雷文靜，何建東，胡軍濤，卓鈺鋮

(上海申核能源工程技術(shù)有限公司，上海 200233)

0 引言

在核電廠中，重要人員動作分析和人因工程管理之間具有緊密聯(lián)系。重要人員動作分析除了需要對電廠安全會造成影響的人的失誤的可能性和機(jī)理進(jìn)行評價，還要結(jié)合確定論和概率安全評價(probabilistic safety analysis,PSA)模型進(jìn)行分析。將得到對電廠安全性與可靠性有重要影響的電廠情景、人員操作和人機(jī)接口(human system interface,HSI)部件以及相應(yīng)的人員操作條件作為人因工程(human factors engineering,HFE)中的任務(wù)分析、規(guī)程制定和人機(jī)接口設(shè)計(jì)等的設(shè)計(jì)輸入，并對人因工程的相關(guān)設(shè)計(jì)作出評價。

國內(nèi)對重要人員動作分析與人因工程相結(jié)合的研究鮮有報(bào)道。本文在國外方法調(diào)研的基礎(chǔ)上[1-2]，結(jié)合工程實(shí)際[3-10]，對如何開展核電廠HFE中的重要人員動作分析作了初步探討。

1 人因工程中重要人員動作分析

1.1 目標(biāo)及內(nèi)容

進(jìn)行HFE的重要人員動作分析的目標(biāo)如下。

①重要人員動作分析結(jié)合人因工程設(shè)計(jì)的結(jié)果。

②人因工程設(shè)計(jì)能分析重要人員動作和人員失誤機(jī)理，以最大限度地減小人員失誤的可能，并為探測失誤和進(jìn)行恢復(fù)提供支持。

重要人員動作分析能為人機(jī)接口設(shè)計(jì)提供有價值的發(fā)現(xiàn)，因此HFE設(shè)計(jì)應(yīng)該特別關(guān)注那些重要人員動作分析確定的、對電廠安全性和可靠性有重要影響的電廠情景、人員操作和人機(jī)接口。

重要人員動作分析與HFE的結(jié)合流程如圖1所示。

圖1 重要人員動作分析與HFE的結(jié)合流程圖

重要人員動作分析與HFE結(jié)合的主要內(nèi)容體現(xiàn)在以下幾個方面。

①重要人員動作分析。采用概率論分析和確定論分析相結(jié)合的方式確定重要人員動作，供HFE在后續(xù)執(zhí)行過程中對其進(jìn)行重點(diǎn)考慮。

②與運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)評審的結(jié)合。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)評審(operating experience review,OER)可識別出先前電廠或系統(tǒng)中被識別出的需要關(guān)注的操作/任務(wù)以及其他重要人員動作，為設(shè)計(jì)電廠的重要人員動作分析提供一定的參考和輸入；另一方面，通過對設(shè)計(jì)電廠開展重要人員動作分析，能夠判斷OER識別出的這些操作在本設(shè)計(jì)電廠中是否依然重要，并對人因工程設(shè)計(jì)的其他要素提供參考。

③與功能要求分析和功能分配的結(jié)合。功能要求分析和功能分配將對賦予人和系統(tǒng)的功能進(jìn)行分配，避免人和系統(tǒng)的局限性。一方面，功能要求分析和功能分配結(jié)果能夠?yàn)橹匾藛T動作分析提供輸入；另一方面，重要人員動作分析的結(jié)果也可用于支持功能要求分析和分配的最終確定過程。

④與任務(wù)分析的結(jié)合。將識別出的重要人員動作分析結(jié)果作為HFE任務(wù)分析的輸入；通過任務(wù)分析，為人機(jī)接口設(shè)計(jì)決定提供依據(jù)，確保人員效能要求與人的能力相符，并為人員配備、規(guī)程和培訓(xùn)開發(fā)提供輸入。

