基于眼動實驗的建筑工人人格特質、視覺信息與危險認知差異的關系研究

王艷 陳瑋 周建亮 包全喜 高嘉瑞

（1.徐州工程學院 土木工程學院，徐州 221018；2.中國礦業大學 力學與土木工程學院，徐州 221116；3.中建八局第三建設有限公司，徐州 221000）

引言

我國施工機械化水平低，大量的施工操作仍然離不開勞動者的直接參與，工人作業壓力極大，并且施工場所多為敞篷或露天，經常會受到高溫、風雪、雷雨這類不利于施工的惡劣天氣的影響，施工現場的環境復雜而極具危險性，作業環境危險系數較高[1]。并且，建筑工人的個體差異性會導致認知方式的差異[2]。因此，有針對性地研究不同人格特質的建筑工人危險感知能力，有助于實現“因人而異”的建筑場地差異化管理，對提高建筑工人的危險警惕、預防事故發生、保障人身安全有重要意義。

人格（Personality）被定義為一套由生物和環境因素形成的行為習慣、認知和情感模式，描述了一個人的動機、心理狀態和他們所處環境之間的互動[3]。它可以預測一個人的行為傾向。Steinbakk 等[4]在對駕駛員工作區的心理狀態進行分析后，選用UPPS 沖動量表的四個子量表（毅力、預謀、消極壓迫感以及尋求感覺）、利他主義以及無規范量表進行統計，結果表明駕駛員的人格特質影響他在道路行駛的首選速度，間接影響其風險感知和安全駕駛行為。Yufan Gao、Vicente 等[5]通過研究280 名工人的安全行為及個性特質，結果表明在大五人格特質中，宜人性和盡責性與工人的安全行為呈現正相關，而外向性和神經質與其呈現負相關。

認知方式是一種個性化的個體在某一場景下發現問題、思考問題、解決問題的一種習慣性的方式，并且存在個體差異性，認知能力影響著工人對危險狀況的感知和判斷，決定工人的不安全行為[6]。Mawad[7]研究個體認知形成的差異性，并且研究發現不同的認知方式下個體的生活習慣，思維方式存在明顯不同，他認為人的認知方式是由生長環境以及習慣性的生活方式決定的，具有穩定性和一貫性。Grenen 等[8]通過研究發現，個體對危險的認知根據特定區域的不同而不同，當面臨自己擅長或熟知的領域時，大腦的警惕意識下降，對危險的敏感度也會減弱。都表明個體的差異性會導致認知方式的差異性，而人類的危險認知主要依賴圖像和大腦的聯想，并且與自身的經驗和環境差異有關系，但是并沒有對人格特質與危險認知之間的關系進行深入的研究[9]。目前人格特質在駕駛行業以及職業選擇上的研究已經較為成熟，但是針對建筑工人的人格特質與其不安全行為的研究較少，人格特質的差異性對建筑工人的行為影響也是一樣的[10]，不同人格特質下的心理特征，反映到實際情景中個體的危險認知能力和行為選擇存在差異性，而大五人格模型已成為理解個體人格與行為之間關系的有影響力的模型。

本研究使用大五人格量表測定建筑工人的人格特質，結合眼動儀實驗分析建筑工人觀看不同場景的危險感知情況[11]，通過興趣區AOI（Area of Interest）的注視點個數、首次注視時間、平均注視時間、總注視時間、眼動注視軌跡、眼動注視熱點圖統計等數據，研究大五人格與建筑工人危險認知之間的關系，分析工人人格特質對不安全行為的影響，從而實現“因人而異”的安全管理。

1 人格特質測試實驗

1.1 人格特質量表設定

心理量表主要是用來測量個體在能力、人格、情緒、興趣等方面的差異性，在人格測量方面，有很多經典的測量量表，如：明尼蘇達大學教授Hawthaway 發明了多相人格量表，簡稱MMPI 量表[12]；英國倫敦大學的心理系教授Eysenck 在1960 年提出了人格的維度模型等。本文主要使用中國版的大五人格問卷（CBF-PI-B）[13]對建筑工人進行不同人格測試。該問卷共40 個問題，由5 個維度構成，每個維度8 道題目，每道題均采用5點計分法。CBF-PI-B 量表維度分析如表1 所示。

