基于計(jì)算實(shí)驗(yàn)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)與心理特征對(duì)工人安全行為決策影響研究

0 引言

建筑業(yè)是安全風(fēng)險(xiǎn)最高的行業(yè)之一[1]，施工現(xiàn)場(chǎng)的安全管理一直是保障工人生命安全、提高施工效率和降低事故發(fā)生率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。盡管近年來建筑業(yè)在安全管理方面已經(jīng)采取了諸多措施，如安全教育與培訓(xùn)、安全監(jiān)督與定期檢查等，但安全事故的發(fā)生率仍然較高。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，大約1/6的致命工傷事故發(fā)生在建筑行業(yè)[2]。建筑工人在安全管理中扮演著至關(guān)重要的角色，人為因素導(dǎo)致的不安全行為是事故發(fā)生的重要原因[3]。因此，深入理解工人的安全行為決策機(jī)制、探討影響其安全行為的外部環(huán)境和內(nèi)部心理因素，成為建筑業(yè)安全研究中的重要課題。

施工現(xiàn)場(chǎng)通常伴隨著復(fù)雜的風(fēng)險(xiǎn)因素，不同等級(jí)的風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境在一定程度上決定了工人的安全表現(xiàn)和行為決策的異質(zhì)性。Han等4研究證明，現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)和任務(wù)復(fù)雜性等工作情景因素會(huì)顯著影響工人的安全認(rèn)知。而施工環(huán)境的改善有助于工人做出正確的安全選擇[5]。因此，探究不同風(fēng)險(xiǎn)情境下的針對(duì)性管理措施顯得尤為重要。行為科學(xué)和心理學(xué)研究表明，工人的安全行為不僅僅是對(duì)顯性規(guī)則的遵守，更是由感知到的風(fēng)險(xiǎn)、個(gè)體的心理態(tài)度，以及工作環(huán)境等多種因素共同作用的結(jié)果。Zhang等通過模擬操作實(shí)驗(yàn)證明，精神疲勞會(huì)促進(jìn)工人的高危行為決策。An等[7]發(fā)現(xiàn)，工人的安全能力與心理驅(qū)動(dòng)因素（包括行為態(tài)度、主觀規(guī)范和感知行為控制）呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。Kim等[8]通過實(shí)證調(diào)查顯示了與跌倒風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)的不安全行為的現(xiàn)場(chǎng)圖像，證明了風(fēng)險(xiǎn)承受能力的提高與不安全行為風(fēng)險(xiǎn)增加的正相關(guān)性。李瑚均等[9]利用量表調(diào)研了隧道工人的不安全行為，采用回歸分析檢驗(yàn)了認(rèn)知偏差對(duì)工人不安全行為的影響，得到風(fēng)險(xiǎn)感知負(fù)向影響不安全行為的結(jié)果。這些研究突出了心理因素在安全決策中的核心地位。同時(shí)，現(xiàn)有研究表明，同事間積極的安全氛圍會(huì)影響員工的風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)知[10]。如果在施工群體中觀察到不安全行為，可能會(huì)引發(fā)從眾行為[1]。盡管現(xiàn)有研究在探討不安全行為的原因方面取得了一定的進(jìn)展，但主要集中在宏觀視角下的靜態(tài)分析，忽視了施工現(xiàn)場(chǎng)這一復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)交互作用。

計(jì)算實(shí)驗(yàn)方法作為一種研究復(fù)雜系統(tǒng)的有效工具，能夠模擬和分析施工現(xiàn)場(chǎng)中多主體之間的互動(dòng)行為。例如，祁俊雄等[12]利用計(jì)算實(shí)驗(yàn)?zāi)M了盾構(gòu)施工中的安全狀態(tài)；劉素霞等[13構(gòu)建了多主體參與安全生產(chǎn)的計(jì)算實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀Ｒ虼耍?jì)算實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ涂蔀槔斫獍踩袨闆Q策提供動(dòng)態(tài)和定量的視角。本研究結(jié)合安全認(rèn)知過程、心理學(xué)理論、復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論和計(jì)算實(shí)驗(yàn)方法，從工人心理認(rèn)知角度構(gòu)建了一個(gè)計(jì)算實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停骄渴┕がF(xiàn)場(chǎng)不同風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境與不同個(gè)體心理特征對(duì)建筑工人安全行為決策的影響。與現(xiàn)有靜態(tài)分析方法不同，該模型能夠動(dòng)態(tài)模擬工人的行為決策過程，考慮心理因素、風(fēng)險(xiǎn)情境、同事行為示范和事故后果修正等多重因素的互動(dòng)，以更真實(shí)地模擬工人的行為決策過程。本研究旨在為建筑業(yè)提供一種新的思路，優(yōu)化現(xiàn)有的安全管理策略，并為未來的建筑施工現(xiàn)場(chǎng)安全管理提供理論支持和實(shí)踐指導(dǎo)。

