基于眼动实验的建筑工人人格特质、视觉信息与危险认知差异的关系研究.pdf

第 15 卷 第 3 期2023 年 6 月Vol.15 No.3Jun.2023引言我国施工机械化水平低，大量的施工操作仍然离不开劳动者的直接参与，工人作业压力极大，并且施工场所多为敞篷或露天，经常会受到高温、风雪、雷雨这类不利于施工的恶劣天气的影响，施工现场的环境复杂而极具危险性，作业环境危险系数较高1。并且，建筑工人的个体差异性会导致认知方式的差异2。因此，有针对性地研究不同人格特质的建筑工人危险感知能力，有助于实现“因人而异”的建筑场地差异化管理，对提高建筑工人的危险警惕、预防事故发生、保障人身安全有重要意义。人格（Personality）被定义为一套由生物和环境因素形成的行为习惯、认知和情感模式，描述了一个人的动机、心理状态和他们所处环境之间的互动3。它可以预测一个人的行为倾向。Steinbakk 等4在对驾驶员工作区的心理状态进行分析后，选用 UPPS 冲动量表的四个子量表（毅力、预谋、消极压迫感以及寻求感觉）、利他主义以及无规范量表进行统计，结果表明驾驶员的人格特质影响他在道路行驶的首选速度，间接影响其风险感知和安全驾驶行为。Yufan Gao、Vicente 等5通过研究 280 名工人的安全行为及个性特质，结果表明在大五人格特质中，宜人性和尽责性与工人的安全行为呈现正相关，而外向性和神经质与其呈现负相关。认知方式是一种个性化的个体在某一场景下发现问题、思考问题、解决问题的一种习惯性的方式，并且存在个体差异性，认知能力影响着工人对危险状况的感知和判断，决定工人的不安全行为6。Mawad7研究个体认知形成的差异性，并且研究发现不同的认知方式下个体的生活习惯，思维方式存在明显不同，他认为人的认知方式是由生长环境以及习惯性的生活方式决定的，具有稳定性和一贯性。Grenen 等8通过研究发现，个体对危险的认知根据特定区域的不同而不同，当面临自己擅长或熟知的领域时，大脑的警惕意识下降，对危险的敏感度也会减弱。都表明个体的差异性会导致认知方式的差异性，而人类的危险认知主要依赖图像和大脑的联想，并且与自身的经验和环境基于眼动实验的建筑工人人格特质、视觉信息与危险认知差异的关系研究王艳王艳1 1 陈玮 陈玮2 2 周建亮 周建亮2 2 包全喜 包全喜3 3 高嘉瑞 高嘉瑞2 2（1.徐州工程学院 土木工程学院，徐州 221018；2.中国矿业大学 力学与土木工程学院，徐州 221116；3.中建八局第三建设有限公司，徐州 221000）【摘 要】【摘 要】为提高建筑工人的个人危险感知能力、研究个体差异性会导致认知方式的差异，从而保障工人人身安全、预防现场事故发生、实现“因人而异”的安全管理。本文以建筑工人的人格特质为基础，采用眼动实验研究不同人格特质的建筑工人危险感知差异化能力，通过 AOI 兴趣区的注视点个数、首次注视时间、平均注视时间、总注视时间、眼动注视轨迹、眼动注视热点图统计分析建筑工人观看不同场景的危险感知情况。研究表明，神经质和外倾性明显的工人危险感知的注意力不够集中，感知危险的稳定性较低，宜人性明显的工人对危险的感知倾向于人的不安全状态，开放性明显的工人危险感知倾向于刺激性的事物，而严谨性明显的工人对危险的判断最为谨慎和深入，危险感知能力较强，感知危险的稳定性更好。研究为建筑工地工人筛选与管理提供基础，进一步降低建筑现场不安全事故的发生。【关键词】【关键词】建筑工人；危险感知能力；人格特质；差异分析；眼动实验【中图分类号】【中图分类号】TU17 【文献标识码】【文献标识码】A 【文章编号】【文章编号】1674-7461(2023)03-0013-07【DOI】【DOI】10.16670/11-5823/tu.2023.03.03【基金项目】国家自然科学基金项目(编号：72171224)；教育部人文社科规划基金项目(编号：19YJAZH122)【第一作者】王艳(1992)，女，实验师，主要研究方向：深度学习技术、BIM 技术。【通信作者】周建亮(1975)，男，教授，主要研究方向：BIM 与 VR 技术、智慧建造与工程建设安全管理。14差异有关系，但是并没有对人格特质与危险认知之间的关系进行深入的研究9。目前人格特质在驾驶行业以及职业选择上的研究已经较为成熟，但是针对建筑工人的人格特质与其不安全行为的研究较少，人格特质的差异性对建筑工人的行为影响也是一样的10，不同人格特质下的心理特征，反映到实际情景中个体的危险认知能力和行为选择存在差异性，而大五人格模型已成为理解个体人格与行为之间关系的有影响力的模型。本研究使用大五人格量表测定建筑工人的人格特质，结合眼动仪实验分析建筑工人观看不同场景的危险感知情况11，通过兴趣区 AOI（Area of Interest）的注视点个数、首次注视时间、平均注视时间、总注视时间、眼动注视轨迹、眼动注视热点图统计等数据，研究大五人格与建筑工人危险认知之间的关系，分析工人人格特质对不安全行为的影响，从而实现“因人而异”的安全管理。