基于“EL+VR”的建筑工人安全培训模式构建

周迎雪，严小丽，吴颖萍

(上海工程技术大学 管理学院，上海 201620)

近年来，我国建筑业不安全事故时有发生，住房和城乡建设部办公厅在通报中指出2018年建筑业事故总量同比增加[1]，建筑业安全形势十分严峻。海因里希事故致因理论指出，造成事故的直接原因是人的不安全行为与物的不安全状态[2]，其中，由人的不安全行为造成的事故超过90%，是导致事故发生的主要原因。而造成事故的间接原因是人的安全知识不足，安全意识不高，安全习惯不佳[3-4]。

已有大量研究表明安全培训是纠正建筑工人不安全行为较有效的方法[5-7]。安全培训的目的是增加安全知识，提高安全意识，养成安全习惯，使工人在施工过程中可以及时发现危险、意识到危险性、选择正确的应对方式。在安全培训研究方面，LINGARD[8]认为安全培训在纠正工人对待安全行为的态度时，强调安全相对于便捷性和舒适性更加重要，以此来达到规范工人行为态度的目的。祁神军等[9]指出应对建筑工人展开“短平快”、“高质量”的安全教育培训。曹秀兰等[10]认为强针对性、高体验度的安全教育是提高工人安全意识与促进工人参与安全活动的有效措施。

现有研究大多从建筑工人的角度分析，认为建筑不安全事故的发生仅仅是由建筑工人的不安全行为所造成，却忽视了建筑工人安全培训不足是由于管理决策层缺乏重视，很多建筑企业的管理人员由于考虑经济利益，对建筑工人进行安全培训不够重视，漠视国家法律政策，最终导致了严重事故的发生。有学者针对建筑工人文化水平低、流动性大等特点，对我国现阶段建筑工人安全培训存在的问题进行了研究[11]，但就如何提高与怎样实施安全培训等关键问题，只提出采用新的培训形式和对培训内容进行评估的建议，对具体的培训模式或方法的构建并没有真正落实。

综上所述，为预防建筑业不安全事故的发生，要将解决建筑工人不安全行为作为切入点，对建筑工人进行安全教育培训，且该培训模式应将管理层、建筑工人、安全培训师纳入整个系统。笔者针对这一问题，将构建基于“EL+VR”的建筑工人安全培训的新模式，即引入体验式学习理论(experiential learning，EL)，并将虚拟现实技术(virtual reality,VR)应用于建筑工人安全培训，针对建筑工人特点并改善其不安全行为，以期改善建筑业安全培训质量，降低建筑业安全事故发生率。

1 EL理论与VR技术

1.1 EL理论

EL理论是教育学领域的一个重要概念，该理论源自经验学习，是组织心理学家KOLB[12]在总结前人经验的基础上提出的。他认为可以将体验式学习看成一个循环周期，其理论模型如图1所示，包括具体的体验、观察与反思、形成抽象概念、结论应用于新实践。其中观察、反思为核心环节，即体验不是最终目标，是达成目标的一个手段，只有通过观察和反思形成理论并应用于实践，才是体验式学习的目的。EL理论是一种具有人文关怀的教育理论，在体验学习的过程中，更看重个人体验与感受。

图1 体验式学习理论

国际上EL理论已广泛应用于各个行业的教育问题，在我国虽然体验式学习的范围得到极大的扩充，但该理论仅局限于学校教育及职业教育培训的研究与探讨[13-15]，其他行业涉及较少。因此，笔者将 EL理论引入建筑业安全培训中，构建适用于建筑工人学习特点的安全培训模式，为建筑工人提供参与整个建筑安全培训过程的机会。

1.2 VR技术

VR技术是一种伴随多媒体发展起来的新兴技术，通过与多种技术的优势相结合，将体验者带入其所创造的虚拟世界，给体验者以体验感与沉浸感，体验者还可以依据自己的想法与之进行交互[16]。BURDEA等[17]在《虚拟现实系统及应用》中归纳了VR的3个特点，分别是沉浸性(immersion)、交互性(interaction)和想象性(imagination)，VR的3I特点如图2所示。