1工人不安全行為計(jì)算實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜆?gòu)建

1.1基于安全認(rèn)知過程的主體決策規(guī)則

1. 1. 1 風(fēng)險(xiǎn)感知階段

工人主觀感知和評(píng)估環(huán)境危害，進(jìn)而形成對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的感知，這是安全認(rèn)知的第一個(gè)階段。作為有限理性的個(gè)體，他們?cè)跊Q策過程中會(huì)因?yàn)閭€(gè)體差異而出現(xiàn)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的高估或低估。感知風(fēng)險(xiǎn)公式如下

GF_i^t=g_i^tSF_i^t

式中， GF_i^t 表示工人的感知風(fēng)險(xiǎn)； g_i^t 表示風(fēng)險(xiǎn)感知系數(shù)； SF_i^t 表示工作場(chǎng)所的實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)，體現(xiàn)工作環(huán)境的潛在危害； FT_i^t 表示風(fēng)險(xiǎn)態(tài)度，反應(yīng)工人的風(fēng)險(xiǎn)傾向。

1. 1.2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估階段

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是工人安全認(rèn)知的第二個(gè)階段，通過風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估可以生成風(fēng)險(xiǎn)容忍度。風(fēng)險(xiǎn)容忍度是主體可接受風(fēng)險(xiǎn)的閾值，是風(fēng)險(xiǎn)態(tài)度、主觀規(guī)范

和感知行為控制的函數(shù)[14]，公式如下

FR_i^ι=α₁FT_i^ι+α₂ZG_i^ι+α₃GK_i^ι+ε₁

ZG_i^t=(1-β_i^t)GN_i^t+β_i^tTN_i^t

式中， FR_i^t 為風(fēng)險(xiǎn)容忍度； ZG_i^t 為主觀規(guī)范，代表他人行為對(duì)個(gè)體的影響； GK_i^t 為感知行為控制，代表工人實(shí)施不安全行為的信心水平； α₁，α₂ 和 α₃ 為風(fēng)險(xiǎn)態(tài)度、主觀規(guī)范和感知行為控制的權(quán)重系數(shù)；ε₁ 為隨機(jī)影響因子，表示無法預(yù)測(cè)因素造成的隨機(jī)擾動(dòng); GN_i^t，TN_i^t 為工人 i 在 χ_t 時(shí)到感知到的管理規(guī)范和同事規(guī)范； β_i^t 為工人間的互動(dòng)強(qiáng)度。

1. 1.3 行為決策階段

現(xiàn)實(shí)中的個(gè)體會(huì)根據(jù)歷史經(jīng)驗(yàn)和策略預(yù)期相應(yīng)地調(diào)整自身決策。本研究基于經(jīng)驗(yàn)加權(quán)吸引力（EWA）學(xué)習(xí)算法[15]，刻畫工人主體的學(xué)習(xí)性與智能性，通過將工人的安全行為意向和不安全行為意向各賦予一個(gè)吸引力指數(shù)，反映工人對(duì)策略的偏好。公式如下

A(t) =

式中， N(t) 表示經(jīng)驗(yàn)權(quán)重； ρ 表示歷史經(jīng)驗(yàn)折現(xiàn)系數(shù)； A_i^j(t) 表示工人 i 在 Φ_t 時(shí)刻策略 j 的吸引力指數(shù)；ω 表示上期吸引力指數(shù)的折現(xiàn)系數(shù)； π_i(s_i^j，s_-i(t)) 表示主體 i 在 χ_t 時(shí)刻采用策略 j 獲得的收益； ? 表示主體對(duì)該策略的重視程度； I(s_i^j，s_i(t) ）是特征函數(shù)，表示工人 i 在 χ_t 時(shí)刻是否采取了策略 j ，若采取則取值為1，否則取值為 0 。

