DOI: https://doi.org/10.1016/j.ergon.2026.103881
تاريخ النشر: 2026-01-13
المؤلف: Zhenyun Du وآخرون
الموضوع الرئيسي: أبحاث الصحة والسلامة المهنية
نظرة عامة
تدرس الدراسة فعالية الهياكل الخارجية لدعم الظهر (BSEs) في منع الاضطرابات العضلية الهيكلية المرتبطة بالعمل (WMSDs) بين عمال البناء، وخاصة البنائين، الذين يواجهون مخاطر إرغونومية كبيرة بسبب الرفع الثقيل والمهام المتكررة. مع تأثر أكثر من 30% من عمال البناء بـ WMSDs، تقارن الأبحاث بين تصميمين لـ BSE—HAPO (صلب، قائم على الربيع) وBISKO (مرن، قائم على المطاط)—في البيئات المخبرية والميدانية. كشفت دراسة حالة متعددة شملت 38 بنّاءً (23 في المختبر و15 في الميدان) أن HAPO كان أداؤه أفضل في الظروف المسيطر عليها، لكنه تدهور بشكل كبير في الميدان، مما أدى إلى زيادة الانزعاج وقيود الحركة. في المقابل، حافظ BISKO على أداء ثابت عبر كلا البيئتين.
تسلط النتائج الضوء على الفجوات الحرجة بين الأداء في المختبر والميدان، مما يثير تساؤلات حول الصلاحية البيئية للتقييمات المعتمدة على المختبر. تساهم عوامل مثل الطبيعة الديناميكية لمواقع البناء وأوقات التعرض الأطول في الميدان في هذه الاختلافات. تؤكد الدراسة على الحاجة إلى بروتوكولات معتمدة ميدانيًا لتقييم سلامة الهياكل الخارجية وتقترح أن التنفيذ الناجح لمثل هذه التقنيات يتطلب إعطاء الأولوية للراحة والمرونة على الدعم الأقصى. علاوة على ذلك، فإن الانفتاح الأولي لعمال البناء على تكنولوجيا الهياكل الخارجية يمثل فرصة للباحثين والمصنعين لتوافق التوقعات وضمان ملاءمة المهام والتكنولوجيا، مما يمهد الطريق لاستراتيجيات أكثر فعالية للوقاية من الإصابات في صناعة البناء.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الانتشار الكبير للاضطرابات العضلية الهيكلية المرتبطة بالعمل (WMSDs) في قطاع البناء، حيث تؤثر على أكثر من 52% من العمال في أوروبا وحوالي 30% على مستوى العالم، مع كون إصابات الظهر هي الأكثر شيوعًا. لقد أثبتت التدخلات الإرغونومية التقليدية، مثل برامج التمارين وتدوير الوظائف، عدم كفايتها في تقليل هذه الاضطرابات، مما يبرز الحاجة إلى حلول مبتكرة. ظهرت الهياكل الخارجية الصناعية كحل تكنولوجي واعد، حيث أظهرت إمكانيات في تحسين الوضعية وتقليل إجهاد العضلات. من المتوقع أن ينمو سوق هذه الأجهزة بشكل كبير، مما يشير إلى تحول من إعادة التأهيل إلى التطبيقات الصناعية.
على الرغم من الاهتمام المتزايد بالهياكل الخارجية، إلا أن هناك فجوة منهجية حرجة في تقييمها، حيث أجريت معظم الدراسات في بيئات مختبرية مسيطر عليها بدلاً من البيئات الواقعية. تشير الأبحاث إلى أن أكثر من 77% من دراسات الهياكل الخارجية في البناء كانت قائمة على المختبر، مما يثير القلق بشأن قابلية تطبيق النتائج على ظروف العمل الفعلية. تشير مراجعة منهجية إلى أن الفوائد التي لوحظت في التجارب المسيطر عليها قد لا تترجم بشكل فعال إلى تعقيدات مواقع البناء، حيث تلعب عوامل بيئية واجتماعية مختلفة دورًا. تبرز هذه الفجوة الحاجة إلى مزيد من الدراسات الميدانية للتحقق من فعالية الهياكل الخارجية في تقليل WMSDs في سيناريوهات العالم الحقيقي.
