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极端高温天气频发，高温作业环境下的劳动者健康与安全问题日益受到国际社会的广泛关注。热应力作为影响作业人员生理安全与工作效率的关键因素，其科学评估与有效控制已成为职业健康领域的研究热点。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》由国际标准化组织（ISO）发布，是国际公认的热应力分析与评估方法标准。本标准基于预测热应变（PredictedHeatStrain,PHS）模型，提供了从环境参数采集、代谢率估算到热应力分析、解释与控制的完整技术框架，为全球各行业高温作业环境的风险评估与管理提供了统一的技术依据。本报告系统梳理了该标准的立项背景、技术内容、修订历程及国际应用现状，深入分析了其核心技术模型与创新要点，并对标准参与单位——瑞典隆德大学的相关研究实力进行了介绍。报告指出，ISO7933:2023在继承前一版技术框架的基础上，进一步优化了模型参数与适用范围，增强了标准在不同气候区域、不同作业类型中的适用性。展望未来，随着物联网传感技术与人工智能算法的深度融合，热应力评估标准将朝着实时化、个体化、智能化方向持续演进。关键词：热应力；预测热应变；人类工效学；国际标准；职业健康；热环境评估Keywords:HeatStress;PredictedHeatStrain;Ergonomics;InternationalStandard;OccupationalHealth;ThermalEnvironmentAssessment一、引言1.1研究背景全球气候变暖已成为21世纪人类面临的最严峻挑战之一。联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）第六次评估报告指出，全球平均气温较工业化前水平已上升约1.1℃，极端高温事件的频率、强度和持续时间均呈现显著增加趋势。在此背景下，冶金、建筑、矿业、农业、交通运输等户外及高温作业场所劳动者的热应激风险持续攀升。据统计，职业性热应激不仅直接导致中暑、热衰竭等急性健康损害，还与心血管疾病、肾脏疾病等慢性健康问题的发生密切相关。热应力（HeatStress）是指环境因素与代谢产热共同作用于人体所产生的综合热负荷，而热应变（HeatStrain）则是指人体为应对热应力而产生的生理响应，如核心温度升高、心率加快、出汗量增加等。科学评估热应力水平，对于制定合理的劳动保护措施、预防职业性中暑事件、保障劳动者生命安全具有重要的现实意义。1.2标准立项的必要性在国际标准化实践中，热环境人类工效学领域的标准制定工作一直由ISO/TC159（人类工效学技术委员会）下属的SC5（物理环境人类工效学分技术委员会）负责。1970年代以来，ISO陆续发布了一系列热环境评估标准，形成了较为完善的标准体系。其中，ISO7933作为基于热平衡方程的分析性评估方法标准，在热应力评估标准体系中占据核心地位。然而，随着人体热调节生理学研究不断深入、环境监测技术水平持续提升，以及各行业对热应力评估精细化、个性化需求的日益增长，既有版本的标准方法已难以完全满足当前的应用需求。具体而言，旧版标准中热舒适模型与热应力模型之间边界模糊、极端环境条件下模型预测精度不足等问题亟待解决。因此，对ISO7933进行系统修订与升级，不仅是标准自身技术完善的必然要求，也是回应全球职业健康保护需求的必要举措。二、标准概述2.1标准基本信息|项目|内容||------|------||标准编号|ISO7933:2023||标准全称|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||英文名称|Ergonomicsofthethermalenvironment—Analyticaldeterminationandinterpretationofheatstressusingcalculationofthepredictedheatstrain||标准状态|现行||发布机构|国际标准化组织（ISO）||分技术委员会|ISO/TC159/SC5（物理环境人类工效学）||分类号|人类工效学||发布日期|2023年7月27日||国别|国际组织||语言|英语||ICS分类号|13.180|2.2标准修订历程ISO7933标准的制定可追溯至20世纪80年代末期。