核电厂控制室盘台的人因设计导则及设计验证

李雨桐，吕 曦，刘官荣，陈 钊，白岩松

（中国核动力研究设计院 核反应堆系统设计技术重点实验室，成都 610213）

0 引言

核电厂控制室盘台是人机交互的重要接口，其设计过程必须参考人因工程（HFE）相关标准和导则中的盘台人因工程设计准则，以提高整个控制室的人机绩效。同时，根据美国核管会NUREG-0711的要求，核电厂的设计必须经过HFE验证和确认（V&V），其中HFE验证包含HFE设计验证和任务支持验证两大主要内容。HFE设计验证关注人机界面在人的能力和限制上的适用性，其目的是确保人机界面的设计符合HFE导则，而人因设计导则是开展HFE设计验证的重要基础。盘台人因工程设计准则既是盘台设计的参照，也是人因设计验证环节验证的标准，其作用十分重要。

NUREG-0711中提到，当没有设计导则时，可使用NUREG-0700作为人因设计导则[1]。NUREG-0700是国内核电厂的监管当局认可的标准，行业内通常也将NUREG-0700的中文翻译作为相关的设计导则直接用于指导相关人机界面的设计和验证。然而，一方面并非所有NUREG-0700中的内容都适用于控制室盘台的相关设计，另一方面NUREG-0700为国外标准并不能完全符合国内设计的实际情况，在实际过程中存在很多不适用或未覆盖到的情况。因此，有必要建立一套适用于国内核电厂控制室盘台的人因设计导则。

本文调研了多个国内外盘台人因相关标准，参考实际的盘台人因设计经验，在此基础上对0700中未覆盖和不适用的具体情况的条目进行了补充和修改，形成了一套适用于国内核电厂控制室盘台的人因设计导则，并且根据此准则在某项目利用Mockup模型进行了具体的设计验证。实践证明，这套准则能够很好地适用于国内核电厂控制室项目，具有一定的通用性和借鉴意义。

1 核电厂人因设计导则介绍

核电厂人因设计导则是指在设计核电厂的人机界面（HSI）的特征、布局和环境时所采用的人因工程设计指导。其在NUREG-0711被称为“风格指南”，可以是一个或多个文档。其中的相关导则应适时反映设计决定，以解决HSI设计的具体目标。其编写依据为通用HFE导则和人机界面设计的相关分析，包括对最新标准、文献的调研，以及对当前行业实践和操作经验的总结，将研究实验与工程设计评估的结果相平衡[1]。

一个符合监管当局审查要求的人因设计导则应：

1）明确HSI所包含的范围。

2）保证每个导则条目应足够具体和详细，具备可验证性。

3）说明在整个设计过程中的何处以及如何使用HFE导则。

4）表述清晰，便于设计者理解，适当为文本描述辅以图表。

5）以容易获取和使用的形式留存，并且随着设计的成熟，能易于修改和更新；应明确标注依据来源。

2 控制室盘台人因设计导则的建立

2.1 相关标准

HAFJ0055-1995针对核电厂控制室设计给出了总体的人因工程原则，其参照了IEC 964和NUREG 0700编写[2]，供核电厂设计人员以及控制室安全审评人员使用。核电厂控制室的盘台设计需要综合考虑人体尺寸、人的动作范围和视觉特性等方面的因素，同时可以参考针对特定类型的产品，如控制台、工作座椅等的相关要求。核电厂盘台设计相关人因标准的整理结果见表1。

表1 盘台设计及验证相关人因标准Table 1 Relevant human factors standards for panel design and verification

2.2 差异性分析

NUREG-0700中与盘台设计相关的大部分内容都是具有参考价值的，经过了大量的试验和经验论证，也是国内核电厂的监管当局认可的标准，所以行业内通常直接将NUREG-0700的中文翻译作为相关的设计导则用于指导相关人机界面的设计和验证。但NUREG-0700与中国的核电厂盘台设计的实际应用也存在多种差异，例如：

1）文字差异

NUREG-0700中涉及文字相关的要求基本是针对英文字母文字考虑的，包括涉及到字体的高度、宽高比、间距等都是基于英文字符的基础上确定的规则。但是汉字的结构更复杂、笔画数目更多，对于以汉字作为显示元素的信息显示要求有待讨论[3]。

