李雨桐，呂 曦，劉官榮，陳 釗，白巖松

（中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院 核反應(yīng)堆系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610213）

0 引言

核電廠控制室盤臺(tái)是人機(jī)交互的重要接口，其設(shè)計(jì)過(guò)程必須參考人因工程（HFE）相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和導(dǎo)則中的盤臺(tái)人因工程設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，以提高整個(gè)控制室的人機(jī)績(jī)效。同時(shí)，根據(jù)美國(guó)核管會(huì)NUREG-0711的要求，核電廠的設(shè)計(jì)必須經(jīng)過(guò)HFE驗(yàn)證和確認(rèn)（V&V），其中HFE驗(yàn)證包含HFE設(shè)計(jì)驗(yàn)證和任務(wù)支持驗(yàn)證兩大主要內(nèi)容。HFE設(shè)計(jì)驗(yàn)證關(guān)注人機(jī)界面在人的能力和限制上的適用性，其目的是確保人機(jī)界面的設(shè)計(jì)符合HFE導(dǎo)則，而人因設(shè)計(jì)導(dǎo)則是開(kāi)展HFE設(shè)計(jì)驗(yàn)證的重要基礎(chǔ)。盤臺(tái)人因工程設(shè)計(jì)準(zhǔn)則既是盤臺(tái)設(shè)計(jì)的參照，也是人因設(shè)計(jì)驗(yàn)證環(huán)節(jié)驗(yàn)證的標(biāo)準(zhǔn)，其作用十分重要。

NUREG-0711中提到，當(dāng)沒(méi)有設(shè)計(jì)導(dǎo)則時(shí)，可使用NUREG-0700作為人因設(shè)計(jì)導(dǎo)則[1]。NUREG-0700是國(guó)內(nèi)核電廠的監(jiān)管當(dāng)局認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)內(nèi)通常也將NUREG-0700的中文翻譯作為相關(guān)的設(shè)計(jì)導(dǎo)則直接用于指導(dǎo)相關(guān)人機(jī)界面的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。然而，一方面并非所有NUREG-0700中的內(nèi)容都適用于控制室盤臺(tái)的相關(guān)設(shè)計(jì)，另一方面NUREG-0700為國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)并不能完全符合國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，在實(shí)際過(guò)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(guó)內(nèi)核電廠控制室盤臺(tái)的人因設(shè)計(jì)導(dǎo)則。

本文調(diào)研了多個(gè)國(guó)內(nèi)外盤臺(tái)人因相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，參考實(shí)際的盤臺(tái)人因設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上對(duì)0700中未覆蓋和不適用的具體情況的條目進(jìn)行了補(bǔ)充和修改，形成了一套適用于國(guó)內(nèi)核電廠控制室盤臺(tái)的人因設(shè)計(jì)導(dǎo)則，并且根據(jù)此準(zhǔn)則在某項(xiàng)目利用Mockup模型進(jìn)行了具體的設(shè)計(jì)驗(yàn)證。實(shí)踐證明，這套準(zhǔn)則能夠很好地適用于國(guó)內(nèi)核電廠控制室項(xiàng)目，具有一定的通用性和借鑒意義。

1 核電廠人因設(shè)計(jì)導(dǎo)則介紹

核電廠人因設(shè)計(jì)導(dǎo)則是指在設(shè)計(jì)核電廠的人機(jī)界面（HSI）的特征、布局和環(huán)境時(shí)所采用的人因工程設(shè)計(jì)指導(dǎo)。其在NUREG-0711被稱為“風(fēng)格指南”，可以是一個(gè)或多個(gè)文檔。其中的相關(guān)導(dǎo)則應(yīng)適時(shí)反映設(shè)計(jì)決定，以解決HSI設(shè)計(jì)的具體目標(biāo)。其編寫依據(jù)為通用HFE導(dǎo)則和人機(jī)界面設(shè)計(jì)的相關(guān)分析，包括對(duì)最新標(biāo)準(zhǔn)、文獻(xiàn)的調(diào)研，以及對(duì)當(dāng)前行業(yè)實(shí)踐和操作經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，將研究實(shí)驗(yàn)與工程設(shè)計(jì)評(píng)估的結(jié)果相平衡[1]。