表1 CBF-PI-B 量表維度分析

1.2 建筑工人人格特質分析

（1）量表可靠性分析

本次問卷調查共發問卷350 份，最終回收問卷320份（回收率91%），其中有效問卷287 份（有效率82%）。樣本數據的描述性統計分析如表2 所示。

表2 樣本數據的描述性統計分析（n=287）

本文采用克隆巴赫α 系數檢驗CBF-PI-B 量表樣本的信效度，具體分析結果如表3 所示。

表3 人格量表可靠性分析結果

由表3 可知，大五人格量表總體克隆巴赫α 系數值是0.831，五個維度分量表的克隆巴赫α 系數值介于0.75~0.83 之間，表明量表有較好的內部一致性，因此具有較高的信效度。

（2）描述性統計分析

本研究對287 名工人的人格特質總體情況進行分析，最終采集調查結果如表4 所示。

表4 人格量表各維度描述性統計分析

2 眼動實驗方法與實驗過程

2.1 實驗對象的選取

選取上述裸眼或矯正視力正常、身體健康、聽力正常，20~50 歲之間具有從事建筑行業經驗的人員287名，基于人格特質量表分析結果，對工人的人格特質進行分區，選取高分段的神經質、開放性、外向性、嚴謹性、宜人性明顯的工人各4 名，最終選取被試者共20 名。對不同人格的受試者進行1~4 編號。所有被試者需事先均不了解實驗涉及的施工場景照片。

2.2 實驗設備

實驗采用瑞典Tobii 公司開發的Tobii T60XL 型眼動儀作為實驗設備，具體設備如圖1 所示。該設備需要配置一臺筆記本電腦，安裝Tobii Pro Glasses Controller_1.95.14258_x64，通過無線裝置連接電腦和眼動裝置，確保眼動數據的順利采集，電腦打開眼動實驗所需實驗素材即可開始眼動實驗。實驗過程中，只需被試按照要求進行視線校正，沒有其他束縛性設備，可以最大程度地滿足被試在實驗過程中的自由度需求。

圖1 眼動儀實驗設備

2.3 實驗素材和指標選取

實驗素材為當地建設項目常見的施工場景圖片，包括的事故類型有：坍塌、高處墜落、物體擊打、機械傷害、觸電、起重、爆炸。實際場景圖片如圖2 所示。

圖2 視覺信息量圖像

實驗指標選取眼動參數：AOI 興趣區的注視點個數、首次注視時間、平均注視時間、總注視時間、眼動注視軌跡、眼動注視熱點圖統計進行分析。

2.4 實驗流程

實驗開始前向被試介紹眼動儀器的矯正和實驗流程，在一個安靜的環境下，要求被試放松心情，坐在電腦屏幕前，身體保持穩定并保持與屏幕的適當距離，經過培訓都能夠自主順利完成眼動實驗。對每張素材都設置15s 的觀察時間，在結束一張圖片識別之后，電腦設置黑屏3s 以對眼睛進行休緩，然后繼續進行圖片識別，每位被試者都重復上述流程，直到所有素材被識別完畢。整個實驗的數據采集過程如圖3 所示。

圖3 眼動實驗過程

3 數據結果與分析

本次實驗選取神經質、開放性、外向性、嚴謹性、宜人性較好的工人各4 名，最終選取被試者共20 名，其中數據有效率達100%。因此，本實驗直接分析20個被試者眼動儀數據，為了使得實驗結果可視化，抽取4 名被試者進行軌跡圖、熱點圖的疊加，得到的數據如圖4~圖6 所示。

圖4 實驗素材1 的軌跡圖和熱力圖

圖5 實驗素材2 的軌跡圖和熱力圖

圖6 實驗素材3 的軌跡圖和熱力圖

根據實驗素材的受試者軌跡圖和熱力圖結果顯示，建筑工人在施工現場作業時，更多地關注危險區域，如腳手架、安全網、吊塔等，視線明顯集中在危險區域處。表明，受試者在觀看實驗素材時，對腳手架、安全網和吊塔等危險區域有較強的識別能力，因此更加注意力集中。

3.1 不同人格特質工人的首次注視時間差異分析

以危險點較多的素材3 為例，將樣本的數據進行整合平均，根據實驗素材將興趣區劃分為AOI1-AOI5，不同人格特質的受試者在各興趣區的首次注視時間結果如表5 所示。

