核電廠控制室盤臺的人因設計導則及設計驗證

李雨桐，呂 曦，劉官榮，陳 釗，白巖松

（中國核動力研究設計院 核反應堆系統設計技術重點實驗室，成都 610213）

0 引言

核電廠控制室盤臺是人機交互的重要接口，其設計過程必須參考人因工程（HFE）相關標準和導則中的盤臺人因工程設計準則，以提高整個控制室的人機績效。同時，根據美國核管會NUREG-0711的要求，核電廠的設計必須經過HFE驗證和確認（V&V），其中HFE驗證包含HFE設計驗證和任務支持驗證兩大主要內容。HFE設計驗證關注人機界面在人的能力和限制上的適用性，其目的是確保人機界面的設計符合HFE導則，而人因設計導則是開展HFE設計驗證的重要基礎。盤臺人因工程設計準則既是盤臺設計的參照，也是人因設計驗證環節驗證的標準，其作用十分重要。

NUREG-0711中提到，當沒有設計導則時，可使用NUREG-0700作為人因設計導則[1]。NUREG-0700是國內核電廠的監管當局認可的標準，行業內通常也將NUREG-0700的中文翻譯作為相關的設計導則直接用于指導相關人機界面的設計和驗證。然而，一方面并非所有NUREG-0700中的內容都適用于控制室盤臺的相關設計，另一方面NUREG-0700為國外標準并不能完全符合國內設計的實際情況，在實際過程中存在很多不適用或未覆蓋到的情況。因此，有必要建立一套適用于國內核電廠控制室盤臺的人因設計導則。

本文調研了多個國內外盤臺人因相關標準，參考實際的盤臺人因設計經驗，在此基礎上對0700中未覆蓋和不適用的具體情況的條目進行了補充和修改，形成了一套適用于國內核電廠控制室盤臺的人因設計導則，并且根據此準則在某項目利用Mockup模型進行了具體的設計驗證。實踐證明，這套準則能夠很好地適用于國內核電廠控制室項目，具有一定的通用性和借鑒意義。

1 核電廠人因設計導則介紹

核電廠人因設計導則是指在設計核電廠的人機界面（HSI）的特征、布局和環境時所采用的人因工程設計指導。其在NUREG-0711被稱為“風格指南”，可以是一個或多個文檔。其中的相關導則應適時反映設計決定，以解決HSI設計的具體目標。其編寫依據為通用HFE導則和人機界面設計的相關分析，包括對最新標準、文獻的調研，以及對當前行業實踐和操作經驗的總結，將研究實驗與工程設計評估的結果相平衡[1]。

一個符合監管當局審查要求的人因設計導則應：

1）明確HSI所包含的范圍。

2）保證每個導則條目應足夠具體和詳細，具備可驗證性。

3）說明在整個設計過程中的何處以及如何使用HFE導則。

4）表述清晰，便于設計者理解，適當為文本描述輔以圖表。

5）以容易獲取和使用的形式留存，并且隨著設計的成熟，能易于修改和更新；應明確標注依據來源。

2 控制室盤臺人因設計導則的建立

2.1 相關標準

HAFJ0055-1995針對核電廠控制室設計給出了總體的人因工程原則，其參照了IEC 964和NUREG 0700編寫[2]，供核電廠設計人員以及控制室安全審評人員使用。核電廠控制室的盤臺設計需要綜合考慮人體尺寸、人的動作范圍和視覺特性等方面的因素，同時可以參考針對特定類型的產品，如控制臺、工作座椅等的相關要求。核電廠盤臺設計相關人因標準的整理結果見表1。

表1 盤臺設計及驗證相關人因標準Table 1 Relevant human factors standards for panel design and verification

2.2 差異性分析

NUREG-0700中與盤臺設計相關的大部分內容都是具有參考價值的，經過了大量的試驗和經驗論證，也是國內核電廠的監管當局認可的標準，所以行業內通常直接將NUREG-0700的中文翻譯作為相關的設計導則用于指導相關人機界面的設計和驗證。但NUREG-0700與中國的核電廠盤臺設計的實際應用也存在多種差異，例如：

1）文字差異

NUREG-0700中涉及文字相關的要求基本是針對英文字母文字考慮的，包括涉及到字體的高度、寬高比、間距等都是基于英文字符的基礎上確定的規則。但是漢字的結構更復雜、筆畫數目更多，對于以漢字作為顯示元素的信息顯示要求有待討論[3]。

