建筑工人施工疲劳度定量测试装置与方法与流程

本发明属于建筑施工技术领域，特别是涉及一种建筑工人施工疲劳度定量测试装置与方法。

背景技术：

建筑工人的疲劳会导致其身体活动能力下降和工人认知失效。通过对工人认知失效的研究，发现失效不仅与个体心理因素有关，也与作业过程中产生的生理疲劳有密切关联。

申请人基于建筑工人对其身体活动能力下降的主观感知这一理解，进行了相关研究量表的收集与整理，确定了《疲劳症状自评量表》、checklistindividualstrength(cis)、fatiguequestionnaire(fq)、以及task-inducedfatiguescale(tifs)等4份量表为工人疲劳量表开发基础。

经整理分析，上述4份量表共包含88个题项，共同组成了建筑工人疲劳量表的英文版初始题项库。通过初步的分类，将疲劳症状分为“体力疲劳”和“脑力疲劳”两种。至此，88个题项中有32个与体力疲劳相关，其余56个则与脑力疲劳相关。

通过多轮现场访谈与调研，并进行调研结果的因子分析、信效度检验、敏感性检验等一系列分析处理，完成了工人疲劳量表英文版本的提炼与修订。此外，为提高量表在我国建筑业的适用性，经过题项翻译和中国工人访谈，完成了量表的再次修订及检验。最终，确定了建筑工人疲劳评价量表，包括中英文两种版本，如表1所示。

但是，现有技术中没有针对建筑工人的疲劳度进行定量测试的装置与方法，也就无法明确建筑工人疲劳对安全绩效的影响关系。

表1中文版和英文版建筑工人疲劳评价量表的因子及题项对比

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种建筑工人施工疲劳度定量测试装置与方法，其既能对建筑工人在实际工作中识别并应对危险的情形进行模拟，也能克服传统方法中数据偶然性大、敏感度低、获取困难等因素的制约。

为实现上述目的，本发明提供了一种建筑工人施工疲劳度定量测试装置，包括用于检测工人踩踏位置的激光感应组件、危险带、安全带和控制装置；所述的激光感应组件与控制装置通信连接，当激光感应组件检测到工人完全踩踏在危险带时，所述的激光感应组件向控制装置发送第一信号，所述的控制装置接收到第一信号后，判断工人出现失误ⅰ；当激光感应组件检测到工人踩踏在危险带和安全带之间的交界处时，所述的激光感应组件向控制装置发送第二信号；所述的控制装置接收到第二信号后，判断工人出现失误ⅱ；当激光感应组件检测到工人完全踩踏在安全带时，所述的激光感应组件向控制装置发送第三信号；所述的控制装置接收到第三信号后，判断工人无失误。

在本发明的一实施方式中，所述的建筑工人施工疲劳度定量测试装置还包括用于检测工人是否通过的红外感应组件。

优选地，所述的建筑工人施工疲劳度定量测试装置还包括数字量输入开关，所述的激光感应组件和红外感应组件均通过所述的数字量输入开关与所述的控制装置通信连接。

优选地，所述的建筑工人施工疲劳度定量测试装置还包括用于检测重量的称重平台以及模数转换及网络转发器和路由器，所述的称重平台通过模数转换及网络转发器和路由器与所述的控制装置通信连接。

在本发明的一实施方式中，所述的建筑工人施工疲劳度定量测试装置还包括警示信号灯和数控继电器，所述的警示信号灯通过数控继电器与所述的控制装置通信连接；当所述的控制装置判断工人出现失误ⅰ时，控制危险带处的警示信号灯发出警示信号；当所述的控制装置判断工人出现失误ⅱ时，控制危险带和安全带之间的交界处的警示信号灯发出警示信号；当所述的控制装置判断工人无失误时，控制安全带处的警示信号灯发出警示信号。