一個(gè)符合監(jiān)管當(dāng)局審查要求的人因設(shè)計(jì)導(dǎo)則應(yīng)：

1）明確HSI所包含的范圍。

2）保證每個(gè)導(dǎo)則條目應(yīng)足夠具體和詳細(xì)，具備可驗(yàn)證性。

3）說(shuō)明在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中的何處以及如何使用HFE導(dǎo)則。

4）表述清晰，便于設(shè)計(jì)者理解，適當(dāng)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(shè)計(jì)的成熟，能易于修改和更新；應(yīng)明確標(biāo)注依據(jù)來(lái)源。

2 控制室盤臺(tái)人因設(shè)計(jì)導(dǎo)則的建立

2.1 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

HAFJ0055-1995針對(duì)核電廠控制室設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)人員以及控制室安全審評(píng)人員使用。核電廠控制室的盤臺(tái)設(shè)計(jì)需要綜合考慮人體尺寸、人的動(dòng)作范圍和視覺(jué)特性等方面的因素，同時(shí)可以參考針對(duì)特定類型的產(chǎn)品，如控制臺(tái)、工作座椅等的相關(guān)要求。核電廠盤臺(tái)設(shè)計(jì)相關(guān)人因標(biāo)準(zhǔn)的整理結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 盤臺(tái)設(shè)計(jì)及驗(yàn)證相關(guān)人因標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Relevant human factors standards for panel design and verification

2.2 差異性分析

NUREG-0700中與盤臺(tái)設(shè)計(jì)相關(guān)的大部分內(nèi)容都是具有參考價(jià)值的，經(jīng)過(guò)了大量的試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)論證，也是國(guó)內(nèi)核電廠的監(jiān)管當(dāng)局認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)，所以行業(yè)內(nèi)通常直接將NUREG-0700的中文翻譯作為相關(guān)的設(shè)計(jì)導(dǎo)則用于指導(dǎo)相關(guān)人機(jī)界面的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。但NUREG-0700與中國(guó)的核電廠盤臺(tái)設(shè)計(jì)的實(shí)際應(yīng)用也存在多種差異，例如：

1）文字差異

NUREG-0700中涉及文字相關(guān)的要求基本是針對(duì)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(chǔ)上確定的規(guī)則。但是漢字的結(jié)構(gòu)更復(fù)雜、筆畫數(shù)目更多，對(duì)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(jì)算人體站姿和坐姿的眼高、肩高、功能伸展范圍等相關(guān)限值的時(shí)候，NUREG-0700采用的是MIL-STD-1472D 5.7節(jié)中陸軍和空軍的平均人體尺寸，并且部分使用的數(shù)據(jù)對(duì)人體尺寸的定義也不同，需要根據(jù)其定義進(jìn)行尺寸上的轉(zhuǎn)換。

3）修正量的考慮

NUREG-0700中除鞋高外并未完全考慮到姿勢(shì)、操作和著衣等修正量。

3 人因設(shè)計(jì)導(dǎo)則

由于存在以上方面的差異，可以將NUREG-0700中盤臺(tái)設(shè)計(jì)及盤面顯示相關(guān)的條目進(jìn)行通用化之后，再結(jié)合國(guó)內(nèi)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步推出適用于國(guó)內(nèi)核電廠控制盤臺(tái)的人因?qū)t。差異性主要體現(xiàn)在盤臺(tái)外形相關(guān)要求和文字顯示方面的相關(guān)要求中。

3.1 盤臺(tái)外形相關(guān)

盤臺(tái)外形相關(guān)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(jìn)行的“雙限值設(shè)計(jì)”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(shè)計(jì)”[4]。對(duì)于NUREG-0700沒(méi)有明確給出通用化要求的，可根據(jù)參考其他標(biāo)準(zhǔn)及人因工程相關(guān)理論推出相應(yīng)的通用化要求。以站姿盤臺(tái)為例，其外形相關(guān)人因?qū)t要求見(jiàn)表2。

表2 盤臺(tái)外形相關(guān)人因?qū)t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(guān)

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(duì)的文字都是字母數(shù)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(yīng)的國(guó)標(biāo)或亞洲字符的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

表3 盤面文字顯示相關(guān)人因?qū)t要求Table 3 The text on the panel shows the relevant human factors guideline requirements

