施工安全标识位置特征驱动的自动化注意行为研究*

杨金茹，韩 豫

(1.江苏大学 土木工程与力学学院，江苏 镇江 212013；2.江苏大学 城市环境与工程安全行为系统研究中心，江苏 镇江 212013)

0 引言

建筑业安全事故频发，安全问题成为制约建筑业平稳健康发展的突出问题。研究发现，90%的建筑业事故与工人的不安全行为有关[1]，具体表现有疏忽大意、风险认知偏差等[2]，集中反映出工人的风险感知能力欠佳。安全标识作为建筑工地广泛使用的安全管理工具，其作用是传递警示信息，帮助工人感知环境风险，提高对潜在危险的注意[3]，对事故预防尤为重要。然而，在实际使用中，由于设置不合理、疏于管理维护等因素，标识醒目程度降低，削弱警示效果。外加工人需要在从事施工活动的同时关注环境风险，处于多任务并行状态，故不会主动对安全标识投入过多认知资源，标识有效性进一步弱化。因此，有必要更深入地探索施工情境中当事人对安全标识的注意和加工行为的关键特性和深层机理。

近年来，对安全标识的研究主要聚焦于公共空间、产品包装等领域，重点关注其颜色、信号词、图形符号、版面布局等设计属性[4-7]，对位置特征的关注较少，且大都局限于煤矿[8-9]、交通安全领域[10-11]，证实位置特征是影响标识效果的重要因素。考虑到施工现场环境复杂性、人员流动性、作业任务多样性等特征，现有研究结论无法试用于工地场景。此外，现有研究侧重于对行为实验数据[3，12]的分析和基于调查问卷的主观认知评价[13]，缺少对导致差异化结果背后的认知过程及原因剖析。从认知加工层面来看，施工安全标识失效的主要原因是注意阶段的觉察失败。受认知资源有限条件的限制[14]，工人专注于施工活动时，对包括视认安全标识在内的环境危险感知加工将转为自动化模式，该状态符合自动化行为的条件和特征。因此，探究位置因素对施工安全标识注意效果的影响，引入自动化加工理论，解读差异化注意效果背后认知因素，是从新视角探索标识有效性影响因素的有益尝试，也是对自动化认知理论的补充。

鉴于此，本文采用改进的隐性任务注意捕获试验范式，筛选具有安全标识数量多、事故多发特征的工地场景作为环境背景素材，通过注意捕获量[15]度量施工安全标识位置因素导致的注意效果差异，进一步揭示初次视认行为发生时的自动化注意行为机理。研究结果旨在为施工安全标识的优化布置提供参考意见和理论支撑，兼具理论及实践意义。

1 试验方法

1.1 试验策略设计

前期调研发现，在实际工地环境中，大部分建筑工人能够被环境中位置“显眼”的施工安全标识“不自觉”地吸引，在无意间注意到标识的存在。该现象表明，当事人对施工安全标识的注意过程是由标识自身物理显著性驱动的被动的、无意识的、自动化的加工过程。

为模拟上述自动化加工过程，采用隐性任务的注意捕获范式，并在搜索序列中取消奇异刺激(其他颜色干扰子)，同时，额外增加施工安全标识作为干扰刺激，用以诱导被试产生注意捕获。

1.2 被试

考虑到用户因素(如年龄、经验)等无关变量会对认知活动造成干扰，且相关研究有通过在校学生等无从业经历人员作为被试的先例[3，16]，本文研究招募38名在校研究生作为被试。为保证试验结果的准确性，剔除任务正确率不达标和响应时间大于2 s的数据[17]，剩余有效被试30名(男性24名，女性6名，平均年龄23.9岁，SD=1.18)。所有被试视力正常或矫正视力正常，无色盲、色弱问题，且母语皆为汉语。

1.3 试验仪器及试验材料

试验材料呈现在分辨率为2 560×1 440的65寸显示器上，显示屏率为120 Hz，颜色深度为32位。试验过程中，试验素材水平中轴线与人眼的水平视线大致保持在同一高度，眼睛距显示屏约1.20 m。

