文献标识码：B文章编号：1003-0492（2025）11-115-03中图分类号：TL362

★郭毅飞，宋立平，窦颖，张尧（北京广利核系统工程有限公司，北京100094）

关键词：核电厂控制室；马赛克设备文本编码；三维设计模型；P5-P95百分位视距特性

核电厂控制室马赛克设备^[1]文本编码^[2]可读性关联核电安全效率，人因工程是仪控设计研究重点，但其文本编码人因优化仍待深入。现有研究中，侧重设备的人因优化和布局空间约束，但均未涉及文本编码细节与规范。当前编码存在规范缺失、人因^[3，4]适配不足、空间利用低效问题，需进一步研究。本研究以核电站为背景，依相关标准，分析了8类设备面板约束与操作员视距^[5]，建立了三维设计模型，制定了双字体、字高公式（h≈0.004×d）及布局参数，制备了设计方案。结果显示，模型匹配分区需求，方案提升了识别效率，填补了量化设计空白，为核电厂人机界面标准化提供了支撑。

1　人因约束分析与建模

1.1　设备分区与视距特性建模

本研究以核电站控制室为实际工程背景，依据设备功能（报警、监视、操作）及安装位置高度进行分区（见表1）。我们采集并分析了8类核心马赛克设备的面板打印区域尺寸和典型布局高度数据，结合GB/T10000-1988中国成年人人体尺寸^[6-10]的站姿眼高修正数据，考虑操作员在控制台前的典型坐姿，建立了操作员P5（代表第5百分位女性操作员）至P95（代表第95百分位男性操作员）视距模型（图1）。该模型量化了不同分区、不同类型设备前操作员眼睛到设备面板文本区域的典型距离范围。

表1马赛克设备分区及空间约束特性

图1坐姿视距数据

1.2　文本编码核心参数设计准则

本研究基于NUREG 0700 Rev.3人机界面设计评审指南^[11]对人机界面信息显示清晰度的要求，以及GB/T14691技术制图字体^[12]关于技术制图字体标准的原则，并结合核电厂控制室的实际工程经验与视觉工效学原理，确立了文本编码设计的核心参数准则：

1.2.1　字体结构准则

（1）禁用衬线/斜体/阴影样式。

（2）中英文字体比选：

·中文：选用黑体。其优势在于笔画粗细均匀一致，完全无装饰性笔触（衬线），视觉冲击力强，且在低照度、小尺寸和快速辨识场景下具有最优的清晰度和易读性。

·英文/数字：选用Arial Narrow（加粗）。该字体在保持Arial无衬线、清晰易读特性的基础上，其Narrow版本能有效节省水平空间。加粗处理则进一步增强了字符的视觉突出度，确保在复杂背景中易于被快速捕捉。

1.2.2　字符尺寸模型

（1）理论依据：字符的最小可辨识高度（h）与观察距离（d）以及所需的最小视角（Ф）直接相关。依据人因工程标准（如NUREG 0700），为保障可靠辨识，文本所需的最小视角通常设定为Ф=15角分。

（2）计算公式：基于几何光学原理，推导出字符高度计算公式^[13]，如式（1）所示：

式中：h-字符的最小可辨识高度；

d-观察距离；

Ф-最小视角。

代入Ф=15'（需转换为弧度计算）并进行简化近似，得到工程实用公式：hmin≈0.004×d。

（3）分区最小字高确定：将1.1节建立的P5～P95视距范围上限值（dmax）代入公式，计算得到各分区的最小字高要求：

·报警区：dmax=890.69mm，

hmin≈0.004×890.69≈3.6mm；

·监视区：dmax=705.05mm，

hmin≈0.004×705.05≈2.9mm；

·操作区：dmax=533.99mm，

hmin≈0.004×533.99≈2.2mm。

1.2.3　布局优化规格

（1）行间距：为避免上下行字符视觉粘连，行间距应不小于字高（h）的50%，即≥0.5h。

（2）字符间距：为避免相邻字符视觉粘连，字符间距（包括中文字间、英文字母间距）应不小于一个典型笔画宽度。参照标准，此宽度约为h/14。故规定字符间距≥0.07h。

（3）字符宽高比：为保证字符形状清晰可辨，避免过度拉长或压扁：

·中文：宽高比建议范围0.7:1至1:1；

·英文/数字：宽高比建议范围1:1至3:5(0.6:1)。

·字符容量：遵循核电厂仪控系统编码规则，单行最大字符数约束为：首行≤16字符，次行≤18字符。

2　设计方案与工程应用

2.1　分区参数配置

根据第1章建立的准则和模型，结合具体设备面板尺寸、信息量及工程实践的可视性，我们制定了详细的文本编码设计参数配置方案，如表2所示。该方案在满足最小字高要求的基础上，考虑了面板空间限制、多行文本需求及美观性，对字高、行间距、边距等进行了优化设定。

表2马赛克设备文本编码设计参数配置表

2.2　应用设计案例

依据表2的设计规范，我们对8类马赛克设备的文本编码进行了详细的应用设计。设计中统一采用Arial Narrow（加粗）作为英文字体（中文为黑体）。关键设备的设计图例如图2所示，展示了文本在面板上的位置、大小、间距等实际效果。

图2马赛克设备文本设计示例

3　结论

本研究针对核电厂控制室马赛克设备文本编码的可读性问题，开展了系统性的人因工程设计优化研究，并取得了以下主要成果：

（1）方法创新：建立了基于操作员P5～P95百分位视距差异的字符最小高度量化模型（h≈0.004×d），有效解决了传统设计忽视操作员个体差异导致的视认性问题。

（2）设计规范建立：提出了“黑体（中文）+ArialNarrow加粗（英文/数字）”的双字体核心架构，并通过精确的布局规则（行间距≥50%h，字符间距≥7%h，字符宽高比约束）确保了整体排版的清晰性与一致性。

（3）设计方案意义：本研究所提出的设计方法及参数配置方案提升了文本信息的识别速度和准确率，有效降低了误读风险。

作者简介：

郭毅飞（1988-），男，北京人，工程师，学士，现就职于北京广利核系统工程有限公司，主要从事核安全级仪控系统的硬件设计工作。

参考文献：

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[4]李鹏程,汪胜春,唐云波.核电人因工程研究的辩证思维[J].南华大学学报(社会科学版),2010,11(1):1-3.

[5]高媛,李菁,陈洁.主控室盘台人体工效学验证[J].科技视界,2017,(5):120-121.

[6]周茂,刘明明,刘全东,等.核电厂主控制室人因分析中的人体尺寸修正[J].上海交通大学学报,2019,53(S1):17-23.

[7]GB/T10000-1988,中国成年人人体尺寸[S].

[8]GB/T12985-1991,在产品设计中应用人体尺寸百分位数的通则[S].

[9]GB/T13547–1992,工作间人体尺寸[S].

[10]于明玖,叶军,陆长德.中国成年人尺寸标准在产品设计中的应用方法[J].江苏大学学报(自然科学版),2006,27(5A):64-66,77.

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

[12]GB/T14691-1993,技术制图字体[S].

[13]宋立平,郭毅飞,窦颖.基于人体尺寸的核电厂主控室盘台人因分析及验证[J].核科学与工程,2022,42(S):249-252.

摘自《自动化博览》2025年11月刊