海員疲勞及其影響因素

賈寶柱， 謝燈峰， 林葉錦

(大連海事大學(xué) 輪機(jī)工程學(xué)院，遼寧 大連 116026)

隨著近年來工程技術(shù)、信息科學(xué)及管理科學(xué)的進(jìn)步，船舶系統(tǒng)整體安全性得到大幅度提升，由此導(dǎo)致人為事故在總體安全事故中的比例越來越高。[1]商船本身具有技術(shù)密集、價(jià)值昂貴和運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)高等特點(diǎn)，船員不但需要具有較高的船舶操作、維護(hù)和管理技能，還需要具備較高的風(fēng)險(xiǎn)防范及危機(jī)意識(shí)[2]，而這些能力與船員狀態(tài)息息相關(guān)。

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析表明，有16%的重大船舶傷亡事故和33%人身傷亡事故是由人為因素導(dǎo)致的[3]，顯然，疲勞是導(dǎo)致海上船舶事故的重要原因之一。國際海事組織(International Maritime Organization, IMO)設(shè)立的人力資源、培訓(xùn)和值班分委會(huì)(Human Element, Training and Watchkeeping, HTW)負(fù)責(zé)疲勞減輕及管理指南(簡稱疲勞指南)的相關(guān)修訂工作，于2016年2月在倫敦召開的第3次分委會(huì)(HTW3)就海員疲勞問題進(jìn)行討論并達(dá)成重要共識(shí)。目前對(duì)形成疲勞的主要影響因素及其作用尚不明確，對(duì)于疲勞進(jìn)行分析的手段與工具尚不明晰?，F(xiàn)有大部分研究側(cè)重于單個(gè)或幾個(gè)特殊因素如何影響海員的疲勞，選擇影響因素的規(guī)則取決于經(jīng)驗(yàn)或主觀判斷。STRAVCH[4]提出一種系統(tǒng)模型來確定疲勞是否會(huì)對(duì)事故中的海員表現(xiàn)產(chǎn)生不利影響。HYSTAD等[5]通過收集的調(diào)查數(shù)據(jù)，探究航海經(jīng)驗(yàn)，環(huán)境壓力和心理承受能力對(duì)睡眠質(zhì)量和疲勞的影響，結(jié)論表明心理承受能力在統(tǒng)計(jì)學(xué)上可以作為與疲勞和睡眠質(zhì)量的顯著預(yù)測因子。ELIF等[6]通過分析層次分析法(Analytic Hierarchy Process, AHP)研究引起海員疲勞的因素，并確定其定量優(yōu)先級(jí)，結(jié)果表明睡眠的好壞對(duì)海員疲勞的發(fā)生具有重要影響。AKHTAR等[7]提出基于修正人為因素分析和分類體系的人體疲勞貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，研究橋梁管理團(tuán)隊(duì)和船舶擱淺，船舶認(rèn)證，人力資源和高層管理質(zhì)量控制的風(fēng)險(xiǎn)被認(rèn)為是最強(qiáng)的疲勞相關(guān)因素。趙志葳等[8]分析基于歐洲船舶管理公司的船員疲勞因素，探討導(dǎo)致船員疲勞的主要因素。

設(shè)計(jì)基于多維疲勞量表(MFI-20)的問卷，并分發(fā)給在船船員，取得了有效問卷370份，將其數(shù)據(jù)用于分析海員疲勞。將MFI-20和NASA-TLX(NASA任務(wù)負(fù)載)運(yùn)用于海員疲勞研究中，數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明：船員的MFI-20五維平均疲勞度均大于常用閾值，任務(wù)平均值負(fù)擔(dān)和主觀感覺也較普通人的數(shù)值大。為深入探究海員疲勞，進(jìn)行探索性因子分析(Exploratory Factor Analysis, EFA)?；贓FA，通過使用AMOS軟件程序建立結(jié)構(gòu)方程模型(Structural Equation Modeling, SEM)，確定了MFI/TLX與其影響因素之間的6個(gè)意義因果關(guān)系路徑。

1 研究方法

1.1 問卷

在與船員管理者溝通的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)有關(guān)船員疲勞及其影響因素的調(diào)查問卷，包含所有可能影響海員疲勞的影響因素，并進(jìn)一步分析這些因素如何影響海員的疲勞。

