随着全球气温变暖,高温天气频繁出现,劳动环境的热风险已经引起了人们的广泛关注。近年来我国各地的夏季极端高温天气不断刷新记录,高温职业伤害日益增多。高温环境热应力是一种源于自然的风险因素,它影响人体健康、工作状态、生产效率,还易造成生产安全事故。过度暴露于热环境可直接引发多种热疾病甚至死亡。与此同时现代劳动在强度和密集度上发生的变化也增加了劳动中的热风险。人们无法避免直接接触高温环境,高温伤害事件已经渗透到了人们工作和学习的各个环节,包括工业、农业、旅游业、军事活动、运动科学等众多领域。如何评价高温环境给人体的各项热生理指标带来的影响已成为,并将继续成为热应力研究的重点内容。另一方面,我国城镇化进程不断加快,伴随涌现出大量体力劳动者。截止2015年,我国已形成超过8亿体力劳动者,也是目前世界上最大的体力劳动人群。该人群长期在室外或半室外环境中从事各种体力劳动,易受到高温环境的影响。目前我国劳动行业的高温环境管理水平与发达国家相比仍旧差距较大,保障劳动安全的相关法规制度及实施标准亟待完善,急需开展针对我国劳动人群热应激的基础研究。为了研究我国劳动人群高温下的生理反应特点并提出有效的热应激预测模型,本研究首先开展重庆夏季某建筑施工现场的热应力现场研究。结果发现,在实际劳动中,劳动者的睡眠质量、饮酒习惯和抽烟习惯等与人体热反应相关的非定量因素大量存在,劳动者无法保证标准劳动状态;通过建筑施工现场受试工人心率的连续监测发现,施工人员的心率在50bpm和150bpm之间处于连续波动的状态,劳动代谢率不稳定,劳动个体差异明显。选取十名平均年龄41岁的适龄劳动者,在人工气候室内开展九种高温环境下人体生理反应研究,并对受试者的直肠温度、皮肤温度、心率和出汗率进行连续监测。通过引入均差、变异系数和偏斜度的概念研究高温劳动环境中受试者对于各项生理指标的控制能力和控制逻辑。实验结果验证了个体差异的存在,并定量分析其对于人体热应激状态的影响。通过理论推导与实验验证相结合的方法,找到了核心温度与皮肤温度之间的函数关系。结合个体高温热反应生理参数实测值和均差、变异系数、偏斜度等统计量,得到能够识别人体热应激风险的综合变异系数CDC(comprehensive deviation coefficient)。同时基于人工气候室实验,分析各项热反应生理指标的逐时变化。研究发现90个子工况下现有PHS模型对于受试者出汗率的预测值普遍小于其实测值。在人工气候室实验的基础上,本研究以人体热平衡方程为基础,进一步建立了以动态的劳动心率来体现高温劳动状态下个体差异的人体热应激的动态预测模型。模型建立的过程中,首先提出了基于心率预测人体代谢率的方法,并与基于耗氧量预测人体代谢率的方法进行实验对比,检验预测精度。其次,结合施工现场研究的结果,对人体热平衡方程的各个控制项进行定义。最后,消除PHS模型中的时间迭代项ti-ti+1,引入时间微元∑Δtx(x=1,2,3…i)并开放传统PHS模型计算循环。这种设计实现了环境参数和个人参数的动态监测和输入,也建立了以所需蒸发散热量(Ereq)为目标函数的人体热应激预测模型的完整数学表达。新的模型涵盖了经典热应力研究中的六大基本要素,实现了动态的劳动环境下人体热应激预测。模型目标函数Ereq可对单一变量和耦合变量进行偏导分析,使基于人体热保护的高温环境设计、评价、改造成为可能。依据高温环境人体热应激动态预测模型的应用特点和输入条件,进一步开展动态热经历实验验证。探索了动态热过程中人体生理参数及热感觉的响应特点。实验结果表明人体热感觉先于热生理指标而变化,为最佳劳动-休息时间方案提供依据。对于模型的验证分为ISO案例静态热环境验证和动态热过程实验验证。通过ISO7933标准所提供应用实例,对比新模型与PHS模型的预测效能。结果表明,新的模型对于皮肤温度的预测与ISO 7933标准案例吻合良好(平均误差+0.16℃)。新的模型的预测Tsk与实测Tsk在男性受试者、女性受试者的预测中,差值分别为0.0931±0.8750℃、0.4861±0.7484℃,优于传统PHS模型的预测效果。最后,开展了高温环境人体热应激动态预测模型的应用研究。以Ereq为目标函数,结合人体皮肤温度与核心温度的逐时变化趋势,定量研究了单因素影响下、多因素影响下人体热应激的状态变化,包括了:时间因素、空气温度、辐射温度、水蒸气分压力、气流速度、心率、服装热阻、温度&风速耦合影响、温度&湿度耦合影响、劳动时间&劳动强度耦合影响。模型的应用研究为高温环境的设计、运行、评价和改造提供理论支撑。本研究先后选取了69名劳动现场工作人员和实验室受试者,开展了夏季施工现场热应力研究以及共计274人次的人工气候室测试,提出用于高温劳动热风险识别的CDC系数,揭示我国劳动人群的高温环境生理响应特点,建立了高温劳动环境人体热应激的动态预测模型。新的模型在传统PHS模型的基础上进行了改进,在人体热平衡方程框架下结合ISO7933标准与ISO8996标准,将时间迭代项转化为时间微元项的累积计算。新的模型相对于传统PHS模型解决了动态变化的高温劳动环境下人体热应激难以预测的问题,同时结合本研究所提出的Tcr与Tsk的转化关系实现了对劳动过程中不同时间节点的热应激预测。新的模型在实验中对我国人群的预测效果优于传统的PHS模型,并展开了PHS模型封闭的计算循环,使面向劳动安全的高温劳动环境的设计成为可能,对我国广大劳动人群的高温保护和高温安全事故的预防具有实际意义,同时也为完善我国高温劳动国家标准,以及劳动保护国际标准和相关法律、法规的制定提供理论参考。