近年来，国内各地夏季气温屡创新高^[1]，环卫工人、建筑工人、快递员等需要从事户外作业的从业者在夏季长时间暴露在高温环境中。过高的环境温度和高强度的体力活动极易使人体产生各类热疾病，严重时甚至危及生命安全^[2]。随着中国人口结构呈现老龄化趋势，从事体力工作人员的平均年龄不断增加^[3]，在高温劳动过程中，随着年龄的增长，中年劳动者较青年劳动者发生热疾病的概率显著增加^[4]。因此，现阶段如何更好地在高温环境下保护劳动者的安全和健康是十分值得关注的。

在高温环境热压力评价方面，国内目前主要采用的标准为《GB/T 17244—1998热环境根据WBGT指数(湿球黑球温度)对作业人员热负荷的评价》，该标准利用WBGT指数对高温作业环境热压力进行评价，规定了不同活动强度时，WBGT指数限值。不同职业的活动强度水平主要通过具有实践经验的专业人员对劳动过程进行观察评定。研究表明，由于不同评价人员的主观差异，结果最大误差可达20%^[6]。较大的评价误差容易错误估计实际活动强度，导致高温劳动安全事故的发生。因此，如何准确评价高温热压力对体力劳动者的生理影响是亟待解决的问题。

基于上述问题，笔者选择便于作业现场快速测量的生理指标-心率用于高温热压力对人体作用影响的评价，研究心率与活动强度的相关性，寻求对中国现有高温热压力水平评价方法的优化和改善。

1 研究方法

实验地点为重庆大学城环实验楼人工气候室，气候室房间尺寸4 m(长)×3 m(宽)×3 m(高)，气候室干球温度控制范围为-5~45 ℃，控制精度±0.3 ℃；相对湿度控制范围为10%~90%，控制精度为±5%。风速变频器可调，调控范围为0.1~2 m/s。

基于中国现行的高温环境热压力评价标准GB/T 17244-1998中对于高温作业人员活动强度限值的规定^[7]，在人工气候室中营造相对湿度为30%，WBGT指数为30.0、28.0、26.0 ℃的三种环境工况，安排受试者在运动跑台上进行规定速度和时间的运动，模拟实际高温作业中的相应强度和时间的体力劳动，跑台坡度为10%。实验工况见表 1，实验现场见图 1。

实验时间为2012年7-8月，受试者共10人，均为长期从事户外体力劳动的健康男性，无高血压、心脏病史，无严重热疾病史，实验期间未服用任何药物。实验前，实验方案均详细告知受试者，受试者确认同意后签字，实验期间受试者可自由退出实验。实验中，为避免产生顺序误差，受试者实验顺序随机，但保证相同受试者连续两次实验间隔3 d以上。受试者基本信息见表 2。

实验前一天，受试者禁止饮酒，保证正常休息并禁止从事过重体力劳动。实验开始前，受试者更换实验标准着装(Icl≈0.4clo)，在室温26 ℃的空调环境中静坐30 min，测量静坐心率后进入气候室。实验期间，使用RS800CX心率表监测受试者实时心率；使用TMCx-HD热电偶和便携多通道记录仪监测直肠温度；受试者每隔10 min佩戴呼吸面具3 min，使用湿式流量计测量呼出气体体积、温度，使用氧气浓度计测量收集废气的氧气浓度。实验期间，每隔20 min询问一次受试者主观感受。

参考世界卫生组织关于高温作业对健康不产生危害的建议值^[8]，出现下列情况之一时中止试验：1)受试者直肠温度超过39 ℃；2)当受试者心率连续3 min超过180 bpm；3)受试者有头晕、心慌或主观感觉无法继续坚持实验时。

2 实验结果 2.1 实验基本情况

参与实验的10名受试者均顺利完成3个工况实验，受试者心率未超过180 bpm，直肠温度未超过39 ℃，实验期间也未主动要求终止。基于实验方案设计，气候室中各工况实际环境参数见表 3。

