基于CA的建筑工人不安全行为传染机制_刘素霞.pdf

第 卷 第 期 年 月中国安全科学学报 中文引用格式：刘素霞，唐帅帅 基于 的建筑工人不安全行为传染机制中国安全科学学报，（）：英文引用格式：，（）：基于 的建筑工人不安全行为传染机制刘素霞教授，唐帅帅（江苏大学 管理学院，江苏 镇江）中图分类号：文献标志码：.基金项目：国家自然科学基金资助（，）；江苏省社会科学基金资助（）；江苏省研究生科研与实践创新计划项目（）。文章编号：（）；收稿日期：；修稿日期：【摘 要】为抑制建筑工人间不安全行为的传染，借鉴易感暴露感染康复（）模型，引入行为跟随者、行为接触者、不安全行为传染者和安全行为者 类行为主体，描述建筑工人不安全行为传染过程；考虑到工人群体关系的复杂性，提出小世界网络上的元胞自动机（）传染模型，刻画不同行为主体行为状态转化规则；运用数值仿真方法，分析行为跟随方式、不安全行为传染者分布模式与抑制率对不安全行为传染的影响。结果表明：行为跟随者的不同跟随方式、不安全行为传染者的不同分布模式对不安全行为传染效果具有显著影响，抑制率与不安全行为传染效果负向相关，其中，综合跟随方式下的行为传染效果最为显著；小群体分散分布模式极大地扩大和强化不安全行为传染者的传染范围与能力；适度的抑制性措施能够有效抑制不安全行为传染。【关键词】元胞自动机（）；建筑工人；不安全行为；行为传染；传染网络 ，（，）：，（）：，第 期刘素霞等：基于 的建筑工人不安全行为传染机制 ；：（）；引 言 尽管我国建筑施工技术不断提高，安全生产管理方法不断完善，建筑业的安全生产形势依然严峻。从国家住房和城乡建设部发布的建筑施工安全事故案例分析中可以看出，建筑工人群体不安全行为是事故发生的重要原因。建筑工人在日常的施工活动中存在着频繁的社会接触，部分工人因此形成联系密切的工作群体，个体受到周围工友不安全行为的感染，容易学习不安全行为或诱发出新的不安全行为，呈现出行为传染效应，造成大范围的群体不安全行为。因此，从行为传染的角度探究建筑工人不安全行为的群发特性具有重要意义。现有研究主要从个体特质、认知塑造、行为管控等视角展开。在个体因素方面，已有研究发现，员工特质与任务特性的匹配对工人的安全行为具有积极意义；在个体认知方面，工人对工作环境的感知，如群体规范、心理安全感、工作满意度，可正向预测其不安全行为的产生；在不安全行为的管控方面，除了安全培训、安全检查等管理政策，部分学者发现，工人与安全管理者的互动也会对工人的安全绩效产生影响。由此可见：工人在工作情境中的人际互动对其不安全行为产生起着不可忽视的影响。然而，除了管理者下属的垂直互动，有关建筑工人间的平行影响机制却鲜有学者探究。事实上，我国建筑工人长期处于工作、师徒、亲友等关系而组成的群体中，建筑工人与外界接触少，使得个体行为决策的过程与结果易受到其周围成员的影响。由于建筑业的特殊作业方式、工作环境和现场工人普遍安全意识薄弱，工人在赶工、疲劳作业条件下，一旦发现不安全行为能够更“高效”地完成任务，就有可能学习和模仿该类行为，产生不安全行为传染和蔓延现象。刘林等证实了工人的不安全行为具有人际传染效应，但工人不安全行为具体的传染过程及内在特征仍需深入探讨。在建筑施工场所中，工人个体并非孤立存在，而是嵌入于组织内部社会网络之中，因此，需要从社会网络视角展开分析，把握工人间的邻接关系进行局部行为交互而发生不安全行为复制、演化和扩散的复杂过程。作为复杂系统建模的有效方法，元胞自动机（，）凭借其局部简单规则演化复杂整体行为的优势，能够从微观角度系统描述现实中建筑工人不安全行为的人际传染现象。因此，笔者拟构建一种小世界网络上的 传染模型，并运用计算机仿真分析方法，分析建筑工人不安全行为传染过程及内在特征，以期为抑制建筑工人不安全行为传染提供理论依据。