施工安全標識位置特征驅(qū)動的自動化注意行為研究*

楊金茹，韓 豫

(1.江蘇大學(xué) 土木工程與力學(xué)學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013；2.江蘇大學(xué) 城市環(huán)境與工程安全行為系統(tǒng)研究中心，江蘇 鎮(zhèn)江 212013)

0 引言

建筑業(yè)安全事故頻發(fā)，安全問題成為制約建筑業(yè)平穩(wěn)健康發(fā)展的突出問題。研究發(fā)現(xiàn)，90%的建筑業(yè)事故與工人的不安全行為有關(guān)[1]，具體表現(xiàn)有疏忽大意、風(fēng)險認知偏差等[2]，集中反映出工人的風(fēng)險感知能力欠佳。安全標識作為建筑工地廣泛使用的安全管理工具，其作用是傳遞警示信息，幫助工人感知環(huán)境風(fēng)險，提高對潛在危險的注意[3]，對事故預(yù)防尤為重要。然而，在實際使用中，由于設(shè)置不合理、疏于管理維護等因素，標識醒目程度降低，削弱警示效果。外加工人需要在從事施工活動的同時關(guān)注環(huán)境風(fēng)險，處于多任務(wù)并行狀態(tài)，故不會主動對安全標識投入過多認知資源，標識有效性進一步弱化。因此，有必要更深入地探索施工情境中當事人對安全標識的注意和加工行為的關(guān)鍵特性和深層機理。

近年來，對安全標識的研究主要聚焦于公共空間、產(chǎn)品包裝等領(lǐng)域，重點關(guān)注其顏色、信號詞、圖形符號、版面布局等設(shè)計屬性[4-7]，對位置特征的關(guān)注較少，且大都局限于煤礦[8-9]、交通安全領(lǐng)域[10-11]，證實位置特征是影響標識效果的重要因素。考慮到施工現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜性、人員流動性、作業(yè)任務(wù)多樣性等特征，現(xiàn)有研究結(jié)論無法試用于工地場景。此外，現(xiàn)有研究側(cè)重于對行為實驗數(shù)據(jù)[3，12]的分析和基于調(diào)查問卷的主觀認知評價[13]，缺少對導(dǎo)致差異化結(jié)果背后的認知過程及原因剖析。從認知加工層面來看，施工安全標識失效的主要原因是注意階段的覺察失敗。受認知資源有限條件的限制[14]，工人專注于施工活動時，對包括視認安全標識在內(nèi)的環(huán)境危險感知加工將轉(zhuǎn)為自動化模式，該狀態(tài)符合自動化行為的條件和特征。因此，探究位置因素對施工安全標識注意效果的影響，引入自動化加工理論，解讀差異化注意效果背后認知因素，是從新視角探索標識有效性影響因素的有益嘗試，也是對自動化認知理論的補充。

鑒于此，本文采用改進的隱性任務(wù)注意捕獲試驗范式，篩選具有安全標識數(shù)量多、事故多發(fā)特征的工地場景作為環(huán)境背景素材，通過注意捕獲量[15]度量施工安全標識位置因素導(dǎo)致的注意效果差異，進一步揭示初次視認行為發(fā)生時的自動化注意行為機理。研究結(jié)果旨在為施工安全標識的優(yōu)化布置提供參考意見和理論支撐，兼具理論及實踐意義。

1 試驗方法

1.1 試驗策略設(shè)計

前期調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在實際工地環(huán)境中，大部分建筑工人能夠被環(huán)境中位置“顯眼”的施工安全標識“不自覺”地吸引，在無意間注意到標識的存在。該現(xiàn)象表明，當事人對施工安全標識的注意過程是由標識自身物理顯著性驅(qū)動的被動的、無意識的、自動化的加工過程。

為模擬上述自動化加工過程，采用隱性任務(wù)的注意捕獲范式，并在搜索序列中取消奇異刺激(其他顏色干擾子)，同時，額外增加施工安全標識作為干擾刺激，用以誘導(dǎo)被試產(chǎn)生注意捕獲。

