應用虛擬實境於營造工地危害辨識教學

國立交通大學

土木工程學系

碩士論文

應用虛擬實境於營造工地危害辨識教學

Training of Potential Hazard Identification on Construction Site Using

Virtual Reality

研

究

生：張瑞娜

指導教授：曾仁杰 博士

應用虛擬實境於營造工地危害辨識教學

Training of Potential Hazard Identification on Construction Site Using

Virtual Reality

研

究 生：張瑞娜

Student：Rui-Na Chang

指導教授：曾仁杰

Advisor：Ren-Jye Dzeng

國 立 交 通 大 學

土木工程學系

碩

士

論

文

A Thesis

Submitted to Department of Civil Engineering College of Engineering

National Chiao Tung University in partial Fulfillment of the Requirements

for the Degree of Master

In

Civil Engineering

July 2012

Hsinchu, Taiwan, Republic of Chinese

摘要

摘要

摘要

摘要

在勞委會彙整之民國 97~99 年國內營造業重大職災實例中，因危害辨識能力不足導 致災害發生之比例約占 23%。若在安衛教育時針對危害辨識進行訓練，相信能降低四分 之一的職災發生。傳統安衛課程習於講述法與紙筆測驗，缺乏互動性也不易具體化；實 習課程或現地參觀為安全考量，授課單位皆將環境中潛藏危害事先排除，亦難以提升受 訓者危害辨識能力。使用虛擬實境之技術，可提供受訓人員一個可融入的且含潛藏危害 的虛擬場景，除讓受訓人員有身歷其境的體驗外，更可免除真實訓練的危險性，讓受訓 者在安全的擬真訓練環境中，進行重複性的危害辨識訓練。 本研究模擬潛藏各種危害之虛擬營造工地，設立危害情境互動機制與計分機制，建 置出主動式、參與式及探索式之虛擬營造工地危害辨識訓練環境。虛擬實境教材以勞委 會彙整之營造業重大職災案例為基礎，建置出潛藏墜落、滾落、物體崩塌等發生機率較 高之危害形態情境於虛擬營造工地。透過主動式探索與觀察，受訓者可了解並學習到危 害辨識知識，達到教育訓練之目的。本研究將虛擬實境融入危害辨識教育訓練中並設計 實驗教學，實驗教學分傳統教學（控制組）與虛擬實境教學（實驗組），最後透過測驗 與問卷，評估學習成績及學習滿意度。 關鍵字：虛擬實境、危害辨識、工地安全、教育訓練、學習成效

Abstract

Based on the construction accidents reported by the Council of Labor Affairs (CLA), approximately 23% of construction accidents could be attributed to inability to identify work hazards. Traditional safety training focuses on lectures and exam tests, and lacks of interactivity and reality. Site visits, while providing real site experience, for safety reasons also often lacks the opportunity to observe potential work hazards. Virtual reality (VR) technique allows trainees to immerse in a virtual environment with designed work hazards, and thus provides them with realistic and interactive experience in hazard identification training with the exposure to hazards. This research creates an interactive virtual construction site where users can walk through the site and identify the various types of work hazards that collected based on the CLA’s critical construction accidents reports. An experiment with two groups of students participated were also conducted to compare the learning effectiveness, motivation, and satisfaction between the traditional teaching and the VR-based teaching.

Key word: Virtual reality; Identification potential hazard; Site safety; Education training; Learning effectiveness

誌謝

誌謝

誌謝

誌謝

時光飛逝，兩年的碩士求學生涯轉眼即過。回首這段旅程，許多喜悅、高興、無奈 與焦慮的心情都從心底浮現，這些記憶都將成為我人生中重要且美好的一段。 本論文能順利完成，衷心感謝指導老師 曾仁杰教授，感謝老師總是在滿滿的行程 當中，撥出時間協助我解決論文所遇到的難題，無論是資源上的幫助或是論文的指導， 都感謝老師親切且不厭其煩的悉心教導並給予許多寶貴意見。感謝交通大學 黃玉霖教 授及陸軍官校 王世旭教授提供課堂時段讓我進行實驗，使本研究得以順利完成。同時， 亦感謝口試委員王維志教授、楊亦東教授以及楊智斌教授於口試審查時，提供寶貴意 見，使這篇論文更為正確。 在新竹六年的求學過程中，感謝中華大學營建工程系對我大學時期的教導與督促， 讓我能幸運的將這六年的學生生涯在交通大學土木工程系碩士班營建管理組劃上休止 符。這一路上，感謝爸媽的無限支持，讓我可以專注於學業上的衝刺，哥哥、姐姐對我 在生活上的照顧，更使我成長的路上不孤單，謝謝我的家人！ 碩士求學期間，感謝不斷幫助我成長的學長姐們，黑暗中遞送溫暖的中華幫 紹偉 學長、小黑學長、汎儀學姊，無頭緒時給予指引的 亦卓學長、小畢學姐。感謝同一間 研究室的夥伴，文武雙全喜歡拍照的小涵、教我統計跟推薦動畫的小古、喜歡當活動主 持人的奕哲、沒戴帽子老師認不出來的文泰、很會跟僑生聊天的啟申、籃球很厲害的沈 煥，神龍見首不見尾的佳宏、假營管真 IT 愛小叮噹的奕中、比所有老師都高的竹節。 感謝同一家的學弟妹們，感謝在高雄的好麻吉 阿蔡、教導我勇氣及希望的布丁，感謝 在新竹貿二貿八工地打工時照顧我教導我的前輩們，感謝各位在這兩年來所給予的支持 與協助，能夠認識這些前輩、學長姐、同學、學弟妹、朋友們真的非常開心，謝謝你們！ 最後，謹將此論文獻給我最親愛的家人與在天上的爺爺、奶奶，因為有你們的支持 與包容，我才能順利完成論文拿到碩士學位，請你們和我一起分享這份榮耀與喜悅。 張瑞娜 謹致於 交通大學土木工程系營建管理組 中華民國一零一年七月

目錄

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摘要 ... I Abstract ... II 誌謝 ... III 圖目錄 ... VII 表目錄 ... VIII 第一章 緒論 ... 1 1.1 研究背景 ... 1 1.2 研究動機 ... 1 1.3 研究目的 ... 1 1.4 研究範圍 ... 1 1.5 研究限制 ... 2 1.6 研究方法 ... 2 1.7 研究架構 ... 2 1.8 研究流程 ... 3 第二章 文_{獻回顧 ... 4} 2.1 危害辨識 ... 4 2.1.1 危害辨識定義 ... 4 2.1.2 危害辨識重要性 ... 4 2.1.3 危害形態辨識 ... 4 2.1.4 危害辨識技術 ... 5 2.2 職業安全衛生教育訓練 ... 7 2.2.1 國內營造業職業安全衛生教育訓練現況 ... 8 2.2.2 國內大專及技職院校職業安全衛生教育訓練現況 ... 8 2.2.3 國內職業安全衛生教育訓練之發展 ... 9 2.3 虛擬實境相關文獻回顧 ... 10 2.3.1 虛擬實境基本定義與發展概況 ... 10

2.3.2 虛擬實境於各領域之應用 ... 11 2.3.3 虛擬實境於安全衛生教育訓練之應用 ... 12 2.4 小結 ... 14 第三章 虛擬實境訓練_{系統之設計 ... 15} 3.1 危害辨識實例篩選 ... 15 3.2 虛擬實境空間配置與案例搭配 ... 17 3.3 虛擬實境模型建置 ... 23 3.4 虛擬實境訓練系統之使用者介面介紹 ... 25 第四章 實驗教學設計與實_{施 ... 27} 4.1 研究問題與假設 ... 27 4.2 實驗教學設計與實施流程 ... 28 4.2.1 教學前測 ... 29 4.2.2 實驗教學 ... 29 4.2.3 教學後測 ... 30 4.3 測驗試卷設計 ... 30 4.4 學習滿意度問卷設計 ... 34 4.5 實驗教學過程心得 ... 40 4.6 資料處理 ... 40 第五章 實驗_{結果與分析 ... 43} 5.1 測驗試卷之結果與分析 ... 43 5.1.1 樣本資料分析 ... 43 5.1.2 學習成績分析 ... 44 5.2 學習滿意度問卷之結果與分析 ... 47 5.2.1 樣本資料分析 ... 47 5.2.2 學習滿意度分析 ... 48 5.3 小結 ... 56

5.3.2 學習滿意度（問卷） ... 56 5.3.3 課程適用年級 ... 56 5.3.4 虛擬實境遊戲優缺點與改善 ... 56 5.3.5 實驗教學心得 ... 57 第六章 結論與建_{議 ... 58} 6.1 結論 ... 58 6.2 建議 ... 58 參考文_{獻 ... 59} 【附錄 1】國內外文獻原文資料 ... 64 【附錄 2】危害案例 ... 65 【附錄 3】虛擬工地之危害元件與提示語對照表 ... 74 【附錄 4】預試測驗試卷 ... 77 【附錄 5】正式測驗試卷 ... 80 【附錄 6】虛擬實境教學組（實驗組）學習滿意度問卷 ... 82 【附錄 7】傳統講述教學組（控制組）學習滿意度問卷 ... 85