所述的控制装置为计算机中控装置，所述的计算机中控装置中设置有基于matlab的界面程序。

所述的激光感应组件为激光对射型传感器，所述的红外感应组件为红外光栅型传感器。

优选地，所述的危险带包括第一危险带和第二危险带；所述的安全带包括第一安全带和第二安全带；所述的第一危险带、第二危险带、第一安全带和第二安全带沿着工人的前进方向依次设置，第二危险带和第一安全带之间的交界处为危险带和安全带之间的交界处。

优选地，所述的红外感应组件包括第一红外光栅型传感器和第二红外光栅型传感器；所述的称重平台包括第一称重平台和第二称重平台；所述的模数转换及网络转发器包括第一模数转换及网络转发器和第二模数转换及网络转发器；所述的第一称重平台通过第一模数转换及网络转发器和路由器与所述的计算机中控装置通信连接；所述的第二称重平台通过第二模数转换及网络转发器和路由器与所述的计算机中控装置通信连接；所述的第一红外光栅型传感器和第一称重平台设置在工人进入危险带和安全带的入口处；所述的第二红外光栅型传感器和第二称重平台设置在工人从安全带离开的出口处。

本发明还提供了一种建筑工人施工疲劳度定量测试方法，包括如下步骤：

步骤一、工人首先通过第一称重平台检测重量，当第一红外光栅型传感器检测到工人通过时，第一红外光栅型传感器通过所述的数字量输入开关向所述的控制装置发送启动信号，所述的控制装置接收到启动信号后控制所述的激光感应组件做好检测的准备；

步骤二、工人继续朝向危险带和安全带前进；当激光感应组件检测到工人完全踩踏在危险带时，所述的激光感应组件向控制装置发送第一信号，所述的控制装置接收到第一信号后，判断工人出现失误ⅰ；当激光感应组件检测到工人踩踏在危险带和安全带之间的交界处时，所述的激光感应组件向控制装置发送第二信号；所述的控制装置接收到第二信号后，判断工人出现失误ⅱ；当激光感应组件检测到工人完全踩踏在安全带时，所述的激光感应组件向控制装置发送第三信号；所述的控制装置接收到第三信号后，判断工人无失误；

步骤三、工人通过危险带和安全带以后，继续朝向第二红外光栅型传感器和第二称重平台前进；经过第二称重平台再次检测重量后，工人从第二红外光栅型传感器所在的位置退出所述的建筑工人施工疲劳度定量测试装置；当第二红外光栅型传感器检测到工人通过时，第二红外光栅型传感器通过所述的数字量输入开关向所述的控制装置发送测试完毕信号，所述的控制装置接收到测试完毕信号后，记录测试结果并结束一次测量过程。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明针对有效测量建筑工人的疲劳，展开了以建筑工人为目标人群、测量疲劳症状表现及严重程度的多维量表工具开发研究，为设计基于典型工作任务的建筑工人安全绩效的实验测量方法，进行了典型任务安全绩效实验测量方法的设计与检验研究。采用本发明所述的建筑工人施工疲劳度定量测试装置与方法进行实验，根据实验分析的结果，可以制定建筑工人疲劳管理的行为反馈机制策略。行为反馈机制旨在通过提醒与反馈的方式增强工人个体对疲劳的感知水平和警觉性，并设定相应疲劳程度的缓解调节措施，以此保障“个体疲劳调节”能提升“安全绩效”的安全目标。