试验使用的目标搜索序列由内部包含1条水平或竖直的白色短线的菱形和圆形构成，围绕1个假想圆周等距排列，圆周半径视角为9.5°。标识素材来源于《安全标志及其使用导则》(GB 2894—2008)[18]，分别对应工程安全4大多发事故伤害类型：高处坠落、物体打击、坍塌和起重伤害,如图1所示。

图1 试验素材(施工安全标识)Fig.1 Experimental materials (construction safety signs)

为与人眼透视保持一致，试验背景素材为50 mm定焦焦距拍摄，选取出入通道口、钢筋加工棚、基坑沿边3处场景。为降低背景颜色干扰，对图片进行灰度处理，并将其9等分，分别对应施工安全标识的9个布置位置(左上、正上、右上、正左、正中、正右、左下、正下、右下)，试验背景素材及分区示例如图2所示。

图2 试验背景素材及分区示例Fig.2 Examples of experimental background materials and partitions

1.4 试验程序

正式试验前，被试须进行2 min练习以熟悉试验操作。练习程序的背景素材与正式试验不同，且不含安全标识刺激，其余与正式试验保持一致。

正式试验包含9×3×4共108个试次。为降低被试产生心理预期影响试验结果，仅在其中25%(27个)的试次中设置干扰刺激(施工安全标识)，干扰刺激随机出现在①～⑨区域任意区域的正中位置，且相邻试次中目标搜索序列图形顺序不一致，以确保被试无法预测下一次目标刺激出现的位置及内部短线方向。

正式试验程序如图3所示，背景素材首先呈现800 ms，随后叠加视点校准材料“+”，呈现时间为400～600 ms，接下来出现可能包含施工安全标识刺激的搜索界面。被试需要快速对序列中目标刺激的线条方向进行按键响应，线条水平按下f键，线条竖直按下j键，搜索界面在被试做出按键反应后消失，随后呈现含响应时间和判断正误的反馈屏，时长为500 ms，至此本试次结束，系统自动切换下一试次的试验背景素材。该试验方案有助于任务时被施工安全标识吸引注意的状态，该试验方案有助于模拟当事人在执行作业任务时被施工安全标识吸引注意的状态，并能够通过操纵标识出现的位置探究位置特征对自动化注意效果的影响。

图3 正式试验程序Fig.3 Formal experimental procedure

2 试验结果与分析

2.1 响应时间分析

响应时间为被试判断目标图形中短线方向所消耗的时间。单样本t检验结果显示，场景中是否出现施工安全标识，响应时间存在显著差异(F=6.971，p=0.000<0.05)，有施工安全标识的平均响应时间(t=879.69 ms)明显大于无标识的情况(t=721.07 ms)。对含施工安全标识的响应时间作单因素ANOVA检验，结果显示，不同的布置位置之间响应时间存在显著差异(F=4.268，p=0.000<0.05)，表明标识位置对视觉注意存在较大影响。

引入注意捕获量度量位于不同位置的施工安全标识的自动化注意效果，其大小等于有无标识时的响应时间之差，反映被试的注意系统自动被标识吸引的能力。LSD事后检验结果显示，正中位置(位置⑤)的响应时间与其他位置处均存在显著差异(p<0.05)。经计算，场景正中位置注意捕获量相对较大，这一特征在本文试验3类工地场景中均有一致体现。这反映位于视线正中的刺激对被试具有强烈的吸引力，故将施工安全标识布置于工地场景中与当事人视线正中齐平的位置，可获得最佳注意效果。其次为正下(位置⑧)，该位置与位置⑤位于同一竖直方向上，且位于视水平线以下，符合人眼视水平线以下10°范围内的最优视区要求。此外，注意捕获量从大到小依次为正下(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。注意捕获量最小，表明位于场景右下方的标识吸引注意的能力不佳，故在实际工地中标识应避开右下方布置。

2.2 任务正确率分析

当场景中存在施工安全标识时，被试做出正确判断的概率(98.0%)较无标识(97.3%)稍有提高，表明场景中与任务无关的施工安全标识并不会干扰被试对任务做出正确响应，这一过程符合自动化行为不干扰与之并行的加工过程特征。进一步分析发现，62.5%的错误判断发生在标识位于水平视线以下的情况，而水平视线及其以上方向这一数据之和仅为37.5%，表明某些特殊位置的标识会影响任务绩效。具体而言，位于水平视线以下的施工安全标识会对任务正确率造成干扰。