圖目錄

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圖 1-1 研究架構圖 ... 3 圖 1-2 研究流程圖 ... 3 圖 3-1 虛擬實境訓練系統架構圖 ... 15 圖 3-2 案例篩選流程圖 ... 16 圖 3-3 空間配置圖 ... 17 圖 3-4 戶外區危害佈點圖 ... 18 圖 3-5 施工架區危害佈點圖 ... 19 圖 3-6 室內區 1F 危害佈點圖 ... 20 圖 3-7 室內區 2F 危害佈點圖 ... 21 圖 3-8 室內區 3F 危害佈點圖 ... 22 圖 3-9 模型建置流程圖 ... 23 圖 3-10 危害元件示意圖 ... 24 圖 3-11 安全元件示意圖 ... 24 圖 3-12 計分機制示意圖 ... 24 圖 3-13 互動語法撰寫 ... 25 圖 3-14 辨識成功之提示語視窗 ... 25 圖 3-15 虛擬實境訓練系統之開啟「互動」畫面 ... 26 圖 3-16 虛擬實境訓練系統之危害辨識畫面 ... 26 圖 3-17 虛擬實境訓練系統之計分機制畫面 ... 26 圖 4-1 研究問題架構圖 ... 27 圖 4-3 問卷架構圖 ... 35 圖 4-4 檢定方法之選用流程 ... 41 圖 4-5 T 檢定之檢視流程 ... 41 圖 5-1 虛擬實境空間移動方向增加示意圖 ... 55

表目錄

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表 2-1「危害」、「危害辨識」名詞定義 ... 4 表 2-2 危害形態表 ... 5 表 2-3 常用危害辨識技術分析表 ... 7 表 2-4 國內職業安全衛生相關學校系所彙整 ... 8 表 2-5 各學者對虛擬實境之定義 ... 10 表 2-6 虛擬實境應用於安衛教育訓練之分析 ... 13 表 3-1 戶外區－實際案例與虛擬實境設計對照表 ... 18 表 3-2 施工架區－實際案例與虛擬實境設計對照表 ... 19 表 3-3 室內區一樓－實際案例與虛擬實境設計對照表 ... 20 表 3-4 室內區二樓－實際案例與虛擬實境設計對照表 ... 21 表 3-5 室內區三樓－實際案例與虛擬實境設計對照表 ... 22 表 3-6 互動語法摘要表 ... 25 表 4-1 預試測驗試卷各題難易度與鑑別度分析 ... 31 表 4-2 可信度高低與 Cronbach α係數之對照表 ... 33 表 4-3 預試測驗試卷之信度分析表 ... 33 表 4-4 預試測驗試卷之因素分析摘要表 ... 34 表 4-5 預試學習滿意度問卷之信度分析表 ... 36 表 4-6 預試學習滿意度問卷之因素分析摘要表 ... 38 表 4-7 李克特式五點量表 ... 42 表 5-1 傳統教學測驗試卷－學生背景資料分析摘要表 ... 43 表 5-2 虛擬實境教學前測測驗試卷－學生背景資料分析摘要表 ... 44 表 5-3 測驗試卷問答題配分表 ... 44 表 5-4 不同教學組別於前、後測之「學習成績」差異比較 ... 45 表 5-5 前、後測於不同教學組別之「學習成績」差異比較 ... 46 表 5-6 後測測驗試卷於不同背景因素之「學習成績」差異比較 ... 46 表 5-7 傳統教學學習滿意度問卷－學生背景資料分析摘要表 ... 48

表 5-8 虛擬實境教學學習滿意度問卷－學生背景資料分析摘要表 ... 48 表 5-9 不同教學組別於構面之得分情形 ... 49 表 5-10 不同教學組別於授課方式比較之得分情形 ... 50 表 5-11 虛擬實境教學於不同背景因素之「學習成效滿意度」分析 ... 51 表 5-12 虛擬實境教學於不同背景因素之「教學滿意度」分析 ... 52 表 5-13 虛擬實境教學於不同背景因素之「學習動機與興趣滿意度」分析 ... 52 表 5-14 不同教學組別之「課程適用年級」分析－全年級學生意見 ... 53 表 5-15 不同教學組別之「課程適用年級」分析－大二學生意見 ... 54 表 5-16 虛擬實境「遊戲優點」分析 ... 54 表 5-17 虛擬實境「遊戲缺點」分析 ... 54 表 5-18 虛擬實境「遊戲改善」分析 ... 55

第一章

緒論

1.1研究背景研究背景研究背景研究背景 營造工地的危害常是可以被發現，只要勞工花一點時間注意自護、互護、監護就可 以預防。依據國內勞工安全衛生教育訓練規則規定：「雇主對新僱勞工或在職勞工於變 更工作前，應使其接受適於各該工作必要之安全衛生教育訓練。」，更凸顯出安全衛生 教育訓練的重要性。 目前國內辦理安全衛生教育訓練之單位，其授課方式： 1. 習於講述法與紙筆測驗：強調以分數高低來決定學生對教學內容的了解， 但此種訓練方式較缺乏互動性。 2. 實習課程：基於安全衛生考量，實習課程會在一個相對安全的環境下進行， 較無法訓練到危害辨識的能力。 3. 體驗館課程：課程受限於體驗館硬體設施，無法提供較全面的危害辨識教 學項目，若新建或改建既有硬體設施，將有龐大金費支出。 受訓學生若能於安衛教育訓練中充分吸收或探索相關危害知識，將可降低因危害辨 識能力不足而發生之職災。因此如何以安全為前提，提供充滿各種危害情境的危害辨識 訓練環境為一重要課題。 1.2研究動機研究動機研究動機研究動機 危害辨識相關課程之教育、訓練或經驗，是為了確保學習者擁有危害辨識之能力。 藉虛擬實境特性可省去增建、改建體驗館之昂貴費用，且可依教學內容隨意變化欲模擬 之危害場景，讓學生於安全的授課環境中不受時間、空間的限制進行學習。本研究應用 虛擬實境技術模擬潛藏各種危害之營造工地，讓學習者可針對各種危害情境學習判斷能 力與應變技巧，透過身歷其境探索式遊戲教學，增進學習成績與學習興趣，降低學術與 實務落差，提升危害認知與應變能力。 1.3研究目的研究目的研究目的研究目的 1. 建立「虛擬實境危害辨識系統」，培養、訓練學生於營造工地之危害辨識能力。 2. 探討虛擬實境輔助教學對學生學習成績、學習滿意度之比較與評估。 1.4研究範圍研究範圍研究範圍研究範圍 以勞委會彙整之國內營造業民國 97 年至 99 年重大職災案例為危害辨識教材案例。

1.5研究研究研究研究限制限制限制限制 1. 為結合各種危害情境，本研究於虛擬實境系統模擬新建、改建等情境同時發生 之營造工地。 2. 建置虛擬實境之軟體為 Google SketchUp 8，模擬技術受限於此套軟體。該軟體 具容易上手之特性，有助於虛擬實境輔助教學之推廣。 3. 本研究使用電腦進行虛擬實境教學，因此實驗對象將受限於對電腦使用功能熟 悉之學生。 1.6研究研究研究研究方法方法方法方法 本研究使用之研究方法及原因如下： 1. 文獻回顧法 使用文獻回顧收集國內外相關文獻，針對安全衛生、危害辨識之訓練進行 調查分析，作為了解發展建構之動機參考，建置符合實務需求之虛擬實境系 統，並選用合適之虛擬實境開發工具。 2. 專家訪談法 針對虛擬實境教學內容尋求專家進行訪談，探討虛擬實境教學輔助危害辨 識訓練之成效，確立與修正虛擬實境系統之內容。 3. 虛擬實境訓練系統設計與建置 本研究使用 Google SketchUp 8 軟體建置虛擬實境訓練系統。 4. 準實驗研究法 以文獻回顧與專家訪談之結果為依據，設計「虛擬實境學習」與「傳統學 習」之教案，採準實驗法前、後測設計方式進行教學實驗。 5. 問卷調查法 於實驗教學前、後設計危害認知能力測驗進行分析比較，收集學生對虛擬 實境教學與傳統教學之滿意度問卷，探討虛擬實境輔助教學對學生學習成績、 學習滿意度之比較與評估。 1.7研究研究研究研究架構架構架構架構 依據文獻回顧與專家訪談之結果，本研究建置虛擬實境危害辨識系統進行實驗教 學，並設計危害認知測驗試題與學習滿意度問卷，探究虛擬實境對危害辨識教學之影響。 最後評估與分析測驗試卷與問卷調查之結果，撰寫本研究之結論並對國內危害辨識教學 提出建議，以達研究目的。 本研究之研究架構圖如圖 1-1 所示。以文獻回顧為基礎，發展設計出「虛擬實境系 統」，並將建置完成之虛擬實境系統融入「實驗設計」當中，以便探究虛擬實境輔助教 學之成效。