1 人格特质测试实验1.1 人格特质量表设定心理量表主要是用来测量个体在能力、人格、情绪、兴趣等方面的差异性，在人格测量方面，有很多经典的测量量表，如：明尼苏达大学教授 Hawthaway 发明了多相人格量表，简称 MMPI 量表12；英国伦敦大学的心理系教授 Eysenck 在 1960 年提出了人格的维度模型等。本文主要使用中国版的大五人格问卷（CBF-PI-B）13对建筑工人进行不同人格测试。该问卷共40个问题，由 5 个维度构成，每个维度 8 道题目，每道题均采用 5点计分法。CBF-PI-B 量表维度分析如表 1 所示。表 1 CBF-PI-B 量表维度分析维度人格特征内涵对应题目神经质个体在日常状态下情绪的稳定性和消极性1,6,11,16,21,26,31,36严谨性社会规范以及纪律对个体行为倾向的抑制性和约束性2,7,12,17,22,27,32,37宜人性他人遭遇不幸时个体的同情心和共情能力3,8,13,18,23,28,33,38开放性个体在面对新事物或新刺激时表现出来的态度和行为反应4,9,14,19,24,29,34,39外向性个体的神经系统的活跃程度和对外界开放性5,10,15,20,25,30,35,401.2 建筑工人人格特质分析（1）量表可靠性分析本次问卷调查共发问卷 350 份，最终回收问卷 320份（回收率 91%），其中有效问卷 287 份（有效率82%）。样本数据的描述性统计分析如表 2 所示。表 2 样本数据的描述性统计分析（n=287）特征分类人数/人百分百/%性别男21675.3女7124.7年龄20-304013.9631-358328.9236-404816.7240-456020.9146-505619.51本文采用克隆巴赫 系数检验 CBF-PI-B 量表样本的信效度，具体分析结果如表 3 所示。表 3 人格量表可靠性分析结果人格特征题目数Cronbach s 神经质80.825严谨性80.759宜人性80.804开放性80.821外向性80.812总体80.831由表 3 可知，大五人格量表总体克隆巴赫 系数值是 0.831，五个维度分量表的克隆巴赫 系数值介于 0.750.83 之间，表明量表有较好的内部一致性，因此具有较高的信效度。（2）描述性统计分析本研究对 287 名工人的人格特质总体情况进行分析，最终采集调查结果如表 4 所示。表 4 人格量表各维度描述性统计分析人格特征样本量平均分标准差神经质28723.656.21严谨性28731.423.42宜人性28733.948.43开放性28730.213.89外向性28726.836.422 眼动实验方法与实验过程2.1 实验对象的选取选取上述裸眼或矫正视力正常、身体健康、听力正常，2050 岁之间具有从事建筑行业经验的人员 287名，基于人格特质量表分析结果，对工人的人格特质进行分区，选取高分段的神经质、开放性、外向性、严谨性、宜人性明显的工人各 4 名，最终选取被试者共 20 名。对不同人格的受试者进行 14 编号。所有被试者需事先均不了解实验涉及的施工场景照片。2.2 实验设备实验采用瑞典 Tobii 公司开发的 Tobii T60XL 型眼动仪作为实验设备，具体设备如图 1 所示。该设备需要配置一台笔记本电脑，安装 Tobii Pro Glasses Controller_1.95.14258_x64，通过无线装置连接电脑和15基于眼动实验的建筑工人人格特质、视觉信息与危险认知差异的关系研究眼动装置，确保眼动数据的顺利采集，电脑打开眼动实验所需实验素材即可开始眼动实验。实验过程中，只需被试按照要求进行视线校正，没有其他束缚性设备，可以最大程度地满足被试在实验过程中的自由度需求。图 1 眼动仪实验设备2.3 实验素材和指标选取实验素材为当地建设项目常见的施工场景图片，包括的事故类型有：坍塌、高处坠落、物体击打、机械伤害、触电、起重、爆炸。实际场景图片如图 2 所示。图 2 视觉信息量图像实验指标选取眼动参数：AOI 兴趣区的注视点个数、首次注视时间、平均注视时间、总注视时间、眼动注视轨迹、眼动注视热点图统计进行分析。2.4 实验流程实验开始前向被试介绍眼动仪器的矫正和实验流程，在一个安静的环境下，要求被试放松心情，坐在电脑屏幕前，身体保持稳定并保持与屏幕的适当距离，经过培训都能够自主顺利完成眼动实验。对每张素材都设置 15s 的观察时间，在结束一张图片识别之后，电脑设置黑屏 3s 以对眼睛进行休缓，然后继续进行图片识别，每位被试者都重复上述流程，直到所有素材被识别完毕。整个实验的数据采集过程如图 3 所示。图 3 眼动实验过程3 数据结果与分析本次实验选取神经质、开放性、外向性、严谨性、宜人性较好的工人各 4 名，最终选取被试者共 20 名，其中数据有效率达 100%。