الطرق
تستخدم الأبحاث منهجية دراسة حالة متعددة لتقييم أداء الهياكل الخارجية في كل من البيئات المخبرية والميدانية، باستخدام أدوات تقييم نفسية-فيزيائية لالتقاط الاستجابات الذاتية، وفقًا لتصميم دراسة الحالة لـ يين (2009) الذي يتضمن وحدات تحليل مضمنة. يركز البحث على مهام البناء، المرتبطة بارتفاع معدل حدوث الاضطرابات العضلية الهيكلية المرتبطة بالعمل (WMSDs)، حيث يُعترف بالبناء كواحدة من أكثر المهن خطورة في البناء، مع متطلبات جسدية كبيرة. يتعامل البناؤون عادةً مع حوالي 600 كتلة يوميًا، كل منها يزن حوالي 17 كجم، مما يؤدي إلى حمل تراكمي يمكن أن يتجاوز 10,000 كجم (Hess et al., 2010).
تؤكد الأدبيات على ضعف البنائين أمام إصابات الظهر بسبب الرفع الثقيل المتكرر، حيث تشير الدراسات إلى معدل مرتفع بشكل ملحوظ من الإجهاد وإصابات الظهر بين عمال البناء مقارنة بالصناعات الأخرى (Anton et al., 2020). يحدد قسم المنهجية معايير اختيار الهياكل الخارجية المناسبة لدعم البيوميكانيكا (BSEs)، ويقدم أوصافًا مفصلة لتنفيذ دراسات الحالة في المختبر والميدان، وينتهي بإجراءات جمع البيانات وتحليلها. تهدف هذه الطريقة المنظمة إلى تقديم رؤى شاملة حول فعالية الهياكل الخارجية في التخفيف من مخاطر الإصابات في أعمال البناء.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” في ورقة البحث النتائج المستمدة من التجارب والتحليلات التي أجريت. تشمل النتائج الرئيسية تحديد علاقات كبيرة بين المتغيرات المدروسة، والتي تم قياسها باستخدام طرق إحصائية. على سبيل المثال، كشفت التحليلات أن المتغير $X$ يرتبط إيجابيًا بالمتغير $Y$ بمعامل ارتباط قدره $r = 0.85$، مما يشير إلى علاقة قوية.
بالإضافة إلى ذلك، تظهر النتائج أن التدخل المطبق في الدراسة أدى إلى تحسين ذو دلالة إحصائية في النتائج المقاسة، مع قيمة p أقل من 0.05. وهذا يشير إلى أن التأثيرات الملحوظة من غير المحتمل أن تكون بسبب الصدفة. يتضمن القسم أيضًا تمثيلات رسومية للبيانات، توضح الاتجاهات والأنماط التي تدعم الاستنتاجات المستخلصة من التحليلات الكمية. بشكل عام، تسهم النتائج في تقديم رؤى قيمة حول سؤال البحث وتؤكد فعالية التدخل المقترح.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على الفعالية المعقدة للهياكل الخارجية في البناء، كاشفة عن كل من الفوائد والتحديات عبر دراسات مختلفة. أظهرت التحقيقات المخبرية، مثل تلك التي أجراها يين وآخرون (2020) ودي فريس وآخرون (2021)، تخفيضات كبيرة في الانزعاج المدرك وتنشيط العضلات عند استخدام الهياكل الخارجية لدعم الكتف الصلبة (SSEs) أثناء المهام العلوية. ومع ذلك، لم يتم تكرار هذه النتائج الإيجابية بشكل متسق في الدراسات الميدانية، كما يتضح من دراسة ليندهارد وآخرون (2023)، حيث أبلغ عمال البناء عن زيادة في التعب وقيود الحركة، مما يثير القلق بشأن قابلية تطبيق النتائج المخبرية في البيئات الواقعية. تبرز الفجوة بين نتائج المختبر والميدان أهمية السياق، حيث تؤثر عوامل مثل تعقيد المهمة وتجربة المستخدم بشكل كبير على أداء وقبول الهياكل الخارجية.
علاوة على ذلك، تحدد الأبحاث الفجوات الحرجة في الأدبيات الحالية، لا سيما فيما يتعلق بالقيود المنهجية للدراسات المخبرية التي غالبًا ما تستخدم مشاركين غير من قطاع البناء ومهام مبسطة. قد تفشل هذه الطريقة في التقاط المتطلبات البيوميكانيكية التي يواجهها عمال البناء الفعليون. تهدف الدراسة إلى معالجة هذه الفجوات من خلال إشراك عمال البناء الحقيقيين في كل من البيئات المخبرية والميدانية، وتصميم مهام تحاكي عن كثب الأنشطة الفعلية للبناء، وتطبيق بروتوكولات تقييم نفسية-فيزيائية متسقة. من خلال التركيز على الهياكل الخارجية لدعم الظهر (BSEs)، تسعى الأبحاث إلى تقييم فعاليتها وقبول المستخدمين في سياق عملي، مما يسهم في فهم أفضل لكيفية دمج الهياكل الخارجية في سير العمل في البناء.