1989年，ISO首次发布ISO7933:1989《热环境——基于WBGT指数（湿球黑球温度）对作业人员热负荷的评估》，该版本以湿球黑球温度指数为核心指标。2004年，ISO对该标准进行了第一次实质性修订，发布了ISO7933:2004版本，引入预测热应变（PHS）模型替代原有的WBGT方法，标志着热应力评估从经验指数向基于人体热调节生理模型的机理分析方法转变。2023年发布的ISO7933:2023是该标准的第二次修订，此次修订历时近五年（2018-2023），吸纳了来自全球20余个国家的专家学者参与研讨和投票。新版标准在结构框架、模型参数、适用范围等方面均进行了重大调整。2.3标准主要内容ISO7933:2023规定了利用预测热应变（PHS）模型对处于特定热环境中的个体进行热应力分析测定和解释的方法。标准主要内容包括：1.范围：适用于室内外热环境中作业人员的热应力评估，覆盖静坐、站立及各种体力活动状态。2.规范性引用文件：包括ISO9886（生理测量）、ISO9920（服装热阻估算）、ISO7726（热环境仪器测量）等配套标准。3.术语与定义：系统定义了热应力、热应变、预测热应变、代谢产热率、服装基本热阻等核心概念。4.PHS模型原理：详细阐述了基于人体热量平衡方程的分析方法，综合考虑环境因素（空气温度、平均辐射温度、相对湿度、风速）、服装因素（热阻、湿阻）和人体因素（代谢率、体表面积）的交互作用。5.分析测定程序：规定了从环境参数采集、代谢率估算、服装参数确定到PHS指数计算的标准操作流程。6.热应力解释：给出了基于预测核心温度与预测出汗量等指标的限值判定标准，将热应力水平划分为可接受、警戒、危险和极危险四个等级。7.控制措施建议：针对不同热应力等级，提出了相应的工程控制、管理控制和个体防护建议。三、核心技术内容分析3.1预测热应变（PHS）模型PHS模型是ISO7933:2023的技术核心，其本质是基于人体热调节生理机制建立起来的动态预测模型。该模型将人体简化为由核心层（core）和皮肤层（skin）构成的两节点系统，通过求解人体热量平衡方程组，逐时预测人体核心温度、平均皮肤温度、出汗速率和皮肤湿润度等关键生理参数的时间变化曲线。PHS模型的热量平衡方程如下：S=M−W−C−R−E−K其中，S为人体蓄热速率（W/m²），M为代谢产热率，W为对外做功功率，C为对流换热量，R为辐射换热量，E为蒸发散热量，K为传导换热量（通常可忽略）。与传统的WBGT指数或PMV（预测平均投票）模型相比，PHS模型具有以下显著优势：-能够预测随时间变化的动态热应变过程，而非仅提供稳态评价指标；-综合考虑了出汗效率、皮肤湿润度等生理调节机制；-可针对不同服装热阻、不同代谢水平进行个性化评估；-输出指标（预测核心温度、预测出汗量）更具生理学意义。3.2关键修订内容相较于ISO7933:2004，2023版标准在以下方面进行了重要修订和更新：（一）模型参数优化。新版标准对PHS模型中的关键生理参数进行了重新校准，包括最大出汗速率、出汗效率系数、皮肤湿润度阈值等，使模型预测结果与近年来的热生理学实验数据具有更好的一致性。（二）适用边界扩展。新版标准扩大了模型适用的环境参数范围，可涵盖更高温度和湿度条件下的热应力评估，适应了全球变暖背景下极端热事件频发的现实需求。（三）与配套标准协调。新版标准强化了与ISO9886（热应激生理测量）、ISO9920（服装热阻）、ISO7726（热环境仪器）等配套标准的协调一致，明确了各标准之间的接口关系。（四）不确定性分析。新版标准新增了关于测量不确定度和模型预测不确定度的讨论，指导使用者合理理解评估结果的可信区间。（五）标准化计算流程。新版标准提供了更为清晰的计算流程说明和结果报告格式要求，有利于标准在不同国家和不同行业间的一致实施。3.3标准应用方法ISO7933:2023的应用包括以下关键步骤：首先，采集作业环境的基本物理参数，包括空气温度、相对湿度、平均辐射温度和风速。