⑤與人員配備和資質(zhì)、HSI設(shè)計(jì)、規(guī)程開發(fā)、培訓(xùn)開發(fā)的結(jié)合。用這些HFE要素的結(jié)果來確認(rèn)和改進(jìn)PSA/人員可靠性分析(human reliability analysis,HRA)假設(shè)。

⑥與HFE驗(yàn)證和確認(rèn)(verification and validation,V&V)的結(jié)合。重要人員動作中的行為假設(shè)(如執(zhí)行的動作/操作、動作完成的時間)的確認(rèn)是HFE集成系統(tǒng)確認(rèn)的一部分。

⑦與設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的結(jié)合。對于新設(shè)計(jì)電廠，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)可與人因工程V&V結(jié)合，視為V&V的補(bǔ)充和延續(xù)。重要人員動作的分析結(jié)果可用于防止某些特定的臨時性配置。

⑧與人員效能監(jiān)測的結(jié)合。人員效能監(jiān)測在電廠投入運(yùn)行以后實(shí)施，重要人員動作分析結(jié)果可用于區(qū)分糾正動作的優(yōu)先次序。

1.2 確定重要人員動作

根據(jù)重要人員動作分析的結(jié)果，確定關(guān)鍵的人員操作和風(fēng)險(xiǎn)重要人員動作。所確定的人員操作和動作用作任務(wù)分析和其他相關(guān)設(shè)計(jì)活動的輸入。

1.2.1 關(guān)鍵的人員操作

定義關(guān)鍵人員操作有確定論和概率論兩種準(zhǔn)則。

①確定論準(zhǔn)則：在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故中，為防止堆芯損傷所要求的人員操作。

②概率論準(zhǔn)則：任何失誤會導(dǎo)致總的堆芯損傷頻率(core damage frequency,CDF)≥1E-04/堆年，或者大量放射性釋放頻率(large release frequency,LRF)≥1E-05/堆年的人員動作。

該評價基于基準(zhǔn)PSA的定量分析結(jié)果?；鶞?zhǔn)PSA研究范圍包括功率運(yùn)行工況內(nèi)部事件，停堆工況內(nèi)部事件，以及火災(zāi)、水淹和地震事件。

1.2.2 風(fēng)險(xiǎn)重要人員動作

風(fēng)險(xiǎn)重要人員動作包括用于事故緩解的風(fēng)險(xiǎn)重要的人員動作和支持維修、試驗(yàn)、檢查和監(jiān)督(maintenance test inspection and supervision,MTIS)活動的風(fēng)險(xiǎn)重要人員動作。采用PSA中經(jīng)常使用的兩種風(fēng)險(xiǎn)重要度方法來識別包含人員動作的風(fēng)險(xiǎn)重要任務(wù)。

(1)風(fēng)險(xiǎn)增加法。此方法研究將一個人員動作的失誤概率設(shè)為1.0的情況下，可能導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)增加量。這種方法的目標(biāo)是識別那些不能執(zhí)行將導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)顯著增加的人員動作。這些任務(wù)包含在任務(wù)分析和集成的V&V中，以確保得到HSI系統(tǒng)的充分支持，從而最大限度地減小失誤的可能。

(2)風(fēng)險(xiǎn)降低法。此方法研究將一個人員動作的失誤概率設(shè)為0的情況下，可能導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)降低量。這種方法的目標(biāo)是識別那些正確執(zhí)行將導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)顯著降低的人員動作。這些任務(wù)包含在任務(wù)分析和集成的V&V中，以確保得到HSI系統(tǒng)的充分支持，從而最大限度地增加正確執(zhí)行的可能。

PSA研究包括以下幾方面：①功率運(yùn)行工況下內(nèi)部事件；②停堆工況下內(nèi)部事件；③火災(zāi)、水淹事件；④地震事件。

另外，進(jìn)行專用PSA模型的敏感性分析，為非安全系統(tǒng)的管理處理提供輸入。在此研究中，在計(jì)算堆芯損傷頻率時不考慮非安全相關(guān)系統(tǒng)的作用，只考慮安全相關(guān)系統(tǒng)。對以下方面進(jìn)行專用PSA的敏感性研究：①功率運(yùn)行內(nèi)部事件；②停堆工況內(nèi)部事件；③火災(zāi)和水淹事件。