图2 VR的3I特点

VR技术通过头戴设备及遥控设备突破传统培训的时空限制，促进虚拟情景下的学习，增强参与感，激发学习动机，并有助于促进认知和知识迁移。目前我国建筑业安全培训已经开始尝试应用VR技术，文献[11]提出将虚拟现实技术与实际培训相结合以改善建筑安全培训现状。中建一局建立了一个长期性的安全培训体验基地，帮助施工人员进行学习。以往研究主要涉及VR技术应用优点及不同应用场景的简单分析[18]，但是如何将VR技术应用于建筑安全培训仍面临诸多挑战，如需要考虑建筑工人的心理特征和学习习惯，且在虚拟化体验式学习环境创设方面没有现成经验和模式可遵循。因此笔者结合VR技术的特点，探索虚拟现实条件下体验式安全培训的模式和框架，以更好地应用于建筑安全培训。

2 基于“EL+VR”的培训模式构建

该模型以“EL+VR”为技术工具与理论支撑，以团队成员(管理层、建筑工人、安全培训师、软件开发人员)为参与对象，以纠正建筑工人不安全行为、增加安全知识为目标导向，通过管理层与建筑工人、建筑工人与建筑安全培训师、建筑安全培训师与技术开发人员之间的默契配合为联系，达到实时资源共享，从而使培训效果最优。该模型如图3所示。

图3 基于“EL+VR”的建筑工人安全培训模式

构建基于“EL+VR”的安全培训模式意义在于，VR技术已不再是一件头盔和一副眼镜的简单相加，而是转化为一种主动学习思考的方式，借助VR技术让建筑工人进行体验式学习，能够使建筑工人亲自感受不安全行为带来的危险，促进建筑工人对直接具体的经验向抽象概念的转化，通过反思提升自身安全意识，增加安全知识，养成良好的安全习惯，并实践于以后的施工工作中。这不仅能对建筑工人进行安全培训，还能将培训效果持久固化，是当前符合建筑工人培训特点的最有效的方式。此外，利用VR技术构建的体验式学习环境，突破了时间、空间的限制，减少了经费预算，也降低真实体验可能发生风险的概率。

3 培训模式基本要素分析

3.1 团队成员

团队成员包括管理层、建筑工人、安全培训员、软件开发人员。

(1)管理层。管理层是团队的最高决策者与指导者。因为管理层亲临建筑工地，与工人有直接联系[19]，所以管理层对建筑安全培训的重视程度很大程度上影响工人对待安全培训的态度。管理层应积极参与到建筑工人安全培训过程中，包括安全培训前积极动员、培训后评价，并建立激励政策，对培训效果出色的建筑工人进行奖励。

(2)建筑工人。建筑工人是基于“EL+VR”的安全培训模式的体验学习者与主要参与者，因此建立建筑安全培训模式必须以建筑工人的学习特点为依据。基于“EL+VR”的建筑安全培训模式实际是促使建筑工人主动建构知识的过程，主动理解建筑安全培训知识，在脑海中形成自己的认知结构，纠正不安全行为，并能在接下来的工作中正确运用。该模式中，工人主要以体验和培训为主，通过VR技术，建筑工人以化身的形式出现在虚拟情景中进行漫游，通过与虚拟物体交互感知信息，产生身临其境的感受。

(3)安全培训师。安全培训师在安全培训过程中具有举足轻重的地位。基于“EL+VR”的安全培训模式中，安全培训师帮助工人体验事故情景、适当引导与交流、帮助建筑工人进行反思与总结。在建立模式初期，安全培训师需要通过其专业性设计出安全培训的初步框架，不仅需要与管理人员进行交流讨论，还需要与软件开发人员进行沟通，不断改进安全培训模式，使之成为最适配建筑工人学习特点的安全培训模式。

(4)软件开发人员。软件开发人员是基于“EL+VR”的安全培训模式的开发者，与传统培训模式不同之处在于该模式将多种专业交叉结合，将建筑领域的问题与计算机领域的问题进行碰撞融合，此时就出现了知识交叉现象，而建立基于“EL+VR”的安全培训模式的第一道知识交叉就是将建筑安全培训所需的知识技能需求转化为软件开发需求，这就需要软件开发人员与安全培训师进行沟通交流。

