基于應急心理與行為的礦用安全頭盔設計研究

羅秋曼 賀孝梅

中國是世界煤炭生產大國同時也是礦難多發的國家。據統計，在2001-2015年，中國共發生三萬多起礦難事故。所以黨和政府一直將煤礦災害事故的救援問題視為重要議題。全國人大及其常務委員會頒布《礦山安全法》《煤礦安全監察條例》《礦山安全法實施條例》《應急救援法律法規》等法律法規，意在規范安全生產提高礦難救援工作能力。

同時，在煤礦事故頻發的情況下，快速有效的應急救援是減少事故人員傷亡和財產損失的有效措施。自救產品能在最短的時間內為受難的礦工提供一種簡單、有效的生命保障，從而為在獲得營救之前的這段時間內為生存爭取到更長的時間。本文以礦用安全頭盔為載體，基于應急心理和行為分析受困人員的生理心理狀態，在應急自救方面對安全頭盔進行設計研究，結合案例總結其設計原則及策略。

1.用戶應急心理與行為

首先，對用戶在突發狀況下的應急心理和行為進行分析，有利于挖掘用戶外在表現下的內在情感因素，來指導接下來的設計。根據情感化設計的三層次理論來分析用戶突發狀況下的心理和行為特點，能夠反映出心理與行為方面的關聯性，同時找到其意識層面的緣由。

1.1 應急心理與行為特點

應急心理是遇難人員在突發狀況下，例如事故災難、自然災害和公共安全問題，產生的種種心理狀態。這些心理狀態常常受年齡、性別、性格、個人能力、安全知識等因素影響。用戶應急心理，例如心理狀態、態度、主觀意識等對用戶應急實際行為的表現有著很大的影響[1，2]。在煤礦災害這種突發情況下，受困人員的心理處于極度不穩定的狀態，容易產生消極和極端化的心理而不利于生存和逃生救援。

圖1 應急心理與行為三層次分析

圖2 常見安全頭盔顏色

表1 常見安全頭盔形態特點

應急心理主要有五大特點：（1）緊張失措。煤礦災害發生初期由于其來勢洶洶不給人反應的余地，通常這個時候受困的礦工會感到緊張失措。再加上周圍的環境發生變化，例如照明系統受到損壞，道路堵塞，人群擁擠等，因而受困者失去安全感，神經緊張；（2）恐慌害怕。緊接著，由于可能產生的光線不足、毒氣泄漏、粉塵彌漫、能見度降低、火災危險等惡劣問題，受困人員難以辨別方向，不能到達安全的避難硐室或救生艙，胡亂逃生，擁擠推搡；（3）所以在尋找逃生的路徑時，人們往往會選擇最熟悉的道路，然而有的時候由于上層巖土的坍塌，道路結構被毀壞，導致原先設定好的逃生道路被封堵。如果在沒有了解情況的狀況下，一味地沿著原始道路逃生令道路的人流量加大形成滯留。（4）盲目從眾。個體的心理和行為往往會受到群體的影響，會不自覺地在知覺、行為當中保持與大多數一致[4]。因此遇難礦工常常會效仿周圍人的做法。（5）絕望放棄。在礦難發生了一段時間之后，人們激動慌亂的情緒開始穩定下來，但是因為外部救援的時間一般要持續幾個小時到幾天的時間，單在漫長的等待救援過程中，受困人員因體力消耗和受傷，常常會產生放棄的念頭，生存意志也隨之降低。

應急行為是應急心理的外在表現。突發災害時不理智的心理狀態會導致危險的行為，繼而阻礙正確的應急救援[5]。應急行為主要有四大特點：（1）尋找亮光。礦井工作環境里的光線狀態本就不明亮，煤礦災害發生時，照明系統大多數情況下都會受不同程度的影響，這時候在黑暗的礦井中，人們趨向于尋找明亮的地方，緩解內心的恐懼。（2）首選熟路。在習慣心理的作用下，人們對于經常走的路更有把握，因而在逃生的過程中很大程度上會選擇熟悉的道路。（3）跟隨人群。依據從眾心理，人們傾向于朝人多的方向行動，進而導致某些適合的逃生出口未被利用[6]。（4）停滯不前。由于受傷不能動彈或者等待的時間過長感到救援希望渺茫而心灰意冷，最終選擇放棄抵抗災難，停留在原地。