表1 不同布置位置下施工安全标识响应时间描述统计及注意捕获量Table 1 Response time description statistics and attention capture of construction safety signs under different locations

2.3 注意效果综合分析

研究过程中用注意捕获量和任务正确率综合衡量施工安全标识位置特征对自动化注意效果的影响。自动化注意效果用W表示，将其定义为注意捕获量得分(T)与任务正确率得分(P)之和，二者权重各占50%，如式(1)所示：

W=50%T+50%P

(1)

其中，注意捕获量得分(T)如式(2)所示：

(2)

任务正确率得分(P)如式(3)所示：

(3)

式中：pi表示标识位于位置i时，被试判断正确的数量；pmax表示被试判断正确的最大数量。

经计算，各位置处的自动化注意效果综合得分如图4所示，效果最佳位置为正中(位置⑤)，随后依次为正左(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)。

图4 自动化注意效果综合得分Fig.4 Comprehensive scores of automatic attention effect

3 位置特征驱动的自动化注意行为分析

3.1 自动化注意行为的触发效果

受控加工与自动化加工是认知过程的2种模式，二者相互联系[18]，存在渐进关系[19]。本文研究结果显示，当受控加工与自动化加工在某项认知活动同时存在时，非自动化加工过程会被中断。被试执行图形序列的视觉搜索任务受主观意识调控，属于非自动化加工过程，而施工安全标识作为干扰刺激，被试对其无意识的注意属于自动化行为。当自动化注意启动完成，视觉搜索任务被暂时中断，则被试执行按键操作的响应时间延长，即发生注意捕获。本文研究中，安全标识位置特征触发的自动化注意表现为不同程度的注意捕获，由于某一刺激捕获注意的能力大小受其与周围环境的相对显著性影响[20]，故显著性水平越高，注意捕获愈大。在本文试验中表现为位于水平视线位置处的施工安全标识注意捕获量普遍大于其他位置，其中，位于视线正中的标识能够自动捕获当事人较多的注意，该结论与部分学者在产品包装(如烟草包装[21])警告标签研究领域得出的结论一致。

此外，施工安全标识的注意效果综合分析结果反映2大规律性特征：位于水平、竖直方向上的注意捕获效果普遍优于斜45°方向；场景左侧的施工安全标识可以引起比右侧更大程度的自动化注意，表现出明显的“右侧抑制”特点，这与表现为“右侧偏好”消费选择行为[22-23]不同。在工地这类复杂高风险环境中，施工安全标识作为一类有特殊含义的刺激，当事人对其注意偏向与一般的有目的性的选择行为不同，同时，当事人对施工安全标识的注意是刺激驱动的、无意识的注意停留，由此可推测，视野中心位置与左侧位置的施工安全标识更容易触发自动化注意行为。

3.2 自动化注意行为的启动效应

研究发现，施工安全标识位置特征在自动化注意加工的启动环节发挥重要作用，启动成败是后续认知加工能否顺利进行的前提。施工安全标识捕获注意依赖于标识对当事人形成有效刺激，当事人需要在给定方向上(标识所在位置)集中注意资源，并达到一定水平，才能形成有效刺激。注意的阈限理论表明，刺激从进入初级的感知觉系统到形成有效刺激，需要达到一定的注意阈限，而低于这一阈限会出现信息丢失[24]。本文试验中，部分试验试次中存在注意捕获量较小(<30 ms)的情况，这意味着尽管发生注意捕获，但刺激并未获得持续注意资源支持，尚未形成有效刺激。因此，施工安全标识形成有效注意有赖于在注意加工的启动阶段，标识显著性特征引发的注意捕获、持续注意投入(如图5所示)。若标识位置特征不显著，就难以获得当事人持续的注意资源投入，累加的刺激无法突破阈限，将导致当事人无法注意到标识的存在，这也解释现实中建筑工人有时对施工安全标识“视而不见”的情况。实际施工过程中，当事人极少对施工安全标识进行主动的视觉搜索和注意分配，可进一步说明启动环节能否顺利进行，主要取决于标识自身显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，将施工安全标识置于醒目位置将有助于形成有效刺激，对后续认知加工和警示效果的发挥有积极影响。

