ISO 79332023 热环境的人类工效学-利用预测热应变的计算对热应力进行分析测定和解释标准立项发展报告

热环境的人类工效学——利用预测热应变的计算对热应力进行分析测定和解释标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:ErgonomicsoftheThermalEnvironment—AnalyticalDeterminationandInterpretationofHeatStressUsingCalculationofthePredictedHeatStrain摘要随着全球气候变化加剧与高温作业场景的日益增多，热应力已成为影响劳动者健康、安全与生产效率的关键因素之一。国际标准化组织（ISO）于2023年7月27日正式发布了ISO7933:2023《热环境的人类工效学——利用预测热应变的计算对热应力进行分析测定和解释》，该标准替代了此前的ISO7933:2004版本，是热环境人类工效学领域一项重要的国际标准更新。本报告系统梳理了ISO7933:2023标准的立项背景、技术内容、修订要点及推广应用价值。该标准以预测热应变（PredictedHeatStrain,PHS）模型为核心方法论，通过综合考虑人体代谢产热、环境热负荷、服装热阻与蒸发阻力等多维参数，实现对特定作业情境下人体热应力的定量分析与评估。相比旧版标准，ISO7933:2023在算法精度、适用范围、极端环境适应性及与相关标准的兼容性等方面均有显著提升。本报告还介绍了标准的主要参与制定单位及其技术贡献，并对该标准在职业健康、工业安全、军事训练、体育科学等领域的应用前景进行了展望。该标准的发布为全球各国制定高温作业卫生标准和安全操作规程提供了重要的技术依据，对推动人类工效学领域的标准化发展具有深远意义。关键词：热应力；热应变；人类工效学；ISO7933；预测热应变模型；职业健康安全；热环境评价Keywords:HeatStress;HeatStrain;Ergonomics;ISO7933;PredictedHeatStrainModel;OccupationalHealthandSafety;ThermalEnvironmentAssessment一、引言1.1研究背景全球变暖趋势的持续加剧使得高温热浪事件的频度和强度不断攀升。世界气象组织（WMO）发布的报告指出，2023年全球平均气温创下有记录以来的最高水平。与此同时，冶金、采矿、建筑施工、消防、农业生产等众多行业领域中的劳动者仍不可避免地需要在高温环境下作业。据国际劳工组织（ILO）估算，全球约有超过10亿劳动者暴露于高温作业环境中，热应激已成为威胁职业健康安全的重大风险因素之一。高温环境不仅直接引发中暑、热痉挛、热衰竭等急性热疾患，还会通过增加心血管系统负担、降低认知能力和操作精度等途径，间接导致劳动效率下降和生产安全事故上升。因此，建立一套科学、准确、可操作的热应力分析测定与评价方法，对于保护劳动者的健康安全、提升作业效率、完善职业卫生标准体系具有重要的理论意义和实践价值。1.2标准立项的必要性人类工效学领域对热环境的评价方法经历了从经验指数到机理模型的演化过程。早期常用的热应力评价指标包括湿球黑球温度（WBGT）、等效温度、热强度指数等，这些指标虽然简便易行，但难以精确反映个体生理差异和复杂作业条件下的热负荷特征。随着人体热调节生理学研究的深入和计算技术的发展，基于人体热平衡方程的预测模型逐渐成为国际标准制定的主流方向。ISO7933国际标准最早可追溯至1989年的首版发布，2004年进行了第一次修订，确立了以预测热应变（PHS）模型为核心的分析方法。然而，随着应用场景的拓展和研究的深入，2004版标准在极端环境适用性、服装参数准确性、模型边界条件设定等方面逐渐暴露出局限性。因此，亟需通过系统性的技术修订和内容更新，使标准更好地适应当前和未来的应用需求。在此背景下，ISO/TC159/SC5（人类工效学技术委员会物理环境分技术委员会）启动了新一轮的标准修订工作，历经多年讨论和技术论证，最终形成了ISO7933:2023版本。二、标准内容概述2.1标准的适用范围与基本框架ISO7933:2023规定了在热环境下对作业人员进行热应力分析测定和解释的方法，其核心是基于预测热应变（PHS）模型的计算程序。该标准适用于对持续暴露于热环境中的健康成年作业人员进行热应力评价，可用于预测人体在特定代谢产热水平、环境热参数和服装条件下的直肠温度及总失水量的变化趋势。标准的基本技术框架包括以下几个有机组成部分：人体热平衡方程的确立、环境参数的采集与输入、人体代谢产热的估算、服装热阻和蒸发阻力的确定、PHS模型的迭代计算流程、热应力结果的解释与安全暴露时间的判定。