虛擬實境系統 使用者介面 （UI） 危害辨識 實際案例 文獻回顧 危害辨識 文獻回顧 國內安衛管理 及職災回顧 虛擬實境 文獻回顧 實驗設計 傳統教學 虛擬實境 教學 學習滿意度問卷 融入 發展 前測-測驗試卷 後測-測驗試卷 圖 1-1 研究架構圖 1.8研究流程研究流程研究流程研究流程 依據研究目的本研究建置危害辨識教學系統，運用虛擬實境技術模擬各種危害情 境，藉由實驗教學探討虛擬實境模擬技術應用於危害辨識教學之適用性。研究流程圖如 圖 1-2 所示。 圖 1-2 研究流程圖

第二章

_文獻回顧

2.1危害辨識危害辨識危害辨識危害辨識 2.1.1危害辨識定義危害辨識定義危害辨識定義危害辨識定義 職業安全衛生管理系統標準大多以危害辨識和風險評估為核心。英國標準協會制定 「BS 8800 職業安全衛生管理系統標準」，與「OHSAS 18001 職業安全衛生管理系統標 準－規範」。我國行政院勞委會也在 2007 年頒佈適合我國國情之「臺灣職業安全衛生管 理系統」（Taiwan Occupational Safety and Health Management System，TOSHMS）指引。

「危害」一詞在 BS 8800、OHSAS 18001 與 TOSHMS 中，皆定義為「對人體健康 造成傷害或損害的潛在因素」，「危害辨識」定義為「鑑別危害的存在和定義危害特性的 程序」（葉宇光，2009）。 表 2-1「危害」、「危害辨識」名詞定義 名詞 定義 參照之管理系統 危害（Hazard） 潛在造成任何形式傷害的來源、情況或行 為，這些傷害包括受傷或疾病，或是這些 後果同時發生。
_{BS 8800
OHSAS 18001
TOSHMS} 危 害 辨 識 （ Hazard Identification） 鑑別危害的存在和定義危害特性的程序。
_{BS 8800
OHSAS 18001
TOSHMS} 資料來源：葉宇光，2009 2.1.2危害辨識危害辨識危害辨識危害辨識重要性重要性重要性 重要性 行政院勞工委員會所頒布之「危害辨識及風險評估技術指引」指出，適當的危害辨 識及風險評估，可協助事業單位建置良好的職業安全衛生管理系統，有效控制危害及風 險，預防與削減災害，並提昇職業安全衛生管理績效，進而達到永續經營之目的。 事業單位應依安全衛生法規及職業安全衛生管理系統相關規範的要求，建立、實施 及維持風險評估管理計畫或程序，以有效執行工作環境或作業危害的辨識、評估及控 制。TOSHMS 風險評估技術指引要求事業單位應事先依工作環境或作業，製程、活動或 服務的危害特性，界定潛在危害的分類或類型，作為危害辨識、統計分析及採取相關控 制措施的參考，對所辨識的作業，應蒐集相關資訊，作為風險評估的依據。事業單位應 針對作業危害源，辨識所有潛在危害、發生原因與合理且最嚴重的後果（邱瀧毅，2012）。 2.1.3危害形態辨識危害形態辨識危害形態辨識危害形態辨識 行政院勞委會為利於危害辨識工作的執行，將危害區分為物理性、化學性、生物性、 人因工程、心理性等五大類，細部分類參考如表 2-2 所示。本研究將危害形態發生率較 高之項目，納入實驗教學教材中：(1)墜落、(2)物體飛落、(3)物體倒塌、崩落、(4)與有

表 2-2 危害形態表 危害形態 1 墜落 6 物體倒塌、崩落 11 溺斃 16 物體破裂 2 滾落 7 被撞 12 與高溫、低溫之接觸 17 火災 3 跌倒、滑倒 8 被夾、被捲 13 與有害物等之接觸 18 不當動作 4 衝撞 9 被切、割擦傷 14 感電 19 廠外交通事故 5 物體飛落 10 踩踏 15 爆炸 20 其他 21 無法歸類者 資料來源：行政院勞工委員會，2009 事業單位應就作業清冊之每項作業考量下列因素，辨識出所有可能潛在危害（行政 院勞工委員會，2009）： 1. 是否有引起傷害的根源，包含： (1) 人員之行為、能力以及其他因素是否會造成危害？ (2) 工作場所中，由事業單位或其他單位所提供之基礎設施、設備及物料 等對人員會造成何種傷害？ (3) 工作場所外部之作業及潛在危害對內部人員安全衛生之影響？ 2. 可能受到傷害的人員，包含： (1) 作業者本身。 (2) 同ㄧ工作場所之工作人員。 (3) 工作場所週遭人員等。 3. 傷害發生的原因，包含機械設備故障、人為疏忽、天然災害等。 另在設計階段如工作區域、過程、裝置、機械/設備、操作/維護程序及工作組織等 設計，除需辨識可能引起之危害外，亦應評估現有人員是否具備足夠之技術能力及知 識，可有效的運用或操作這些設計。 2.1.4危害辨識技術危害辨識技術危害辨識技術危害辨識技術 常用的危害辨識技術分析方法包括查核表、故障假設分析、危害與可操作分析、失 效模式與影響分析、事件樹分析、失誤樹分析等（葉宇光，2009；曹常成、洪銀忠，2008）。 1. 查核表（Checklist） 查核表分析為利用已製成的項目表單，去辨識與一般製程設備和操作 有關的已知類型的危害、設計缺陷以及潛在危害，通常用於檢查各種規範 和標準的執行情況。查核表的製作一般是利用相關的法規、標準和條例所 提供的資訊建立，為一種簡單的危害辨識方法，其結果的呈現為定性描述。 查核表分析每次只針對單一項目，因此無法辨識製程或作業間相互依 賴及互相影響的危害，亦無法了解真正失效的原因，僅能提供表單中的項 目做查核。查核表於現場查核中較著重可量化檢查項目，例如：鋼筋綁紮 之縱向間距 10 公分，查核人員可依數據快速檢查，但當查核項目無法量

化時，例如：表面不得腐蝕，則較需倚靠查核人員經驗。若能在其基礎上 補足與加強查核人員相關經驗或辨識能力，相信能更加提升查核效益。 2. 假設情境分析（What-If Analysis） 假設情境分析方法是一種完全以經驗為導向，對製程或操作的腦力激 盪分析方法。危害分析人員基於各自的專長，提出許多「如果…會怎麼 樣？」（What-if）的問題，來挑戰製程或系統的設計或操作方式，以發掘 潛在性的問題。What-if 分析對於考慮因素採開放式的問答，優點是可以 激發提出更多被忽略的潛在性危害，但缺點是不易引導與規範此分析之進 行，尤其對於較欠缺經驗的人員來說更是如此。

3. 危害與可操作分析（Hazard and Operability Study，HAZOP）

HAZOP 分析以系統化方式詳細的審查製程或操作，判斷製程偏離是 否導致不期望的後果，雖然 HAZOP 分析技術最初的發展是用於評估新的 設計或技術，但也適用於評估所有製程的生命週期階段。當 HAZOP 小組 列出偏離可能的原因和後果，以及現有防止偏離的防護措施後，則進一步 判斷現有的保護措施是否不足而存在著可信的偏離狀況，再提出相關的建 議行動以降低危害。

4. 失效模式與影響分析（Failure Modes and Effects Analysis，FMEA） FMEA 為評估製程設備中失效或不當操作所引起系統中人員的傷亡 或財物損失。失效模式為描述造成設備失效的原因，而影響分析則是判斷 系統對於設備失效所產生的反應。分析結果可產生具代表性的建議事項， 依照建議事項做修正或改善，增加設備的可靠度，進而改善製程安全。 由單一失效模式引起的最嚴重後果估計，後果嚴重性可藉由定性的方 式表示，發生機率可藉由數值表示，利用風險矩陣可獲得風險高低。 5. 事件樹分析（Event Tree Analysis，ETA）

事件樹分析是根據二元邏輯的方式，也就是事件的發生為「可能」或 「不可能」，或者是設備運作的「失效」或「成功」，並藉由圖形的方式描 述由起始事件到可能的後果，起始事件為特定設備失效或人為失誤。 6. 失誤樹分析（Fault Tree Analysis，FTA）

FTA 建構的程序以事故或是不期望發生的頂端事件為起始點，辨識引 發事件的直接原因，即失誤事件。每項失誤事件以相同的方式進一步檢 視，直到分析人員辨識出所有失誤事件的根本原因或是達到預期的分析範 圍。FTA 無法確保能夠察覺出所有的失效原因，尤其是共同原因的失效， 分析結果的可靠性則是取決於樹的結構完整性、正確性和失效率數據的品 質。執行時，分析人員需對設備或系統的運作和失效模式有詳盡的瞭解， 並有完整的製程流程圖，確保分析的品質及有效性。

上述常用危害辨識技術，依使用時機約可區分為規劃期與施工前檢查期兩大類，分 析結果如表 2-3 所示。這些技術除查核表外均針對設計、規劃時期所使用，較缺乏對現 場執行面的危害辨識。無論是在設計、規畫時期的辨識技術或施工前檢查期的查核表內 容條列，均需仰賴分析人員的經驗，凸顯出危害辨識訓練、輔導的重要性與必要性。 表 2-3 常用危害辨識技術分析表 使用時機 辨識技術 優點 缺點 規劃期 假設情境分析 （What-If Analysis） 激發出更多被忽略 的潛在性危害。 可靠性，取決於分析人員 的經驗與訓練。 危害與可操作分析