個(gè)體在做出安全行為決策時(shí)考慮的兩個(gè)主要因素為感知風(fēng)險(xiǎn)和可接受風(fēng)險(xiǎn)[16]。當(dāng)感知風(fēng)險(xiǎn)超過最大可接受風(fēng)險(xiǎn)閾值時(shí)，表明工人無法承受該風(fēng)險(xiǎn)，傾向于采取安全行為，以確保自身安全。

選擇安全行為意向的工人獲得的增益激勵(lì)為

選擇不安全行為意向的工人獲得的增益激勵(lì)為

本研究基于Logit反應(yīng)函數(shù)[15]，根據(jù)策略的吸引力指數(shù)計(jì)算工人策略選擇的概率，公式如下

式中， Prob_i^s(t+1) 表示工人 i 在 t+1 時(shí)刻選擇策略 j 的概率; ψ 表示敏感度。當(dāng) j=1 時(shí)，表示工人選擇安全行為意向；當(dāng) j=2 時(shí)，表示工人選擇不安全行為意向。

1. 1.4 行為執(zhí)行階段

在安全認(rèn)知的背景下，工人選擇了安全行為意圖并不排除由于感知行為控制而導(dǎo)致行動(dòng)失誤的可能性。工人的最終行動(dòng)公式如下

式中， BX_i^t 表示工人的行為決策（ 0= 安全行為，1= 不安全行為）； IBX_i^ι 表示工人的行為意向（ 0= 安全行為意向， 1= 不安全行為意向）。

1. 2 主體交互規(guī)則

1.2.1 同事行為示范

同事的行為決策會(huì)通過示范作用影響工人主體的判斷和決策[17]。受從眾心理的影響，個(gè)體傾向?qū)⒆约旱男袨榕c群體規(guī)范保持一致。當(dāng)工作組內(nèi)出現(xiàn)安全行為的群體傾向時(shí)，主體會(huì)相應(yīng)降低自身的風(fēng)險(xiǎn)容忍度，以降低犯錯(cuò)風(fēng)險(xiǎn)。相反，如果群體傾向于不安全的行為，工人可能會(huì)增加他們的風(fēng)險(xiǎn)承受能力，從而接受更高的風(fēng)險(xiǎn)。工人的同事規(guī)范公式如下

式中， TN_i^t 為工人 i 在 χ_t 時(shí)刻的同事規(guī)范； TS_ik^t 為同事的安全示范效應(yīng)； β_i^t 為工人的交互頻率， n 為班組內(nèi)工人數(shù)量； m 為工人記憶水平； BX_k^t 為同事 k 的行為（ 0= 安全行為， 1= 不安全行為）。

1. 2. 2 事故后果修正

當(dāng)工人不安全行為與不安全環(huán)境狀態(tài)相結(jié)合時(shí)[18]，可認(rèn)為發(fā)生事故，否則將不會(huì)發(fā)生事故。事故的判斷公式如下

式中， SG_i^t 代表事故發(fā)生情況（ 0= 未發(fā)生事故，1Σ=Σ 發(fā)生事故）； SF_i^t 代表施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)，該值越大表示越容易發(fā)生事故。工人會(huì)根據(jù)事故發(fā)生情況調(diào)整自身風(fēng)險(xiǎn)態(tài)度，更新規(guī)則公式如下

式中， b₁ 和 b₂ 分別代表工人風(fēng)險(xiǎn)態(tài)度的增加值和減少值。

1.3 實(shí)驗(yàn)初始化

本研究采用NetLogo6.2.2軟件進(jìn)行多智能體交互仿真。工人基于安全認(rèn)知過程做出行為決策，與同事、管理者和環(huán)境進(jìn)行互動(dòng)。模型初始化后，創(chuàng)建所有主體及其屬性，仿真逐日推進(jìn)，反映施工班組內(nèi)部的決策和交互。此過程一直重復(fù)，直到所有時(shí)間步驟都完成。參考Li等[19]的研究，在為期200天的施工現(xiàn)場(chǎng)模擬中，共模擬了10個(gè)班組，每組20名工人。模型相關(guān)變量的初始值設(shè)置見表1。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

