滑鐵盧大學開發了一套AI工具，教泥瓦匠初學者搬磚訣竅

經驗豐富的泥瓦匠通常具備老道的習慣性技巧和技術以減輕負載於身上的壓力。然而，這些技巧並不總能很輕鬆地傳授給新一批建築工人，這批人往往面臨著相對較高的受傷風險，比如扭傷筋骨、拉傷韌帶和肌肉。

據美國勞工統計局（Bureau of Labor Statistics）統計，一般建築工程施工中，類似於扭傷和拉傷等肌肉骨骼性損傷佔所有損傷的三分之一。這些損傷將致使工人錯過工期，有時候甚至因此離開這個行業——這個已經變得老齡化且勞動力萎縮的行業。

在過去幾十年裡，儘管改良後的安全措施已經緩解了工作中的事故損傷率，但要減輕那些因關節和肌肉累積的壓力而造成的損傷，則更加棘手一些。

最近，加拿大滑鐵盧大學的研究人員正在利用人工智慧工具來幫助新手工人降低損傷。滑鐵盧大學土木工程師卡爾·哈斯（Carl Haas）與一個工程師團隊使用這套工具追蹤了工人的身體姿勢，研究如何讓泥瓦匠可以更加安全地工作。

這篇論文發表在《建造自動化》期刊，該論文作者、滑鐵盧大學系統設計工程師Eihab Abdel-Rahman表示：“如果有人已經在這個行業工作了25年，那說明他已經找到了一種更加安全的工作方法。”

在這項研究中，研究人員觀察了加拿大安大略省內一項學徒計劃中的21個泥瓦匠，其中包括長期的專業人員、純新手和有一至三年從業經驗的人。人工智慧軟體能夠識別出其每組之間微妙但值得注意的差異。

首先，研究人員提出一個框架，將各組泥瓦匠的工作姿勢進行分類，來構建一個標準的混凝土塊砌築組合。這些由磚石建築教練和經驗豐富的泥瓦匠組成的小組，在經驗上平均是其他組的5倍，他們擁有最高的生產力，其關節承載的壓力也是最低的。因此，他們在這篇論文中均以專家著稱。

然後，研究人員用慣性測量單元（IMU）和攝像機來收集泥瓦匠們特定姿勢的運動學資料。同時，基於專家和新手在鋪設945塊轉的過程中使用這個姿勢的相對頻率，用支援向量機（SVM）演算法將泥瓦匠的姿勢分為熟練級和不熟練級兩個類別，並對這兩個類別的情景進行了測試。

結果顯示，在舉起磚塊時，經驗豐富的泥瓦匠不需像經驗較少的磚瓦匠那樣彎腰，而且他們搬磚時還會讓磚塊更接近他們的身體。而這兩項技巧減輕了人體背部和肩部關節的壓力。

雖然這兩個情景的準確性都能達到相似水平——分別為91.23%和92.04%，但二元分類的處理時間只有13秒，而組間多類別支援向量機則需523秒。就像機器診斷和系統辨識中的特振動頻率一樣，特定的姿勢識別為觀察專家型和新手型泥瓦匠提出了不同的方法。

這也就意味著，專家級泥瓦匠會利用更少且符合人體工學的、更加安全的姿勢進行工作，同時也更有效率（這表現在其不浪費動作、能量消耗較低）。這種分類方法和姿勢識別有助於研究人員開發負擔得起的泥瓦匠培訓系統，運用IMU與視訊反饋資料來改善職員健康、提高泥瓦匠學徒的生產力。

研究人員已經把這些技巧分享給了那些正在接受培訓的泥瓦匠們。他們已經與加拿大混凝土塊砌築生產者協會以及加拿大磚石建築設計中心展開了合作，後兩者將輪流在加拿大內施行學徒計劃，來制定一項工作技巧準則清單。Abdel-Rahman表示：“這種方法可以挽救很多職業。”

研究結果同樣也有助於解釋一個奇怪的現象。據美國勞工統計局統計，施工損傷往往會在工人職業生涯的前幾年呈上升趨勢，但從第五年開始，受傷率減少。

在早前關於磚石建築的一項研究中，研究人員也看到了類似的趨勢走向。通過攝像機衡量工人們的砌磚姿勢，他們計算出了施加於人體關節處的壓力。他們發現，除了經驗豐富的行家會覺得他們關節處的壓力變輕了，而且新手也有同樣的感受。而那些工作經驗僅幾年的人卻感覺到了更重的壓力。Abdel-Rahman表示：“這並不在我們的預料之中，因為人們往往會認為，由於他們有一定的經驗，所以他們會使用能夠保護自己的方式工作。”

而這項新研究所贊同的一種解釋為，純新手往往都不太自信，所以他們工作時會更加小心，且工作速度較慢。哈斯表示：“但我們發現，那些有兩三年經驗的學徒，為了在生產力方面不落後於經驗豐富的泥瓦匠，他們會開始用有害身體健康的方式工作。”這種情況下，雖然這些有兩三年經驗的學徒能夠獲得信心且工作得更快，但在技術上他們仍然很差勁，只有等擁有更多年經驗後，他們才能理解經驗豐富的行家所採用的微妙、且更安全的技巧。而如果他們沒能掌握這種技巧，將很可能會因此受傷並被迫轉行。

此外，這種新方法也適用於其它建築工作，它使得研究人員第一次能夠將安全與不安全的定位量化和視覺化。位於安阿伯市、參與了過去那份研究的密歇根大學土木工程師SangHyun Lee表示：“這使我們理解了，為什麼一個富有經驗的泥瓦匠工作起來更高效且更安全。”

最近，研究人員對鋼筋捆紮工作也進行了類似的研究，其中包括把數條鋼筋捆紮在一起鋪設混凝土。SangHyun Lee表示，根據初步資料統計，有一個特定的技巧會使其作用於腰背部的力量降低兩倍。

這種技巧可以用來保證員工的健康，這無論對員工還是公司而言都很不錯。SangHyun Lee說：“這樣做是可行的，而且這一點不僅限於砌磚。”

原文出處：科技行者

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