（Hazard and Operability Study，HAZOP）

失效模式與影響分析

（Failure Modes and Effects Analysis，FMEA）

事件樹分析

（Event Tree Analysis，ETA）

失誤樹分析

（Fault Tree Analysis，FTA）

施工前 檢查期 查核表 （Checklist） 檢查各種規範和標 準的執行情況。 僅提供表單項目做查核。 本研究虛擬實境教學系 統之危害辨識能力訓練。 直接對環境進行危 害辨識分析。 學習時仰賴模型擬真度。 2.2職業安全衛生教育訓練職業安全衛生教育訓練職業安全衛生教育訓練職業安全衛生教育訓練 我國「勞工安全衛生教育訓練規則」明定，雇主應於事前使勞工接受勞工安全衛生 教育訓練。有效的勞工安全衛生教育訓練，能夠提供施工管理人員與勞工團體建立正確 且合宜的營造安全衛生知識，同時提升施工效率及維護工作場所的安全衛生，有效降低 營造職業災害發生率（林楨中、陳俊瑋，2006）。勞工參加安全教育訓練愈積極，也愈 能具備良好的安全衛生認知與態度（梅士賢，2004）。 職業安全衛生教育訓練，是控制工作場所發生危害的根本。使勞工學習危害鑑別、 安全作業方法與培養目標，能降低職業所帶來的傷害與疾病（Cohen and Colligan, 1995）。一般談論職業災害，大多以工作中因為不安全環境或設備所造成的傷害殘廢疾 病或死亡為主（陳俊復，2008）。勞工身為職業安全衛生主體，除受法令保護外，更應 與雇主共同具有維護職場安全衛生的權利及義務。個別勞工有拒絕危險工作的權利（曹 常成，2007）。因此使勞工具備危害辨識能力為安全衛生管理基礎。在職業安全衛生教 育中，更應將危害辨識訓練納為訓練教材之核心。

2.2.1國內營造業職業安全衛生教育訓練現況國內營造業職業安全衛生教育訓練現況國內營造業職業安全衛生教育訓練現況國內營造業職業安全衛生教育訓練現況 營造業在我國所佔職業災害發生的比例一直是最高的，在工程多層分包承攬、人員 流動性高與高比例的自雇工作者的前提下，營造現場的施工經驗並不容易累積。過去憑 藉「師徒傳授」施工經驗的方式，僅能依賴傳授者的經驗是否正確與完善，卻無法確保 知識的完整性與系統性（林楨中、陳俊瑋，2006）。 陳彥伶（2010）研究分析發現，民國 98 年全國核可辦理安全衛生教育訓練之單位 有 537 家，民國 96 年受訓人數高達 17 萬人。從現場評鑑發現訓練單位有下列主要的問 題：總會與分會之內部運作機制不佳；訓練單位針對師資未建立師資遴選與淘汰機制， 甚至出現有講師專長與授課課程不符之情況；坊間自行出版教材，但未能即時更新或提 供補充教材。 江天賜（2008）研究指出，目前辦理一般安全衛生教育訓練其授課方式與課程內容 仍未跳脫傳統思維模式，缺乏討論、模擬演練、實習、實作等方式。一般安全衛生教育 訓練，因授課主題缺少變化，往往使學員興趣缺缺，效果有限。 2.2.2國內大專國內大專國內大專國內大專及技職及技職及技職院校職業安全衛生教育訓練現況及技職院校職業安全衛生教育訓練現況院校職業安全衛生教育訓練現況 院校職業安全衛生教育訓練現況 我國加入世界貿易組織（WTO）後，面臨產業升級與各行業日漸重視職場安全衛生 之國際趨勢，為確保工作環境優良，吸引優質勞工，提昇產業競爭力，以及配合政府「防 止職業災害，保障勞工安全」之政策，國內大專及技職院校推廣與設立職業安全衛生系 所（參見表 2-4），培養俱備正確觀念的職業安全與衛生人才，提升國內事業單位職業安 全衛生管理人員之素質，以因應產業升級而日益嚴重化、複雜化的職業安全衛生問題。 表 2-4 國內職業安全衛生相關學校系所彙整 技職院校 學校 系所 大仁科技大學 環境與職業安全衛生系暨環境管理研究所 中華醫事科技大學 職業安全衛生系 中臺科技大學 環境與安全衛生工程系、安全與防災科技研究所 弘光科技大學 環境與安全衛生工程系、環境工程研究所、 職業安全與防災所、環境工程研究所在職專班 明志科技大學 環境與安全衛生工程系暨環境與資源工程研究所 東南科技大學 環境與安全衛生工程系 高雄第一科技大學 環境與安全衛生工程系（系/所） 雲林科技大學 環境與安全衛生工程系 輔英科技大學 職業安全衛生系 嘉南藥理科技大學 職業安全系暨產業安全衛生與防災研究所 中山醫學大學 職業安全衛生學系（系/所） 中國醫藥大學 職業安全與衛生學系

表 2-4 國內職業安全衛生相關學校系所彙整（續） 技職院校 學校 系所 長榮大學 職業安全與衛生學系暨研究所 高雄醫學大學 職業安全衛生研究所（所/博士班） 聯合大學 環境安全衛生工程學系 交通大學 工業工程與管理系所(系/所/博士班) 交通大學 工學院產業安全與防災碩士在職專班 我國大專院校以培養理論研究與工程設計之人才為主，技職院校則以培養勞工安全 衛生管理人員與工業安全衛生技師為主，目前國內職業安全衛生相關系所在教育訓練上 以課堂講授為主，並輔以職業安全衛生實習課程（徐玉堂 等人，2003）。國內土木相關 學校科系之學生，畢業後投入營造業服務的機會大於其他科系學生，更需於學校教育時 期就接受相關職業安全衛生教育訓練。 落實學生校外實習課程，能加強學生實務經驗與提高專業知能，使學生能夠將學校 課堂所上所學之理論與工作內容相互印證，縮短學術教育與產業需求的落差。楊德祥、 繆慧娟（2003）認為，安全衛生的知識主要都與身處的環境發生直接的關係，單項設備 或物質在不同的環境中會有不同的危險程度與應變處理方式，如果能有效的反應環境中 該項設備或物質所對應的學習重點，將有助於學習者加深學習的印象，也更能清楚了解 學習內容所對應環境中，可能的危險程度與自我責任的認知。 2.2.3國內職業安全衛生教育訓練國內職業安全衛生教育訓練國內職業安全衛生教育訓練國內職業安全衛生教育訓練之發展之發展之發展 之發展 傳統安全教育訓練僅透過講師所編撰的書面教材在課堂上講授，學生只能用揣摩想 像課程情境，模擬可能造成事故狀況，藉以提高安全意識。此種教育方式會隨時間增長 而淡忘，產生之學習效果有限（蘇文娟、黃景煜，2011）。 許多職業安全衛生訓練課程的內容過於單調，只注重安全衛生知識與技術陳述，忽 略提升學習興趣的方法。在各項安全衛生的知識與技術中，不少是日常生活中就應具備 的。往往讓一位受訓的作業人員誤以為他已經熟悉課程的大部分內容，而不必再認真學 習。藉由納入互動式與動態式的訓練課程，可提升受訓人員注意力、學習效率與學習興 趣（王秋森，1998）。 故本研究建置虛擬實境輔助教學系統，以虛擬實境教學方式進行因過於危險而無法 實施之實習訓練。虛擬實境技術可替學習者模擬還原尚未發生職災之危害情境，以輔助 危害辨識學習。透過模擬，可針對不易舉證或不易發生卻又重要之危害情境進行模型建 置，使學習者藉虛擬實境輔助，得以在安全環境中進行教育訓練，提升危害辨識知識。

2.3虛擬實境虛擬實境虛擬實境虛擬實境相關相關相關相關文獻回顧文獻回顧文獻回顧文獻回顧 2.3.1虛擬實境基本定義與發展概況虛擬實境基本定義與發展概況虛擬實境基本定義與發展概況虛擬實境基本定義與發展概況 國外許多學者分別對虛擬實境（Virtual Reality，VR）下定義，大致而言，將虛擬 實境定義為一種由電腦所產生的模擬環境，可讓使用者浸入其中（張霄亭、朱則剛， 1998）。以下綜合整理各專家學者對虛擬實境之定義： 表 2-5 各學者對虛擬實境之定義 學者 定義 Glenn（1991） 虛擬實境是一種經驗而非技術，Glenn 認為虛擬實境應以使用 者為主體，使用者願意放棄他們的不信任感，或是願意相信 他們在虛擬實境所做的事。【附錄 1】 Latta（1991） 虛擬實境是一種人機介面，主要經由電腦與周邊設備創造出 具感受性的環境，此環境可由個人的行動而控制，對使用者 而言就像處於真實環境一般。 Sheridan（1991） 虛擬實境的臨場感應具有三個向度： 1. 感官資訊的延伸：資訊適當地傳遞給適當的感測器讓使用 者接收。 2. 控制感測器與環境接觸：使用者可以自行控制視野、觀看 事物，或藉由聲響和觸覺做出相對應的反應。 3. 操作真實事務的能力：操作虛擬環境中的機器或改變虛擬 環境中物體的能力。 Gigante（1993） 虛擬實境在設備上需具備有電腦產生的 3D 圖形、立體化的視 覺呈現與聲音系統、頭部需帶上頭戴式顯示器（Head-Mounted Display，HMD），手部要配戴感應式資料手套（Dataglove）。 使用者在此虛擬實境環境中能產生參與感的幻覺，其虛擬實 境是一個沉浸式（Immersive）、多重感官刺激的經驗。 Burdea and Coiffet