1.2 被試

考慮到用戶因素(如年齡、經(jīng)驗)等無關(guān)變量會對認知活動造成干擾，且相關(guān)研究有通過在校學(xué)生等無從業(yè)經(jīng)歷人員作為被試的先例[3，16]，本文研究招募38名在校研究生作為被試。為保證試驗結(jié)果的準確性，剔除任務(wù)正確率不達標和響應(yīng)時間大于2 s的數(shù)據(jù)[17]，剩余有效被試30名(男性24名，女性6名，平均年齡23.9歲，SD=1.18)。所有被試視力正常或矯正視力正常，無色盲、色弱問題，且母語皆為漢語。

1.3 試驗儀器及試驗材料

試驗材料呈現(xiàn)在分辨率為2 560×1 440的65寸顯示器上，顯示屏率為120 Hz，顏色深度為32位。試驗過程中，試驗素材水平中軸線與人眼的水平視線大致保持在同一高度，眼睛距顯示屏約1.20 m。

試驗使用的目標搜索序列由內(nèi)部包含1條水平或豎直的白色短線的菱形和圓形構(gòu)成，圍繞1個假想圓周等距排列，圓周半徑視角為9.5°。標識素材來源于《安全標志及其使用導(dǎo)則》(GB 2894—2008)[18]，分別對應(yīng)工程安全4大多發(fā)事故傷害類型：高處墜落、物體打擊、坍塌和起重傷害,如圖1所示。

圖1 試驗素材(施工安全標識)Fig.1 Experimental materials (construction safety signs)

為與人眼透視保持一致，試驗背景素材為50 mm定焦焦距拍攝，選取出入通道口、鋼筋加工棚、基坑沿邊3處場景。為降低背景顏色干擾，對圖片進行灰度處理，并將其9等分，分別對應(yīng)施工安全標識的9個布置位置(左上、正上、右上、正左、正中、正右、左下、正下、右下)，試驗背景素材及分區(qū)示例如圖2所示。

圖2 試驗背景素材及分區(qū)示例Fig.2 Examples of experimental background materials and partitions

1.4 試驗程序

正式試驗前，被試須進行2 min練習(xí)以熟悉試驗操作。練習(xí)程序的背景素材與正式試驗不同，且不含安全標識刺激，其余與正式試驗保持一致。

正式試驗包含9×3×4共108個試次。為降低被試產(chǎn)生心理預(yù)期影響試驗結(jié)果，僅在其中25%(27個)的試次中設(shè)置干擾刺激(施工安全標識)，干擾刺激隨機出現(xiàn)在①～⑨區(qū)域任意區(qū)域的正中位置，且相鄰試次中目標搜索序列圖形順序不一致，以確保被試無法預(yù)測下一次目標刺激出現(xiàn)的位置及內(nèi)部短線方向。

正式試驗程序如圖3所示，背景素材首先呈現(xiàn)800 ms，隨后疊加視點校準材料“+”，呈現(xiàn)時間為400～600 ms，接下來出現(xiàn)可能包含施工安全標識刺激的搜索界面。被試需要快速對序列中目標刺激的線條方向進行按鍵響應(yīng)，線條水平按下f鍵，線條豎直按下j鍵，搜索界面在被試做出按鍵反應(yīng)后消失，隨后呈現(xiàn)含響應(yīng)時間和判斷正誤的反饋屏，時長為500 ms，至此本試次結(jié)束，系統(tǒng)自動切換下一試次的試驗背景素材。該試驗方案有助于任務(wù)時被施工安全標識吸引注意的狀態(tài)，該試驗方案有助于模擬當事人在執(zhí)行作業(yè)任務(wù)時被施工安全標識吸引注意的狀態(tài)，并能夠通過操縱標識出現(xiàn)的位置探究位置特征對自動化注意效果的影響。

圖3 正式試驗程序Fig.3 Formal experimental procedure

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 響應(yīng)時間分析

響應(yīng)時間為被試判斷目標圖形中短線方向所消耗的時間。單樣本t檢驗結(jié)果顯示，場景中是否出現(xiàn)施工安全標識，響應(yīng)時間存在顯著差異(F=6.971，p=0.000<0.05)，有施工安全標識的平均響應(yīng)時間(t=879.69 ms)明顯大于無標識的情況(t=721.07 ms)。對含施工安全標識的響應(yīng)時間作單因素ANOVA檢驗，結(jié)果顯示，不同的布置位置之間響應(yīng)時間存在顯著差異(F=4.268，p=0.000<0.05)，表明標識位置對視覺注意存在較大影響。