4 盤臺(tái)人因設(shè)計(jì)驗(yàn)證

上文根據(jù)充分的標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)調(diào)研和行業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)形成了適用于國(guó)內(nèi)核電廠控制室盤臺(tái)設(shè)計(jì)的人因?qū)t，作者據(jù)此編寫了相應(yīng)的檢查表和調(diào)查問(wèn)卷，開(kāi)展了盤臺(tái)的人因設(shè)計(jì)驗(yàn)證工作。盤臺(tái)人因設(shè)計(jì)驗(yàn)證流程包括計(jì)劃準(zhǔn)備、實(shí)施、總結(jié)和關(guān)閉4個(gè)階段，具體的活動(dòng)和輸入輸出見(jiàn)表4，盤臺(tái)設(shè)計(jì)人因?qū)t是整個(gè)活動(dòng)開(kāi)展的基礎(chǔ)。依據(jù)盤臺(tái)設(shè)計(jì)人因?qū)t編寫的檢查表的部分內(nèi)容見(jiàn)表5。

表4 盤臺(tái)人因設(shè)計(jì)驗(yàn)證流程Table 4 Pantai human factors design verification process

表5 盤臺(tái)驗(yàn)證檢查表（部分）Table 5 Verification checklist for the board (partial)

本次盤臺(tái)人因驗(yàn)證的驗(yàn)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(jīng)驗(yàn)證，設(shè)計(jì)的控制室站姿和坐姿盤臺(tái)滿足盤臺(tái)設(shè)計(jì)人因?qū)t的要求，同時(shí)也滿足操縱員操作習(xí)慣及可達(dá)可視范圍。

本次設(shè)計(jì)驗(yàn)證說(shuō)明，根據(jù)盤臺(tái)人因設(shè)計(jì)導(dǎo)則設(shè)計(jì)出來(lái)的盤臺(tái)和盤面可以滿足人因工程的要求，利用本盤臺(tái)人因設(shè)計(jì)導(dǎo)則設(shè)計(jì)規(guī)范作為驗(yàn)證依據(jù)也與實(shí)際的模型驗(yàn)證的操作感受和操作員習(xí)慣相符合，說(shuō)明這一導(dǎo)則能夠很好地適用于國(guó)內(nèi)的核電廠控制室項(xiàng)目。

5 結(jié)論

本文通過(guò)研究多個(gè)國(guó)內(nèi)外盤臺(tái)人因相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)則和參考以往盤臺(tái)人因設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)NUREG-0700中在具體應(yīng)用情況下的未覆蓋和不適用的條目進(jìn)行了補(bǔ)充和修改，形成了一套適用于國(guó)內(nèi)核電廠控制室盤臺(tái)的人因設(shè)計(jì)導(dǎo)則。根據(jù)此導(dǎo)則，在某項(xiàng)目進(jìn)行了具體的控制室盤臺(tái)人因驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果中客觀的檢查表和主觀的調(diào)查問(wèn)卷的相互印證，并且最終通過(guò)1:1mockup盤臺(tái)，結(jié)合VR工具驗(yàn)證在各方面都滿足人因工程導(dǎo)則的要求，說(shuō)明這一導(dǎo)則能夠很好地適用于國(guó)內(nèi)的核電廠控制室項(xiàng)目，具有一定的通用性和借鑒意義。當(dāng)然，正如NUREG-0711中所指出的，人因?qū)t需要不斷的完善和更新：在2020年7月發(fā)布的NUREG 0700第三版中，對(duì)于第11章控制室盤臺(tái)的內(nèi)容將模擬化盤臺(tái)和數(shù)字化盤臺(tái)做了區(qū)分[11]；GB 10000《中國(guó)人人體尺寸的標(biāo)準(zhǔn)》[12]的發(fā)布時(shí)間為1988年，與現(xiàn)今中國(guó)相應(yīng)人群的真實(shí)尺寸存在時(shí)代差異；另外，關(guān)于盤面中文字體的相關(guān)要求依然需要進(jìn)一步討論等。這些都是以后可以對(duì)盤臺(tái)設(shè)計(jì)導(dǎo)則進(jìn)行補(bǔ)充和完善的地方。