表5 素材3 首次注視時間分析

由表5 可知：

（1）神經質特質明顯的工人，在觀察場景時對各興趣區的感興趣程度存在明顯差異，在塔吊、腳手架和安全網上的停留時間明顯多于其他興趣區域，說明這類工人能夠對施工場景中的危險隱患有選擇地進行觀察，危險感知受到個人主觀因素的影響較大；

（2）嚴謹性特質明顯的工人，在觀察場景時能夠對視野中的各興趣區域有一個全局的把握，危險認知能力較強。此外，該特質的工人對危險場景各個興趣區域的觀察時間分布較為均勻，表明這類特質群體對場景中的各區域都保持著足夠的警覺；

（3）宜人性特質明顯的工人，雖然對施工場景中的各興趣區域都有所注意，而且在各興趣區域的注視停留時間也較為均勻，但停留的時間都較短，可見該特質的工人群體安全意識較為淡薄，雖然已經覺察到安全隱患的位置，但主觀意識上低估了危險發生的可能性，危險感知能力需要進一步提升；

（4）開放性特質明顯的工人，在觀察施工場景時，對各個興趣區域的觀察時間都比較短，危險感知能力與宜人性類似但表現出來的側重點不同，對塔吊、腳手架和安全網、機械設備的感興趣程度高于其他興趣區，而對建筑材料以及加工棚的感知較低，總體來說，有較好的對高墜事故的危險意識；

（5）外向性特質明顯的工人，對各興趣區域的停留時間有明顯的差異，他們會有選擇的對施工場景中自己感興趣的區域進行觀察，實驗發現這類工人對機械設備、建筑材料以及塔吊的感知意識較高，由于性格原因善于發現新鮮事物，所以相對于其他工人更能感知到危險程度較低且不常見的事物，有利于預防低風險事故。

3.2 不同人格特質工人的AOI 興趣區注視點個數差異分析

興趣區熱點圖是用于表示眼球跟蹤數據的可視化技術，本研究采用對興趣區注視熱點計數的方法定義AOI，能夠更好地比較現場施工工人的視覺注意情況。20 位受試者的平均注視點個數對比圖如圖8 所示，5類不同人格特征平均注視點個數對比圖如圖9 所示。

圖8 20 位受試者的平均注視點個數對比圖

圖9 不同人格特征平均注視點個數

對圖8~圖9 數據進行分析可知：

（1）神經質和外向性特質明顯的工人注視點個數較多，且神經質多于外向性，相差2.75 個，這兩類工人在識別圖片危險因素的過程中，涉及面較為寬廣，一些邊緣位置也能引起他們的關注，但對每個區域的觀察缺乏固定注意力，固定在危險區域的頻率較低，危險認知能力較差；

（2）嚴謹性特質明顯的工人注視點個數最少，只有20.25 個，相比于神經質少了27.5 個，但每次注視點的停留時間較長，危險感知過程的針對性較為明顯，他們可以更好的分配有限的注意力資源來識別身邊潛在的危險，有較好的危險認知水平；

（3）宜人性和開放性特質明顯的工人注視點個數居中，他們在危險感知的過程中，視覺搜索比較積極，更加頻繁的將注意力返回到自身感興趣的點，對信息分析也較為深入，但受個人主觀意愿的影響較大，工人的危險感知過程沒有明顯特征，難以反映其危險認知水平。

3.3 不同人格特質工人的眼動注視熱點圖差異分析

眼球追蹤實驗提供了大量數據，而眼球運動模式熱點圖作為眼動實驗的常見數據表現方式，能夠直觀明顯的表達被試對圖片的感興趣程度，其中紅色表示被試眼動和注視最為明顯和集中的區域，并且面積越大說明眼動的視點聚集越多，耗時越久。對眼動實驗的數據進行注視熱點圖的可視化分析，對每一類工人選取其中數據采集完整的樣本，對注視數據進行疊加，得到的注視熱點圖如圖10~14 所示。