测量须符合ISO7726的精度要求，传感器应放置在作业人员身体主要活动区域的关键位置。其次，估算作业人员的代谢产热率。代谢率的确定可采用直接测量法（如通过氧气消耗量测定）或间接估算法（参照标准活动类型表）。再次，确定作业人员所着服装的热阻和湿阻参数。服装参数的选择应考虑实际穿着情况而非仅依据服装标签标称值。最后，运行PHS模型进行计算，得到预测核心温度（t_core,pred）和预测出汗量（SW_pred）等关键输出，并依据标准中给出的参考限值进行热应力等级判定。四、标准的行业应用与国际协作4.1全球应用现状ISO7933:2023作为国际标准化组织发布的热应力评估权威标准，已广泛应用于全球多个行业领域。在欧洲，该标准被欧盟职业安全与健康法规体系（EU-OSHA）所引用，成为欧盟各国高温作业风险评估的重要依据。在亚洲，日本、韩国、新加坡等国家已将该标准转化为本国国家标准（如JISZ8505等），应用于制造业、建筑业等劳动密集型行业。在热带和亚热带地区，该标准为户外作业人员的热应激防护提供了科学框架。从行业分布来看，该标准的应用已从早期的冶金、铸造等传统高温作业行业，扩展到市政环卫、快递物流、消防救援、电力巡检、农业生产等更为广泛的行业领域。4.2标准配套体系ISO7933:2023并非孤立的标准，而是ISO热环境人类工效学标准体系的重要组成部分。该体系的顶层标准为ISO11399（热环境人类工效学相关国际标准的原则与应用）。在评估方法层面，ISO7933与以下标准形成了有机整体：-ISO7243：基于WBGT指数的热负荷快速评估方法（筛查级）；-ISO9886：热应激的生理学测量与解释方法（验证级）；-ISO9920：服装热阻和湿阻的估算方法（参数输入）；-ISO7726：热环境测量仪器的性能要求（参数测量）。上述标准与ISO7933共同构成了从"筛查—分析—验证"的三级热应力评估技术框架，使用者可根据评估目的和精度要求选择适当层级的评估方法。4.3国际标准化协作ISO7933:2023的修订工作由ISO/TC159/SC5/WG2工作组承担，工作组联合召集人分别来自瑞典和日本。来自德国、法国、英国、美国、加拿大、中国、澳大利亚等二十余个国家的专家学者参与了标准草案的研讨与投票。中国作为ISO常任理事国，派出中国标准化研究院、中国疾病预防控制中心职业卫生与中毒控制所等单位专家参与了标准修订工作。五、主要参与单位介绍5.1瑞典隆德大学在ISO7933:2023的修订过程中，瑞典隆德大学（LundUniversity）设计科学系的研究团队作为关键技术支撑力量，在PHS模型的生理学验证和参数优化方面作出了突出贡献。隆德大学始建于1666年，是北欧地区最负盛名的综合性研究型大学之一，也是瑞典最大的高等教育和科研机构之一。其设计科学系下设的人类工效学与人体工程学研究组，长期致力于物理环境因素对人体作业能力与健康影响的研究，在该领域积累了逾四十年的研究经验。该研究团队在热环境人类工效学研究方面的核心优势体现在以下方面：在基础研究层面，该团队依托其先进的人工气候室实验平台，系统开展了不同温度、湿度、风速组合条件下的人体热调节实验研究，建立了包含不同性别、年龄、体质指数受试者的大样本生理数据库。这些实验数据为PHS模型关键参数的重新校准提供了宝贵的第一手数据支撑。在标准研制层面，该团队的多位教授长期担任ISO/TC159/SC5的专家代表和项目负责人，深度参与了ISO7933、ISO9886、ISO9920等多项热环境标准的制修订工作，积累了丰富的国际标准化工作经验。在技术转化层面，该团队积极推动学术研究成果向工程实践的转化，开发了基于PHS模型的热应力评估软件工具，并在欧洲多个行业的职业健康风险评估实践中得到推广应用。5.2其他主要参与机构除瑞典隆德大学外，以下机构也在ISO7933:2023的修订中发挥了重要作用：-德国联邦职业安全与健康研究所（BAuA）：提供了大量工业现场热应力实测数据，用于模型验证；-日本产业技术综合研究所（AIST）：在湿热环境下人体热调节机制研究方面提供了关键实验数据；-荷兰TNO应用科学研究组织：在服装热湿传递性能研究领域提供了技术支持；-国际职业卫生协会（IOHA）：从职业卫生实践角度为标准应用提供了需求反馈。