這些PSA研究的結(jié)果用來確定風(fēng)險(xiǎn)重要人員動作。

(1)風(fēng)險(xiǎn)重要人員動作的定量化準(zhǔn)則。

若由以下兩種方法中的一種計(jì)算出一項(xiàng)任務(wù)的重要度大于相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)閾值，則將該任務(wù)定義為風(fēng)險(xiǎn)重要。這兩種方法通常定量如下。

①風(fēng)險(xiǎn)增加法。此方法給出了關(guān)于保持現(xiàn)有風(fēng)險(xiǎn)水平的堆芯損傷頻率的人員操作的重要性。針對此目的，把每項(xiàng)人員操作的失誤概率設(shè)為1.0后，對堆芯損傷頻率進(jìn)行重新計(jì)算。人員操作的風(fēng)險(xiǎn)重要度定義為堆芯損傷頻率的增加百分比。例如，風(fēng)險(xiǎn)重要度為100%是指任務(wù)的失效概率設(shè)為1.0之后堆芯損傷頻率增加1倍，這相當(dāng)于風(fēng)險(xiǎn)增加價值(risk achievement worth,RAW)為2.0。百分比越大，人員操作對維持現(xiàn)有的風(fēng)險(xiǎn)水平越重要。

功率運(yùn)行內(nèi)部事件、停堆工況內(nèi)部事件的風(fēng)險(xiǎn)增加重要度閾值為200%(針對堆芯損傷和嚴(yán)重放射性釋放)。這相當(dāng)于風(fēng)險(xiǎn)增加值為3.0。低于此值的不需要進(jìn)一步研究。

專用PSA敏感性研究中，風(fēng)險(xiǎn)增加重要度閾值為100%。

②風(fēng)險(xiǎn)降低法。此方法給出了人員動作在降低現(xiàn)有堆芯損傷和嚴(yán)重放射性釋放風(fēng)險(xiǎn)水平方面的重要性。針對此目的，把每個人員動作的失誤概率設(shè)為0之后，對堆芯損傷和嚴(yán)重放射性釋放進(jìn)行重新計(jì)算。人員動作的重要度定義為堆芯損傷頻率和嚴(yán)重放射性釋放頻率的降低百分比。例如：風(fēng)險(xiǎn)降低值10%是指減小任務(wù)失效概率可以獲得的最大收益為10%。降低百分比越大，該人員動作對降低現(xiàn)有風(fēng)險(xiǎn)水平越重要。

功率運(yùn)行內(nèi)部事件、停堆工況內(nèi)部事件的風(fēng)險(xiǎn)降低重要度閾值為10%(針對堆芯損傷和嚴(yán)重放射性釋放)。這相當(dāng)于風(fēng)險(xiǎn)降低值(risk reduction worth,RRW)約為1.1。低于此值的不需要進(jìn)一步研究。

專用PSA敏感性研究中，風(fēng)險(xiǎn)降低重要度閾值為5%。

(2)風(fēng)險(xiǎn)重要人員動作的定性準(zhǔn)則。

除了定量方法，識別風(fēng)險(xiǎn)重要任務(wù)的定性準(zhǔn)則也應(yīng)用于PSA研究。一個由HRA/PSA、系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)、HSI設(shè)計(jì)和HFE代表組成的專家組應(yīng)用這些準(zhǔn)則并識別相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)重要任務(wù)。專家組在作決定時，需考慮以下因素。

①如果RAW/RRW小于但接近準(zhǔn)則，且：估計(jì)的操縱員實(shí)際完成時間接近于可用時間窗口；操縱員動作或?qū)Σ倏v員的要求是復(fù)雜的、獨(dú)特的或具有潛在挑戰(zhàn)性的；操縱員動作是防止某情景(可能會導(dǎo)致與安全目標(biāo)相沖突)出現(xiàn)所必須的。

