率、PSI，并結(jié)合尿比重和加速度計(jì)數(shù)據(jù)評(píng)估了不同地理?xiàng)l件和天氣條件下消防員的負(fù)荷情況^[6]。有研究認(rèn)為，使用累積熱應(yīng)變指數(shù)（Cumulative Heat Strain Index， CHSI）可以更準(zhǔn)確地獲得消防員在工作中的熱應(yīng)變情況，但缺少相關(guān)證據(jù)支撐。由于測(cè)溫膠囊成本較高，因此未被廣泛應(yīng)用。有的研究人員使用皮膚溫度計(jì)算改良的PSI即自適應(yīng)生理應(yīng)變指數(shù)（Adaptive Physiological Strain Index，APSI），認(rèn)定穿著防護(hù)服會(huì)限制皮膚的散熱，導(dǎo)致皮膚血流量增加，加劇熱相關(guān)的疲勞產(chǎn)生。因此，APSI更能反映消防員實(shí)際工作時(shí)的熱應(yīng)變情況^[7]。我國(guó)學(xué)者設(shè)計(jì)消防員可穿戴設(shè)備時(shí)，對(duì)于體溫的采集多為膚溫度^[8]或環(huán)境溫度^[9]。因此，對(duì)于消防員皮膚溫度的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理與算法實(shí)現(xiàn)應(yīng)當(dāng)成為研究的重點(diǎn)。

二、主觀評(píng)定方法在消防員負(fù)荷監(jiān)控中的應(yīng)用

主觀評(píng)定方法是指以個(gè)體心理活動(dòng)為主，受心理影響的評(píng)定。在消防人員的評(píng)估應(yīng)用中，常用的主觀評(píng)定方法包括通過RPE量表或NASA-TLX評(píng)估生理負(fù)荷或整體工作負(fù)荷；通過心理學(xué)量表和NASA-TLX量表的子分?jǐn)?shù)評(píng)估消防員工作時(shí)的心理負(fù)荷；通過心理學(xué)量表監(jiān)控消防員階段性心理健康等。由于消防工作常常需要在高溫等復(fù)雜環(huán)境進(jìn)行，對(duì)可穿戴設(shè)備的材質(zhì)具有較高要求。與之相比，主觀指標(biāo)方便獲取，可以較好地反映受試者對(duì)負(fù)荷的主觀感受。

（一）RPE量表在消防員負(fù)荷監(jiān)控中的應(yīng)用

訓(xùn)練或任務(wù)結(jié)束后對(duì)訓(xùn)練進(jìn)行評(píng)分，可以得到主觀疲勞感覺分?jǐn)?shù)，即RPE值，用以描述負(fù)荷強(qiáng)度。在針對(duì)消防人員的研究中，RPE還可以通過與熱感覺投票（Thermal Sensation Vote，TSV）共同計(jì)算得到知覺應(yīng)變指數(shù)（Perceptua-Based Strain Index，PeSI），在不使用測(cè)溫設(shè)備的情況下獲取消防員火災(zāi)撲救等工作中機(jī)體熱應(yīng)變情況，可評(píng)估消防員熱環(huán)境的生理應(yīng)變，反映消防員的熱應(yīng)變情況^[10]。PeSI并不能及時(shí)、準(zhǔn)確地反映消防員機(jī)體熱應(yīng)變情況，PeSI不應(yīng)作為高溫工作時(shí)消防員工作的唯一衡量標(biāo)準(zhǔn)。Foster等結(jié)合TRIMP理論，提出session-RPE（s-RPE）方法，通過統(tǒng)計(jì)訓(xùn)練時(shí)間和訓(xùn)練后的RPE值計(jì)算得到總體負(fù)荷水平。s-RPE法簡(jiǎn)單易行，不需要其他裝置就可以量化負(fù)荷；該方法還可以反映團(tuán)隊(duì)成員對(duì)同一外部負(fù)荷的不同反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化監(jiān)控。因此，針對(duì)消防員負(fù)荷的研究，需要使用RPE分?jǐn)?shù)來評(píng)估訓(xùn)練或作戰(zhàn)的負(fù)荷強(qiáng)度。部分研究還將s-RPE方法應(yīng)用于消防員群體負(fù)荷研究中，基于主觀指標(biāo)對(duì)消防員負(fù)荷加以量化。s-RPE作為一種較為成熟的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷監(jiān)控方法，在消防員訓(xùn)練負(fù)荷監(jiān)控中的應(yīng)用具有良好效果。Bouzigon等使用基于心率的TRIMP和s-RPE對(duì)消防員體能訓(xùn)練和救援的工作負(fù)荷進(jìn)行量化，證明s-RPE方法可以良好地反映出消防員工作負(fù)荷波動(dòng)情況^[11]。

