110 地方特考四等 職業安全衛生 工業衛生概要 考古題詳解

核心觀念

本題考查「工業衛生（Industrial Hygiene）」的基本定義與工作範疇。工業衛生並非僅限於測量工作場所的有害物，也包括對職業危害進行事前預防、辨識、評估及控制，以保護勞工健康。

工業衛生的核心工作可歸納為：

1. 預測（Anticipation）：在新設、改建或變更製程前，預先研判可能產生的危害。
2. 認知或辨識（Recognition）：找出工作環境中可能危害勞工健康的因素及其暴露來源。
3. 評估（Evaluation）：利用採樣、檢測、分析及暴露評估，判斷危害程度是否超過容許標準。
4. 控制（Control）：採取工程控制、行政管理、個人防護具及健康管理等措施，降低或消除危害。

此四項通常簡稱為 AREC：

$$\text{Anticipation} \rightarrow \text{Recognition} \rightarrow \text{Evaluation} \rightarrow \text{Control}$$

以命題當年（民國 110 年）法規及職業衛生概念為準；職業安全衛生相關法規後續如有修正，並不影響本題對工業衛生基本範疇的判斷。

解題方法

回答本題時，應採用「定義＋危害類型＋控制目的」的方式作答，先說明工業衛生的本質，再列舉其處理對象，最後說明其目的。

一、工業衛生的定義

工業衛生是運用科學、工程及管理方法，預測、辨識、評估及控制工作場所中可能危害勞工健康的環境因素或壓力因素，以預防職業疾病、健康損害及不良健康影響的專門領域。

其關注的不只是已發生的疾病，也包括尚未造成明顯症狀，但長期暴露後可能危害健康的因素。

二、工業衛生處理的危害類型

工業衛生的範疇主要包括下列危害：

（一）化學性危害

包括：

• 粉塵、霧滴、燻煙及纖維
• 有機溶劑
• 金屬及其化合物
• 酸、鹼及其他腐蝕性物質
• 有毒氣體、蒸氣及揮發性物質

評估時須考慮物質的毒性、濃度、暴露時間、暴露途徑及勞工的作業方式。

（二）物理性危害

包括：

• 噪音
• 振動
• 高溫與低溫
• 非游離輻射及游離輻射
• 異常氣壓
• 照明不良
• 電磁場等

物理性危害可能造成聽力損失、熱疾病、振動症候群、輻射傷害或其他健康問題。

（三）生物性危害

包括：

核心觀念

本題考查空氣懸浮微粒在呼吸道內的「沉積機制」及其與粒徑、氣流速度、呼吸道構造的關係。主要機制包括：

1. 慣性碰撞（inertial impaction）
2. 重力沉降（gravitational sedimentation）
3. 布朗擴散（Brownian diffusion）

補充機制則包括攔截（interception）與靜電沉積（electrostatic deposition）。

判斷微粒沉積位置時，實務上常使用空氣動力學粒徑（aerodynamic diameter），因為沉積不只受幾何粒徑影響，也與微粒密度、形狀及空氣動力特性有關。

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一、慣性碰撞

懸浮微粒隨氣流進入呼吸道後，氣流會因鼻腔、咽喉、氣管分叉及支氣管彎曲而改變方向。較大、較重的微粒因慣性較大，無法隨氣流同步轉彎，便會撞擊呼吸道壁而沉積。

其重要性可用史托克數（Stokes number）表示：

$$Stk=\frac{\rho_p d_p^2 U C_c}{18\mu D_c}$$

其中：

• $\rho_p$：微粒密度
• $d_p$：微粒粒徑
• $U$：氣流速度
• $C_c$：庫寧修正因子
• $\mu$：空氣黏度
• $D_c$：呼吸道特徵尺寸