2）人體尺寸差異

在計算人體站姿和坐姿的眼高、肩高、功能伸展范圍等相關限值的時候，NUREG-0700采用的是MIL-STD-1472D 5.7節中陸軍和空軍的平均人體尺寸，并且部分使用的數據對人體尺寸的定義也不同，需要根據其定義進行尺寸上的轉換。

3）修正量的考慮

NUREG-0700中除鞋高外并未完全考慮到姿勢、操作和著衣等修正量。

3 人因設計導則

由于存在以上方面的差異，可以將NUREG-0700中盤臺設計及盤面顯示相關的條目進行通用化之后，再結合國內的相關標準，進一步推出適用于國內核電廠控制盤臺的人因導則。差異性主要體現在盤臺外形相關要求和文字顯示方面的相關要求中。

3.1 盤臺外形相關

盤臺外形相關要求的差異性主要是由于人體尺寸和修正量的考慮而造成的，NUREG-0700中的部分條目已明確給出了通用化的原則性要求，如以第5百分位女性和第95百分位男性的人體尺寸作為上下限值進行的“雙限值設計”或以第5百分位女性作為最小限值，以第95百分位男性的人體尺寸作為最大限值的“單限值設計”[4]。對于NUREG-0700沒有明確給出通用化要求的，可根據參考其他標準及人因工程相關理論推出相應的通用化要求。以站姿盤臺為例，其外形相關人因導則要求見表2。

表2 盤臺外形相關人因導則要求Table 2 Guidance requirements for human factors related to the shape of the panel

3.2 盤面顯示文字相關

盤面文字顯示要求的差異性主要是由于文字差異造成的，NUREG-0700中所針對的文字都是字母數字類，在盤面文字中雖然也包括此類文字但更多的是中文字，因而這部分的要求更多的要參考相應的國標或亞洲字符的相關標準。

表3 盤面文字顯示相關人因導則要求Table 3 The text on the panel shows the relevant human factors guideline requirements

4 盤臺人因設計驗證

上文根據充分的標準文獻調研和行業實踐經驗形成了適用于國內核電廠控制室盤臺設計的人因導則，作者據此編寫了相應的檢查表和調查問卷，開展了盤臺的人因設計驗證工作。盤臺人因設計驗證流程包括計劃準備、實施、總結和關閉4個階段，具體的活動和輸入輸出見表4，盤臺設計人因導則是整個活動開展的基礎。依據盤臺設計人因導則編寫的檢查表的部分內容見表5。

表4 盤臺人因設計驗證流程Table 4 Pantai human factors design verification process

表5 盤臺驗證檢查表（部分）Table 5 Verification checklist for the board (partial)

本次盤臺人因驗證的驗證人員共17人，其中包含操縱員、人因工程專家、工程師等，身高覆蓋了第5百分位女性～第95百分位男性的身高范圍。經驗證，設計的控制室站姿和坐姿盤臺滿足盤臺設計人因導則的要求，同時也滿足操縱員操作習慣及可達可視范圍。

本次設計驗證說明，根據盤臺人因設計導則設計出來的盤臺和盤面可以滿足人因工程的要求，利用本盤臺人因設計導則設計規范作為驗證依據也與實際的模型驗證的操作感受和操作員習慣相符合，說明這一導則能夠很好地適用于國內的核電廠控制室項目。

5 結論

本文通過研究多個國內外盤臺人因相關標準導則和參考以往盤臺人因設計經驗，對NUREG-0700中在具體應用情況下的未覆蓋和不適用的條目進行了補充和修改，形成了一套適用于國內核電廠控制室盤臺的人因設計導則。根據此導則，在某項目進行了具體的控制室盤臺人因驗證，驗證結果中客觀的檢查表和主觀的調查問卷的相互印證，并且最終通過1:1mockup盤臺，結合VR工具驗證在各方面都滿足人因工程導則的要求，說明這一導則能夠很好地適用于國內的核電廠控制室項目，具有一定的通用性和借鑒意義。當然，正如NUREG-0711中所指出的，人因導則需要不斷的完善和更新：在2020年7月發布的NUREG 0700第三版中，對于第11章控制室盤臺的內容將模擬化盤臺和數字化盤臺做了區分[11]；GB 10000《中國人人體尺寸的標準》[12]的發布時間為1988年，與現今中國相應人群的真實尺寸存在時代差異；另外，關于盤面中文字體的相關要求依然需要進一步討論等。這些都是以后可以對盤臺設計導則進行補充和完善的地方。