（二）NASA-TLX在消防員負(fù)荷監(jiān)控中的應(yīng)用

NASA-TLX量表被廣泛應(yīng)用于工作負(fù)荷評(píng)估的主觀評(píng)價(jià)量表，多用于人體工效學(xué)領(lǐng)域的研究。該量表包含腦力需求、體力需求、時(shí)間需求、努力程度、績(jī)效水平、受挫程度等六方面。使用NASA-TLX量表獲取工作負(fù)荷，可以對(duì)受試者整體工作負(fù)荷及構(gòu)成情況進(jìn)行分析，也可以對(duì)子負(fù)荷進(jìn)行單獨(dú)分析。例如，Laal等通過分析伊朗消防員的NASA-TLX分?jǐn)?shù)情況，發(fā)現(xiàn)伊朗消防員承受著較大的體力負(fù)荷和心理負(fù)荷，并證實(shí)了較高心理負(fù)荷與消防員工作失誤增加的關(guān)聯(lián)^[12]。若將其應(yīng)用于我國(guó)消防員群體，應(yīng)對(duì)NASA-TLX的漢化量表進(jìn)行文化調(diào)適，并進(jìn)行信效度檢驗(yàn)，使其更具科學(xué)性。

NASA-TLX量表的腦力負(fù)荷維度也是研究人員重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。腦力需求是指完成任務(wù)過程中需要付出的腦力活動(dòng)，相較于使用腦電等進(jìn)行生理測(cè)量，主觀測(cè)量方法操作簡(jiǎn)單，不對(duì)任務(wù)產(chǎn)生侵入性，是最不受環(huán)境影響的腦力負(fù)荷測(cè)量方法。NASA-TLX量表作為多維量表，在腦力負(fù)荷的測(cè)量方面具有敏感性和診斷性。在消防救援工作中，為了成功完成工作，消防員需要詳細(xì)了解建筑物結(jié)構(gòu)、危險(xiǎn)信息位置等，將會(huì)產(chǎn)生一定的腦力負(fù)荷。Chen 等在研究中通過NASA-TLX量表量化了消防員的腦力負(fù)荷情況，證實(shí)腦力負(fù)荷與尋路需求相關(guān)聯(lián)^[13]。因此，亟須優(yōu)化消防隊(duì)伍滅火救援作戰(zhàn)指揮體系，準(zhǔn)確、科學(xué)地制定滅火救援行動(dòng)方案并下達(dá)作戰(zhàn)指揮指令，降低消防員作戰(zhàn)中的腦力負(fù)荷，減少工作失誤。

三、負(fù)荷監(jiān)控在消防救援人員中應(yīng)用的展望

（一）提高消防員戰(zhàn)訓(xùn)工作中的負(fù)荷監(jiān)控意識(shí)

消防救援隊(duì)伍一直以來承擔(dān)著防范化解重大安全風(fēng)險(xiǎn)、應(yīng)對(duì)處置各類災(zāi)害事故的重要職責(zé)。轉(zhuǎn)制后，面對(duì)從“單一災(zāi)種”向“全災(zāi)種，大應(yīng)急”的轉(zhuǎn)變，消防員的職業(yè)安全與健康面臨更高的挑戰(zhàn)。一些消防指戰(zhàn)員能力素質(zhì)與轉(zhuǎn)型升級(jí)的要求還有差距，一些單位仍然遵循“三從一大”原則，導(dǎo)致消防員訓(xùn)練傷發(fā)病率較高。過往的研究證實(shí)了負(fù)荷監(jiān)控手段在描述消防員對(duì)訓(xùn)練的反應(yīng)和實(shí)戰(zhàn)中的危險(xiǎn)情況等方面非常有效。為提高消防戰(zhàn)訓(xùn)工作的科學(xué)性，更好應(yīng)對(duì)新階段的挑戰(zhàn)，應(yīng)將負(fù)荷監(jiān)控理念融入專業(yè)化訓(xùn)練中，作為訓(xùn)練方案設(shè)計(jì)與調(diào)整的重要依據(jù)，降低消防員傷亡率。