當 $Stk$ 增大時，微粒越不容易跟隨氣流轉彎，慣性碰撞沉積越明顯。

主要沉積部位：

• 鼻腔
• 鼻咽部
• 喉部
• 氣管及大型支氣管的分叉處

主要對象：

通常為較大粒徑微粒，尤其是數微米以上的微粒；粒徑越大、密度越高、吸氣速度越快，慣性碰撞越顯著。

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二、重力沉降

微粒在呼吸道內受到重力作用而向下沉降，並接觸呼吸道壁後沉積。此機制在氣流速度較低、呼吸暫停或呼氣末端特別重要。

依史托克定律，微粒沉降速度可近似表示為：

$$v_s=\frac{\rho_p d_p^2 g C_c}{18\mu}$$

其中 $v_s$ 為微粒沉降速度。由公式可知，沉降速度與微粒粒徑平方成正比：

$$v_s\propto d_p^2$$

因此，粒徑稍微增加，重力沉降作用便會明顯增強。

主要沉積部位：

• 小支氣管
• 細支氣管
• 肺泡區

影響因素：

• 微粒粒徑越大，沉降越明顯
• 呼吸流速越慢，沉積機會越高
• 深吸氣後暫停呼吸，會增加肺泡區沉積
• 臥姿及呼吸道幾何形狀也會影響沉降位置

重力沉降對約 $1\sim10\ \mu m$ 範圍的微粒較為重要，尤其在細支氣管與肺泡區。

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三、布朗擴散

極小微粒會受到空氣分子不規則碰撞，產生布朗運動。微粒因此偏離原本的氣流路徑，隨機接觸呼吸道壁而沉積。

微粒的擴散係數可表示為：

$$D=\frac{k_B T C_c}{3\pi\mu d_p}$$

其中：

• $D$：擴散係數
• $k_B$：波茲曼常數
• $T$：絕對溫度
• $C_c$：庫寧修正因子
• $\mu$：空氣黏度
• $d_p$：微粒粒徑

由公式可知，微粒粒徑越小，擴散係數越大，因此超細微粒的布朗運動越劇烈。

主要沉積部位：

• 細支氣管
• 肺泡區

核心觀念

綜合溫度熱指數（wet bulb globe temperature, WBGT）是評估高溫作業環境中人體熱負荷的指標，用以綜合反映：

• 空氣溫度及濕度對汗液蒸發的影響；
• 周圍物體熱輻射的影響；
• 空氣流動及環境溫度的影響；
• 日光或其他熱源所造成的輻射熱。

WBGT不是單純的氣溫，也不是人體實際核心溫度，而是高溫環境熱壓力的環境評估值，可作為判斷熱危害、安排工作與休息時間，以及評估中暑風險的重要依據。

涉及法規時，以命題當年（民國110年）法規為準，並配合《高溫作業勞工作息時間標準》及職業安全衛生相關規定判斷。現行法規若有修正，仍不影響本題依命題年度作答。

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組成參數

WBGT主要由三種溫度參數組成：

1. 自然濕球溫度 $T_{nwb}$

以自然通風濕球溫度計量測，反映空氣濕度、空氣流速及汗液蒸發冷卻能力。

濕度越高，汗液越不容易蒸發，人體散熱能力越差，因此自然濕球溫度在WBGT公式中占最大比重。

2. 黑球溫度 $T_g$

以黑球溫度計量測，反映周圍熱輻射與空氣溫度的綜合影響。

黑球通常為黑色中空球體，內置溫度感測器。黑球吸收周圍熱輻射後，其內部溫度可反映作業者所承受的輻射熱。

3. 乾球溫度 $T_{db}$

以乾球溫度計量測，主要反映空氣溫度。當作業環境有日光或其他直接輻射熱源時，乾球溫度納入計算，以表示太陽輻射或直接熱源的影響。

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WBGT計算公式

依作業場所是否受到日光或直接輻射熱源影響，公式分為兩種。

室外且有日光照射時：

$$WBGT=0.7T_{nwb}+0.2T_g+0.1T_{db}$$

其中自然濕球溫度占70%、黑球溫度占20%、乾球溫度占10%。

室內或室外無日光照射時：

$$WBGT=0.7T_{nwb}+0.3T_g$$

此時不需使用乾球溫度，因為沒有日光或直接輻射熱源的額外影響。

因此，判斷公式的關鍵不是單純看室內或室外，而是確認作業場所是否有日光或其他直接輻射熱源。

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多高度或多位置的加權平均

作業者若為站立作業，人體各部位所承受的熱環境可能不同，應在頭部、腹部及腳踝高度量測，再計算時間或空間加權平均值。

站立作業通常採用：

$$WBGT_{\text{平均}} = \frac{WBGT_{\text{頭部}} +2WBGT_{\text{腹部}} +WBGT_{\text{腳踝}}}{4}$$

腹部高度加權兩倍，是因為軀幹所占人體比例較大，且通常是主要熱負荷評估位置。

坐姿作業則應依實際姿勢，在頭部、腹部及腳踝相應高度量測。若各高度環境差異不大，可採代表性高度量測；若熱源集中於某一高度，則不得只量測單一位置而忽略局部熱輻射。

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量測時的要點

一、選擇具代表性的量測位置

量測位置應設在作業者實際工作、休息或暴露熱源的位置，並考慮：

• 作業者站立或坐姿；
• 作業者與熱源的距離；
• 熱源方向及輻射強度；
• 作業者實際活動範圍；
• 工作場所不同區域的溫度差異。

不能只在通風良好或遠離熱源的位置量測，否則所得WBGT可能低估實際暴露。

二、各感測器應同時量測

自然濕球、黑球及乾球溫度應在相同時間、相近位置量測，使三者代表同一熱環境。若分別在不同時間或地點量測，計算出的WBGT便無法正確代表作業者當時所受熱負荷。

三、等待儀器達到熱平衡

核心觀念

本題考查手工具的人因工程設計原則，重點在於降低下列危害：

1. 手腕長時間彎曲、偏轉造成的肌肉骨骼傷害。
2. 過大的握力、施力與反作用力造成的肌腱及關節負荷。
3. 工具滑脫、割傷、夾傷、觸電及振動造成的安全危害。

設計手工具時，應使操作者能以自然姿勢、較小力量及穩定方式完成工作，尤其要維持手腕接近中立位置，避免長時間背屈、掌屈、橈偏及尺偏。

解題方法

可從「姿勢、握持、施力、振動、安全」五個面向作答：

$$\text{良好手工具設計} = \text{中立姿勢} + \text{適當握把} + \text{降低施力} + \text{減少振動} + \text{防止意外}$$