因此，本实验直接分析 20个被试者眼动仪数据，为了使得实验结果可视化，抽取 4 名被试者进行轨迹图、热点图的叠加，得到的数据如图 4 图 6 所示。图 4 实验素材 1 的轨迹图和热力图图 5 实验素材 2 的轨迹图和热力图图 6 实验素材 3 的轨迹图和热力图根据实验素材的受试者轨迹图和热力图结果显示，建筑工人在施工现场作业时，更多地关注危险区域，如脚手架、安全网、吊塔等，视线明显集中在危险区域处。表明，受试者在观看实验素材时，对脚手架、安全网和吊塔等危险区域有较强的识别能力，因此更加注意力集中。表 5 素材 3 首次注视时间分析兴趣区域区域特征首次注视时间/s神经质严谨性宜人性开放性外向性总计AOI-1脚手架和安全网1.531.650.640.740.531.02AOI-2机械设备0.491.820.390.831.591.02AOI-3安全通道0.852.010.920.660.831.05AOI-4材料加工棚0.311.430.480.340.920.70AOI-5建筑材料0.291.940.550.311.020.82163.1 不同人格特质工人的首次注视时间差异分析以危险点较多的素材 3 为例，将样本的数据进行整合平均，根据实验素材将兴趣区划分为 AOI1-AOI5，不同人格特质的受试者在各兴趣区的首次注视时间结果如表 5 所示。由表 5 可知：（1）神经质特质明显的工人，在观察场景时对各兴趣区的感兴趣程度存在明显差异，在塔吊、脚手架和安全网上的停留时间明显多于其他兴趣区域，说明这类工人能够对施工场景中的危险隐患有选择地进行观察，危险感知受到个人主观因素的影响较大；（2）严谨性特质明显的工人，在观察场景时能够对视野中的各兴趣区域有一个全局的把握，危险认知能力较强。此外，该特质的工人对危险场景各个兴趣区域的观察时间分布较为均匀，表明这类特质群体对场景中的各区域都保持着足够的警觉；（3）宜人性特质明显的工人，虽然对施工场景中的各兴趣区域都有所注意，而且在各兴趣区域的注视停留时间也较为均匀，但停留的时间都较短，可见该特质的工人群体安全意识较为淡薄，虽然已经觉察到安全隐患的位置，但主观意识上低估了危险发生的可能性，危险感知能力需要进一步提升；（4）开放性特质明显的工人，在观察施工场景时，对各个兴趣区域的观察时间都比较短，危险感知能力与宜人性类似但表现出来的侧重点不同，对塔吊、脚手架和安全网、机械设备的感兴趣程度高于其他兴趣区，而对建筑材料以及加工棚的感知较低，总体来说，有较好的对高坠事故的危险意识；（5）外向性特质明显的工人，对各兴趣区域的停留时间有明显的差异，他们会有选择的对施工场景中自己感兴趣的区域进行观察，实验发现这类工人对机械设备、建筑材料以及塔吊的感知意识较高，由于性格原因善于发现新鲜事物，所以相对于其他工人更能感知到危险程度较低且不常见的事物，有利于预防低风险事故。3.2 不同人格特质工人的 AOI 兴趣区注视点个数差异分析兴趣区热点图是用于表示眼球跟踪数据的可视化技术，本研究采用对兴趣区注视热点计数的方法定义AOI，能够更好地比较现场施工工人的视觉注意情况。20 位受试者的平均注视点个数对比图如图 8 所示，5类不同人格特征平均注视点个数对比图如图 9 所示。图 8 20 位受试者的平均注视点个数对比图图 9 不同人格特征平均注视点个数对图 8 图 9 数据进行分析可知：（1）神经质和外向性特质明显的工人注视点个数较多，且神经质多于外向性，相差 2.75 个，这两类工人在识别图片危险因素的过程中，涉及面较为宽广，一些边缘位置也能引起他们的关注，但对每个区域的观察缺乏固定注意力，固定在危险区域的频率较低，危险认知能力较差；（2）严谨性特质明显的工人注视点个数最少，只有 20.25 个，相比于神经质少了 27.5 个，但每次注视点的停留时间较长，危险感知过程的针对性较为明显，他们可以更好的分配有限的注意力资源来识别身边潜在的危险，有较好的危险认知水平；（3）宜人性和开放性特质明显的工人注视点个数居中，他们在危险感知的过程中，视觉搜索比较积极，更加频繁的将注意力返回到自身感兴趣的点，对信息分析也较为深入，但受个人主观意愿的影响较大，工人的危险感知过程没有明显特征，难以反映其危险认知水平。3.3 不同人格特质工人的眼动注视热点图差异分析眼球追踪实验提供了大量数据，而眼球运动模式热点图作为眼动实验的常见数据表现方式，能够直观明显的表达被试对图片的感兴趣程度，其中红色表示被试眼动和注视最为明显和集中的区域，并且面积越大说明眼动的视点聚集越多，耗时越久。对眼动实验17基于眼动实验的建筑工人人格特质、视觉信息与危险认知差异的关系研究的数据进行注视热点图的可视化分析，对每一类工人选取其中数据采集完整的样本，对注视数据进行叠加，得到的注视热点图如图 1014 所示。图 10 神经质人格注视热点图 11 严谨性人格注视热点图 12 宜人性人格注视热点图 13 开放性人格注视热点图 14 外向性人格注视热点通过观察样本的热力图分布区域和颜色深浅，可以发现：（1）神经质特质明显的工人观察视点跳跃性较强，整体呈零散型分布，且视点颜色多为绿色，颜色程度较浅，表明了工人在各个注视点的注视时长较短。