建筑工人不安全行为传染机制.建筑工人不安全行为传染网络的构建 建筑工人群体关系复杂，从群体成分上说，同一施工群体内成员具有较强的地域血缘性，多是血亲、宗亲、友亲等非正式连接关系；从施工作业角度来说，工人间经常会有协同交叉作业需求，需要工人分工协作完成任务，从而使得工人间产生如协作、命令等正式连接关系。在这样的关系网络内，某一工人的不安全行为很容易通过工人间的连接关系进行扩散传染，形成一张不安全行为传染网络。将建筑工人视为网络节点，工人间的关系视为网络中的连接，该网络内的群体成员同施工同生活，彼此联系紧密、相互影响，展现出较高的集聚特性。与此同时，各班组长与各班组成员之间的联系途径构成领导管理型关键路径，这些联系路径起到显著的桥梁作用，工人通常会优先选择这些关键路径上的工友进行交流互动，从而缩短整个网络的平均路径长度，使得建筑工人不安全行为传染网络呈现出“小世界”特性。为更直观地呈现出建筑工人不安全行为传染网络，采用 软件构造节点数为，重连概率为.，个体平均度为 的小世界网络，作为不安全行为传染网络，如图 所示。节点度的概率服从正态分布。.建筑工人不安全行为传染过程描述 借鉴易感暴露感染康复（，）模型，将建筑工人主体划分为 类，分别为：行为跟随者。该类工人施工经验不足、安全意识淡薄且具有较强的行为从众中国安全科学学报第卷年图 不安全行为传染网络 倾向，其可通过与周围不安全行为传染者产生交流互动。行为接触者。该类工人已经接触到不安全行为，但不具备传染能力。不安行为传染者。该类工人对接触到的不安全行为表示认可，并实施不安全行为，且具备传染能力。安全行为者。该类工人遵守安全施工规范，但仍能通过与不安全行为传染者进行交流互动再次成为行为接触者。建筑工人不安全行为的蔓延过程可分为示范展示、观察模仿、认同接受、群体感染 个阶段，如图 所示。在建筑工人不安全行为传染网络中，具有高中心度的节点，如群体中的班组长、老师傅、技术骨干等关键人物，此类人物的行为具有极强的示范效应。当行为接触者发现不安全行为实施过程简单、危险程度低且能够“高效”完成施工任务时，其在社会加强和从众效应的影响下极有可能认同接受不安全行为，成为不安全行为传染者。由于建筑工人不安全行为传染网络的小世界特性，导致不安全行为能够在网络中迅速、广泛地传染，最终产生群体感染。图 建筑工人不安全行为传染过程 .建筑工人不安全行为传染的 模型 建筑工人不安全行为传染是一个复杂的动态变化过程，处于不安全行为传染网络中的工人个体基于多维的互动关系快速、及时地将不安全行为传递给周围工友，使之演化成宏观群体行为。同时，随着传染时间的推移与工作环境的变化，不安全行为传染受到的影响因素也随之改变且难以预测，致使整个行为传染过程表现出复杂性系统特征。而作为复杂系统建模的有效方法，以系统单元化思想为基础，能够按照简单的局部规则在离散的时间维度上利用工人个体间的交互机制来模拟现实中建筑工人不安全行为传染演化特征。的构成可以看成一个四元组，即 ，。借助 来建立不安全行为传染模型，需要对以上 个要素进行合理定义。）网络空间 。建筑工人不安全行为传染网络区别于传统的二维方格子拓扑结构，因此，为真实地刻画行为传染过程，以建筑工人不安全行为传染网络来表示整个网络空间 （，），其中，（，），表示每一个建筑工人；（，），表示建筑工人间的连接关系。）行为状态 。为便于描述建筑施工活动中工人的行为状态，用（，），表示工人（，）在 时刻的行为状态：（，）表示行为跟随者；（，）表示行为接触者。（，）表示不安全行为传染者；（，）表示安全行为者。）邻域 。