本研究模擬并探討了不同施工現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)下個(gè)體心理因素對(duì)建筑工人不安全行為的影響，設(shè)計(jì)了一系列仿真實(shí)驗(yàn)，探究相關(guān)因素影響下的建筑工人安全表現(xiàn)。不安全行為率定義為每個(gè)時(shí)間步（Timestep）的不安全行為占工人總數(shù)的比例，以此作為表征施工現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)安全性能的主要指標(biāo)。為保證魯棒性，每次模擬運(yùn)行100次后，對(duì)結(jié)果進(jìn)行平均，為實(shí)驗(yàn)分析提供有代表性的結(jié)果。不同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)下工人心理因素組合的模擬結(jié)果如圖1所示。圖 1a 、1b和1c分別展示了低（ ?PF=0.2) 、中（ PF=0.5 ）和高（ PF=0.8; ）三種風(fēng)險(xiǎn)情境下，工人心理因素組合（如LLL表示“弱風(fēng)險(xiǎn)態(tài)度、弱主觀規(guī)范、弱感知行為控制”)對(duì)不安全行為率的影響。

在低風(fēng)險(xiǎn)情境中，LLL組合的不安全行為率中值最低（0.916），但各種心理因素組合下的不安全行為率普遍較高，中值均超過 90% 。在中等風(fēng)險(xiǎn)情境中，三種心理因素的強(qiáng)弱對(duì)安全績(jī)效影響顯著，LLL組合的不安全行為率中值最低（0.302），HHH組合最高（0.915）。高風(fēng)險(xiǎn)情境中，模擬期間LLL組合的不安全行為率最低（0.250），HHH組合最高（0.286），此時(shí)的不安全行為率普遍較低，各組合的不安全行為率中值均在 30% 以下。

模擬結(jié)果表明，工人在低風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境中比在中高風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境中更容易違反安全規(guī)則，導(dǎo)致安全維護(hù)復(fù)雜化。當(dāng)施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)較低時(shí)，工人感知風(fēng)險(xiǎn)往往低于其容忍度，低風(fēng)險(xiǎn)感知會(huì)引發(fā)自滿心理，使工人低估潛在風(fēng)險(xiǎn)，事故發(fā)生概率較低，使得工人傾向于接受更多的風(fēng)險(xiǎn)，“成功的風(fēng)險(xiǎn)追求”潛在地創(chuàng)造了一種消極的安全文化，增加了不安全行為的發(fā)生概率。當(dāng)施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)較高時(shí)，工人可能遇到超過其容忍水平的實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)，并且由于事故發(fā)生概率較大，促使他們調(diào)整風(fēng)險(xiǎn)態(tài)度，更不容易做出背離安全準(zhǔn)則的行為。隨著風(fēng)險(xiǎn)超過容忍水平，更多的工人開始遵守安全法規(guī)，突出了風(fēng)險(xiǎn)感知、現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)水平和行為反應(yīng)之間復(fù)雜的相互作用。

值得注意的是，中等風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境代表了一種模糊和不確定的工作環(huán)境，這與以往研究一致[20]。此a）低風(fēng)險(xiǎn)b）中風(fēng)險(xiǎn)c）高風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境下，工人風(fēng)險(xiǎn)態(tài)度、主觀規(guī)范和感知行為控制的強(qiáng)弱會(huì)對(duì)安全績(jī)效造成顯著影響，管理者更應(yīng)該注重對(duì)工人心理的干預(yù)。研究中，弱風(fēng)險(xiǎn)態(tài)度意味著工人生成自身風(fēng)險(xiǎn)容忍度時(shí)，較少受到個(gè)體不良風(fēng)險(xiǎn)追求的影響；弱主觀規(guī)范則表明工人更注重管理規(guī)范和同事安全行為的示范作用，減弱了不良群體氛圍的影響；弱感知行為控制在營(yíng)造較低風(fēng)險(xiǎn)容忍度的同時(shí)，確保工人在行為執(zhí)行時(shí)較少犯錯(cuò)，從心理角度培養(yǎng)工人的弱風(fēng)險(xiǎn)態(tài)度，弱主觀規(guī)范和弱感知行為控制對(duì)于保持施工團(tuán)隊(duì)良好的安全績(jī)效有著重要意義。當(dāng)具有強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)態(tài)度、強(qiáng)主觀規(guī)范和強(qiáng)感知行為控制時(shí)，工人會(huì)在判斷時(shí)放大個(gè)體風(fēng)險(xiǎn)傾向、群體冒險(xiǎn)氛圍和執(zhí)行不安全行為的信心程度，這將不利于保障施工團(tuán)隊(duì)的安全績(jī)效。