2）人体尺寸差异

在计算人体站姿和坐姿的眼高、肩高、功能伸展范围等相关限值的时候，NUREG-0700采用的是MIL-STD-1472D 5.7节中陆军和空军的平均人体尺寸，并且部分使用的数据对人体尺寸的定义也不同，需要根据其定义进行尺寸上的转换。

3）修正量的考虑

NUREG-0700中除鞋高外并未完全考虑到姿势、操作和着衣等修正量。

3 人因设计导则

由于存在以上方面的差异，可以将NUREG-0700中盘台设计及盘面显示相关的条目进行通用化之后，再结合国内的相关标准，进一步推出适用于国内核电厂控制盘台的人因导则。差异性主要体现在盘台外形相关要求和文字显示方面的相关要求中。

3.1 盘台外形相关

盘台外形相关要求的差异性主要是由于人体尺寸和修正量的考虑而造成的，NUREG-0700中的部分条目已明确给出了通用化的原则性要求，如以第5百分位女性和第95百分位男性的人体尺寸作为上下限值进行的“双限值设计”或以第5百分位女性作为最小限值，以第95百分位男性的人体尺寸作为最大限值的“单限值设计”[4]。对于NUREG-0700没有明确给出通用化要求的，可根据参考其他标准及人因工程相关理论推出相应的通用化要求。以站姿盘台为例，其外形相关人因导则要求见表2。

表2 盘台外形相关人因导则要求Table 2 Guidance requirements for human factors related to the shape of the panel

3.2 盘面显示文字相关

盘面文字显示要求的差异性主要是由于文字差异造成的，NUREG-0700中所针对的文字都是字母数字类，在盘面文字中虽然也包括此类文字但更多的是中文字，因而这部分的要求更多的要参考相应的国标或亚洲字符的相关标准。

表3 盘面文字显示相关人因导则要求Table 3 The text on the panel shows the relevant human factors guideline requirements

4 盘台人因设计验证

上文根据充分的标准文献调研和行业实践经验形成了适用于国内核电厂控制室盘台设计的人因导则，作者据此编写了相应的检查表和调查问卷，开展了盘台的人因设计验证工作。盘台人因设计验证流程包括计划准备、实施、总结和关闭4个阶段，具体的活动和输入输出见表4，盘台设计人因导则是整个活动开展的基础。依据盘台设计人因导则编写的检查表的部分内容见表5。

表4 盘台人因设计验证流程Table 4 Pantai human factors design verification process

表5 盘台验证检查表（部分）Table 5 Verification checklist for the board (partial)

本次盘台人因验证的验证人员共17人，其中包含操纵员、人因工程专家、工程师等，身高覆盖了第5百分位女性～第95百分位男性的身高范围。经验证，设计的控制室站姿和坐姿盘台满足盘台设计人因导则的要求，同时也满足操纵员操作习惯及可达可视范围。

本次设计验证说明，根据盘台人因设计导则设计出来的盘台和盘面可以满足人因工程的要求，利用本盘台人因设计导则设计规范作为验证依据也与实际的模型验证的操作感受和操作员习惯相符合，说明这一导则能够很好地适用于国内的核电厂控制室项目。

5 结论

本文通过研究多个国内外盘台人因相关标准导则和参考以往盘台人因设计经验，对NUREG-0700中在具体应用情况下的未覆盖和不适用的条目进行了补充和修改，形成了一套适用于国内核电厂控制室盘台的人因设计导则。根据此导则，在某项目进行了具体的控制室盘台人因验证，验证结果中客观的检查表和主观的调查问卷的相互印证，并且最终通过1:1mockup盘台，结合VR工具验证在各方面都满足人因工程导则的要求，说明这一导则能够很好地适用于国内的核电厂控制室项目，具有一定的通用性和借鉴意义。当然，正如NUREG-0711中所指出的，人因导则需要不断的完善和更新：在2020年7月发布的NUREG 0700第三版中，对于第11章控制室盘台的内容将模拟化盘台和数字化盘台做了区分[11]；GB 10000《中国人人体尺寸的标准》[12]的发布时间为1988年，与现今中国相应人群的真实尺寸存在时代差异；另外，关于盘面中文字体的相关要求依然需要进一步讨论等。这些都是以后可以对盘台设计导则进行补充和完善的地方。