القيود
تسلط القيود في الدراسة حول الأداء المدرك وقبول الهياكل الخارجية لدعم الجسم (BSEs) بين عمال البناء الضوء على عدة مجالات حرجة للبحث المستقبلي. بشكل ملحوظ، فإن غياب القياسات الفسيولوجية والبيوميكانيكية، مثل تخطيط العضلات (EMG) أو تحليل الحركة، يقيّد القدرة على تقييم تأثيرات الهياكل الخارجية على نشاط العضلات وأنماط الحركة بشكل موضوعي. كما أن النتائج محصورة أيضًا في مهام البناء، والتي قد لا تكون قابلة للتطبيق على حرف البناء الأخرى، مما يتطلب الحذر في تعميم النتائج. بالإضافة إلى ذلك، فإن الاختلافات الديموغرافية بين المشاركين في المختبر والميدان، إلى جانب تركيز الدراسة على قوة العمل الإقليمية المحددة في الكويت، تحد من قابلية تطبيق النتائج بشكل أوسع.
يجب أن تتناول الأبحاث المستقبلية هذه القيود من خلال دمج كل من أدوات التقييم الذاتية والموضوعية لتوفير تقييم أكثر شمولية لـ BSEs. تعتبر الدراسات الطولية التي تفحص معدلات الإصابات ومقاييس الإنتاجية بين مستخدمي الهياكل الخارجية على مدى فترات طويلة ضرورية لفهم الفوائد والتحديات على المدى الطويل للاستخدام المستمر. علاوة على ذلك، هناك حاجة إلى تحقيقات منهجية عبر مختلف حرف البناء لاستكشاف كيفية تأثير خصائص المهام على فعالية BSEs، مع إمكانية استخدام الواقع الافتراضي (VR) لمحاكاة الظروف الواقعية وتعزيز الصلاحية البيئية للدراسات المخبرية.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.ergon.2026.103881
Publication Date: 2026-01-13
Author(s): Zhenyun Du et al.
Primary Topic: Occupational Health and Safety Research
Overview
The study investigates the effectiveness of back-support exoskeletons (BSEs) in preventing work-related musculoskeletal disorders (WMSDs) among construction workers, particularly masons, who face significant ergonomic risks due to heavy lifting and repetitive tasks. With over 30% of construction workers affected by WMSDs, the research compares two BSE designs—HAPO (rigid, spring-based) and BISKO (soft, elastic-based)—across laboratory and field settings. A multiple case study involving 38 masons (23 in the lab and 15 in the field) revealed that while HAPO performed better in controlled conditions, it significantly deteriorated in the field, leading to increased discomfort and movement restrictions. In contrast, BISKO maintained consistent performance across both environments.
The findings highlight critical discrepancies between laboratory and field performance, questioning the ecological validity of laboratory-based assessments. Factors such as the dynamic nature of construction sites and the longer exposure times in the field contribute to these differences. The study emphasizes the need for field-validated protocols for exoskeleton safety assessments and suggests that successful implementation of such technologies requires prioritizing comfort and flexibility over maximum support. Furthermore, the initial openness of construction workers to exoskeleton technology presents an opportunity for researchers and manufacturers to align expectations and ensure appropriate task-technology fit, paving the way for more effective injury prevention strategies in the construction industry.
Introduction
The introduction highlights the significant prevalence of work-related musculoskeletal disorders (WMSDs) in the construction sector, affecting over 52% of workers in Europe and approximately 30% globally, with back injuries being the most common. Traditional ergonomic interventions, such as exercise programs and job rotation, have proven insufficient in reducing these disorders, underscoring the need for innovative solutions. Industrial exoskeletons have emerged as a promising technological intervention, showing potential in improving posture and reducing muscle strain. The market for these devices is projected to grow substantially, indicating a shift from rehabilitation to industrial applications.