附图说明

图1是本发明所述的建筑工人施工疲劳度定量测试装置连接示意图；

图2是本发明的测试装置局部结构示意图。

图3是人工搬运实验任务中“失误”检测标准的失误ⅰ的示意图；

图4是人工搬运实验任务中“失误”检测标准的失误ⅱ的示意图；

图5是人工搬运实验任务中“失误”检测标准的无失误的示意图；

图6是疲劳与失误率关系的整体分布情况示意图；

图7是不同类型失误的整体分布情况示意图；

图8是无意识失误的整体分布情况示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

如图1至图5所示，根据本发明优选实施方式的建筑工人施工疲劳度定量测试装置包括用于检测工人踩踏位置的激光感应组件、危险带、安全带和控制装置；所述的激光感应组件与控制装置通信连接，当激光感应组件检测到工人完全踩踏在危险带时，所述的激光感应组件向控制装置发送第一信号，所述的控制装置接收到第一信号后，判断工人出现失误ⅰ；当激光感应组件检测到工人踩踏在危险带和安全带之间的交界处时，所述的激光感应组件向控制装置发送第二信号；所述的控制装置接收到第二信号后，判断工人出现失误ⅱ；当激光感应组件检测到工人完全踩踏在安全带时，所述的激光感应组件向控制装置发送第三信号；所述的控制装置接收到第三信号后，判断工人无失误。

在本发明的一实施方式中，所述的建筑工人施工疲劳度定量测试装置还包括用于检测工人是否通过的红外感应组件。

优选地，所述的建筑工人施工疲劳度定量测试装置还包括数字量输入开关7，所述的激光感应组件和红外感应组件均通过所述的数字量输入开关与所述的控制装置通信连接。

优选地，所述的建筑工人施工疲劳度定量测试装置还包括用于检测重量的称重平台以及模数转换及网络转发器和路由器5，所述的称重平台通过模数转换及网络转发器和路由器与所述的控制装置通信连接。

在本发明的一实施方式中，所述的建筑工人施工疲劳度定量测试装置还包括警示信号灯9和数控继电器8，所述的警示信号灯9通过数控继电器8与所述的控制装置通信连接；当所述的控制装置判断工人出现失误ⅰ时，控制危险带处的警示信号灯发出警示信号；当所述的控制装置判断工人出现失误ⅱ时，控制危险带和安全带之间的交界处的警示信号灯发出警示信号；当所述的控制装置判断工人无失误时，控制安全带处的警示信号灯发出警示信号。

在图1和图2所示的实施方式中，所述的控制装置为计算机中控装置6，所述的计算机中控装置中设置有基于matlab的界面程序。

所述的激光感应组件为激光对射型传感器2，所述的红外感应组件为红外光栅型传感器。

优选地，所述的危险带包括第一危险带21和第二危险带22；所述的安全带包括第一安全带23和第二安全带24；所述的第一危险带21、第二危险带22、第一安全带23和第二安全带24沿着工人的前进方向依次设置，第二危险带22和第一安全带23之间的交界处为危险带和安全带之间的交界处。

优选地，所述的红外感应组件包括第一红外光栅型传感器1和第二红外光栅型传感器11；所述的称重平台包括第一称重平台3和第二称重平台33；所述的模数转换及网络转发器包括第一模数转换及网络转发器4和第二模数转换及网络转发器44；所述的第一称重平台3通过第一模数转换及网络转发器4和路由器5与所述的计算机中控装置6通信连接；所述的第二称重平台33通过第二模数转换及网络转发器44和路由器5与所述的计算机中控装置6通信连接；所述的第一红外光栅型传感器1和第一称重平台3设置在工人进入危险带和安全带的入口处；所述的第二红外光栅型传感器11和第二称重平台33设置在工人从安全带离开的出口处。

所述的数字量输入开关7和数控继电器8通过rs232接口10与计算机中控装置6连接。

本发明还提供了一种建筑工人施工疲劳度定量测试方法，包括如下步骤：

步骤一、工人首先通过第一称重平台3检测重量，当第一红外光栅型传感器1检测到工人通过时，第一红外光栅型传感器通过所述的数字量输入开关向所述的控制装置发送启动信号，所述的控制装置接收到启动信号后控制所述的激光感应组件做好检测的准备；