在建筑施工活动中，工人个体行为决策受邻接工人行为的影响，考虑到传染二度关系距离，即邻接工人的行为能够影响到自身的行为决策，邻域形式如图 所示。黑色节点代表中心元胞，白色节代表邻接元胞，其表达式为：（，）（，）（，），（，）（，），（）式中（，），（，）为节点（，）与（，）连接的边数。建筑工人不安全行为传染效果与邻域内工人间的关系强度有关，邻域内有强关系的工人更容易产生行为传染。令元胞距离（，）（，）代表工人（，）与（，）间的关系强度，且关系强度随元胞距离的增长而减弱，即可用欧氏距离表示为：（，）（，）（）（），（，），（，），（）第 期刘素霞等：基于 的建筑工人不安全行为传染机制图 元胞邻域 ）行为状态转换规则 。在建筑施工群体内不安全行为传染者与跟随者之间的行为交互是否成功，即不安全行为跟随者能否转变成为行为接触者，取决于其行为跟随可能性（，）（，），它是由行为跟随者（，）的从众倾向（，）、邻域内不安全行为传染者（，）的传染能力（，）以及二者之间的距离（，）（，）共同决定。借鉴谭欣欣等的研究，结合建筑工人不安全行为传染过程特点，令行为跟随者的跟随可能性与自身的从众倾向、邻域内不安全行为传染者的传染能力成正比，与二者间的距离成反比。跟随可能性的确定可根据不同的跟随方式来量化，将跟随方式分为强关系跟随、关键人物跟随、综合跟随 类。跟随 可 能 性 与 工 人 间 的 关 系 强 度 有 关。等研究发现，关系强度影响着行为在群体间的传染效果，行为能够在群体内传染主要是受到个体间强关系的多源刺激。建筑施工群体内具有地域血缘关系的工人总是有更强的亲密度，若有工人产生不安全行为，与其具有强关系的工人容易跟随该类行为，这种跟随方式称为强关系跟随，此行为跟随可能性为：（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（）由于跟随可能性会受到群体中不安全行为者传染能力的影响，而在建筑施工群体中班组长、老师傅、技术骨干等关键人物往往具有较高的传染能力。在建筑生产管理活动中，管理者会把施工经验不足的新进工人和经验丰富的老师傅安排在一起，新工人通过跟随老师傅的行为来获得和提高自己的技能。因此，当工人选择跟随类似关键人物的行为时，可将这种跟随方式称为关键人物跟随。在该跟随方式下，行为跟随可能性为：（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（）建筑工人的跟随可能性是源于多需求作用的结果，即工人可能会同时采取强关系与关键人物跟随方式。现实中，建筑工人存在于多个群体之中，工人在进行行为决策时容易受到群体规范压力的影响。在群体规范压力的影响下，工人为获得群体认同，积极与具有强关系的工人进行接触，同样的工人为了获得和提高工作技能，会优先与班组长、技术骨干、老师傅等关键人物进行交流。因此，工人在既考虑关系强度又考虑邻域工人行为影响力的综合跟随方式下，其行为跟随可能性为：（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（）建筑工人群体内工人之间联系紧密、日常互动频繁，当工人察觉到周围多数同事的不安全行为能够“高效”地完成生产任务时，其在社会加强效应及从众心理的双重作用下，认为其行为是可以接受的，会采取与之相类似的行为，使工人的从众倾向随群体内不安全行为人数的增多而上升，即：（，）（，）（，）（，）（，），（，）（，），（）式中（，）（，）（，）为计数函数。该函数能够遍历获取 时刻下工人（，）所在邻域（，）内所有邻接工人（，）的行为状态，若（，），即可统计得出 时刻邻域内不安全行为传染者人数。