1.1.1疲勞的描述

針對(duì)評(píng)估疲勞狀態(tài)，SMETS等[9-10]在1995年研究開發(fā)多維疲勞量表(MFI-20)，MFI-20的每個(gè)條目都是參與者在近期的感受。每個(gè)條目的分?jǐn)?shù)都是1分(是，我覺得正確)到5分(不，我覺得不正確)，其中部分條目經(jīng)過反向后，分?jǐn)?shù)越高表明疲勞越高。它包括綜合性疲勞、體力疲勞、活動(dòng)減少、動(dòng)力下降和腦力疲勞5個(gè)維度。為了盡可能地降低對(duì)某一方向選擇的傾向，每個(gè)維度都包含2個(gè)疲勞的表述和2個(gè)不疲勞的表述。同時(shí)參與者的工作負(fù)荷用NASA-TLX測量[10]，以大量的研究成果為基礎(chǔ)篩選出腦力需求、體力需求、時(shí)間壓力、努力程度、業(yè)績水平和挫折程度等6個(gè)項(xiàng)目作為NASA-TLX量表的組成部分。每個(gè)維度都由1(任務(wù)負(fù)荷低)到21(任務(wù)負(fù)荷高)尺度去衡量參與者的主觀負(fù)荷水平。NASA-TLX評(píng)分由1～21尺度比例轉(zhuǎn)換成0～100范圍。[11-12]同時(shí)參與者在加班和超勞時(shí)的主觀感受(愉快、緊張和費(fèi)力)也給體現(xiàn)出來。

1.1.2與疲勞相關(guān)的因素

為了找出導(dǎo)致疲勞的主要影響因素，收集船員疲勞實(shí)際情況和專家經(jīng)驗(yàn)，在問卷中描述疲勞的可能影響因素。

(1)個(gè)人情況：問卷重點(diǎn)調(diào)查海員當(dāng)前的健康狀況和睡眠質(zhì)量，這些都是疲勞的直接表現(xiàn)。作為社會(huì)關(guān)系，收集員工婚姻狀況和家庭關(guān)系的信息；

(2)工作性質(zhì)：收集參與者的工作類型、部門和工作經(jīng)歷。這些信息在一定程度上反應(yīng)了員工的工作日程和工作需求；

(3)物理工作環(huán)境：物理環(huán)境是導(dǎo)致人員失誤和健康問題的主要影響因素[11]，問卷中包含的描述物理環(huán)境的主要條目有舒適度、噪聲、照明、溫濕度和輻射。并且調(diào)查了當(dāng)海員值班時(shí)其工作場所休息環(huán)境的質(zhì)量和舒適度；

(4)工作超時(shí)：工作超時(shí)會(huì)直接導(dǎo)致失眠或影響睡眠質(zhì)量，包括超量工作(超勞)，超時(shí)工作(長期工作)和隨時(shí)待命。針對(duì)超時(shí)工作的3種類型，問卷調(diào)查其發(fā)生的頻率、頻發(fā)時(shí)間段及其持續(xù)時(shí)間，同時(shí)也詢問了海員自己是否可以決定加班時(shí)間以及加班補(bǔ)償?shù)葐栴}；

(5)工作要求和控制：主要調(diào)查船員工作需求、工作時(shí)間表(倒班、超時(shí)工作時(shí)間)和工作描述(持續(xù)時(shí)間、頻率和發(fā)生時(shí)間)。

1.2 分析方法

根據(jù)問卷統(tǒng)計(jì)結(jié)果，分別計(jì)算疲勞狀態(tài)，任務(wù)負(fù)荷以及加班相關(guān)感受平均值及其與疲勞因素的相關(guān)性，保留其中與MFI-20和NASA-TLX顯著相關(guān)條目，再通過檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量(Kaiser Meyer Olkin，KMO)檢驗(yàn)和Bartlett’s檢驗(yàn)評(píng)估這些條目是否適用于海員疲勞分析。

如果整體樣本充分性度量值(Measure of Sample Adequacy, MSA)>0.70，Bartlett’s的P值≤0.01時(shí)，說明該條目可以用于后續(xù)的因子分析。通過正交旋轉(zhuǎn)修改最初的問卷?xiàng)l目的分類結(jié)構(gòu)進(jìn)行EFA，并將其用于SEM中的測量模型。