3.2 目标

目标不仅是各个成员共同配合、进行安全培训的理由，还是成员之间相互依存、共同学习的最大诱因。建立基于“EL+VR”的安全培训模式是以纠正建筑工人不安全行为为目标的。在该培训模式中，安全培训师通过与管理层沟通，基于建筑工人特点并结合建筑业多发的六大伤害(高空坠落、坍塌、物体打击、机械伤害、起重事故、触电)[20-21]初步界定培训内容，如安全防护用品的使用、模拟高空作业坠落、临边防护、综合用电及消防安全等，软件开发人员通过与安全培训师沟通交流设计开发安全培训仿真软件，真实模拟还原建筑工地环境，使建筑工人沉浸其中，建筑工人在该虚拟情景中探索，产生学习行为，提高学习兴趣，达到学习效果，提高安全意识，从而纠正不安全行为。

3.3 联系

各成员之间的联系与交互是学习过程中不可或缺的环节，交互具有沟通信息、考察学习情况、情感交流、促进反思等作用[22]。基于“EL+VR”的安全培训模式的成功实施需要各成员的交互联系与沟通配合。

(1)管理人员与建筑工人。韩豫等[23]指出，建筑工人不安全行为的模仿与学习的影响因素涵盖榜样及其行为、模仿者和模仿学习过程。因此，为了更好地减少建筑工人的不安全行为，管理层应该起示范带头作用，动员建筑工人进行安全培训，提高建筑工地的安全氛围。同时管理层自身也需要提高安全意识并积极参与到安全培训的过程中。

(2)安全培训师与建筑工人。安全培训师与建筑工人是老师与学生的角色，安全培训师应充分掌握建筑工人的学习特点对其进行安全培训指导，并对建筑工人的学习情况进行实时追踪。在培训过程中，应将建筑工人的表现进行拍摄记录并根据表现进一步明确今后的培训方向，明确建筑工人在哪一部分缺乏安全知识，查漏补缺，从而不断改进培训内容。在培训结束后，安全培训师也要对工人进行不定期的培训后追踪，如安全培训师可通过判断题、选择题的形式对工人进行安全知识的考核，以巩固建筑工人的安全知识。

(3)安全培训师与软件开发人员。安全培训师不仅要对建筑工人进行培训指导，还要对软件开发人员进行沟通交流。安全培训师与软件开发人员的关系是产品开发商与设计商的关系，安全培训师设计符合建筑工人的安全培训模式，软件开发人员依据要求进行程序开发，这对安全培训师与开发人员都具有较大挑战。安全培训师根据自己的设计，提出详细的产品设计需求，软件开发人员承担开发任务，也应对安全培训有一定了解，这样安全培训师只需要提出基本功能需求，软件开发人员根据需求及建筑安全相关内容，设计开发出相关产品。

3.4 EL+VR

在基于“EL+VR”的安全培训模式中，当成员、目标、联系确立好之后，需要技术与理论支持(EL+VR)。高嵩等[24]指出技术和后勤支持是虚拟现实学习环境中学习者受到的限制性因素，因此基于“EL+VR”的安全培训的最大特点在于构成情景的对象都是数字化的、虚拟的，该培训情景具有情景性、沉浸性、参与性、交互性等特点，极大地激发了建筑工人的学习动机。在该模式中通过VR模拟创造出集“视、听、触”为一体的虚拟环境，使建筑工人浸入其中，通过感官的放大作用使建筑工人对建筑施工现场不安全行为产生的原因、过程、后果有了直观、震撼的认识，对认识进行抽象、内化，并在此过程中思考解决问题的办法。通过建筑工人的自我体验、反思，促进工人对建筑安全知识的建构及对不安全行为的纠正与内省，形成抽象概念并最终形成良好的习惯、态度与心理品质，在以后的工作中加以应用。基于“EL+VR”的安全培训模式有效利用技术与理论相结合的方式，促进建筑工人对建筑安全知识的建构与迁移，达到预期培训效果。

基于“EL+VR”的安全培训模式利用成员之间充分沟通，相互学习，技术与理论之间取长补短、互为补充，从而达到1+1>2的效果，只有这样才能使该模式发挥出各成员的集体智慧。因此，通过“EL+VR”，成员、联系和共同目标构成相互联系、相互影响的统一体。