施工现场的安全管理多依赖群体内部监管，为强化其有效性，施工单位通过鼓励工人积极劝阻和制止施工现场存在的违章冒险等不安全行为，进而遏制不安全行为传染，使不安全行为者的传染能力随邻域内安全行为者的人数增多而降低，即：（，）（，）（，）（，），（，），（，）（，），（）行为跟随者转变成行为接触者之后，基于自身对相似个体行为提供信息源的解读，并在确定现场安全的优先等级后，下一时刻可能转变成不安全行为传染者或安全行为者，其转变可能性分别取决中国安全科学学报第卷年于传染率（，）、抑制率（，）。基于上述分析，将建筑工人的状态转化规则描述如下：当（，）时，其行为决策容易受到不安全行为传染者的影响，并以概率（，）（，）转变为行为接触者（，）；否则状态保持不变，（，）。当（，）时，其根据自身的安全素养水平及结合施工现场安全生产状况，或以传染率（，）转变成为不安全行为传染者（，）；或以抑制率（，）转变成为安全行为者（，）。当（，）时，其状态将保持不变。当（，）时，其仍有机会与不安全行为传染者进行交流互动，并以概率（，）（，）转变成为行为接触者，即（，）；否则，状态保持不变，（，）。传染机制试验及分析.试验参数设计 试验采用 建模的方法构建建筑工人不安全行为传染系统，传染系统所需变量 参数是在考虑客观现实原型的基础上，参照已有研究成果及系统内工人个体的差异性获取的数值。特别地，行为跟随者的从众倾向（，）和不安全行为传染者的传染能力（，）均服从（，）上的正态分布，目的是保证建筑工人的异质性特征。具体试验初始参数及赋值规则见表。表 试验初始参数及其赋值规则 变量参数含义解释取值赋值规则（）初始时刻行为跟随者比例.文献（）初始时刻不安全行为传染者比例.文献（）初始时刻安全行为者比例.文献（，）行为跟随者的从众倾向正态分布（，）不安全行为传染者的传染能力正态分布（，）传染率正态分布（，）抑制率正态分布.试验过程与分析 为探明建筑工人不安全行为传染特征，借助 软件，设置试验运行时长 ，在初始时刻引入行为跟随者、不安全行为传染者、安全行为者 种行为状态的工人，并通过不安全行为传染者比例及 时刻新增传染者数量即传染速度 量化不安全行为传染效果，进行仿真试验。）不同跟随方式对不安全行为传染的影响。现实中，建筑生产多是由多个小型群体分散施工完成，且每一群体内成员行为易趋于一致，易出现建筑工人群体不安全行为，因此，设初始时刻不安全行为传染者的分布类型为小群体分散型，行为跟随方式对不安全行为传染的影响如图 所示。图 跟随方式对不安全行为传染的影响 由图 可知：在不安全行为传染的前、中期，不安全行为传染者比例随时间推移整体呈现递增趋势，传染速度经历了一个由快速上升到震荡式下降的过程；在不安全行为传染后期，不安全行为者比例逐步达到稳定状态，传染速度也随传染时间的推移趋于平缓。同时发现，综合跟随方式下的不安全行为传染效果明显强于强关系跟随与关键人物跟随，因此，对于管理者而言，规避工人综合跟随方式的选择，提高自主安全行为决策能力能够有效抑制不安全行为传染。在不安全行为传染前期，强关系跟随方式下的不安全行为传染效果高于关键人物跟随，二者的传染速度也具有明显的差异。进入中后期，随着不安全行为传染范围的增大，种跟随方式下的不安全行为传染效果趋于稳定且差异较小。）不同分布模式对不安全行为传染的影响。设初始不安全行为传染者的分布模式分别为分散型、小群体分散型与集中型，行为跟随的跟随方式为第 期刘素霞等：基于 的建筑工人不安全行为传染机制综合跟随，不同分布模式对不安全行为传染的影响如图 所示。图 分布模式对不安全行为传染的影响 由图 可知：初始不安全行为传染者的分布模式对行为传染效果具有显著影响。不安全行为传染者的比例随时间推移，整体呈现递增趋势，传染速度经历了一个先升后降的过程，直到传染的后期，不安全行为效果逐步呈现稳定状态。