計(jì)算逼近均方根誤差(Root Mean Square Error or Approximation, RMSEA)[12]和卡方(卡方/自由度，Chi-Square/Degree of Freedom)[13]用于驗(yàn)證所建立的結(jié)構(gòu)化模型的適用性。RMSEA≤0.05則表明模型適用，而當(dāng)其值近似為0.08或更少仍然意味著合理的逼近誤差。相應(yīng)的CMIN/DF值<3表示模型適用。

2 數(shù)據(jù)結(jié)果

2.1 疲勞指標(biāo)

問卷分別被分發(fā)給隸屬于甲板部和輪機(jī)部的高級(jí)和低級(jí)船員，總共回收的397份問卷中有效問卷為370份，船員年齡分布在18～61歲，平均年齡為36.14歲，標(biāo)準(zhǔn)偏差(Standard Deviation)為0.71。

2.1.1疲勞程度

疲勞程度可通過MFI-20指標(biāo)描述，從5個(gè)維度和20個(gè)指標(biāo)來描述海員的疲勞水平，每個(gè)維度通過由1(疲勞度低)至5(疲勞度高)的分?jǐn)?shù)來測量其疲勞程度，并計(jì)算每個(gè)維度的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差見表1。由表1可知：MFI-20的5維度平均值>2.50，表明船員確實(shí)存在疲勞情況，與船員實(shí)際情況表現(xiàn)的疲勞程度相吻合。

表1 MFI 5個(gè)維度的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差(人數(shù)：370)

2.1.2任務(wù)負(fù)荷

NASA-TLX采用6個(gè)維度分析任務(wù)負(fù)荷，每個(gè)維度以1到21的刻度表示任務(wù)負(fù)荷。6個(gè)維度下的分?jǐn)?shù)被重新量化為0(低任務(wù)負(fù)荷)到100(高任務(wù)負(fù)荷)的值。NASA-TLX 6個(gè)維度的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差見表2。

所有維度上任務(wù)負(fù)荷的平均值均>50，表明船員在工作中腦力和體力的需求相對(duì)較高，時(shí)間壓力比較大。較好的工作表現(xiàn)需要付出的努力也更多，受挫程度較大。

2.1.3主觀感受

船員在工作時(shí)對(duì)加班和超勞會(huì)表現(xiàn)出不同的感受，研究者通常用5點(diǎn)尺度表示船員的主觀感受情況。分析結(jié)果見表3。

表2 NASA-TLX 6個(gè)維度的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差

表3 船員主觀感受的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差

由表3可知：船員主觀感受中所有條目的平均值均≤3，說明船員在超勞和加班的情況下感受不愉快，在加班及超勞時(shí)感受費(fèi)力和壓力。

2.2 相關(guān)性檢驗(yàn)

為了明確問卷中各條目與疲勞程度之間的關(guān)系，分別分析問卷中各條目與MFI-20及NASA-TLX疲勞維度的相關(guān)度。假設(shè)任務(wù)負(fù)荷作為疲勞的中間因子，并將其置信度設(shè)為0.95，保留與MFI-20或NASA-TLX顯著性>0.05且影響維度>1/2的條目，所得疲勞相關(guān)顯著性條目及其相關(guān)系數(shù)見表4，表中絕對(duì)值<1的數(shù)據(jù)為問卷中相關(guān)條目與MFI-20或NASA-TLX相關(guān)疲勞維度指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)，負(fù)號(hào)說明該條目與相應(yīng)的疲勞指標(biāo)參數(shù)為負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)的絕對(duì)值越接近于1則表明該條目與相應(yīng)的疲勞維度的相關(guān)度越高。

2.3 EFA

EFA主要是將表4中相關(guān)度較高的條目合并為一個(gè)疲勞影響因子，因子內(nèi)部的變量相關(guān)度大，不同因子間相關(guān)度小。這樣使疲勞影響因素的結(jié)構(gòu)更加簡單，有利于以最少的影響因素對(duì)海員疲勞問題做出更加明確的揭示。

運(yùn)用SPSS軟件分析變量間的相關(guān)系數(shù)矩陣內(nèi)部結(jié)構(gòu)，將變量進(jìn)行重新組合，利用數(shù)學(xué)工具將眾多的原變量組成少數(shù)的獨(dú)立的新變量。EFA主要步驟見圖1。