该性格特征的工人不太关注潜在的危险，因此，更有可能使自己暴露在危险当中；（2）严谨性特质明显的工人观察视点较为集中，注意力的针对性较强，注意范围与危险隐患范围一致，且危险隐患较大的视点区域颜色为大面积红色，颜色程度较深，表明工人在该视点的注视时间较长，视觉信息处理较为深入。该特征的人群具有的高度自觉性，危险识别能力强；（3）外向性特质明显的工人的注视区域较为密集，但视觉注意范围没有明显的危险特征，视觉观察的主观性和随意性较为明显，与神经质工人类似，视点颜色多为绿色，颜色程度较浅。说明这类工人不会经常关注危险区域，无法识别和评估相关的风险，因此，他们更有可能做出不恰当的决定或实施不安全的行为；（4）开放性特质明显的工人思维比较跳跃，一般注重于寻求感官的刺激，热衷于搜索视野中具有高度刺激性的事物。从注视热点图可以看出，观察视点较少，且注意力不够集中，可能是由于施工场景当中没有能够引起他们注意的兴趣区域；（5）宜人性特质明显的工人通常具有较高的人际交往能力，他们在工作当中更加倾向于与工友进行沟通和交流，能够有效的与他们合作。从注视热点图可以看出，他们的观察重点主要在人身上，而对环境中存在的危险的感知能力较弱，因此，这类工人能够更好的对存在不安全行为倾向的工人进行识别和警告，以减少其安全事故的发生。对热力图中的总注视时长进行统计分析，计算不同人格特质的总注视时长的平均值，具体受试者的平均总注视时长对比图如图 15 所示，不同人格特征平均总注视时长对比图如图 16 所示。图 15 20 位受试者的平均总注视时长对比图图 16 不同人格特质的平均总注视时长从注视时长来看，严谨性明显的工人的总注视时长最久，长达 9.32s，神经质和外向性的注视时长分别为 8.43s 和 7.57s，整体低于严谨性，神经质多于外向性 0.86s，说明严谨性的工人对于危险的感知追求稳妥和严谨，他们不会为了追求省时省力而忽略一些他人认为不重要的事情，宜人性的注视时长最低，仅有4.32s，表明该人格的建筑工人的危险感知能力较差。4 结果与展望为更好地理解建筑工人不安全行为的诱发机理，18本研究从建筑工人个体差异性的角度，探究工人的人格特质、视觉信息与危险认知差异的关系，主要研究结论包括：（1）采用眼动实验和中国版大五人格量表相结合的方法，验证了不同人格特质的建筑工人对危险感知存在显著差异。其中，神经质和外倾性明显的工人危险感知的注意力不够集中，感知危险的稳定性较低，宜人性明显的工人对危险的感知倾向于人的不安全状态，开放性明显的工人危险感知倾向于刺激性的事物，而严谨性明显的工人对危险的判断最为谨慎和深入，危险感知能力较强，感知危险的稳定性更好；（2）建筑工人对于兴趣区的选择有明显的危险感知差异。其中，神经质明显的工人能够对施工场景中的危险隐患有选择地进行观察，危险感知受到个人主观因素的影响较大。严谨性工人具有全局性把握，危险认知能力较强。宜人性明显的工人群体安全意识较为淡薄，虽然已经觉察到安全隐患的位置，但主观意识上低估了危险发生的可能性，危险感知能力需要进一步提升。开放性明显的工人，具有较好的对高坠事故的危险意识。外向性明显的工人，由于性格原因善于发现新鲜事物，所以相对于其他工人更能感知到危险程度较低且不常见的事物，有利于预防低风险事故；（3）未来将进一步提出由于危险感知造成的建筑工人个体差异化不安全行为的矫正方法，提高建筑现场安全管理能力，减少施工现场不安全事故发生。参考文献参考文献1 叶贵，陈梦莉，汪红霞.建筑工人不安全行为意向 TPB修正模型研究 J.中国安全科学学报,2015,25(01):145-151.2 韩豫，梅强，刘素霞，等.建筑工人习惯性不安全行为形成过程及其影响因素 J.中国安全科学学报,2015,25(08):29-35.3 倪清清，谢媛芳，徐晟，等.建筑工人群体安全压力因子的构建与评价方法 J.土木工程与管理学报,2020,37(01):146-152.4 Steinbakk R T,Ulleberg P,Sagberg F,et al.Speed preferences in work zones The combined effect of visible roadwork activity,personality traits,attitudes,risk perception and driving styleJ.Transportation Research 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between Personality Traits,Visual Information Research on the Relationship between Personality