步骤二、工人继续朝向危险带和安全带前进；当激光感应组件检测到工人完全踩踏在危险带时，所述的激光感应组件向控制装置发送第一信号，所述的控制装置接收到第一信号后，判断工人出现失误ⅰ；当激光感应组件检测到工人踩踏在危险带和安全带之间的交界处时，所述的激光感应组件向控制装置发送第二信号；所述的控制装置接收到第二信号后，判断工人出现失误ⅱ；当激光感应组件检测到工人完全踩踏在安全带时，所述的激光感应组件向控制装置发送第三信号；所述的控制装置接收到第三信号后，判断工人无失误；

步骤三、工人通过危险带和安全带以后，继续朝向第二红外光栅型传感器11和第二称重平台33前进；经过第二称重平台33再次检测重量后，工人从第二红外光栅型传感器11所在的位置退出所述的建筑工人施工疲劳度定量测试装置；当第二红外光栅型传感器11检测到工人通过时，第二红外光栅型传感器通过所述的数字量输入开关向所述的控制装置发送测试完毕信号，所述的控制装置接收到测试完毕信号后，记录测试结果并结束一次测量过程。

为设计基于典型工作任务的建筑工人安全绩效的实验测量方法，本发明进行了典型任务安全绩效实验测量方法的设计与检验研究。

本发明选取了“人工搬运任务”等典型作业活动作为实验模拟的典型任务，设计并制作了相应的实验装置以检测任务过程中的两类“失误”(如图3至图5所示)，即：未能成功避开实验模拟的危险，从而反映建筑工人的安全绩效。两类“失误”包括失误i和失误ii，其中失误i是指“由危险感知失效导致的失误”，失误ii是指“由行为控制失效导致的失误”。

本发明中的实验模拟重点以人工搬运任务为模拟对象设计并制作了测量建筑工人安全绩效的实验装置(即图1和图2所示的建筑工人施工疲劳度定量测试装置)。该装置既能对建筑工人在实际工作中识别并应对危险的情形进行模拟，也能克服传统方法中数据偶然性大、敏感度低、获取困难等因素的制约。

为明确建筑工人疲劳对安全绩效的影响关系，形成可量化的疲劳评价结果与疲劳调试策略，本发明进行了建筑工人疲劳与安全绩效的定量关系研究。以实验为基础，围绕“随着疲劳程度的逐步加深，实验任务失误率有何变化规律？”这一核心问题，分别分析了疲劳与失误率、不同类型失误、失误意识的关系，如图6至图8所示。

已知疲劳评价量表的得分区间为10-50分，本发明的研究结果表明：

1)当评分在20以内时，疲劳影响并不明显，当评分大于20时，失误率随疲劳的发展呈显著的线性增加趋势，疲劳评分每增加1，失误率的上升值为1.44％。其中，对失误率影响最大的疲劳因子是“体力疲乏”，其次是“精神困倦”和“躯体不适”。

2)当疲劳得分大于20时，失误i(由危险感知失效导致的失误)的频率明显多于失误ii(由行为控制失效导致的失误)。相对而言，失误i是更为主要的失误类型，尤其是当疲劳影响的初期(疲劳量表评分为21-25)；随着疲劳程度的加深，失误i及失误ii的数量均呈增加的趋势，与此同时，失误i比例下降，失误ii比例上升。其中，对失误i影响较大的是“精神困倦”因子，而对失误ii影响较大的则是“体力疲乏”因子。

3)当疲劳得分大于20时，实验中出现的大部分(71.2％)失误为“无意识失误”，随着疲劳的发展，“无意识失误”显著增加。其中，对“无意识失误”影响较大的是“精神困倦”因子。

根据实验分析的结果，有助于建立建筑工人疲劳管理的行为反馈机制策略。行为反馈机制旨在通过提醒与反馈的方式增强工人个体对疲劳的感知水平和警觉性，并设定相应疲劳程度的缓解调节措施，以此保障“个体疲劳调节”能提升“安全绩效”的安全目标。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了达到说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。