1.2 應急心理與應急行為的分析

應用三層次理論，從本能層、行為層和反思層來分析應急心理和行為以及意識上的特征。如圖1，尋找光亮的行為反映出緊張和恐懼；選擇熟悉的道路和跟隨大眾分別證明了習慣心理和從眾心理的作用；停滯不前說明內心的絕望和無助。進一步從反思層面能夠得到幾個意識層面上的總結。在礦難情況下，首先遇險人員的判斷力受到了影響，環境因素、心理因素，不當的行為無法使人清醒正確地做出決策；其次隨波逐流的思想牽引著大部分人失去了主見；最后環境和身體的不適感加劇，等待被救援的焦急感不斷增加著受困人員的心理壓力。

2.現有礦用安全頭盔現狀

安全頭盔是礦工們工作時必備的防護裝備，能夠較好地起到分散應力，緩沖減震和吸收外力的作用，是保護礦工頭部的重要的一環。本文以此為例進行分析。

圖3 一體化燈帽

圖4 可拆卸燈帽

表2 需求分析

色彩鮮艷飽和度高。選擇市場上同一品牌同一款式的產品進行總結比較，如圖2可以看出，市場上常見的安全頭盔顏色是紅色、橙色、黃色、白色和藍色等色彩鮮明醒目的顏色。在井下工作明亮的顏色識別性較高，可以避免因為看不見人員而進行一些操作時發生事故。

形態相似無較大差異。如表1，通過調研競品分析獲得市場上常見的礦用安全頭盔形態。

功能單一?，F有的安全頭盔主要的作用是緩沖減震，分散受力和抗沖擊力。當重物砸向頭部的時候能夠避免頭部受沖擊性的碰撞并且將力向四周發散，減小頸椎的壓力，并且有鎖扣調整大小松緊確保穩定性。礦用安全帽還配有防爆型LED燈在帽子前方，便于照明。有兩種燈帽的形式，如圖3、圖4，一種是燈與帽子一體化，另一種是用帶子固定在帽子上，燈卡在帶子上。

然而礦用安全帽在應急狀況下的功能體現得較少，難以應對突發的事故。本文根據礦用安全頭盔的現狀和問題基于煤礦災害情境進行優化設計。

3.基于應急心理和行為的礦用安全頭盔設計研究

3.1 基于心理與行為的需求分析

如表2，根據上文分析的應急狀態下人們心理和行為進行安全頭盔需求發散分析。

3.2 設計原則

3.2.1 多功能性

根據需求分析可以看出用戶需求對于個人身體防護、照明、通訊和記錄等方面有一定要求，因此安全頭盔的功能應針對主要需求進行功能擴展。在災難剛發生階段，通常照明設施會失效，礦井光線暗淡，即使安全頭盔顏色醒目，但是在光照不足的環境下可見性也大大降低，那么自發光的設計在這種情況下很有必要，能夠讓周圍的人在黑暗中辨別人員的位置，避免擁擠和推搡。同時原有的應急照明裝置也能夠幫助受困者了解周圍情況，尋找逃生道路。

在逃生到安全地點的階段時，據文獻了解煤礦災害的成因主要分為5大類別，其中瓦斯爆炸和頂板事故最為常見[7，8]。由此考慮到環境因素的變化，可能會有較大的噪音，所以形態上盡量提高包裹性，不僅對于頭部有較好的保護，而且關注耳朵的隔音效果。如圖5的設計方案，頭盔兩側可以將耳朵覆蓋。同時掉落的碎石和粉塵會進入眼睛，導致不適和受傷，因而護目鏡也是必不可少的配件。

