文獻標識碼：B文章編號：1003-0492（2025）11-115-03中圖分類號：TL362

★郭毅飛，宋立平，竇穎，張堯（北京廣利核系統工程有限公司，北京100094）

關鍵詞：核電廠控制室；馬賽克設備文本編碼；三維設計模型；P5-P95百分位視距特性

核電廠控制室馬賽克設備^[1]文本編碼^[2]可讀性關聯核電安全效率，人因工程是儀控設計研究重點，但其文本編碼人因優化仍待深入。現有研究中，側重設備的人因優化和布局空間約束，但均未涉及文本編碼細節與規范。當前編碼存在規范缺失、人因^[3，4]適配不足、空間利用低效問題，需進一步研究。本研究以核電站為背景，依相關標準，分析了8類設備面板約束與操作員視距^[5]，建立了三維設計模型，制定了雙字體、字高公式（h≈0.004×d）及布局參數，制備了設計方案。結果顯示，模型匹配分區需求，方案提升了識別效率，填補了量化設計空白，為核電廠人機界面標準化提供了支撐。

1　人因約束分析與建模

1.1　設備分區與視距特性建模

本研究以核電站控制室為實際工程背景，依據設備功能（報警、監視、操作）及安裝位置高度進行分區（見表1）。我們采集并分析了8類核心馬賽克設備的面板打印區域尺寸和典型布局高度數據，結合GB/T10000-1988中國成年人人體尺寸^[6-10]的站姿眼高修正數據，考慮操作員在控制臺前的典型坐姿，建立了操作員P5（代表第5百分位女性操作員）至P95（代表第95百分位男性操作員）視距模型（圖1）。該模型量化了不同分區、不同類型設備前操作員眼睛到設備面板文本區域的典型距離范圍。

表1馬賽克設備分區及空間約束特性

圖1坐姿視距數據

1.2　文本編碼核心參數設計準則

本研究基于NUREG 0700 Rev.3人機界面設計評審指南^[11]對人機界面信息顯示清晰度的要求，以及GB/T14691技術制圖字體^[12]關于技術制圖字體標準的原則，并結合核電廠控制室的實際工程經驗與視覺工效學原理，確立了文本編碼設計的核心參數準則：

1.2.1　字體結構準則

（1）禁用襯線/斜體/陰影樣式。

（2）中英文字體比選：

·中文：選用黑體。其優勢在于筆畫粗細均勻一致，完全無裝飾性筆觸（襯線），視覺沖擊力強，且在低照度、小尺寸和快速辨識場景下具有最優的清晰度和易讀性。

·英文/數字：選用Arial Narrow（加粗）。該字體在保持Arial無襯線、清晰易讀特性的基礎上，其Narrow版本能有效節省水平空間。加粗處理則進一步增強了字符的視覺突出度，確保在復雜背景中易于被快速捕捉。

1.2.2　字符尺寸模型

（1）理論依據：字符的最小可辨識高度（h）與觀察距離（d）以及所需的最小視角（Ф）直接相關。依據人因工程標準（如NUREG 0700），為保障可靠辨識，文本所需的最小視角通常設定為Ф=15角分。

（2）計算公式：基于幾何光學原理，推導出字符高度計算公式^[13]，如式（1）所示：

式中：h-字符的最小可辨識高度；

d-觀察距離；

Ф-最小視角。

代入Ф=15'（需轉換為弧度計算）并進行簡化近似，得到工程實用公式：hmin≈0.004×d。

（3）分區最小字高確定：將1.1節建立的P5～P95視距范圍上限值（dmax）代入公式，計算得到各分區的最小字高要求：

·報警區：dmax=890.69mm，

hmin≈0.004×890.69≈3.6mm；

·監視區：dmax=705.05mm，

hmin≈0.004×705.05≈2.9mm；

·操作區：dmax=533.99mm，

hmin≈0.004×533.99≈2.2mm。

1.2.3　布局優化規格

（1）行間距：為避免上下行字符視覺粘連，行間距應不小于字高（h）的50%，即≥0.5h。

（2）字符間距：為避免相鄰字符視覺粘連，字符間距（包括中文字間、英文字母間距）應不小于一個典型筆畫寬度。參照標準，此寬度約為h/14。故規定字符間距≥0.07h。

（3）字符寬高比：為保證字符形狀清晰可辨，避免過度拉長或壓扁：

·中文：寬高比建議范圍0.7:1至1:1；

·英文/數字：寬高比建議范圍1:1至3:5(0.6:1)。

·字符容量：遵循核電廠儀控系統編碼規則，單行最大字符數約束為：首行≤16字符，次行≤18字符。

2　設計方案與工程應用

2.1　分區參數配置

根據第1章建立的準則和模型，結合具體設備面板尺寸、信息量及工程實踐的可視性，我們制定了詳細的文本編碼設計參數配置方案，如表2所示。該方案在滿足最小字高要求的基礎上，考慮了面板空間限制、多行文本需求及美觀性，對字高、行間距、邊距等進行了優化設定。

表2馬賽克設備文本編碼設計參數配置表

2.2　應用設計案例

依據表2的設計規范，我們對8類馬賽克設備的文本編碼進行了詳細的應用設計。設計中統一采用Arial Narrow（加粗）作為英文字體（中文為黑體）。關鍵設備的設計圖例如圖2所示，展示了文本在面板上的位置、大小、間距等實際效果。

圖2馬賽克設備文本設計示例

3　結論

本研究針對核電廠控制室馬賽克設備文本編碼的可讀性問題，開展了系統性的人因工程設計優化研究，并取得了以下主要成果：

（1）方法創新：建立了基于操作員P5～P95百分位視距差異的字符最小高度量化模型（h≈0.004×d），有效解決了傳統設計忽視操作員個體差異導致的視認性問題。

（2）設計規范建立：提出了“黑體（中文）+ArialNarrow加粗（英文/數字）”的雙字體核心架構，并通過精確的布局規則（行間距≥50%h，字符間距≥7%h，字符寬高比約束）確保了整體排版的清晰性與一致性。

（3）設計方案意義：本研究所提出的設計方法及參數配置方案提升了文本信息的識別速度和準確率，有效降低了誤讀風險。

作者簡介：

郭毅飛（1988-），男，北京人，工程師，學士，現就職于北京廣利核系統工程有限公司，主要從事核安全級儀控系統的硬件設計工作。

參考文獻：

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[8]GB/T12985-1991,在產品設計中應用人體尺寸百分位數的通則[S].

[9]GB/T13547–1992,工作間人體尺寸[S].

[10]于明玖,葉軍,陸長德.中國成年人尺寸標準在產品設計中的應用方法[J].江蘇大學學報(自然科學版),2006,27(5A):64-66,77.

[11]USNRC.NUREG-0700Rev.3:Human-SystemInterfaceDesignReviewGuidelines[S].WashingtonD.C.:USNuclearRegulatoryCommission,2021.

[12]GB/T14691-1993,技術制圖字體[S].

[13]宋立平,郭毅飛,竇穎.基于人體尺寸的核電廠主控室盤臺人因分析及驗證[J].核科學與工程,2022,42(S):249-252.

摘自《自動化博覽》2025年11月刊