②專家組根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷認(rèn)為是風(fēng)險(xiǎn)重要的動作。

(3)風(fēng)險(xiǎn)重要的維修、試驗(yàn)、檢查和監(jiān)督任務(wù)的定性準(zhǔn)則。

識別風(fēng)險(xiǎn)重要MTIS任務(wù)采用定性準(zhǔn)則。通過檢查“風(fēng)險(xiǎn)重要的”系統(tǒng)、構(gòu)筑物和部件(system structure and component,SSC)識別風(fēng)險(xiǎn)重要的MTIS任務(wù)。SSC的準(zhǔn)則在電廠設(shè)計(jì)可靠性保證大綱中給出。其中，部分“風(fēng)險(xiǎn)重要的”SSC以及部分有代表性的相關(guān)MTIS由專家組挑選出。該小組由來自設(shè)計(jì)過程中相關(guān)領(lǐng)域(如：系統(tǒng)工程、可靠性工程、PSA、HFE和HSI設(shè)計(jì))的專家代表所組成。將由專家組識別的MTIS任務(wù)定義為風(fēng)險(xiǎn)重要并在任務(wù)分析、HSI設(shè)計(jì)和V&V中進(jìn)行檢查。

2 人因工程與重要人員動作分析結(jié)合過程

2.1 與運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)評審的結(jié)合

OER將識別出先前電廠或系統(tǒng)中被識別出的有問題的操作/任務(wù)以及其他重要人員動作，為本電廠的重要人員動作分析提供一定的參考和輸入；另一方面，通過對設(shè)計(jì)電廠開展重要人員動作分析，能夠判斷OER識別出的這些操作在本電廠中是否依然重要，并為人因工程設(shè)計(jì)的其他要素提供參考。

2.2 與功能要求分析和功能分配的結(jié)合

功能要求分析和功能分配將對賦予人和系統(tǒng)的功能進(jìn)行分配，避免人和系統(tǒng)的局限性。一方面，功能要求分析和功能分配結(jié)果能夠?yàn)橹匾藛T動作分析提供輸入；另一方面，重要人員動作分析的結(jié)果也可用于支持功能要求分析和分配的最終確定過程。

2.3 重要人員動作的識別

采用上文介紹的準(zhǔn)則，結(jié)合概率論分析和確定論分析識別重要人動作和任務(wù)。將識別的重要人員動作和任務(wù)作為任務(wù)分析和HFE設(shè)計(jì)的輸入。

2.4 重要人員動作的任務(wù)分析

重要人員動作分析確定用于任務(wù)分析輸入的人員動作和任務(wù)序列(作為HFE項(xiàng)目的一部分)。這包括所有的概率論和確定論分析識別出的重要人員動作。

2.4.1 操作序列分析的輸入

重要人員工作分析識別的人員動作和任務(wù)包含在操作序列分析檢查的任務(wù)中。任務(wù)分析的輸入包括執(zhí)行的任務(wù)序列和行為要求的詳細(xì)說明。這些輸入用于指導(dǎo)HSI設(shè)計(jì)和規(guī)程開發(fā)。

HSI和規(guī)程專業(yè)將其分析結(jié)果(如：基于功能的任務(wù)分析、操作序列分析)和設(shè)計(jì)結(jié)果(應(yīng)急操作規(guī)程、設(shè)計(jì)導(dǎo)則和顯示畫面描述)提交給重要人員動作分析人員審查和評議。

2.4.2 確認(rèn)/改進(jìn)重要人員動作假設(shè)

由于重要人員動作分析在設(shè)計(jì)過程的早期就開始進(jìn)行，必然會對功能分配、執(zhí)行的人員動作、HSI設(shè)計(jì)、規(guī)程的質(zhì)量和相關(guān)的行為形成因子作出一些假設(shè)。隨著設(shè)計(jì)工作的推進(jìn)，需要對這些假設(shè)進(jìn)行確認(rèn)和改進(jìn)。

