第三章 安全人机系统中人的作业特性讲解

人体摄入的物质（糖、脂肪、蛋白质）在体内氧化分解，同时释放能量。能量中 约有一半是热能，用以维持体温并不断地向体外散发；另一部分以化学能的形式贮存 于三磷酸腺苷（ATP）内，ATP分解时放出能量，供应合成代谢和各种生理活动所需 的能量。机体活动的大部分能量来源于三磷酸腺苷。
ATP生成后，除直接为各种生理活动提供能量外，还可以把它的高能磷酸键转移 给肌酸，生成磷酸肌酸（CP)。 CP是机体内的贮存库，多含于肌细胞内，其贮存量是 ATP的5倍。每当细胞内ATP消耗时，即由CP生成新的ATP加以补充，使ATP在细胞内 的量保持恒定。
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第二节 劳动强度及其分级
一、劳动强度
劳动强度反映了劳动的繁重、紧张或密集程度，是劳动者体力消耗、生理 和心理紧张程度的综合反映。 劳动强度也反映了作业过程中劳动者在单位时间内作功与机体代谢能力之 比。劳动强度的大小可以用耗氧量、能耗量 、能量代谢率等参数加以衡量。
可以将所有作业归为静力作业和动力作业两种 。 1. 静力作业 静力作业主要是依靠肌肉的等长收缩来维持一定的体位，即身体和四肢关 节保持不动时所进行的作业。如脑力劳动、计算机操作人员、仪器监控者等所 从事的作业。 静力作业的特征是能耗水平不高，但容易导致疲劳。 2．动力作业
表3-4 我国体力劳动强度分级
劳动强度指数（I） ≤15 ～20 ～25 >25
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级别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 轻 中 重 过重
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第二节 劳动强度及其分级
2. 劳动强度指数Ⅰ的计算
谢率。
表3-1 中国人基础代谢率的水平 kJ/（m2. h)
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（2）安静代谢 安静代谢是指人仅为保持身体平衡及安静姿势所消耗的能量代谢量。一般在工作前或 后进行测定。安静代谢率一般取为基础代谢率的1 .2倍。 （3）劳动代谢 劳动代谢量是指人在工作或运动时的能量代谢量。作业时的能量消耗量是全身各器官 系统活动能耗量的总和。一般而言，体力劳动的能耗量可高出基础代谢的10-25倍，它与 体力劳动强度直接相关。
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3．能量代谢率 为了消除个人之间的差别，通常采用劳动代谢量和基础代谢量之比来表示某种体 力劳动的强度。这一指标称为能量代谢率（RMR，Relative Metabolic Rate）。 （式3-1）
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二、作业时的氧消耗
1．氧需与氧债 劳动过程中每分钟的需氧量称为氧需。成年人安静时的需氧量为0.2～0.3L/min。劳动时随着劳动强 度的增加，需氧量也随之增多（最大需氧量可达安静休息时的30倍），供氧能否满足人体活动的需要取 决于人体的循环系统和呼吸系统。人体在每分钟内能供应的最大氧量称为最大摄氧量（也称氧上限）， 成年人的最大摄氧量一般不超过3L，经常锻炼的人可达4L以上。 一般情况下，摄氧量与耗氧量大致相等。在劳动过程中，随着劳动强度的增强，存在摄氧量满足不了 需氧量增加的情况，需氧量大于摄氧量时，肌肉在缺氧的状态下从事活动，形成氧缺乏，这种供氧与需 氧之间的差，称为氧债。 2．氧债及其偿还 氧债及其偿还与劳动强度之间存在密切的关系。
133.8 163.2 741.0 979.2 1070.0 1173.0 1303.8 1501.2 1835.4 1889.4 1956.0 2074.8 2267.4
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图3-1 氧债及偿还图
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第二节 劳动强度及其分级
一、劳动强度
劳动强度反映了劳动的繁重、紧张或密集 程度，是劳动者体力消耗、生理和心理紧张程 度的综合反映。 劳动强度也反映了作业过程中劳动者在单 位时间内作功与机体代谢能力之比。劳动强度 的大小可以用耗氧量、能耗量 、能量代谢率等 参数加以衡量。
心率 RMR --4.32 6.10 6.78 7.55 8.52 10.0 12.50 12.90 13.40 14.29 15.73 次/min 64.1 75.0 113 124 128 133 140 149 166 168 171 177 187
极限负荷时间 min ---215 158 112 72 37 12 10 8 5 3
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第一节 作业过程中人体的能量代谢
一、能量代谢
2．能量代谢量 能量代谢分为基础代谢、安静代谢和劳动代谢。
（1）基础代谢 基础代谢是指维持生命所必需消耗的基础情况下的能量代谢量。所谓基础代谢率 （BMR，Basal Metabolic Rate）是指人在进餐12 h后，在清晨清醒地静卧于 18℃~25℃环境中，并保持神经松弛，体位安定，各种生理活动维持在较低水平下的代
表 3-3 人的极限工作能力参数
负荷 W 基础 安静 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300
氧耗量 L/min 0.18 0.22 0.99 1.32 1.44 1.58 1.76 2.03 2.43 2.54 2.64 2.80 3.06
能量消耗
kJ/（m2. h)
第三章 安全人机系统中人的作业特性
第一节 作业过程中人体的能量代谢 第二节 劳动强度及其分级
第三节 作业疲劳及其预防
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第一节代谢过程的同时发生着能量释放、转移、贮存和利用的过程，称为能量代谢。 1．劳动时的能量来源 糖是人体的主要能源。人体所需能量约有70%由糖的分解代谢来提供。脂肪则起 着储存和供应能量的作用。蛋白质是人体组织的主要成分。糖和脂肪在体内经生物氧 化后生成二氧化碳和水，同时产生能量。
动力作业是靠肌肉的等张收缩来完成作业动作的，即经常说的体力劳动。
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第二节 劳动强度及其分级
二、体力劳动强度分级
在《工业企业设计卫生标准GBZ 1-2002》(Hygienic standards for the Design of Industrial Enterprises)之附录B(规范性附录)中规定了我国的体力劳动强度 分级方法。 1. 体力劳动强度分级 体力劳动强度分级采用体力劳动强度指数（Ⅰ ）为分级指标，将体力劳动强度 分为四级。