人因工程在核电站控制室设计中的应用

王旭 汪建业

摘 要：在核电站各建筑功能中，人机接口最集中的区域之一就是控制室，作为主要的正常及应急操作的场所，核电站主控制室 如何最大限度地发挥操作人员及仪控设备的效能并减少操作人员的差错成为最主要的设计方法。在研究内容上：重点研究人类在工作和日常生活中所用到的生活产品、生产设备、公共设施、软件程序与环境、心理之间的相互关系。在研究方法上：对人的心理、生理能力、行为、系统思维等相关信息进行系统研究，并将之用于产品、操作程序及使用环境的设计和制造中，逐渐推动核电站设计技术的进步发展。

关键词：人因工程学 控制室设计 安全及环境科学 需求功能对应 工效 功能分析

概述

核电站是用核裂变的方法发电，安全性的设计与保护是首要确保的条件，需要尽最大化的杜绝可能的事故。但是引发核电站事故的原因有很多，除自然因素如火山爆发、地震、台风、海啸等，还有很多内部使用过程中的因素，例如设备老化，维护操作管控失误，操作方法违规甚至可能人为的破坏。本篇论文就是论证从人因工程的角度如何尽可能的提升工作效率，降低人为的错误率来避免安全隐患，同时对核电站的工作人员带来最大的价值。

中心位置在设计原则中的定义

SHEL是爱德华（Elwyn Edwards）教授于1972年提出的模型，在这个模型中，安全工作中人所处的特定系统界面的原理，其模式下关键定义如下：

人——模型中心，它是系统最核心的元素，也是系统中适应能力最强的部分。因而重视人的元素，充分利用和发展人的潜力，必须需要研究人的特点，把握人的特性。在本文中，我们用马斯洛需求层次理论来定义这一项：

人——软件（S）。是指系统中的非物质结构件，如操作系统、应用程序、规章制度及操作手册、检查表、工作业务单等。人与软件的关系不像人机界面那样直观，因而出现问题后较难觉察和解决。

人——硬件（H）。以飞行员驾驶飞机为例，主要体现在两个方面一是飛行机组人员要熟练操作飞机，发挥飞机性能的最大潜力。提高飞行品质。二是机务人员要确保飞机持续适航包括应急处理及地面维护；这两个方面都是需要建立非常好的人与硬件的关系，安全可靠的飞行任务。

人——（E）环境。人与工作空间、设备配置的关系；人对于工作中周围物体的感受，就是人与环境的关系。

人——人（L）。这是人与人之间的界面。人际关系尤其是中国传统模式下，领导及管理层、基层团队和每个人的个性都存在适应与矛盾，而企业文化、企业拓展活动、工作岗位带来的压力以及人和人之间的工作和生活关系也会对人的工作表现产生很大的影响。

由于界面间的元素不匹配而出现的差错，可以对人的误差进行分析。

研究方法：

人作为生物来说其特点决定了要从生物学的角度分析，需要在核电站的工作中考虑：1工作强度和压力，过大的工作强度和压力会导致疲劳从而导致事故高发。2工作负担和紧张程度不能过大，因为太大的负担会导致集中度和情绪的变化，影响工作准确度。3足够的时间解决周期处理各种突发问题，使问题产生后有充足的时间思考，提高判断准确性。4简化任务结构，可以降低工作人员的学习成本和工作成本，而且有利于减轻工作压力，提高判断力和工作效率。5工作环境方面，能够保障：安全性的结构条件，便利的交通，、优化的软硬件设备、完善的制度，生活环境指标，医疗等后勤保障。

小结一下，对于核电站控制室设计原则主要分为两大部分，第一个最底限的目标即工作条件的安全性的目标。第二个是工作效率的目标。其中第一个目标是第二个目标的必要条件。

人因工程的管理制度设计：

1，设备管理设计：对控制室设备有完善的验收、交付手续及维护、检修制度

2，人员管理设计：a.设计良好的安全技术措施管理制度；b.设计良好的事故处理的培训制度

c.设计良好的晋升机制和轮岗制度；d.设计良好的安全生产会议制度；e.设计良好的安全隐患排查制度；f.设计人性化的企业文化，突出部分类型的福利待遇

人因工程的操作控制硬件的设计准则：

针对安全性的设计原则：1首要条件是建筑主体的抗震级别一定是要满足当地地质情况的，确保可能出现的最大破坏性地震不会对建筑造成无法修复的损害。2建筑物主体结构及主要材料的防辐射性能以及抵抗其他各类型自然灾害能力都要满足设计要求。3控制室内各种工作设备的技术参数必须保证可替换性可实验性和可维修性。4用纵深防御设计原则设计多种安全保护措施来抵御可能出现的例如海啸火灾等灾害，并留有一定的冗余系数。5单个设备尽量采用模块化设计，功能多样；设备功能尽量具有多样性，同时需备用多套设备，保证安全冗余。

针对可用性的设计原则：1尽量采用可靠成熟技术的材料，且为最先进的材料及设计方法。2尽量提高设备的自动化程度。3设备布置的合理性，操作空间的开敞性及维护通道的便捷性； 让工作人员在工作中尽可能的少消耗无用的精力在各个设备的控制及使用上，尽可能提高效率。4对于频繁操作设备的精细化设计，例如控制台面的高度，显示器角度等，让工作人员以合理的生理姿势和状态工作。

人因工程的操作控制软件的设计准则：

针对安全性的设计准则：1控制室设备软件的设计需要很好的兼容现有操作系统，并具备流畅的使用反馈。2对于数据保存需要有多重保护措施，如自动备份，不间断电源，网云硬盘等方法。3对于预警报警系统要具备识别误动作误报警的精度平衡分析。4对于系统进入的安全性保护采用个人生物识别方法：指纹、虹膜等措施，保证操作权限。5控制室的标牌和生产操作指南等图表设计按照颜色分类布置摆放，具备条理性的逻辑。

可用性的设计原则：1对于系统的交互界面需要结合心理学及生物学的因素结合便捷性，好操作易上手。2对于数据收集后的处理后做到实时汇总自动生成图表，方便归纳总结分析，分屏显示。3采用高等级加密模式和高效易用的办公辅助软件。

人因工程的作业环境设计：

针对安全性的设计原则：控制室的设备固定强度设计要求；满足作为避难空间和生存设施的要求；对于辐射控制及监测的设计要求。

针对可用性的设计原则：1设备按键反馈手感、桌椅显示器键盘鼠标等操作型设备的操作舒适度的要求。2环境气候条件、温度变化率、湿度、阳光辐射及大气压力调节、空气洁净度噪声及震动的控制要求，室内颜色对于情绪的影响。3抗疲劳型环境的特殊设计。

总结分析

核电站属于高民用最高科技含量及高危工作场所，对于核电站的工作人员来说，控制室的工作环境同样充满危险、压力、难度。总的来说，人因工程的设计对于控制室的主体结构、空间布置，室内环境及装饰，设备布置，水、暖、电配套设计，控制台设备的设计，标识标牌及模拟图设计，信息系统等软件设计，安全防范系统设计都要通篇考虑，是一个非常大的工程。人因工程的设计方法也将越来越多的应用到恶劣工作环境的设计应用上。

参考文献：

[1]核安全法规技术文件HAF.J0055 《核电站控制设计的人因工程原则》 1995年10月版国家核安全局编写

[2]《核电人因工程领域的发展》杨孟琢 中国工程科学杂志2002年8月第4卷第8期

[3]《人因工程学》 机械工业出版社 2006-01 作者：郭伏 ISBN： 9787111174974