引入注意捕獲量度量位于不同位置的施工安全標識的自動化注意效果，其大小等于有無標識時的響應(yīng)時間之差，反映被試的注意系統(tǒng)自動被標識吸引的能力。LSD事后檢驗結(jié)果顯示，正中位置(位置⑤)的響應(yīng)時間與其他位置處均存在顯著差異(p<0.05)。經(jīng)計算，場景正中位置注意捕獲量相對較大，這一特征在本文試驗3類工地場景中均有一致體現(xiàn)。這反映位于視線正中的刺激對被試具有強烈的吸引力，故將施工安全標識布置于工地場景中與當事人視線正中齊平的位置，可獲得最佳注意效果。其次為正下(位置⑧)，該位置與位置⑤位于同一豎直方向上，且位于視水平線以下，符合人眼視水平線以下10°范圍內(nèi)的最優(yōu)視區(qū)要求。此外，注意捕獲量從大到小依次為正下(位置⑧)、正左(位置④)、左下(位置⑦)、正上(位置②)、左上(位置①)、右上(位置③)、正右(位置⑥)、右下(位置⑨)。其中，右下(位置⑨)，如表1所示。注意捕獲量最小，表明位于場景右下方的標識吸引注意的能力不佳，故在實際工地中標識應(yīng)避開右下方布置。

2.2 任務(wù)正確率分析

當場景中存在施工安全標識時，被試做出正確判斷的概率(98.0%)較無標識(97.3%)稍有提高，表明場景中與任務(wù)無關(guān)的施工安全標識并不會干擾被試對任務(wù)做出正確響應(yīng)，這一過程符合自動化行為不干擾與之并行的加工過程特征。進一步分析發(fā)現(xiàn)，62.5%的錯誤判斷發(fā)生在標識位于水平視線以下的情況，而水平視線及其以上方向這一數(shù)據(jù)之和僅為37.5%，表明某些特殊位置的標識會影響任務(wù)績效。具體而言，位于水平視線以下的施工安全標識會對任務(wù)正確率造成干擾。

表1 不同布置位置下施工安全標識響應(yīng)時間描述統(tǒng)計及注意捕獲量Table 1 Response time description statistics and attention capture of construction safety signs under different locations

2.3 注意效果綜合分析

研究過程中用注意捕獲量和任務(wù)正確率綜合衡量施工安全標識位置特征對自動化注意效果的影響。自動化注意效果用W表示，將其定義為注意捕獲量得分(T)與任務(wù)正確率得分(P)之和，二者權(quán)重各占50%，如式(1)所示：

W=50%T+50%P

(1)

其中，注意捕獲量得分(T)如式(2)所示：

(2)

任務(wù)正確率得分(P)如式(3)所示：

(3)

式中：pi表示標識位于位置i時，被試判斷正確的數(shù)量；pmax表示被試判斷正確的最大數(shù)量。

經(jīng)計算，各位置處的自動化注意效果綜合得分如圖4所示，效果最佳位置為正中(位置⑤)，隨后依次為正左(位置④)、正下(位置⑧)、正上(位置②)、左下(位置⑦)、左上(位置①)、正右(位置⑥)、右上(位置③)、右下(位置⑨)。