（1994）

虛擬實境應具備三個 I：沉浸度（Immersion）、互動性 （Interaction）與想像力（Imagination）。【附錄 1】 Summitt. and Summitt

（1995） 虛擬實境為一種電子通訊媒介，為感官經驗的延伸。虛擬實 境是一種使用者的經驗。【附錄 1】 紀大任（1997） 在 Burdea（1994）的三 I 架構中，增加一項網際網路（Internet） 的多人虛擬實境，朝多人即時互動去發展。【附錄 1】 資料來源：尹泰霖，2008；傅志豪，2010 綜以上觀點，虛擬實境是藉由電腦去模擬三度空間的虛擬世界，提供使用者對視 覺、聽覺與觸覺等感官的模擬，讓使用者就像身歷其境一般，能及時且無限制去觀察三 度空間內的事物。當使用者移動位置時，電腦可以立即進行複雜的運算，將精確的 3D

虛擬實境一開始是做為飛行員訓練之用，之後更廣泛地應用於其他領域，包括：建 築、娛樂、醫學、汽車業與教育等。而虛擬實境之所以能被廣為運用，主要是因為具備 以下優點（Maria et al., 1998；Ausburn and Ausburn, 2004）：

1. 虛擬實境可以模擬出不方便或不可能探索的危險環境，讓學習者能在免除真實 環境危險、減少時間及金錢支出的情況下，進行與環境或物體的互動。 2. 虛擬實境中，學習者不只是一個觀察者，更是主動學習的參與者。在激發學習 的過程中，也能提升學習者的興趣。 3. 由電腦所模擬的學習情境可重複、持續性的操作、練習，可避免人力教導的缺 點，如疲勞、厭倦。 2.3.2虛擬實境於各領域之應用虛擬實境於各領域之應用虛擬實境於各領域之應用虛擬實境於各領域之應用 由於虛擬實境其特性，故被廣泛的運用在各種不同領域，將學習導引至一個更直 覺、更真實的新境界。從最早期的飛行模擬器(Flight Simulator)，到後來不管是工程、科 學、設計、…等，在不同的領域都有完整的發揮。以下為不同領域之應用狀況（許嘉宏， 2005；黃雅晨，2008）： 1. 應用於工程領域： (1) 防災教育：透過虛擬實境，檢視作業人員於屋頂層裝置大型機電設備 時，處於狹窄作業空間各身體部位如頭部、膝蓋彎曲程度等各方面人員 動作是否適當，藉此排除實際作業時的危險發生。（Bartels et al., 2001）。 (2) 工程規劃：將工程計畫預先於虛擬場景中規劃檢討，將可預見之風險降 至最低。 (3) 機具操作訓練：在危險性高之工作環境操作大型機具，如地下潛盾機開 挖，或大型吊車操作，預先以虛擬操作的方式，訓練機具操作人員，讓 人員熟悉工作環境與機具操作，降低實際工程進行之風險。 2. 應用於科學視算模擬： 美國太空總署（NASA）著名的 Ames 研究中利用虛擬實境技術讓科學 家在模擬風洞中遊走，科學家可從不同的角度觀察風洞的特性，比起數字化 的實驗結果，此種方式要來的有效及真實。 3. 應用於娛樂領域：

(1) 電腦遊戲及電玩：The Vivid Groupe 公司於 1994 年 7 月的 Siggraph 展中， 發表「Mandala」。這是一個讓玩家不須佩帶任何設備，可與螢幕中有特 殊設計的椅子上，隨著電影裡的人物一起打籃球。 (2) 虛擬電影院：在新加坡的聖陶沙島（Santosa）的「瘋狂電影院 （Cinemania）」，觀眾可融入於電影之中，隨著電影的進行會讓觀眾有 相對應的轉彎、震動等互動之感覺。 4. 應用於教育訓練領域： 讓使用者不斷的重覆演練，訓練某一項特定的技能。如飛行訓練、戰車 操作訓練、駕駛訓練、機械維修訓練、火災救災演練、Peloton 運動模擬器…

等，或以虛擬的方式，將傳統教育內容以虛擬實境的方式讓使用者不斷反覆 練習。由於其身歷其境之效果，加深其內容記憶吸收。

5. 應用於醫學領域：

外科手術模擬、傷後復健、遠距遙控手術、針對懼高症患者的心理治療 等。如內視鏡虛擬手術模擬及訓練系統（Laparoscopic Surgery Training System，LSVR）或稱為最小侵入性外科手術模擬系統，係由一個具有物理 屬性（如彈力、重力、變形等）的虛擬腹腔環境與一組類似真實手術刀，提 供使用者一種身歷其境的手術模擬與訓練環境。 6. 應用於設計領域： 應用於建築設計規劃、室內設計規劃、商品設計與航太設計…等。如英 國 Colt 公司開發的 Vegas 軟體，被倫敦地鐵及消防學院用來研究建築物設計 對人類行為的影響（Tate et al., 1997）。 7. 應用於軍事領域： 將各種軍事設備操控以虛擬實境模擬，提供士兵演習及戰技訓練使用。 如由 Jacobsen 所研發的 I-Port 系統，讓士兵在模擬的系統中訓練軍事戰技。 8. 應用於太空領域： 美國太空總署（NASA）利用虛擬實境，預先於地球訓練太空人熟悉太 空世界，使太空人能夠完成更艱鉅的太空任務。另一最有名的例子為 1993 年 NASA 利用虛擬實境相關技術，完成修復太空望遠鏡的任務。 9. 應用於網路領域： 虛擬博物館、虛擬校園導覽、虛擬銀行…等。如故宮提供虛擬實境展示， 重現故宮十九間展覽室的立體空間。 電腦是一種媒體，可以協助教師來安排教學、管理或達成個別化教學。教師利用電 腦，可以進行下列的教學（陳昭雄，1989）： 1. 反覆練習教學以提高學科的熟練度。 2. 個別教導的方式以提高個別化的學習 3. 模擬實際情境以擴大教學層面 4. 寓遊戲於教學以提高學習的興趣 5. 啟發思考能力以解決問題 6. 執行電腦輔助測驗以協助教師的評量 7. 支援一般的課堂教學活動 8. 執行電腦管理教學以提升教學效率 2.3.3虛擬實境於安全衛生教育訓練之應用虛擬實境於安全衛生教育訓練之應用虛擬實境於安全衛生教育訓練之應用虛擬實境於安全衛生教育訓練之應用 虛擬實境技術的應用對安全衛生有許多正面的價值，例如作為工作場所或人機界面 的人因工程評估、現場組裝或工作場所設計之參考、危險工作場所維修工程訓練（Wilson,

1. 勞委會曾探討危險性機械重大職業災害，發現常因使用者操作不當與教育訓 練不足，而造成人員傷亡。但受限於實習訓練場地、租用起重機費用昂貴… 等問題，我國人員訓練過程中無法獲得充分足夠的操作訓練。行政院勞委會 勞工安全衛生研究所，因此研發六軸移動式起重機模擬訓練系統，並將此套 系統技術移轉勞委會職業訓練局南區職業訓練中心進行教育訓練，使勞工操 作技能更成熟，避免人員傷亡、財產損失及社會成本負擔（勞工安全衛生研 究所，2000）。 2. Hirotake 等人（1995）研發一套虛擬實境的機械維修訓練系統，受訓者須配 戴可呈現立體化視覺的特殊眼鏡，並搭配感應式的特殊手套（Dataglove）， 使受訓者在排除危險的虛擬環境中，重複性、持續性地練習高危險性的機械 組裝與拆卸，如核能電廠設備。【附錄 1】 3. Bartels 等人（2001）為減少煤礦井的工人受傷，藉虛擬實境模擬立體工作場 所，研究錨桿鑽機（roof bolter）垂直運動狀況，並訪問工人於機械旁可能的 工作行為，模擬出各身體部位動作，透過虛擬實境模擬機械運作與附近工人 的行為動作，藉以檢視潛藏危險並事先排除，以減少工人因礦山機械而產生 的作業風險。【附錄 1】 4. Assfalg 等人（2002）使用虛擬訓練環境，教育與指導建築工人當身處於工 地現場時所必須採取的個人安全防護措失。讓建築工人在虛擬的高空作業環 境中，以自由行走的方式在虛擬環境中探索，當到達特定地點時，即透過影 像撥放方式顯示正確的安全措施做法，使建築工人在培訓過程沒有安全上的 疑慮。【附錄 1】 上述虛擬實境於安衛教育訓練之應用，依類別約略可區分為機械模擬類與場景模擬 類，如表 2-6 所示。本研究藉虛擬實境技術建置潛藏各種危害之虛擬營造工地，讓學生 透過虛擬場景，學習以目視方式對環境進行危害辨識分析。 表 2-6 虛擬實境應用於安衛教育訓練之分析 類別 應用 研究者 機械類 研發六軸移動式起重機模擬訓練系統。 勞工安全衛生研究所（2000） 研發虛擬實境的機械維修訓練系統。 Hirotake et al.（1995） 以虛擬實境研究錨桿鑽機垂直運動。 Bartels et al.（2001） 場景類 個 人 建置虛擬訓練環境，教育與指導建築工 人相關個人安全防護設備。 Assfalg et al.（2002） 環 境 本研究建置虛擬營造工地，進行危害辨識教育訓練。 這些應用虛擬實境技術於安衛教育訓練的例子當中，勞研所（2000）研發的起重機 模擬訓練系統、Hirotake 等人（1995）研發的機械維修訓練系統，以及 Bartels 等人（2001）