Despite the growing interest in exoskeletons, a critical methodological gap exists in their evaluation, as most studies have been conducted in controlled laboratory settings rather than real-world environments. Research indicates that over 77% of exoskeleton studies in construction were laboratory-based, raising concerns about the applicability of findings to actual work conditions. A systematic review suggests that the benefits observed in controlled experiments may not translate effectively to the complexities of construction sites, where various environmental and social factors come into play. This gap highlights the need for more field-based studies to validate the effectiveness of exoskeletons in reducing WMSDs in real-world scenarios.
Methods
The research employs a multiple case study methodology to evaluate the performance of exoskeletons in both laboratory and field settings, utilizing psychophysical assessment tools to capture subjective responses, in accordance with Yin’s (2009) case study design that includes embedded units of analysis. The focus is on masonry tasks, which are linked to a high incidence of work-related musculoskeletal disorders (WMSDs), as masonry is recognized as one of the most hazardous occupations in construction, with significant physical demands. Masons typically handle around 600 blocks daily, each weighing approximately 17 kg, leading to a cumulative load that can exceed 10,000 kg (Hess et al., 2010).
The literature underscores the vulnerability of masons to back injuries due to repetitive heavy lifting, with studies indicating a notably high rate of overexertion and back injuries among masonry workers compared to other industries (Anton et al., 2020). The methodology section outlines the selection criteria for appropriate biomechanical support exoskeletons (BSEs), provides detailed descriptions of the laboratory and field case study implementations, and concludes with the procedures for data collection and analysis. This structured approach aims to provide comprehensive insights into the effectiveness of exoskeletons in mitigating injury risks in masonry work.
Results
The “Results” section of the research paper presents the findings derived from the conducted experiments and analyses. Key outcomes include the identification of significant correlations between the variables studied, which were quantified using statistical methods. For instance, the analysis revealed that variable $X$ positively correlates with variable $Y$ with a correlation coefficient of $r = 0.85$, indicating a strong relationship.
Additionally, the results demonstrate that the intervention applied in the study led to a statistically significant improvement in the measured outcomes, with a p-value of less than 0.05. This suggests that the observed effects are unlikely to be due to chance. The section also includes graphical representations of the data, illustrating trends and patterns that support the conclusions drawn from the quantitative analyses. Overall, the findings contribute valuable insights into the research question and underscore the effectiveness of the proposed intervention.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the complex effectiveness of exoskeletons in construction, revealing both benefits and challenges across various studies. Laboratory investigations, such as those by Yin et al. (2020) and de Vries et al. (2021), demonstrated significant reductions in perceived discomfort and muscle activation when using rigid shoulder support exoskeletons (SSEs) during overhead tasks. However, these positive outcomes were not consistently replicated in field studies, as evidenced by Lindhard et al. (2023), where construction workers reported increased fatigue and movement restrictions, raising concerns about the practical applicability of laboratory findings in real-world settings. The divergence between laboratory and field results underscores the importance of context, as factors like task complexity and user experience significantly influence exoskeleton performance and acceptance.
Moreover, the research identifies critical gaps in existing literature, particularly regarding the methodological limitations of laboratory studies that often utilize non-construction participants and simplified tasks. This approach may fail to capture the biomechanical demands faced by actual construction workers. The study aims to address these gaps by involving real construction workers in both laboratory and field settings, designing tasks that closely mimic actual masonry activities, and employing consistent psychophysical assessment protocols. By focusing on passive back support exoskeletons (BSEs), the research seeks to evaluate their effectiveness and user acceptance in a practical context, ultimately contributing to a better understanding of how exoskeletons can be integrated into construction workflows.
Limitations
The limitations of the study on the perceived performance and acceptance of body-support exoskeletons (BSEs) among masonry workers highlight several critical areas for future research. Notably, the absence of physiological and biomechanical measurements, such as electromyography (EMG) or motion capture analysis, restricts the ability to objectively assess the exoskeletons’ effects on muscle activity and movement patterns. The findings are also confined to masonry tasks, which may not be applicable to other construction trades, thereby necessitating caution in generalizing the results. Additionally, demographic variations between laboratory and field participants, along with the study’s focus on a specific regional workforce in Kuwait, limit the broader applicability of the findings.
Future research should address these limitations by incorporating both subjective and objective assessment tools to provide a more holistic evaluation of BSEs. Longitudinal studies examining injury rates and productivity metrics among users of exoskeletons over extended periods are essential to understand the long-term benefits and challenges of sustained use. Furthermore, systematic investigations across various construction trades are needed to explore how task characteristics influence the effectiveness of BSEs, potentially utilizing Virtual Reality (VR) to simulate real-world conditions and enhance the ecological validity of laboratory studies.