一旦人機(jī)功能分配、初步的HSI設(shè)計(jì)和規(guī)程完成后，就可以進(jìn)行更加詳細(xì)的序列任務(wù)分析，以更準(zhǔn)確地反映詳細(xì)設(shè)計(jì)。此時就可以開始研究先進(jìn)的數(shù)字化技術(shù)、詳細(xì)的HSI設(shè)計(jì)和規(guī)程對操縱員執(zhí)行的動作、操縱員的要求以及完成這些動作所估算的持續(xù)時間的影響。

當(dāng)初步的HSI設(shè)計(jì)和規(guī)程完成后，就可以進(jìn)行更加詳細(xì)的操作序列分析和工作負(fù)荷分析，以更準(zhǔn)確地估算完成識別的這些任務(wù)所需要的工作負(fù)荷和時間(詳細(xì)的操作序列分析稱作OSA-2)。結(jié)果記錄在一份報(bào)告中并提供給重要人員動作分析人員。

隨后，重要人員動作分析人員審查HFE設(shè)計(jì)和分析文件對重要人員動作假設(shè)的潛在影響。

2.5 重要人員動作任務(wù)的重新檢查

假如確定某個重要人員動作任務(wù)可能對電廠安全有重大貢獻(xiàn)，則通過任務(wù)分析、HSI設(shè)計(jì)和規(guī)程開發(fā)進(jìn)行重新檢查。這是為了識別操縱員任務(wù)或控制和顯示環(huán)境的變化，以減小操縱員失誤的可能，并為失誤探測和恢復(fù)功能提供支持。

2.6 重要人員動作行為假設(shè)的確認(rèn)

重要人員動作中，操縱員行為假設(shè)的確認(rèn)是HFE集成系統(tǒng)確認(rèn)的一部分。

將通過概率論分析和確定論分析識別的包含重要人員動作的情景作為HFE集成系統(tǒng)情景確認(rèn)的組成部分。

將識別的需要確認(rèn)的特定行為假設(shè)作為確認(rèn)工作的組成部分。這些假設(shè)的例子有：操縱員能夠在確定的時間窗口內(nèi)完成某些動作。

將重要人員動作分析確定的情景作為HFE集成系統(tǒng)確認(rèn)的組成部分，并搜集執(zhí)行方法以支持對重要人員動作行為假設(shè)的確認(rèn)。分析結(jié)果提供給重要人員動作分析人員。

利用HFE集成系統(tǒng)，對重要人員動作中操縱員行為假設(shè)的確認(rèn)過程，不需要確認(rèn)HRA的定量結(jié)果(概率)。

審查了HFE集成系統(tǒng)確認(rèn)的結(jié)果后，重要人員動作分析人員決定是否需要對HRA建模假設(shè)和HRA定量化作出修改。假如需要，則修正HRA并評價對PSA結(jié)果的影響。

作為決定是否需要對HRA進(jìn)行重新定量化的過程的一部分，HRA/PSA評價當(dāng)前用于得到估算的失誤概率的數(shù)據(jù)庫是否仍是HRA定量化的最合適的數(shù)據(jù)源，或者已經(jīng)有更加適合建模假設(shè)的且已被廣泛認(rèn)可的、新的失誤定量化數(shù)據(jù)庫可用。

將確認(rèn)重要人員動作行為假設(shè)的過程編制成報(bào)告，并評價其對HRA/PSA定量化的影響(若有)。

3 核電廠重要人員動作分析與人因工程結(jié)合實(shí)例

本文以某核電廠為例，對核電廠重要人員動作分析與人因工程結(jié)合開展研究。其中，概率論準(zhǔn)則僅以堆芯損壞頻率(core damage frequency,CDF)開展分析，LRF與之類似。

3.1 重要人員動作分析總體假設(shè)