研發的錨桿鑽機模擬系統，整體而言均是以虛擬實境技術模擬「營建機械」，並以此虛 擬環境進行相關安衛訓練，與本研究針對「營建工地場景」建置虛擬環境之訓練方式較 不相同。 在 Assfalg 等人（2002）研發的場景類虛擬訓練環境中，較侷限於單向式傳播的教 育方式，此種方式可提升知識傳遞速度，使受訓者快速吸收，但較無法提升受訓者學習 興趣。在虛擬訓練環境中，若能導入遊戲機制與互動機制，較能提升學習者的學習動機 與興趣，使教育訓練效果往上提升。故本研究建置一套融入遊戲機制與互動機制之虛擬 訓練系統，讓學習者為追求訓練系統中較高的遊戲積分，而努力、認真於系統中的教育 訓練內容，進_{而提升學習者自身危害辨識知識，以達教育訓練之目的。} 2.4小結小結小結小結 職業安全教育訓練的目標不僅重視基礎安全衛生知識，另一方面更需強調危害辨識 能力，而最佳訓練方法是透過實際的作業讓學生在做中學，即情境式學習。然而，無論 是實習課程或工地參觀的學習方式，為避免學生暴露於危險環境中，授課單位皆會將環 境中潛藏危害先行排除，雖保障學生安全，卻也使其失去危害辨識的學習機會。 虛擬實境能模擬立體工作環境，讓學生在安全的虛擬危害環境中，藉由情境間的互 動，建立安全衛生知識與危害辨識能力；透過情境式學習激發學生的興趣與動機，讓學 生吸收的知識不再是抽象知識，而是能夠實際應用到週遭環境上。虛擬實境擬真訓練， 可免除真實訓練的危險性，讓學生在安全的擬真訓練環境中，進行重複性的危害辨識訓 練。故本研究將虛擬實境應用於安全衛生教育當中的危害辨識訓練，建立一虛擬實境案 例式危害辨識教學遊戲。讓學生身歷其境進行危害辨識訓練，期望提升學生於營造工地 之危害辨識能力。

第三章

虛擬實境訓練系統之設計

本研究建置之虛擬實境訓練系統架構如圖 3-1 所示，系統架構分三部分：系統開發 者、系統管理者與使用者（User）。 1. 系統開發者：建立與維護基本場景及危害情境，依不同場景搭配適當之危害情 境與安全規則。 2. 系統管理者：維護或新增危害情境，並搭配適當之安全規則。 3. 使用者（User）：僅能使用建置好之虛擬實境遊戲系統，控制媒介為滑鼠。 以下分四小節說明本研究之危害辨識實例篩選、虛擬實境空間配置與案例搭配、虛 擬實境模型建置以及虛擬實境訓練系統之使用者介面介紹。 場景 安全規則 危害 SketchUP 系 統 開 發 者 系 統 管 理 者 使用者（Player） 控制（滑鼠） 圖 3-1 虛擬實境訓練系統架構圖 3.1危害辨識危害辨識危害辨識危害辨識實實實實例例例例篩選篩選篩選篩選 本研究以實際案例為實驗教學之教材內容，根據行政院勞委會彙整之國內歷年職災 案例為教學教材。依產業別、發生年份、災害發生原因、行業別、危害情境與模擬技術 為教學案例篩選原則。以下依篩選步驟分五部份做說明及如圖 3-2 所示。 1. 第一次篩選原則：產業別、發生年份 行政院勞委會將產業別分為營造業、營造業以外、危險性機械設備與 局限空間，本研究篩選出民國 97 至 99 年各年度營造業重大職災實例，篩 選後之總案例數為 396 件。 2. 第二次篩選原則：災害發生原因 實驗教學之訓練方針為提升學習者危害辨識能力，故保留勞委會認定

災害發生原因為「危害認知與辨識能力不足」之案例，篩選後之總案例數 為 91 件。 3. 第三次篩選原則：行業別 本研究僅針對行業別為「土木、建築類」之案例予以保留，篩選後之 總案例數為 69 件。 4. 第四次篩選原則：危害情境 依上述步驟篩選後，將危害情境重複之案例（如：電梯直井、鋼管施 工架、合梯…等情境）捨去，使教材案例具多元化特性，篩選後之總案例 數為 23 件。 5. 第五次篩選原則：模擬技術 本研究建置虛擬實境之平台為 Google SketchUP 8，模擬範圍受限於靜 態情境。舉例來說，假設一台挖土機在停駛時被判斷為安全情境，但當挖 土機啟動後，如因操作不當或未依規劃路線行駛等動態事件導致災害發 生，即屬於動態情境案例。因模擬技術僅限於靜態情境，故將動態情境之 案例捨去，篩選後之總案例數為 20 件。 災害基本原因： 勞委會認定：危害認知與辨識能力不足 （案例數：91） 危害情境： 捨去重複之情境案例（案例數：23） 模擬技術： 捨去動態情境之案例（案例數：20） 產業別、發生年份： 勞委會：民國97~99年營造業重大職災實例 （案例數：396） 行業別： 土木、建築類（案例數：69） 第一次篩選 第二次篩選 第三次篩選 第四次篩選 第五次篩選 圖 3-2 案例篩選流程圖 案例依流程篩選後，共篩選出 20 個案例，危害型態包含：墜落、物體飛落、感電、 物體倒塌、跌倒、與有害物質等接觸、火災爆炸。每個案例皆為獨立事件，皆有各自的 職災發生原因，篩選出之案例參見【附錄 2】 經篩選而出的案例，皆簡述職災發生經過、職災原因分析（直接原因、間接原因）、 職災防止對策與勞安規定。舉例來說，案例 0001 表示方式如下：

案例 001：從事吊掛作業遭 H 型鋼樑飛落撞擊致死災害 1. 發生經過簡述： 使用挖土機將連續壁鋼筋籠之吊桿移至施工地點，因鋼索勾到鋪於導溝上 之鋼筋網，使勾掛在鏟齒上的一條鋼索掉落，造成吊桿旋轉打破駕駛座玻璃， 接著吊桿飛落，一名勞工遭受撞擊致死。 2. 原因分析： 直接原因：物體飛落撞擊。 間接原因： (1) 使車輛系營建機械供為主要用途以外之用途（以挖土機吊運物品）。 (2) 未禁止人員進入車輛系營建機械作業之操作半徑內。 3. 防止對策與勞安規定： 不得以挖土機從事吊掛。應禁止人員進入車輛系營建機械作業之操作半徑 內。（勞工安全衛生設施規則第 116 條第 1 項第 3 款暨勞工安全衛 164 生法第 5 條第 1 項） 3.2虛擬實境虛擬實境虛擬實境虛擬實境空間空間空間空間配置配置配置配置與案例搭配與案例搭配與案例搭配與案例搭配 為讓學習者感受營造工地氛圍，虛擬實境空間分三區域：戶外區、施工架區與室內 區，配置如圖 3-3 所示。由 3.1 節篩選出之案例，依空間性質與施作程序將危害情境分 配至各區域。在職災實例資料中，皆有附上職災後之現場照片或示意圖，雖學習者可透 過文字與圖片增加危害辨識知識，但仍需憑自身想像，才能還原職災發生前之現場環境。 虛擬實境技術可替學習者模擬還原尚未發生職災之危害情境，以輔助危害辨識學 習。透過模擬，可針對不易舉證或不易發生卻又重要之危害情境進行模型建置，使學習 者藉虛擬實境輔助，提升危害辨識知識。以下說明各區域與危害案例之搭配。 圖 3-3 空間配置圖