等待救援過程中，通訊功能不僅能夠幫助受困者群體的內部交流，說明自身所處的位置和道路情況，同時與外界聯系，交流受傷情況、事故狀況、礦井破壞程度等，能夠給人一種心理慰藉，在等待的過程中能夠與外界交流。記錄功能是指頭盔正面安裝一個攝像頭，能夠記錄井下的環境狀況，在外部救援的時候將影像傳輸上去，從而讓救援人員了解內部狀況，便于制定救援計劃。

3.2.2 可拆卸性

可拆卸性要求與安全頭盔搭配的分部件能夠根據不同情況進行替換。上文提到搭載的護目鏡和燈光部件，在粉塵較大的時候能夠換上護目鏡，在照明系統失靈的時候能夠提供照明功能。也就是說安全頭盔可以如圖6所示的使用方式，護目鏡和燈帶可以從側面的洞中穿過進行替換。

3.2.3 單元性

圖5 包裹性較好的頭盔手繪案例

圖6 可拆卸式頭盔

圖7 單元式裝備

單元式系列化產品以不同功能的產品或者部件為單元，各單元承擔不同的角色，為共同滿足整體目標而構成產品系列[9]。每個部件功能不同，但能相互組合。如圖7為單元式安全頭盔裝備，除了安全頭盔還有頭戴式礦燈和護目鏡，三者共同形成一套裝備，能夠相互搭配實現其功能。在使用過程中，用戶可以根據礦難的不同類別和周圍環境進行選擇性的裝備穿戴，簡化使用操作過程。

3.2.4 智能性

根據需求分析得出，通訊功能和攝影功能對于自救和救援都有較大的好處，同時在智能化時代，傳感器、語音設備、Wifi連接和攝影攝像等技術日益發展，在安全頭盔上安裝這些裝備實現內部和外部的溝通，將在很大程度上提高救援效率，并增加被救人員生存信心。

4.結語

煤礦災害時有發生，我國對于礦難安全和救援方面極為重視。災難發生時的心理狀態大多是消極的，所產生的行為也常常不受理智的控制，導致判斷失誤、行事沖動和壓力陡然增加的問題。通過市場上常見安全帽的調研，分析用戶需求找到設計點，最終提出4個設計原則。旨在從應急自救個人防護方向對礦用安全頭盔提供設計思路和指導。然而相較應急救援產品，應急自救方面的產品研究較少，安全頭盔的設計研究只是自救產品中的一小部分，自救產品的系統化設計還需進一步完善。

注釋：

[1]區晶瑩，謝海龍，俞守華：《廣東農村村民應急行為結構方程模型構建及其影響因素分析》，《廣東農業科學》，2014年，第8期，第228-232頁。

[2]段文婷：《計劃行為理論述評》，《心理科學進展》， 2008年，第16期，第315-320頁。

[3]益朋，李華：《人因習慣心理對安全疏散的影響研究》，《中國安全生產科學技術》， 2018年，第3期，第 144-150頁。

[4]徐向宇：《典型宿舍火災危險性及人員疏散模擬與疏散心理及行為調查研究》，碩士學位論文，太原理工大學，2016年。

[5]郭曉艷，張力：《安全人因工程中的心理因素》，《工業安全與環?！?007年，第10期，第 29-32頁。

[6]HELBING D， FARKAS I J，VICSEK T， Freezing by heating in a driven mesoscopic System ，Physical Review Letters, 2000, no.6,pp.1240-1243.

[7]袁顯平，嚴永勝，張金鎖：《我國煤礦礦難特征及演變趨勢》，《中國安全科學學報》，2014年，第6期，第 135-140頁。

[8]解學才，宮偉東，林辰：《我國煤礦應急救援現狀分析研究》，《煤礦安全》，2017年，第11期，第 229-232頁。

[9]漸康：《城市電動汽車充電設備系列化設計研究》，碩士學位論文，浙江工業大學, 2017年。