2.2 基于耗氧量的活动强度计算

实验过程中，通过记录受试者呼吸废气中氧气浓度、体积、温度，参照国际标准ISO8996：2004中基于耗氧量的活动强度计算方法^[6]，按照式(1)计算实际活动强度。

$ M = {\rm{EE}} \times {\dot V_{{{\rm{O}}_2}}} \times \frac{1}{{{A_{{D_u}}}}}, $

(1)

式中：EE为能量代谢数，EE=(0.23RQ+0.77)×5.88，W·h/L；RQ为呼吸商，正常有氧运动时RQ≈0.85；${\dot V_{{{\rm{O}}_2}}}$为耗氧率，L/h；A_Du为身体表面积，A_Du=0.202×W_b^0.425×H_b^0.725；W_b为受试者体重，kg；H_b为受试者身高，m。

3种工况下，计算不同时间基于耗氧率的活动强度如图 2所示。当受试者由静坐开始实验后，基于耗氧量所得活动强度计算值不断增加，且所设活动强度越高的工况中，达到稳定所需的时间越短，在20 min后，受试者活动强度基本达到稳定。3种工况下，20~120 min的活动强度平均值分别为156.9，259.7，315.2 W/m²，符合GB/T 17244-1998中规定的中代谢率(轻体力劳动)、重代谢率(中体力劳动)和极重代谢率(重体力劳动)的体力活动强度。

3.3 基于心率的活动强度预测

实验期间，不同工况下，受试者平均心率如图 3所示。实验开始后，受试者心率显著增加，在10 min后，基本保持稳定。3种工况10~120 min期间，平均心率分别为101.5，123.7，127.9 bpm。

计算不同受试者在同一工况下20~120 min期间的心率水平和实际活动强度(基于耗氧量)的平均值，对各受试者不同工况下的心率和实际活动强度平均值进行线性回归分析，样本量n=30，线性拟合公式见式(2)，各参数信息见表 4。

$ M = 4.062 \times {\rm{HR - 250}}{\rm{.82, }} $

(2)

式中，M为活动强度，W/m²；HR为心率，bpm。

大量文献研究表明了心率的变化与活动活动之间存在相关性。Montoye和Leger等^[9]提出用心率作为测定能量代谢的替代方法，认为中等强度体力活动时，心率与能量代谢存在着相关性。Michael、Zenija和Gamberal等^[11]分别在脚踏车功量计和运动跑台上的实验结果证明心率与活动强度具有直线关系，但相关线不同。Maughan等^[14]的研究认为心率可用于推算活动活动，并证明推算结果同实测误差不大于5%。通过本文研究发现，利用心率预测活动活动时，相关系数为0.780，p＜0.01，在高温体力活动中，利用心率能够较好的预测实际活动活动。

3.4 GB/T 17244-1998安全性评价

中国在高温劳动的相关标准主要利用WBGT指数对环境进行评价。对于不同活动强度下WBGT指数的限定值主要参考国际标准ISO7243：1989，并在其基础上，将热环境评价标准分为4级，即好、中、差、很差。以ISO7243：1989中^[15]对定的WBGT指数限值为“好”级，指数温度每增加1 ℃，降低一级，但标准中并未指明中、差和很差等级对人体的作用影响程度。通过本文研究发现，不同WBGT指数下(相对湿度30%)，不同WBGT指数限值下连续从事规定强度体力运动120m in期间，心率和直肠温度均为超过健康要求限值。因此，作业时间在120 min以内，GB/T 17244-1998中，等级为“差”的WBGT指数限值仍能够保证劳动者身体健康。根据GB/T 17244-1998中体力活动强度分级，利用公式(1)，计算不同体力活动强度的允许心率最大值。获得不同心率区间的环境WBGT指数安全限值，如表 5所示，该表可用现场测定心率值快速评价工作环境热压力水平是否超出标准要求。

3 结论

通过本研究发现，在高温环境下，心率与实际活动具有良好的线性关系，可利用心率预测劳动者的活动限值用于评价高温环境热压力影响水平，提出了不同心率区间的WBGT指数限值。我国现行热环境评价标准GB/T 17244-1998中的WBGT指数限值能够基本保证劳动者的健康。