六、结论与展望6.1主要结论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》的发布，标志着国际热应力评估标准化工作进入了一个新阶段。通过对标准修订历程、技术内容和应用价值的系统分析，可得出以下主要结论：第一，标准修订顺应了时代发展需求。面对全球变暖加剧与极端高温天气频发的严峻形势，新版标准通过扩展模型适用范围、优化模型参数、强化与配套标准的协调一致性，为全球职业热应激防护提供了更为科学、实用的技术工具。第二，PHS模型的技术先进性得到了进一步巩固。新版标准所采用的PHS模型，在继承人体热平衡理论框架的基础上，通过引入最新的实验数据对模型参数进行重新校准，显著提升了模型预测的准确性和可靠性。第三，标准体系的协同效应日益显现。ISO7933:2023与ISO7243、ISO9886、ISO9920等配套标准共同构成了层次分明、逻辑严密的国际热环境人类工效学标准体系，为不同层次、不同精度的热应力评估需求提供了系统化解决方案。6.2未来展望展望未来，ISO7933标准的发展将面临新的机遇与挑战：在技术层面，随着可穿戴生理监测技术的日益成熟，个体实时热应变监测将成为可能。未来的热应力评估标准或将从目前的"环境参数驱动模型预测"范式，向"环境参数+个体生理反馈联合驱动"的智能化范式转变。物联网（IoT）传感器网络与数字孪生技术的应用，有望实现作业现场热风险的实时动态感知与预警。在标准层面，随着国际标准化组织对气候变化适应问题的日益重视，ISO/TC159/SC5已将"气候变化对职业热应激的影响与适应"列为未来重点研究议题。可以预见，ISO7933系列标准将继续以五年为周期进行定期评审和修订，以保持其技术内容的时效性与先进性。在应用层面，随着"一带一路"倡议和国际产能合作的深入推进，中国等发展中国家在全球高温作业环境中的热应激防护需求日益凸显。推动ISO7933:2023在中国的转化应用——将其采纳为中国国家标准（采标）——并研制配套的行业应用指南和本土化技术支撑工具，将成为我国职业健康标准化工作的重要方向。可以预见，ISO7933作为国际热应力评估领域的基础性标准，将在保护全球劳动者健康、促进可持续发展目标的实现方面发挥越来越重要的作用。参考文献[1]ISO7933:2023,Ergonomicsofthethermalenvironment—Analyticaldeterminationandinterpretationofheatstressusingcalculationofthepredictedheatstrain.Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2023.[2]ISO7933:2004,Ergonomicsofthethermalenvironment—Analyticaldeterminationandinterpretationofheatstressusingcalculationofthepredictedheatstrain.Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2004.[3]ISO7243:2017,Ergonomicsofthethermalenvironment—AssessmentofheatstressusingtheWBGT(wetbulbglobetemperature)index.Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2017.[4]ISO9886:2004,Ergonomics—Evaluationofthermalstrainbyphysiologicalmeasurements.Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2004.[5]ISO9920:2007,Ergonomicsofthethermalenvironment—Estimation