在通過概率論方式識別重要人員動作時，包含人員可靠性分析過程。示例電廠中，事故后人員失誤事件分析的總體假設(shè)中與人因工程設(shè)計(jì)相關(guān)的包括：對于控制室的人員的工作職責(zé)、分工，本分析考慮每個動作有一位相關(guān)的操縱員和一位確認(rèn)其操作的校核人員。在分析中，以示例電廠的應(yīng)急操作規(guī)程作為參考。

目前的人員失誤事件取值，是在以上假設(shè)基礎(chǔ)上得到的。如果有些假設(shè)在設(shè)計(jì)中不能滿足，則要對相關(guān)的人員失誤事件取值作向上調(diào)整，CDF也會隨之增大。

3.2 分析準(zhǔn)則及實(shí)例

根據(jù)前面的定性、定量準(zhǔn)則，以及示例核電廠現(xiàn)有的PSA模型和CDF結(jié)果，暫將CDF值為1E-4/堆年作為進(jìn)行關(guān)鍵的人員操作分析時的閾值，將RAW值為2和RRW值為1.01分別作為風(fēng)險(xiǎn)增加法和風(fēng)險(xiǎn)減少法確定風(fēng)險(xiǎn)重要任務(wù)時的閾值。

基于以上討論，對示例核電廠PSA模型中的人員操作任務(wù)進(jìn)行了分析。下面給出對事故后人員操作的風(fēng)險(xiǎn)重要任務(wù)進(jìn)行分析的例子。對關(guān)鍵的人員操作的分析與對事故后人員操作的風(fēng)險(xiǎn)重要任務(wù)的分析相類似。

以操縱員未能通過多樣化驅(qū)動系統(tǒng)信號認(rèn)識到堆芯冷卻劑系統(tǒng)(reactor coolant system,RCS)需要降壓并停運(yùn)反應(yīng)堆冷卻劑泵的人員失誤事件為例，進(jìn)行分析。這個操作的RRW值為1.21。人員失誤事件分析過程如表1所示。事件編碼為REC-MANDAS，事件描述為LOCA或瞬態(tài)事故期間，操縱員未能通過多樣化驅(qū)動系統(tǒng)信號認(rèn)識到RCS需要降壓并停運(yùn)RCS泵。

表1 人員失誤事件分析過程

根據(jù)表1計(jì)算分析過程，將診斷失誤、遺漏失誤和選擇失誤概率相加得到該人員失誤事件的HEP值為8.62E-02，此時CDF值為1.83E-07/堆年。HEP值在設(shè)計(jì)上要達(dá)到的要求如下。

①留給操縱員走規(guī)程診斷和操作的時間至少30 min。

②相關(guān)規(guī)程中要有手動停運(yùn)RCS泵的描述。

③執(zhí)行操作時有清晰的模擬線路的盤臺。

④要有校核人員用書面校核列表對其進(jìn)行狀態(tài)校核。

下面針對幾種不同的條件，對此人員事件進(jìn)行敏感性分析。RCS泵不同的人因工程設(shè)計(jì)的敏感性分析結(jié)果如表2所示。

表2 RCS泵不同的人因工程設(shè)計(jì)的敏感性分析

以上結(jié)果表明，在不同設(shè)計(jì)條件下，人員失誤事件有不同取值，對電廠安全水平(CDF值)影響程度不同。實(shí)際工程應(yīng)用中，人因工程設(shè)計(jì)能夠直接影響人員動作的可靠性，借助PSA模型進(jìn)行重要人員動作分析，能夠?qū)θ艘蚬こ淘O(shè)計(jì)的變化進(jìn)行量化分析，從而為人因工程設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。

4 結(jié)論

在電廠設(shè)計(jì)過程中，將重要人員動作分析與人因工程/人機(jī)接口設(shè)計(jì)相結(jié)合，能夠在電廠設(shè)計(jì)一定情況下篩選出對電廠安全有重要影響的人員動作，也能夠通過對人員動作進(jìn)行定量分析、敏感性分析等為電廠人因工程設(shè)計(jì)提供反饋和參考，對確保和提高電廠的安全性和可靠性具有重要意義。