具体而言，初始不安全行为传染者呈小群体分散分布时传染效果最为显著，集中型分布时传染效果始终维持在低水平，小群体分散型分布时传染效果介于两者之间。其中，不安全行为传染者在小群体分散分布模式下，邻域工人极有可能同时接触到多个不安全行为传染者，且容易受到感染；相反，不安全行为传染者在封闭式集中与孤立式分散分布模式下，限制了不安全行为传染者的传染能力以及其他工人接触不安全行为的可能性，从而有效抑制不安全行为传染。）抑制率对不安全行为传染的影响。抑制性措施在建筑施工安全管理中的运用比较普遍。设不安全行为抑制率（，）分别服从（，.）、（.，.）、（.，.）和（.，）上的正态分布，不安全行为传染者分布模式为小群体分散型分布，行为跟随者的跟随方式为综合跟随，抑制率对不安全行为传染的影响如图 所示。图 抑制率对不安全行为传染的影响 由图 可知：抑制率与不安全行为传染效果负向相关。不安全行为抑制率越高，群体内最终的不安全行为传染者比例越低，其行为传染速度也越慢。这是因为不安全行为抑制率越高，即组织对不安全行为的抑制性惩处力度越大，表明工人在接触不安全行为时，考虑到采取该行为可能带来的惩处风险，倾向于采取符合安全生产规范的行为方式进行施工。因此，工人会以较低的概率转变为不安行为传染者。结 论 ）不同行为跟随方式对建筑工人不安全行为传染效果具有显著影响，综合跟随方式下的行为传染效果最为显著。在不安全行为传染初期，强关系跟随方式下的不安全行为传染效果明显强于关键人物跟随，但随传染时间的推移，二者的传染效果愈趋一致。）不安全行为传染者的不同分布模式对建筑工人不安全行为传染效果具有显著影响。其中，小群体分散分布模式极大地扩大和强化了不安全行为传染者的传染范围与能力，主要是因工人在其邻域内极有可能同时接触到多个不安全行为传染者，容易受到感染。相反，不安全行为传染者在封闭式集中与孤立式中国安全科学学报第卷年分散分布模式下，限制了不安全行为传染者的传染能力及其他工人接触不安全行为的可能性。）抑制率与不安全行为传染效果负向相关。抑制率的高低反映组织惩处力度，即不安全行为抑制率越高，群体内最终的不安全行为传染者比例越低，其行为传染速度也越慢。参 考 文 献住房和城乡建设部工程质量安全监管司 建筑施工安全事故案例分析 北京：中国建筑工业出版社，：许正权，张妮，王华清，等 矿工不安全行为的网络传播性分析 科技进步与对策，（）：，（）：陈洋，李爽，张宇航，等 基于演化博弈的不安全行为的羊群效应研究 技术经济，（）：，（）：，（）：.，（）：.（）.，：，（）：.（）.，：.，：，（）：.，：韩豫，梅强，周丹，等 群体封闭性视角下的建筑工人不安全行为传播特性 中国安全生产科学技术，（）：，（）：刘林，吴金南，常志朋 安全违规行为的人际传染效应研究 中国安全科学学报，（）：，（）：，？，（）：周丹，韩豫，陆建飞 建筑工人群体性调查与特性分析 建筑技术，（）：，（）：蔡秋晨，董建军，孙剑 基于复杂网络的隧道工人群体特性分析研究 工业安全与环保，（）：，（）：唐玲玲 建筑工人从众性不安全行为的传播及干预效应对比 泉州：华侨大学，：，张丽娟，王福昌，李振刚 基于元胞自动机的病毒传播和系统仿真模型 系统仿真学报，（）：，第 期刘素霞等：基于 的建筑工人不安全行为传染机制 ，（）：张耀峰，肖人彬 基于元胞自动机的网络群体事件舆论同步的涌现机制 系统工程理论与实践，（）：，（）：苏加福，杨涛，张娜 协同产品创新系统的知识传播模型及其仿真研究 科技管理研究，（）：，（）：谭欣欣，戴钦武，史鹏燕，等 基于元胞自动机的个体移动异质性传染病传播模型 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