本研究模擬了環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)因素和個(gè)體心理特征共同影響下的工人動(dòng)態(tài)安全績(jī)效，具有一定的理論和實(shí)踐貢獻(xiàn)。理論上，將復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論、認(rèn)知心理學(xué)理論和計(jì)算實(shí)驗(yàn)方法相結(jié)合，提供了對(duì)不安全行為認(rèn)知機(jī)制的深人理解，為個(gè)體心理、群體互動(dòng)和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)如何共同塑造安全行為提供了一個(gè)全面視角，這一觀點(diǎn)在以往的研究中尚未得到充分發(fā)展。實(shí)踐上，從環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)與心理特征因素獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，突出了管理者根據(jù)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)和心理特征制定個(gè)性化管理策略的必要性。在低風(fēng)險(xiǎn)情境下，管理者需要提高警覺，并采取積極的干預(yù)措施，如通過教育與培訓(xùn)，提高工人對(duì)潛在風(fēng)險(xiǎn)的感知，降低其對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的容忍度。在高風(fēng)險(xiǎn)情境下，工人的風(fēng)險(xiǎn)態(tài)度易調(diào)整，應(yīng)采取更加嚴(yán)格的風(fēng)險(xiǎn)控制措施，如增強(qiáng)監(jiān)督和引入安全技術(shù)手段，進(jìn)一步降低工人的不安全行為，以防止事故發(fā)生。在中等風(fēng)險(xiǎn)情境下，管理者應(yīng)注重通過心理干預(yù)和行為指導(dǎo)，削弱工人的過度風(fēng)險(xiǎn)態(tài)度、過高的主觀規(guī)范及過強(qiáng)的感知行為控制，采取有效的行為矯正手段，提升工人的安全意識(shí)和自我控制能力，進(jìn)一步優(yōu)化安全文化氛圍，從而提升安全績(jī)效。

3結(jié)語

本研究通過構(gòu)建一個(gè)基于安全認(rèn)知過程的計(jì)算實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停接懥藗€(gè)體心理因素和工作環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)對(duì)建筑工人安全行為的影響。通過一系列仿真實(shí)驗(yàn)，成功揭示了不同環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)和心理特征情境下工人安全行為決策過程的復(fù)雜性及其內(nèi)在機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，工人的風(fēng)險(xiǎn)態(tài)度、主觀規(guī)范和感知行為控制等心理因素對(duì)其行為選擇具有顯著影響，尤其在中等風(fēng)險(xiǎn)情境下，工人的心理因素對(duì)安全績(jī)效的影響尤為突出。在低風(fēng)險(xiǎn)情境下，工人往往低估潛在風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致不安全行為較為嚴(yán)重。而高風(fēng)險(xiǎn)情境則促使工人更加注重風(fēng)險(xiǎn)控制，減少不安全行為的發(fā)生。本研究的模型為施工現(xiàn)場(chǎng)安全管理提供了一個(gè)有力的理論工具，能夠幫助管理者更精確地干預(yù)工人的不安全行為，進(jìn)而提升施工現(xiàn)場(chǎng)的整體安全水平。然而，模型仍存在一些局限性。例如，外部環(huán)境僅僅考慮了整體的風(fēng)險(xiǎn)因素，未能充分考慮環(huán)境的空間布局等物理?xiàng)l件的影響。未來研究可以進(jìn)一步拓展模型的適用范圍，并結(jié)合新興技術(shù)（如BIM或GIS）構(gòu)建更為精準(zhǔn)的安全管理模擬系統(tǒng)。

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收稿日期：2025-02-14

作者簡(jiǎn)介：

孟慶峰（1982—），男，博士，教授，博士研究生導(dǎo)師，研究方向：新基建項(xiàng)目管理、復(fù)雜工程管理、供應(yīng)鏈管理、社會(huì)科學(xué)計(jì)算實(shí)驗(yàn)。

趙江濤（通信作者）（1999—），男，研究方向：工程安全、社會(huì)科學(xué)計(jì)算實(shí)驗(yàn)。

李真（ ^1983-) ，女，博士，教授，博士研究生導(dǎo)師，研究方向：新基建項(xiàng)目管理、復(fù)雜工程管理、綠色與低碳供應(yīng)鏈管理。