圖10 神經質人格注視熱點

圖11 嚴謹性人格注視熱點

圖12 宜人性人格注視熱點

圖13 開放性人格注視熱點

圖14 外向性人格注視熱點

通過觀察樣本的熱力圖分布區域和顏色深淺，可以發現：

（1）神經質特質明顯的工人觀察視點跳躍性較強，整體呈零散型分布，且視點顏色多為綠色，顏色程度較淺，表明了工人在各個注視點的注視時長較短。該性格特征的工人不太關注潛在的危險，因此，更有可能使自己暴露在危險當中；

（2）嚴謹性特質明顯的工人觀察視點較為集中，注意力的針對性較強，注意范圍與危險隱患范圍一致，且危險隱患較大的視點區域顏色為大面積紅色，顏色程度較深，表明工人在該視點的注視時間較長，視覺信息處理較為深入。該特征的人群具有的高度自覺性，危險識別能力強；

（3）外向性特質明顯的工人的注視區域較為密集，但視覺注意范圍沒有明顯的危險特征，視覺觀察的主觀性和隨意性較為明顯，與神經質工人類似，視點顏色多為綠色，顏色程度較淺。說明這類工人不會經常關注危險區域，無法識別和評估相關的風險，因此，他們更有可能做出不恰當的決定或實施不安全的行為；

（4）開放性特質明顯的工人思維比較跳躍，一般注重于尋求感官的刺激，熱衷于搜索視野中具有高度刺激性的事物。從注視熱點圖可以看出，觀察視點較少，且注意力不夠集中，可能是由于施工場景當中沒有能夠引起他們注意的興趣區域；

（5）宜人性特質明顯的工人通常具有較高的人際交往能力，他們在工作當中更加傾向于與工友進行溝通和交流，能夠有效的與他們合作。從注視熱點圖可以看出，他們的觀察重點主要在人身上，而對環境中存在的危險的感知能力較弱，因此，這類工人能夠更好的對存在不安全行為傾向的工人進行識別和警告，以減少其安全事故的發生。

對熱力圖中的總注視時長進行統計分析，計算不同人格特質的總注視時長的平均值，具體受試者的平均總注視時長對比圖如圖15 所示，不同人格特征平均總注視時長對比圖如圖16 所示。

圖15 20 位受試者的平均總注視時長對比圖

圖16 不同人格特質的平均總注視時長

從注視時長來看，嚴謹性明顯的工人的總注視時長最久，長達9.32s，神經質和外向性的注視時長分別為8.43s 和7.57s，整體低于嚴謹性，神經質多于外向性0.86s，說明嚴謹性的工人對于危險的感知追求穩妥和嚴謹，他們不會為了追求省時省力而忽略一些他人認為不重要的事情，宜人性的注視時長最低，僅有4.32s，表明該人格的建筑工人的危險感知能力較差。

4 結果與展望

為更好地理解建筑工人不安全行為的誘發機理，本研究從建筑工人個體差異性的角度，探究工人的人格特質、視覺信息與危險認知差異的關系，主要研究結論包括：

（1）采用眼動實驗和中國版大五人格量表相結合的方法，驗證了不同人格特質的建筑工人對危險感知存在顯著差異。其中，神經質和外傾性明顯的工人危險感知的注意力不夠集中，感知危險的穩定性較低，宜人性明顯的工人對危險的感知傾向于人的不安全狀態，開放性明顯的工人危險感知傾向于刺激性的事物，而嚴謹性明顯的工人對危險的判斷最為謹慎和深入，危險感知能力較強，感知危險的穩定性更好；

（2）建筑工人對于興趣區的選擇有明顯的危險感知差異。其中，神經質明顯的工人能夠對施工場景中的危險隱患有選擇地進行觀察，危險感知受到個人主觀因素的影響較大。嚴謹性工人具有全局性把握，危險認知能力較強。宜人性明顯的工人群體安全意識較為淡薄，雖然已經覺察到安全隱患的位置，但主觀意識上低估了危險發生的可能性，危險感知能力需要進一步提升。開放性明顯的工人，具有較好的對高墜事故的危險意識。外向性明顯的工人，由于性格原因善于發現新鮮事物，所以相對于其他工人更能感知到危險程度較低且不常見的事物，有利于預防低風險事故；

（3）未來將進一步提出由于危險感知造成的建筑工人個體差異化不安全行為的矯正方法，提高建筑現場安全管理能力，減少施工現場不安全事故發生。