1. 戶外區 營造安全衛生設施標準第 8 條規定，雇主對於工作場所應設置適當圍 籬、警告標示。模型中建置簡易式鋼管圍籬（如圖 3-3 之圍籬示意圖）圍 塑營造工地戶外空間（如圖 3-3 之粗虛線）。將露天開挖、下水道人孔與 危害媒介物屬於大型營建機械（挖土機、移動式起重機）之案例分配至戶 外區，危害情境佈點如圖 3-4 所示。戶外區之實例與模型轉換，如表 3-1 所示，其中案例 001 原始案例發生經過為，以挖土機吊掛 H 型鋼，但因模 型中 H 型鋼較不易表現，故以危害情境較明顯之挖土機搭載人員示意之。 圖 3-4 戶外區危害佈點圖 表 3-1 戶外區－實際案例與虛擬實境設計對照表 案例 代碼 勞委會分析 勞委會分析勞委會分析 勞委會分析 虛擬實境設計虛擬實境設計 虛擬實境設計虛擬實境設計 災害媒介物 災害原因 危害元件 危害情境 001 營建物 (H型鋼) 以挖土機吊掛 H 型鋼 （機具使用不當） 挖土機 以挖土機搭載人員 （因 H型鋼可能較不易辨 識，故改為搭載人員示意。） 002 移動式起重機 支撐座未伸至最大極限 （機具使用不當） 移動式起重機 支撐座未伸至最大極限 003 有害物 (缺氧空氣) 局限空間，未充分通風 換氣、未提供防墜設備。 下水道人孔 未充分通風換氣、未提供防 墜設備。 露天開挖，未設置適當

2. 施工架區 模型中施工架為搭建四層之鋼管施工架，僅建置於建築物單一側，使 學習者進行危害辨識訓練時，不需花過多時間探索，達控制遊戲時間之目 的。危害情境佈點如圖 3-5 所示。施工架區之實例與模型轉換，如表 3-2 所示，其中案例 006 原始案例，因防墜設施「脫落」之動態情境不易表現， 故模型中以未架設防墜網示意此危害情境。 戶外區 危害佈點 施工架區 室內區 案例005 案例007 危害形態：墜落 危害元件：鋼管施工架 危害情境：施工架之橫架（踏板） 遭下移，使施工架 開口過大，易導致墜落。 案例006 危害形態：墜落 危害元件：鋼管施工架 危害情境：施工架未架設防墜網， 可能導致墜落。 危害形態：墜落 危害元件：鋼管施工架 危害情境：施工架未設置交叉 拉桿，可能導致墜落。 危害形態：墜落 危害元件：鋼管施工架 危害情境：施工架之橫架（踏板） 未滿鋪，可能導致墜落。 橫架（踏板）遭下移 案例008 圖 3-5 施工架區危害佈點圖 表 3-2 施工架區－實際案例與虛擬實境設計對照表 案例 代碼 勞委會分析 勞委會分析勞委會分析 勞委會分析 虛擬實境設計虛擬實境設計 虛擬實境設計虛擬實境設計 災害媒介物 災害原因 危害元件 危害情境 005 工作臺、踏板 施工架踏板下移 施工架踏板 施工架踏板下移 006 施工架開口 防墜設施脫落未復原 施工架開口 未架設防墜網 （脫落之動態情境不易表 現，故以未架設防墜網示意） 007 施工架開口 未設置交叉拉桿 施工架開口 未設置交叉拉桿 008 施工架開口 踏板未滿鋪 施工架開口 踏板未滿鋪

3. 室內區一樓 主建物為三樓層之鋼筋混凝土建築，連結室內區與戶外區之唯一出入 口設置於一樓。室內建置一座直通樓梯與一座連結一樓與三樓之升降機， 學習者可透過樓梯移動至各樓層；建置模型時，在樓層不高的建物中設置 升降機，可增加危害情境種類，卻不增加遊戲時間，讓學習者在簡短的遊 戲時間中，學習多元化的危害情境辨識。 營造安全衛生設施標準第 157 條規定，雇主對於構造物之拆除，不得 使勞工同時在不同高度之位置從事拆除工作。但已採適當措施，維護低位 勞工之安全者，不在此限。故分配案例時，將屬於從事拆除作業之危害案 例，皆佈點於室內區一樓。為避免危害情境單一化，於該樓層多配置一個 感電危害情境。危害情境佈點如圖 3-6 所示。室內區一樓之實例與模型轉 換，如表 3-3 所示。 圖 3-6 室內區 1F 危害佈點圖 表 3-3 室內區一樓－實際案例與虛擬實境設計對照表 案例 代碼 勞委會分析 勞委會分析 勞委會分析 勞委會分析 虛擬實境設計虛擬實境設計虛擬實境設計虛擬實境設計 災害媒介物 災害原因 危害元件 危害情境 009 營建物 (磚牆) 拆除磚牆未由上而下，導 致整面磚牆倒塌。 磚牆 拆除磚牆未由上而下 010 金屬材料 (鋼筋) 拆除構造物未設置安全 區，鋼筋飛落砸到勞工。 欲拆除之 構造物 未設置安全區 011 輸配電線路 徒手接觸電線續接處 裸露電線 活線作業使用棉紗手套 （因徒手接觸之狀況較不 易表現，故以不絕緣之棉紗

4. 室內區二樓 主建物設計為尚未裝修之鋼筋混凝土構造物，故模型中場景大多為灰 色混凝土壁，為讓學習者有不同視覺感受，於室內區二樓建置兩道輕質混 凝土隔間牆，藉顏色對比增添場景活潑性與趣味性。一般而言，主結構體 完成後即進行裝修工程，故分配案例時，將可歸類於裝修階段發生之案 例，分配至該區。危害情境佈點如圖 3-7 所示。室內區二樓之實例與模型 轉換，如表 3-4 所示。 圖 3-7 室內區 2F 危害佈點圖 表 3-4 室內區二樓－實際案例與虛擬實境設計對照表 案例 代碼 勞委會分析 勞委會分析 勞委會分析 勞委會分析 虛擬實境設計虛擬實境設計 虛擬實境設計虛擬實境設計 災害媒介物 災害原因 危害元件 危害情境 012 合梯 合梯材質有損傷、腐 蝕，導致合梯傾倒。 合梯 合梯材質有損傷、兩梯腳未 有繫材扣牢。 013 易燃氣體 (甲苯) 推斷為打火機引燃藉於 爆炸界限之甲苯氣體。 油性油漆 (含甲苯) 於易引起火災、爆炸危險之 場所，使用明火(打火機)。 014 營建物開口 陽台開口未設置護欄， 導致墜落。 陽台欄杆 未設置上欄杆 015 輸配電線路 電線未架高、漏電斷路 器故障，導致感電。 電器(打石機) 電線未架高

5. 室內區三樓 主建物最高樓層為三樓，為使虛擬實境系統模擬各種危害情境，三樓 空間分為室內區與露臺區，露臺區危害元件包含屋頂採光浪板與架設未確 實之欄杆，其餘尚未分配之案例皆佈點於室內區三樓。危害情境佈點如圖 3-8 所示。室內區三樓之實例與模型轉換，如表 3-5 所示。 圖 3-8 室內區 3F 危害佈點圖 表 3-5 室內區三樓－實際案例與虛擬實境設計對照表 案例 代碼 勞委會分析 勞委會分析 勞委會分析 勞委會分析 虛擬實境設計虛擬實境設計虛擬實境設計虛擬實境設計 災害媒介物 災害原因 危害元件 危害情境 016 屋頂 未設置適當之踏板， 導致踏穿採光罩。 採光波浪板 未設置適當強度之踏板供勞工 踩踏。 017 熔接設備 (乙炔切割器) 使用易爆炸之氣體作 業，未充分通風換氣。 乙炔氣瓶 未留意通風換氣 (以緊閉窗戶示意未通風狀況) 018 水、營建物 (雜物) 未清理地面雜物，且酒 後跌倒落水，致酒精中 毒及溺水窒息。 營建物 (雜物) 未清理地面雜物 019 營建物開口 陽台未確實設置護欄 露臺欄杆 未確實設置欄杆(杆柱、上欄杆) 電梯開口處未設置護

3.3虛擬實境虛擬實境虛擬實境虛擬實境模型模型模型模型建置建置建置建置 本研究使用 Google SketchUP 建置虛擬實境。該平台為 3D 直覺式的建模工具，於 Google Sketch 8 版本中新增「互動」工具，可執行動畫、旋轉或移動至模型中某場景等 功能。藉其互動功能與軟體容易上手之特性，建置出一套容易新增、修改與刪除之訓練 系統。以下依據建置方式分三階段作說明及如圖 3-9 所示。 圖 3-9 模型建置流程圖 1. 第一階段：基礎模型建置 (1) 戶外空間：建置簡易式鋼管圍籬模型圍塑戶外空間。從 Google 3D 模 型庫下載免費分享之三角警示錐模型，做適當修改後使用，以縮短建 模時間。 (2) 施工架空間：依據國家標準 CNS 4750 鋼管施工架規範，建置搭建四 層之鋼管施工架模型。 (3) 室內空間：建置三層樓鋼筋混凝土建築。完成之素模以材質功能貼上 混凝土牆面真實照片，達模型擬真效果。 2. 第二階段：元件建置 在 Google SketchUP 軟體中，若要在某些模型之間建立互動機制，需 先將每個繪製好的模型轉換為「元件」。本研究依據實際案例之危害情境， 將模型分為危害元件、安全元件與計分元件進行建置，說明如下： (1) 危害元件：由 3.1 節篩選出之重大職災實例，依其危害情境建置相對 應之危害元件。大型營建機械如挖土機、移動式起重機，以下載 3D