因此，答案應同時涵蓋人體工學與工具安全，而非只列出握把大小。

手工具設計原則

一、維持手腕中立姿勢

• 工具握把的方向應盡量與前臂及施力方向一致。
• 避免使用工具時必須長時間彎曲、伸展、橈偏或尺偏手腕。
• 對需要推、拉、敲擊的工具，可將握把設計成適當角度，使手腕保持接近直線。
• 工具的工作端與握把應妥善對準，減少因工具偏斜產生的額外扭矩。
• 對需反覆操作的工具，應避免必須持續旋轉手腕才能完成動作。

二、握把尺寸及形狀應適合手部

• 握把應能讓手掌充分包覆，避免過細導致局部壓力集中，也避免過粗使手指無法有效握持。
• 一般大力握持用途，握把直徑常以約 $30\sim50$ mm 作為人體工學設計參考；精細操作工具則可採較小直徑，實際仍須依工作需求及使用者手部尺寸調整。
• 握把長度應足以容納整個手掌，避免手掌或手指懸空。
• 表面應具適當摩擦力、防滑性及柔軟度，降低握力需求。
• 握把應避免尖角、毛邊、銳利突起及過度堅硬的表面，以免造成壓迫、磨傷與繭傷。
• 握把尺寸及形狀應適合戴手套後使用，不能只依裸手尺寸設計。

三、降低所需握力與施力

• 工具應具良好機械利益，使工作所需力量降至最低。
• 工具重量、重心及操作方向應妥善配置，避免使用者必須以手腕持續抵抗偏心力矩。
• 重型工具應設置支撐、吊掛裝置或輔助把手，避免由單手長時間承受。
• 應避免需要長時間用力捏握、夾握或緊抓工具的設計。
• 需施加較大力量時，應優先讓前臂、上臂及身體大肌群參與施力，避免由手腕單獨承擔。
• 工具應盡量在身體接近位置操作，減少手臂伸遠所造成的力矩。

手腕所承受的力矩可用下式表示：

$$M=F\times d$$

其中 $M$ 為力矩、$F$ 為施力、$d$ 為力臂。工具越重、重心離手腕越遠，$d$ 越大，手腕負荷也越大，因此工具應輕量化並使重心靠近握持位置。

核心觀念

本題考查對數常態分布中幾何平均值（GM）與幾何標準差（GSD）的意義，以及氣體污染物濃度單位由 $\text{ppm}$ 換算為 $\mu\text{g}/\text{m}^3$ 的方法。

對數常態分布中：

• 幾何平均值為 $GM$。
• 上、下一個幾何標準差範圍為：

$$\frac{GM}{GSD}\sim GM\times GSD$$

• 上、下兩個幾何標準差範圍為：

$$\frac{GM}{(GSD)^2}\sim GM\times (GSD)^2$$

幾何標準差是「倍數」概念，不是以算術方式加減。

解題方法

已知：

$$GM=100\text{ ppm}$$ $$GSD=2$$

一個幾何標準差範圍

下限：

$$\frac{100}{2}=50\text{ ppm}$$

上限：

$$100\times 2=200\text{ ppm}$$

因此，一個幾何標準差範圍為：

$$50\sim 200\text{ ppm}$$

兩個幾何標準差範圍

下限：

$$\frac{100}{2^2}=\frac{100}{4}=25\text{ ppm}$$

上限：

$$100\times 2^2=100\times4=400\text{ ppm}$$

因此，兩個幾何標準差範圍為：

$$25\sim 400\text{ ppm}$$

$\text{ppm}$ 換算為 $\mu\text{g}/\text{m}^3$

在 $25^\circ\text{C}$、1 大氣壓下，理想氣體莫耳體積約為：

$$24.45\text{ L/mol}$$

氣體濃度換算公式為：

$$\text{mg}/\text{m}^3 = \frac{\text{ppm}\times \text{分子量}}{24.45}$$

甲醛分子量為 $30$，因此 $100\text{ ppm}$ 相當於：

$$\frac{100\times30}{24.45} = 122.70\text{ mg}/\text{m}^3$$

由於：

$$1\text{ mg}=1000\mu\text{g}$$

所以：

$$122.70\text{ mg}/\text{m}^3 = 122,700\mu\text{g}/\text{m}^3$$