4 培训模式的实施流程

依据KOLB的体验式学习理论和建筑工人的培训特点，将基于“EL+VR”的安全培训模式分为情景设计、体验、培训、检测效果4个阶段。情景设计与体验阶段主要是帮助建筑工人逐渐进入VR呈现出的情景并熟悉环境。培训阶段则是开始对建筑工人进行安全培训，提升建筑工人的安全能力。检测效果阶段是检测培训成果，对建筑工人进行考核，并及时收集和储存建筑工人培训相关数据，便于安全培训师对建筑工人进行分析，得出安全培训模式主要存在的问题和建筑工人在安全培训中存在的不足，为以后的安全培训提供方向。具体的培训功能与实施流程分别如表1和图4所示。

表1 培训功能图

图4 培训实施流程图

(1)情景设计阶段。情景设计是基于“EL+VR”的安全的培训模式的基础阶段。通过搭建空间环境、施工区域场景构建逼真的施工场地情景，逼真的虚拟情景能够提高建筑工人的沉浸感，为知识在现实世界的迁移打下基础。构建的任务情境和参与情境能够给建筑工人提供行动目标、行动反馈和行为评价，让安全知识的学习有组织、有趣味，有利于安全知识的学习和知识发现思维的养成。情景设计越真实贴近建筑工人熟悉的环境，其沉浸感就越强烈，培训效果就越好。

(2)体验阶段。体验阶段用于实际体验，可以采用模拟、演示、实地考察等方式让建筑工人获得具体的经验，通过VR所呈现出的视频动画给建筑工人讲解基本安全知识，主要包括建筑业安全事故的六大伤害，从而使建筑工人逐渐浸入虚拟情景化的学习环境中，主动学习。在情景中可以设置三维模型、视频、动画、文字信息、语音提示等交互元素，情景应当逼真可信，激发建筑工人的学习动机。

(3)培训阶段。培训阶段属于安全培训模式的中心阶段，通过促进建筑工人思考和反思体验活动和经历，以更全面、更深刻地认识安全行为，增加安全知识。可采用讨论、问答等形式促进反思，比如情景中以文字或语音的方式提出问题，从而使建筑工人有一定的反思过程，促使认识从感性到理性的升华，获得抽象的概念，并纳入建筑工人已有的认知结构中，有利于抽象概念的形成。通过VR技术及其设备使建筑工人与场景中的人、物进行交互，如佩戴安全帽、高空作业系安全带等。若建筑工人操作不当产生不安全行为，如不佩戴安全帽，通过VR传感设备与视觉效果，可以在建筑工人无意识的前提下感受到虚拟重物砸下，使其感受到严重性与危害性，以此来警醒建筑工人在以后的工作中注意佩戴安全帽，防止事故发生，并培养建筑工人应对突发事故的能力。基于“EL+VR”的建筑安全培训不仅使建筑工人自身安全行为得到培训，还为建筑工人提供了虚拟的交流平台，在此平台中建筑工人可以与虚拟环境中的工友进行交互，实现建筑工人对群体安全知识的构建，帮助建筑工人预设在现实生活中应如何应对工友的不安全行为，从而提高整个行业的安全。

(4)检测效果阶段。安全教育培训绝不是简单的几句话、几堂课就可以完成的内容，在建筑工人充分理解、完成安全培训的前提下还应该进行相应的考核，基于建筑工人的文化水平，所出示的问题应多以选择题或判断题的形式进行，及时对建筑工人的表现进行实时打分并存储数据，通过测试强化安全知识，提高安全技能，端正安全态度。培训效果较好的建筑工人，管理层可对其进行适当奖励，提高建筑工人参加安全培训的积极性，同时对建筑工人在施工过程中进行随机检查，对不符合安全操作规定的行为要予以警告，并对其进行处罚。

5 结论

笔者在分析EL理论与VR技术特点的基础上，构建了基于“EL+VR”的建筑工人安全培训模式。该模式以教育学领域的EL作为理论基础，结合VR技术，为建筑安全培训提供了理论与技术支持，是一种全新的培训形式，有助于降低工人认知难度，增加工人安全知识，养成安全习惯，进而降低工人的不安全行为。基于“EL+VR”的安全培训模式为建筑业安全培训提供了新可能，在我国VR技术不断进步、硬件技术日益成熟的大背景下，该培训模式将获得更加重要的技术保障，具有广阔的发展前景。但笔者从理论上构建了基于“EL+VR”的建筑工人安全培训模式，未来的研究可重点关注该培训模式的应用及其有效性的检验上。