圖4 自動化注意效果綜合得分Fig.4 Comprehensive scores of automatic attention effect

3 位置特征驅(qū)動的自動化注意行為分析

3.1 自動化注意行為的觸發(fā)效果

受控加工與自動化加工是認知過程的2種模式，二者相互聯(lián)系[18]，存在漸進關(guān)系[19]。本文研究結(jié)果顯示，當受控加工與自動化加工在某項認知活動同時存在時，非自動化加工過程會被中斷。被試執(zhí)行圖形序列的視覺搜索任務(wù)受主觀意識調(diào)控，屬于非自動化加工過程，而施工安全標識作為干擾刺激，被試對其無意識的注意屬于自動化行為。當自動化注意啟動完成，視覺搜索任務(wù)被暫時中斷，則被試執(zhí)行按鍵操作的響應(yīng)時間延長，即發(fā)生注意捕獲。本文研究中，安全標識位置特征觸發(fā)的自動化注意表現(xiàn)為不同程度的注意捕獲，由于某一刺激捕獲注意的能力大小受其與周圍環(huán)境的相對顯著性影響[20]，故顯著性水平越高，注意捕獲愈大。在本文試驗中表現(xiàn)為位于水平視線位置處的施工安全標識注意捕獲量普遍大于其他位置，其中，位于視線正中的標識能夠自動捕獲當事人較多的注意，該結(jié)論與部分學(xué)者在產(chǎn)品包裝(如煙草包裝[21])警告標簽研究領(lǐng)域得出的結(jié)論一致。

此外，施工安全標識的注意效果綜合分析結(jié)果反映2大規(guī)律性特征：位于水平、豎直方向上的注意捕獲效果普遍優(yōu)于斜45°方向；場景左側(cè)的施工安全標識可以引起比右側(cè)更大程度的自動化注意，表現(xiàn)出明顯的“右側(cè)抑制”特點，這與表現(xiàn)為“右側(cè)偏好”消費選擇行為[22-23]不同。在工地這類復(fù)雜高風(fēng)險環(huán)境中，施工安全標識作為一類有特殊含義的刺激，當事人對其注意偏向與一般的有目的性的選擇行為不同，同時，當事人對施工安全標識的注意是刺激驅(qū)動的、無意識的注意停留，由此可推測，視野中心位置與左側(cè)位置的施工安全標識更容易觸發(fā)自動化注意行為。

3.2 自動化注意行為的啟動效應(yīng)

研究發(fā)現(xiàn)，施工安全標識位置特征在自動化注意加工的啟動環(huán)節(jié)發(fā)揮重要作用，啟動成敗是后續(xù)認知加工能否順利進行的前提。施工安全標識捕獲注意依賴于標識對當事人形成有效刺激，當事人需要在給定方向上(標識所在位置)集中注意資源，并達到一定水平，才能形成有效刺激。注意的閾限理論表明，刺激從進入初級的感知覺系統(tǒng)到形成有效刺激，需要達到一定的注意閾限，而低于這一閾限會出現(xiàn)信息丟失[24]。本文試驗中，部分試驗試次中存在注意捕獲量較小(<30 ms)的情況，這意味著盡管發(fā)生注意捕獲，但刺激并未獲得持續(xù)注意資源支持，尚未形成有效刺激。因此，施工安全標識形成有效注意有賴于在注意加工的啟動階段，標識顯著性特征引發(fā)的注意捕獲、持續(xù)注意投入(如圖5所示)。若標識位置特征不顯著，就難以獲得當事人持續(xù)的注意資源投入，累加的刺激無法突破閾限，將導(dǎo)致當事人無法注意到標識的存在，這也解釋現(xiàn)實中建筑工人有時對施工安全標識“視而不見”的情況。實際施工過程中，當事人極少對施工安全標識進行主動的視覺搜索和注意分配，可進一步說明啟動環(huán)節(jié)能否順利進行，主要取決于標識自身顯著性特征形成的自下而上的有效刺激，即不同的位置特征。因此，將施工安全標識置于醒目位置將有助于形成有效刺激，對后續(xù)認知加工和警示效果的發(fā)揮有積極影響。

圖5 施工安全標識注意加工啟動過程Fig.5 Start-up process of attention processing on construction safety signs

當自動化行為發(fā)生在多感覺通道的認知活動中時，自動化加工和控制加工能夠并行發(fā)生。例如，駕駛經(jīng)驗豐富的駕駛員，對路況的觀察受主觀意識控制，而對方向盤的操作為近乎高熟練度的自動化行為。在本文研究中，盡管施工安全標識相對于圖形搜索序列處于焦點視覺范圍以外，但二者共同作用于視覺加工通道，故存在先后順序。由作用于同一感覺通道的刺激引發(fā)的自動化行為和控制式行為表現(xiàn)出串行發(fā)生特點。本文研究的目標圖形搜索任務(wù)啟動控制加工行為，標識刺激啟動自動化行為，二者相互分離，而自動化注意的啟動可能發(fā)生在對視覺搜索序列控制加工過程的任意時刻。