（二）促進(jìn)消防員體征監(jiān)測(cè)設(shè)備設(shè)計(jì)

消防員工作環(huán)境具有危險(xiǎn)性，因此需要通過獲取心率、體溫等客觀指標(biāo)對(duì)消防員工作負(fù)荷進(jìn)行量化。客觀指標(biāo)的獲取通常需要佩戴心率帶、測(cè)溫膠囊等體征監(jiān)測(cè)設(shè)備。目前在對(duì)消防員群體的研究中，一般采用運(yùn)動(dòng)監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，通常在腕部佩戴心率表或在胸前佩戴心率帶，獲取以心率為主的指標(biāo)。然而，消防員訓(xùn)練任務(wù)較重，持續(xù)穿著體征監(jiān)測(cè)設(shè)備應(yīng)確保其舒適性。同時(shí)，消防員需要面對(duì)隨時(shí)出警的情況，相應(yīng)的設(shè)備應(yīng)具備快速的穿脫結(jié)構(gòu)。如需獲得消防員作戰(zhàn)時(shí)的生理指標(biāo)，應(yīng)確保體征監(jiān)測(cè)設(shè)備的工作溫度、濕度可以滿足消防員工作場(chǎng)景以及穿戴位置不會(huì)對(duì)消防員穿戴個(gè)人防護(hù)裝備等產(chǎn)生影響。體征監(jiān)測(cè)設(shè)備是負(fù)荷監(jiān)控的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，相關(guān)學(xué)者需要研究設(shè)計(jì)符合消防員工作特點(diǎn)的體征監(jiān)測(cè)設(shè)備。

（三）加強(qiáng)消防員負(fù)荷監(jiān)控指標(biāo)的篩選與分析

許多指標(biāo)都可以反映機(jī)體對(duì)負(fù)荷的影響。對(duì)于消防人員這類具有鮮明工作特點(diǎn)的群體，應(yīng)對(duì)指標(biāo)進(jìn)行篩選，以有效反映消防戰(zhàn)訓(xùn)工作時(shí)的負(fù)荷變化。對(duì)于所采集指標(biāo)的分析，不應(yīng)局限于對(duì)指標(biāo)本身的分析，應(yīng)探索對(duì)指標(biāo)進(jìn)行二次計(jì)算或?qū)Χ嘀笜?biāo)進(jìn)行共同分析。例如，在訓(xùn)練學(xué)領(lǐng)域的研究中證實(shí)，通過近一周的TRIMP值和前4周TRIMP值計(jì)算急/慢性負(fù)荷比率是判斷運(yùn)動(dòng)員疲勞及損傷程度的敏感性指標(biāo)。此外，對(duì)負(fù)荷監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析時(shí)，通過對(duì)消防員負(fù)荷數(shù)據(jù)的縱向比較和歷史情況的橫向分析，有利于識(shí)別消防員訓(xùn)練效果和消防員訓(xùn)練計(jì)劃的個(gè)性化調(diào)整。篩選消防員負(fù)荷監(jiān)控指標(biāo)，精進(jìn)指標(biāo)分析算法，形成消防員負(fù)荷監(jiān)控指標(biāo)體系，是未來相關(guān)研究的重點(diǎn)。

結(jié)語

本文介紹了過往對(duì)于消防人員負(fù)荷監(jiān)控的相關(guān)研究，從監(jiān)控的方法屬性視角，總結(jié)了客觀評(píng)定方法和主觀評(píng)定方法在消防人員負(fù)荷監(jiān)控中的應(yīng)用現(xiàn)狀，對(duì)我國(guó)消防救援人員負(fù)荷監(jiān)控實(shí)施進(jìn)行展望。為增強(qiáng)我國(guó)消防救援人員訓(xùn)練效能，降低消防員職業(yè)損傷，應(yīng)將負(fù)荷監(jiān)控理念融入消防戰(zhàn)訓(xùn)工作中，加強(qiáng)消防戰(zhàn)訓(xùn)工作的科學(xué)化實(shí)施。同時(shí)，應(yīng)結(jié)合過往研究，加強(qiáng)消防員體征監(jiān)測(cè)設(shè)備的設(shè)計(jì)，篩選針對(duì)性指標(biāo)和算法，建立消防員負(fù)荷監(jiān)控指標(biāo)體系，促進(jìn)消防員負(fù)荷監(jiān)控實(shí)施常態(tài)化。

參考文獻(xiàn)

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