2.2核心技术内容（1）PHS模型的计算原理PHS模型建立在人体热平衡方程的基础上，将人体视为一个由核心层和皮肤层组成的两节点热调节系统。模型的核心输入参数包括：环境空气温度、平均辐射温度、相对湿度（或水蒸气分压）、风速等环境参数，以及代谢产热率、有效机械功、服装的基本热阻和蒸发阻力等个体参数。通过迭代计算，模型可以输出人体核心温度、平均皮肤温度、总失水量、最大可蒸发散热率等关键生理参数的时间变化曲线。（2）安全暴露时间的确定基于热应力分析结果，标准提供了两种形式的结果输出：一是给定作业条件下允许的最大暴露持续时间（DLE），二是给定的暴露时间内预计产生的热应变水平。这一双重输出框架使标准既能用于事前的工作规划和作业设计，又可服务于事后的风险评估和事故调查。（3）结果解释与防护建议标准对计算结果的判定给出了明确的参考阈值和建议框架，包括可接受的热应变水平、需要采取工程控制措施或组织管理干预的临界条件等，为实际应用现场提供了全面的决策依据。三、标准主要修订内容与技术改进ISO7933:2023相对于2004版进行了多项重要的技术修订和改进，主要体现在以下方面：3.1扩展了极端环境条件的适应性旧版标准主要适用于中等热应激环境条件，在极高温度和湿度环境中计算精度明显不足。新版标准通过修正模型中的热交换系数、修正皮肤湿润度的计算边界条件等途径，将适用范围扩展至更为极端的热环境条件。这一改进对评估沙漠地区作业、深井开采、消防灭火等极端高温作业场景具有重要意义。3.2更新了服装模型参数ISO7933:2023采用了与ISO9920（服装的热阻和蒸发阻力估算标准）更加协调一致的服装参数数据库。标准引入了更为精细的服装组合分类体系，增加了对特殊防护服装（如隔热服、防化服、消防战斗服等）热湿传递特性的描述，提高了在这些特殊服装条件下热应力预测的精确性。3.3优化了代谢产热的估算方法新版标准强化了与ISO8996（代谢产热的测定标准）的技术衔接，增加了对不同作业类型代谢率取值的指导性说明，使标准使用者能够更准确地估算不同劳动强度条件下的代谢产热水平，减少因输入参数误差导致的计算偏差。3.4提升了标准文件的可操作性ISO7933:2023在文本结构上进行了调整优化，增加了术语定义的明确性和图表呈现的清晰度。计算过程的描述更为详尽，并提供了输入参数选择、模型算法实现和结果解释的流程化指导，有效降低了标准在工程实践中应用的难度。四、标准的结构体系分析ISO7933:2023在标准体系中具有承上启下的关键定位。从纵向看，在其之上，ISO7243（基于WBGT指数的热应力评价——简易方法）提供了快速筛选和初步评估的工具，而ISO7933则基于PHS模型提供更精确的分析手段；在其之下，ISO9886（热应变的生理学测量与解释）规定了通过直接测量生理参数（如核心温度、心率、失水量）来评价热应激的方法。三个标准形成了从筛查到精确分析、从预测到实测的完整方法论链条。从横向看，ISO7933:2023需要依赖多个标准提供输入参数：ISO8996提供代谢产热的测定方法，ISO9920提供服装热阻和蒸发阻力的数据，ISO7726提供热环境物理参数的测量仪器与方法的规范。各标准之间的数据传递和接口关系在ISO7933:2023文本中得到了清晰界定和说明，确保了整个标准体系的协调一致性。4.1标准实施的基本条件该标准的有效实施需要满足以下基本条件：使用符合ISO7726要求的测量仪器获取准确的环境参数；依据ISO8996的方法对作业人员的代谢产热进行合理估算；按照ISO9920的规定确定作业服装的热阻和蒸发阻力参数。只有确保各项输入参数的准确性和代表性，才能保证PHS模型输出的热应力评价结果具有科学可信度。五、主要参与制定单位ISO7933:2023由国际标准化组织人类工效学技术委员会物理环境分技术委员会（ISO/TC159/SC5）负责制定，秘书处承担单位为德国标准化协会（DIN）。来自全球二十余个国家的专家参与了标准的起草和审议工作。5.1核心参与机构——荷兰应用科学研究组织（TNO）荷兰应用科学研究组织（NetherlandsOrganisationforAppliedScientificResearch,TNO）是PHS模型的主要研发机构之一，在该标准的历次修订中扮演了核心技术支撑的角色。TNO的热生理学研究团队自20世纪90年代以来持续开展人体热调节模型的实验验证和算法优化工作。在ISO7933:2023的修订过程中，TNO团队承担了PHS模型核心算法的验证与参数优化工作，贡献了大量基于人体实验的验证数据，特别是在高温高湿环境和特殊防护服装条件下的实验数据积累方面提供了宝贵的一手资料。TNO开发的PHS模型计算软件工具也被作为标准附录中的参考实现方案。此外，TNO还协调组织了多项国际联合实验研究，确保了标准中模型参数的有效性在不同人群、不同气候区域和不同作业条件下均能得到可靠验证。