3.3 自動化注意行為的資源消耗

自動化行為一旦啟動完成，后續(xù)加工無需意識控制即可自動進行，無需投入過多認知努力[25]。研究表明，施工安全標識位置特征驅(qū)動的注意加工在啟動階段之后消耗較少注意資源，這一現(xiàn)象普遍存在，施工安全標識的顏色、邊框形狀等特征屬性，讓當事人無須投入過多注意，就可以迅速做出判斷，這種完全由對象本身的特征屬性引發(fā)的加工過程不受意志控制，屬于刺激驅(qū)動的注意加工[19]。區(qū)別于目標導(dǎo)向的注意，刺激驅(qū)動的注意過程具有發(fā)生速度快、不消耗過多認知努力和注意資源的特點[26]，是自動化行為特征的體現(xiàn)。人們在生活中通過隱性學(xué)習(xí)形成內(nèi)隱記憶，在本文試驗中，施工安全標識作為刺激物激活并調(diào)用內(nèi)隱記憶，在當事人無察覺狀態(tài)下，對當前任務(wù)產(chǎn)生影響，導(dǎo)致注意在標識上停留。

自動化行為很少或不消耗認知資源的特性，解釋了對施工安全標識的注意加工并不會降低任務(wù)績效。本文試驗中，施工安全標識作為干擾刺激出現(xiàn)，卻并未降低任務(wù)正確率，一方面由于當事人對標識的注意是在無意識狀態(tài)產(chǎn)生的自動化行為，此過程消耗極少注意資源，不足以對任務(wù)造成干擾；另一方面，安全標識作為有特殊含義的刺激，能夠引起當事人的警覺意識和基于隱性記憶的自動化的遵從行為，促使當事人進一步集中對任務(wù)的注意力，降低判斷失誤的可能性。由此可見，施工安全標識位置特征驅(qū)動的自動化注意，能夠提升當事人做出正確響應(yīng)操作或規(guī)避風(fēng)險行為的概率。

本文試驗中，當水平視線以下存在施工安全標識時，被試執(zhí)行任務(wù)的平均正確率(96.3%)略低于無安全標識(97.3%)的情況，這可能是標識指示內(nèi)容與任務(wù)無關(guān)導(dǎo)致的。但在實際施工中，施工安全標識指示內(nèi)容與場景、任務(wù)風(fēng)險因素相匹配，且與道路交通標識的“短期警示”不同，施工安全標識主要發(fā)揮“長期警示”作用，當事人不處于需要立刻做出響應(yīng)的緊迫狀態(tài)，屆時這種負面影響會大幅降低，甚至轉(zhuǎn)變?yōu)檎蛴绊憽Ｒ虼耍瑢⑹┕ぐ踩珮俗R布置于顯著位置處(水平視線及以上)，同時根據(jù)實際需求對標識內(nèi)容進行更新，可減少“長期警示”帶來的注意麻木和懈怠，使標識維持最佳注意效果。

4 結(jié)論

1)施工安全標識的位置可顯著性影響自動化注意效果，場景正中位置最佳，右下位置最差，并表現(xiàn)出明顯的“正方向加強”及“右側(cè)抑制”特點。建議施工企業(yè)在布置施工安全標識時，遵循“優(yōu)先正中、先正后斜、先左后右”的原則，同時提高標識內(nèi)容更新頻率，以減少注意麻木和懈怠，以確保標識發(fā)揮最佳警示效果。

2)揭示施工安全標識初次視認時的自動化加工機理，位置顯著性特征觸發(fā)自動化注意行為，該過程需經(jīng)歷注意捕獲，持續(xù)注意投入，形成有效刺激的啟動階段，并在加工階段很少甚至不消耗注意資源，體現(xiàn)出一定的自動化行為特性。

3)本文研究僅以響應(yīng)時間和任務(wù)績效為主要分析指標，未來將使用腦電設(shè)備繼續(xù)探索施工安全標識自動化注意行為在認知神經(jīng)科學(xué)視角下的深層機制和機理。此外，考慮到施工安全標識受眾的特殊性，工齡、教育經(jīng)歷等用戶因素都可能對認知加工活動造成影響，后續(xù)研究將進一步開展細分的差異化研究。