模型庫模型再做適當修改之方式提升建模速度。舉例來說，若危害情 境為拆除構造物時未設立安全區，則危害元件為欲拆除之構造物與拆 除機械，如圖 3-10 所示。 (2) 安全元件：每個危害元件皆有相呼應之安全元件。安全元件即是針對 危害情境設置適當安全防護或排除危害元件，使其成為安全作業場所 之元件。舉例來說，若危害情境為拆除構造物時未設立安全區，則安 全元件為圍塑出安全區之安全圍籬，如圖 3-11 所示。 圖 3-10 危害元件示意圖 圖 3-11 安全元件示意圖 (3) 計分元件：每個危害情境皆有相呼應之計分元件，計分機制以顯示相 對應燈號示意，顯示綠色為危害辨識成功，顯示紅色則為危害辨識失 敗，如圖 3-12 所示。因 Google SketchUp 軟體無計算分數功能，故以 紅綠燈機制示意之。 圖 3-12 計分機制示意圖 3. 第三階段：場景建置、動態元件設置與互動語法撰寫 (1) 場景建置（設定行走畫面）：規劃出虛擬工地所有探索路徑，以目視 高度 150 公分在建置好的模型裡取景（場景）。學習者在模型中移動 時看到的所有畫面，皆在此階段建置完成。 (2) 動態元件設置：虛擬擬實境教材以 20 個實際案例為基礎進行設計， 故虛擬工地中危害情境共 20 處。每個危害情境皆包含危害元件、安 全元件與計分元件，將屬於同一危害情境之元件以設置「動態元件」 之方式來連繫。 (3) 互動語法撰寫： 設定動態元件之元件屬性，將建置完畢之元件、場景與相呼應之 提示語串聯，互動語法撰寫方式如圖 3-13 所示。藉場景間轉換達環 繞模型之效果，引導學習者進行危害辨識訓練；當危害辨識成功時，

互動語法摘要如表 3-6 所示，舉例來說，當成功辨識（點選）某 一危害元件時，要使其產生互動反應，則使用 onClick 指令；要呈現 成功辨識危害之提示語，則使用 ALERT 指令；要使安全元件顯現時， 則使用到 SET 與 Hidden 指令。虛擬營造工地中危害情境與相對應之 提示語內容請參閱【附錄 3】。 圖 3-13 互動語法撰寫 圖 3-14 辨識成功之提示語視窗 表 3-6 互動語法摘要表 行為屬性 onClick Hidden onClick 函數 ALERT(「提示語訊息」) GOTOSCENE(「場景名稱」,時間,加速,減速) SET(「屬性」,狀態 1,狀態 2,…狀態 N) 3.4虛擬實境虛擬實境虛擬實境虛擬實境訓練訓練訓練訓練系統之使用者介面介紹系統之使用者介面介紹系統之使用者介面介紹系統之使用者介面介紹 當學習者開啟虛擬實境遊戲系統時，首先點選下拉式工具列「工具」中的「互動」， 開啟遊戲互動功能，接著點選畫面中「Game Start」指標即開始遊戲。遊戲中有各式方 向指標，點選後即可移動（如圖 3-15）。當在室內空間時，點選任一牆壁面即可移動。

圖 3-15 虛擬實境訓練系統之開啟「互動」畫面 遊戲開始後，學習者需辨識（點選）虛擬工地中之危害，若辨識成功將彈出「提示 語」，按下確定鍵後，系統將自動排除辨識成功之危害並顯示正確（安全）環境（如圖 3-16）。最後可點選上方場景列中「End」場景，即有計分機制供學習者參考（如圖 3-17）。 圖 3-16 虛擬實境訓練系統之危害辨識畫面 1.點選工具工具工具 工具 2.點選互動互動互動 互動 3.點選 Game Start 4.辨識(點選)危害危害危害危害 點選方向指標方向指標方向指標方向指標， 即可移動 5.辨識成功， 將彈出提示語提示語提示語提示語視窗 6.點選確定確定確定 確定 7.排除排除排除危害 排除 (顯示安全圍籬安全圍籬安全圍籬安全圍籬) 8.點選End 9.顯示分數分數分數 分數

第四章

實驗教學設計與實施

本研究於今年（民國 101 年）四、五月實際應用於課堂教學，國立交通大學大學部 之「營建管理」修課生，學生年級與人數為：大二 14 人、大三 23 人、大四 7 人，共 44 位修課生。中華民國陸軍軍官學校「工程圖學」修課生，學生年級與人數為：大二生 34 人，共 34 位修課生。針對這些學生發放測驗試卷與學習滿意度問卷。於實驗教學前、 後發放同一份測驗試卷，以比對學習成績。 學習滿意度問卷於實驗教學後發放，問卷內容分為課程內容安排、學習成效滿意 度、教學滿意度、學習動機與興趣、授課方式比較與改善建議六大部分，以利後續之結 果分析、教育成效驗證與改善虛擬實境教學設計。以下對研究問題與假設、實驗教學流 程、測驗試卷設計與學習滿意度問卷設計加以說明。 4.1研究問題與假設研究問題與假設研究問題與假設研究問題與假設 為探討虛擬實境輔助教學融入危害辨識教學之成效，本研究之研究問題架構如圖 4-1 所示，詳細探討問題與假設如下： 問題 1（Q1）：融入虛擬實境教學與傳統教學之「學習成績」是否有顯著差異？ H0：融入虛擬實境教學較傳統教學之學習成績無正面顯著差異。 H1：融入虛擬實境教學較傳統教學之學習成績有正面顯著差異。 問題 2（Q2）：融入虛擬實境教學是否能提高學生「學習成效滿意度」？ H0：融入虛擬實境教學不能提高學生學習成效滿意度。 H1：融入虛擬實境教學能提高學生學習成效滿意度。 問題 3（Q3）：融入虛擬實境教學是否能提高學生「教學滿意度」？ H0：融入虛擬實境教學不能提高學生教學滿意度。 H1：融入虛擬實境教學能提高學生教學滿意度。 問題 4（Q4）：融入虛擬實境教學是否能提高學生「學習動機與興趣」？ H0：融入虛擬實境教學不能提升學生學習動機與興趣。 H1：融入虛擬實境教學能提升學生學習動機與興趣。 圖 4-1 研究問題架構圖

4.2實驗教學實驗教學實驗教學實驗教學設計與實施設計與實施設計與實施設計與實施流程流程流程流程

本研究實驗教學設計與實施之流程共分測驗試卷設計流程、學習滿意度問卷設計流 程、實驗教學流程三大階段，各階段說明如下及如圖 4-2 所示。

4.2.1教學前測教學前測教學前測教學前測 實驗教學前發放測驗試卷給學生，實施時間為 10 分鐘。因教學前、後測發放之測 驗試卷為同一份，故於前測結束時不對測驗試卷做講解。前測結果將作為實驗教學後測 結果之比較依據，藉以瞭解學生在實驗教學過程後，於學習成績上之改變情形。 4.2.2_{實驗教學實驗教學實驗教學實驗教學} 所有參與實驗教學之學生將一同進行「危害辨識專業知識」講述課程，待課程結束 後，再將學生隨機分為兩組進行教學，即「虛擬實境教學組（實驗組）」與「傳統講述 教學組（控制組）」。實驗教學之授課者為研究者，並有博士班學長一位以及碩班同學數 名全程陪同並給予協助，教學內容說明如下： 1. 危害辨識專業知識講述 前測結束後即進行「危害辨識專業知識」講述，其目的為使學生學習危害 辨識基礎知識，實施時間為 20 分鐘。教材資料參考來源為行政院勞委會北區 勞動檢查所。教學內容如下： (1) 營造業職業災害統計解說：藉民國 90 年至 92 年間發生於北區之重大職災 統計數據，說明安全衛生教育訓練之重要性。此段課程時間約 1 分鐘，主 要提醒學習者危害辨識能力之重要性，此部分不列入測驗試題中。 (2) 營造作業安全設施解說：以營造安全衛生設施標準，搭配繪製圖說或實際 照片，針對危害辨識相關法規進行營造作業安全設施解說。此段課程時間 約 15 分鐘，為測驗試卷中重點考題。 (3) 相關法規解說：以勞動檢查法解說相關處分規定，並說明法規訂定之有立 即發生危險之虞認定標準。此段課程時間約 4 分鐘，且於測驗試卷中占一 小部分考題。 2. 虛擬實境教學組（實驗組）： (1) 遊戲教學： 實驗組學生於電腦教室進行上機教學。虛擬實境教學以遊戲方式讓學 生扮演勞安稽查人員，於營造工地進行探索式危害辨識。透過遊戲中提示 語視窗，教導學習者在面對各種危害情境時，應如何做出適當安全防護措 施。藉由虛擬實境技術，使學生如身歷其境一般，更能融入營造工地情境。 遊戲教學之實施時間為 25 分鐘。 (2) 危害案例講述： 遊戲教學結束後以簡報方式進行「危害案例」講述，簡報內容為建置 於虛擬實境教學中之危害案例（如 3.2 節之說明），由案例解說案發經過、 原因分析、防止對策與勞安規定，並附上案例圖片做輔助說明。為與虛擬 實境教學相呼應，案例圖片除了放置現場照片或示意圖，也加入遊戲中危 害情境截圖，同時說明遊戲中營造工地之危害佈點。危害案例講述之實施 時間為 30 分鐘。 3. 傳統講述教學組（控制組）：