Traits,Visual Information and Risk Perception of Construction Workers Based on Eye Movement and Risk Perception of Construction Workers Based on Eye Movement Experiment Experiment Wang Yan1,Chen Wei2,Zhou Jianliang2,Bao Quanxi3,Gao Jiarui2（1.Xuzhou University of Technology School of Civil Engineering,Xuzhou 221018,China;2.China University of Mining and Technology School of Mechanics and Civil Engineering,Xuzhou 221116,China;3.The Third Construction Co.,Ltd.of China Construction Eighth Engineering Division,Xuzhou 221100,China）Abstract:A number of studies have shown that individual differences will lead to differences in cognitive styles.In order to improve the personal risk perception ability of construction workers,therefore it can ensure the personal safety of workers,prevent on-site accidents and realize the safety management for various people.Based on the personality traits of construction workers,this paper studies the variance of risk perception ability of construction workers with different traits by eye movement experiments.The risk perception of construction workers in different scenes is statistically analyzed by these following six terms:the number of fixation points in the AOI interest area,the first fixation time,the average fixation time,the total fixation time,the eye gaze trajectory and the gaze hot-spot map.These results obtained in the paper are as follows:workers with obvious neuroticism and extroversion are comparatively weak in attention and stability of risk perception.Workers with obvious agreeableness tend to perceive risks in an unsafe state,while workers with obvious openness incline to perceive risks by notifying stimulating things.Workers with obvious rigor are most cautious and in-depth in judging risks,and also have strong and stable risk perception ability.This study provides a reference for the screening and management of constrcution workers,and further helps reduce accidents in construction sites.Key Words:Construction Workers;Risk Perception Ability;Personality Traits;Difference Analysis;Eye Movement Experiment