在進(jìn)行主要成分分析的基礎(chǔ)上，對(duì)與疲勞明顯相關(guān)的條目進(jìn)行因素重新歸類，同時(shí)檢查變量的分類是否符合實(shí)際情況，以確保模型的合理性，最終得到的探索性因子及其對(duì)應(yīng)條目的相關(guān)系數(shù)見表4。通過KMO檢驗(yàn)方法對(duì)樣本數(shù)據(jù)分析，結(jié)果顯示全部問卷樣本的充分性MSA為0.81，表明同一因子所包含的疲勞因素間具有較大的相關(guān)度，新的疲勞探索性因子適合用于海員疲勞分析。采用正交旋轉(zhuǎn)法，并選取能解釋的方差接近60%和以0.45作為條目與其探索性因子相關(guān)系數(shù)臨界值將所有條目分類為8個(gè)探索性因子。定義公因子方差h2為條目對(duì)相應(yīng)探索性因子的解釋度，計(jì)算多個(gè)公因子方差的累積貢獻(xiàn)率，該值越高說明所提取的公因子對(duì)原始數(shù)據(jù)的代表性或解釋度越高，相對(duì)應(yīng)的分類越合理。u2=1-h2為成分唯一性指標(biāo)，表示探索性因子無法被其條目解釋的比例。

表4(續(xù))

2.4 SEM

使用AMOS進(jìn)行結(jié)構(gòu)方程建模及分析，以找出船員疲勞與疲勞影響因子之間的聯(lián)系，船員的負(fù)荷矩陣見表5，基本研究方法見圖2。

根據(jù)探索性因子的分類結(jié)果，因子6的歸類不符合實(shí)際情況，在結(jié)構(gòu)模型分析中將其剔除，避免結(jié)構(gòu)方程模型無法適配。所得到的結(jié)構(gòu)方程模型見圖3，給出了6個(gè)顯著路徑的P值和標(biāo)準(zhǔn)化回歸加權(quán)值SR(Standardized Regression Weights)。模型適配計(jì)算結(jié)果為：模型自由度為539，卡方值為1 152.11，卡方自由度比值為2.13<3.00，RMSEA值=0.056<0.080。

表5 船員的負(fù)荷矩陣

根據(jù)機(jī)構(gòu)方程模型的計(jì)算結(jié)果，確定了6個(gè)顯著的因果路徑：

1)不良的休息環(huán)境會(huì)增加加班時(shí)的悲觀情緒。

2)任務(wù)負(fù)荷(Task Load Index, TLX)會(huì)增加疲勞感受(Multidimensional Fatigue Instrument, MFI)。

3)不良工作環(huán)境增加了與加班相關(guān)的悲觀情緒。

4)不合理的工作節(jié)奏增加TLX。

5)不良物理工作環(huán)境增加TLX。

6)不良的休息環(huán)境會(huì)增加MFI。

由此可以得出任務(wù)負(fù)荷和與休息情況直接導(dǎo)致疲勞，這些因素受工作節(jié)奏、物理工作環(huán)境和工作安排的影響，而物理工作環(huán)境和休息情況同時(shí)也會(huì)影響工作超時(shí)感受。

3 結(jié)束語

為了研究船員疲勞，設(shè)計(jì)基于MFI-20設(shè)計(jì)船員疲勞問卷，分別對(duì)MFI-20五維和NASA-TLX六維進(jìn)行有效收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果表明船員中普遍存在疲勞現(xiàn)象。為進(jìn)一步研究造成船員疲勞的影響因素，引入了EFA并得到了8個(gè)探索性因子?；贓FA的結(jié)果，建立結(jié)構(gòu)方程模型，得出了探索性因子與船員疲勞的相關(guān)性，“物理工作環(huán)境”，“休息情況”和“工作節(jié)奏”等3個(gè)因子對(duì)船員疲勞程度的影響最為直接。所使用的方法可用于研究船員的疲勞，幫助船舶管理公司和相關(guān)管理部門有針對(duì)性地制訂疲勞管理制度，通過減少任務(wù)負(fù)荷，適當(dāng)?shù)男菹r(shí)間和改善工作的物理環(huán)境來提高船員的表現(xiàn)，切實(shí)提高船舶航行安全水平。