图5 施工安全标识注意加工启动过程Fig.5 Start-up process of attention processing on construction safety signs

当自动化行为发生在多感觉通道的认知活动中时，自动化加工和控制加工能够并行发生。例如，驾驶经验丰富的驾驶员，对路况的观察受主观意识控制，而对方向盘的操作为近乎高熟练度的自动化行为。在本文研究中，尽管施工安全标识相对于图形搜索序列处于焦点视觉范围以外，但二者共同作用于视觉加工通道，故存在先后顺序。由作用于同一感觉通道的刺激引发的自动化行为和控制式行为表现出串行发生特点。本文研究的目标图形搜索任务启动控制加工行为，标识刺激启动自动化行为，二者相互分离，而自动化注意的启动可能发生在对视觉搜索序列控制加工过程的任意时刻。

3.3 自动化注意行为的资源消耗

自动化行为一旦启动完成，后续加工无需意识控制即可自动进行，无需投入过多认知努力[25]。研究表明，施工安全标识位置特征驱动的注意加工在启动阶段之后消耗较少注意资源，这一现象普遍存在，施工安全标识的颜色、边框形状等特征属性，让当事人无须投入过多注意，就可以迅速做出判断，这种完全由对象本身的特征属性引发的加工过程不受意志控制，属于刺激驱动的注意加工[19]。区别于目标导向的注意，刺激驱动的注意过程具有发生速度快、不消耗过多认知努力和注意资源的特点[26]，是自动化行为特征的体现。人们在生活中通过隐性学习形成内隐记忆，在本文试验中，施工安全标识作为刺激物激活并调用内隐记忆，在当事人无察觉状态下，对当前任务产生影响，导致注意在标识上停留。

自动化行为很少或不消耗认知资源的特性，解释了对施工安全标识的注意加工并不会降低任务绩效。本文试验中，施工安全标识作为干扰刺激出现，却并未降低任务正确率，一方面由于当事人对标识的注意是在无意识状态产生的自动化行为，此过程消耗极少注意资源，不足以对任务造成干扰；另一方面，安全标识作为有特殊含义的刺激，能够引起当事人的警觉意识和基于隐性记忆的自动化的遵从行为，促使当事人进一步集中对任务的注意力，降低判断失误的可能性。由此可见，施工安全标识位置特征驱动的自动化注意，能够提升当事人做出正确响应操作或规避风险行为的概率。

本文试验中，当水平视线以下存在施工安全标识时，被试执行任务的平均正确率(96.3%)略低于无安全标识(97.3%)的情况，这可能是标识指示内容与任务无关导致的。但在实际施工中，施工安全标识指示内容与场景、任务风险因素相匹配，且与道路交通标识的“短期警示”不同，施工安全标识主要发挥“长期警示”作用，当事人不处于需要立刻做出响应的紧迫状态，届时这种负面影响会大幅降低，甚至转变为正向影响。因此，将施工安全标识布置于显著位置处(水平视线及以上)，同时根据实际需求对标识内容进行更新，可减少“长期警示”带来的注意麻木和懈怠，使标识维持最佳注意效果。

4 结论

1)施工安全标识的位置可显著性影响自动化注意效果，场景正中位置最佳，右下位置最差，并表现出明显的“正方向加强”及“右侧抑制”特点。建议施工企业在布置施工安全标识时，遵循“优先正中、先正后斜、先左后右”的原则，同时提高标识内容更新频率，以减少注意麻木和懈怠，以确保标识发挥最佳警示效果。

2)揭示施工安全标识初次视认时的自动化加工机理，位置显著性特征触发自动化注意行为，该过程需经历注意捕获，持续注意投入，形成有效刺激的启动阶段，并在加工阶段很少甚至不消耗注意资源，体现出一定的自动化行为特性。

3)本文研究仅以响应时间和任务绩效为主要分析指标，未来将使用脑电设备继续探索施工安全标识自动化注意行为在认知神经科学视角下的深层机制和机理。此外，考虑到施工安全标识受众的特殊性，工龄、教育经历等用户因素都可能对认知加工活动造成影响，后续研究将进一步开展细分的差异化研究。