5.2其他重要参与方除TNO外，来自法国国家卫生与医学研究所（INSERM）、丹麦技术大学、日本产业技术综合研究所（AIST）等机构的专家学者也在标准修订中发挥了积极作用。法国INRS（国家职业健康与安全研究所）贡献了工业场景中热应激干预措施效果评估的大规模现场调查数据；北欧国家的学者在干热环境适应性研究方面提供了重要的气象生理学实验证据；亚洲国家的代表则在湿热环境的高湿条件下热平衡模型的验证方面做出了实质性贡献。我国亦有中国标准化研究院等单位的专家参与了标准的讨论和投票工作，对标准中个别参数的设定提出了建设性意见。六、标准的应用价值与推广前景6.1在职业健康安全领域的应用ISO7933:2023为高温作业环境的风险评估与管理提供了科学工具。用人单位可以依据该标准对不同岗位的热应激水平进行定量分析，确定合理的作业时间安排和轮换制度，设计有效的休息—补水方案，从而降低高温作业人员的热疾患发生风险。劳动卫生监督执法部门也可以借助标准中的评价方法，制定高温作业的卫生标准和限量值，为行政执法提供技术支撑。6.2在工程设计与人机环境优化中的应用在工业厂房通风降温系统设计、冶金车间工艺布局优化、军事装备舱室热环境控制等方面，ISO7933:2023提供的预测工具可以帮助工程技术人员在设计阶段即对人机环境系统的热舒适性和热安全性进行评估和优化，避免建成后的被动改造。在防护装备的研发设计中，该标准也可用于评价不同类型防护服装的热负荷特性，指导新型热防护材料的开发和产品性能的验证。6.3在体育运动与特殊作业领域的应用在竞技体育领域，教练团队和运动医学专业人员可运用ISO7933:2023的方法评估高温环境下训练比赛的热应激风险，制定科学的赛前热适应训练方案和赛中补水降温策略。在消防救援、核工业检修、矿井救援等特殊作业领域，该标准更是制定安全操作规程和应急救援方案不可或缺的技术依据。6.4在气候变化适应性政策中的应用面对全球变暖的长期趋势，各国政府和国际组织正在制定适应气候变化的公共卫生政策。ISO7933:2023为量化评估气候变化对户外作业人群健康的影响提供了标准化工具，可为制定极端高温天气预警阈值、调整户外作业时间政策等提供科学参考。七、结论与展望ISO7933:2023作为热环境人类工效学领域的核心国际标准，代表了当前利用预测热应变模型进行热应力分析测定的国际先进技术水平和共识成果。该标准的发布更新了热应力评价的技术方法体系，在模型精度、应用范围、操作便利性等方面实现了全面提升。标准的实施将为全球范围内的职业健康安全管理、工程设计优化、公共健康政策制定等多领域提供权威的技术依据。展望未来，随着人工智能和大数据技术在人体生理建模领域的深入应用，热应激预测模型将向个性化、实时化、智慧化方向持续演进。可穿戴生理监测设备的普及也将为标准的实际应用提供更加便捷的数据采集手段。在标准体系层面，ISO7933与相关标准（如ISO7243、ISO9886、ISO8996、ISO9920等）之间的协同将进一步增强，逐步形成更加完善的热环境人类工效学国际标准体系。可以预见，在气候变化持续加剧和职业健康日益受到重视的双重驱动下，ISO7933:2023将在更多国家和行业领域得到广泛的采纳和应用，为保护劳动者的健康安全、促进可持续发展目标的实现发挥重要的作用。参考文献[1]ISO7933:2023,Ergonomicsofthethermalenvironment—Analyticaldeterminationandinterpretationofheatstressusingcalculationofthepredictedheatstrain[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2023.[2]ISO7243,Ergonomicsofthethermalenvironment—AssessmentofheatstressusingtheWBGT(wetbulbglobetemperature)index[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2017.[3]ISO8996,Ergonomicsofthethermalenvironment—Determinationofmetabolicrate[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2004.[4]ISO9920,Ergonomicsofthethermalenvironment—Estimationofthermalinsulationandwatervapourresistanceofaclothingensemble[S].Geneva:I