0 引言
核电厂中布置有不同类型的阀门，承担隔离，调节等各类不同功能。由于核电厂布置物项中多，空间紧张的特点，部分阀门往往存在操作及检修困难的问题。本质上是人员工作任务的需求与代价利益的平衡（富裕的空间必然导致更大体量的厂房从而增加成本）。随着核电行业对全厂范围的人因设计日益重视，本文从人因工程的角度对阀门的操作检修进行分析，从设计层面研究如何合理可行的完成阀门布置设计。
1 核电厂阀门布置现状
核电厂布置有大量阀门，根据其工艺设计要求、检修要求及房间格局，形成不同的布置方案。 以核岛厂房为例，现行行业标准《压水堆核电厂核岛工艺系统管道布置设计准则》（NB-T 20472 RK-2017）要求阀门在一定区间内进行布置，过高或过低的阀门布置均会存在操作不便利的情况。核岛厂房内空间设计紧张，有限的空间需要兼顾设备操作、设备检修、通道空间等要求，满足最优的阀门布置空间往往难以实现。这导致后期运维过程中，部分阀门操作及运维困难，更有甚者会造成人因操作失误，导致不可预知的后果。
国外设计单位已经将人因工程引入核电厂布置设计过程中，发展出一套较为成熟的设计体系。近年来，国内对人因工程研究也逐渐从主控室设计拓展至全厂布置设计，例如中国广核集团在英国通用设计审查项目中已将全厂人因作为审查重点之一。本文探讨从人因工程的视角解读布置设计，并研究利用人因工程的方法优化阀门布置，从而达到布置方案合理性及经济性的和谐统一。
2 人因视角下阀门布置要求的问题分析
根据《核动力厂设计安全规定》(HAF 102)，全厂人因工程的设计要求设计必须在设计过程初期就系统地考虑人因工程，并贯彻于设计全过程。其中人因工程要求设备管道布置过程中，应满足如下总体性要求：
1） 全厂人因工程需具备良好的人机接口；
2） 物项的设计应支持用户完成相关任务，而不会引入额外的负荷；
3） 全厂人因工程设计应符合人体工程学原则设计；
4） 应考虑设计对象的可运行及可维修性。
核电厂调试、运行及检修过程中，大量的阀门需要进行手动操作，常规布置设计给出了指导性的布置要求。结合上述人因工程设计原则，阀门人机接口侧重于阀门本体设计，不在本文详述；对于可运维及可维修性，属于行业内已经达成普遍共识的设计要求，且实际项目中存在大量工程经验，其设计是成熟的。除此以外，任务分析阀门以及布置中人体工程学的考虑是现有要求中考虑较少或有所不足的，比如布置高度及空间的在核电厂生命周期内的优先级如何界定，布置空间的是否充分考虑人体工程学要求等。以上问题基于人因视角提出，为进一步优化阀门布置要求提供了方向。
3 人因视角下阀门布置要求的改进
3.1 阀门任务分析及分类
任务分析的目的是提供具体任务的需求以便明确需要实现的功能。在开展具体设计之前，任务分析有助于任务的分类及分组以便明确适用的标准。本文考虑核电厂范围内各个阶段人员需要手动操作的阀门任务。其分析涵盖核电厂全生命周期并考虑如下的要素：
任务所对应的设计阶段，如建造安装，正常运行及维修检查等；
任务所需的人员操作步骤，如检修流程，现场运行操作规程等；
任务对象的基础数据信息，如设备尺寸；
任务功能分配的确认，明确需要人员手动操作的具体任务；
支持人员操作所需要的工具及配套设备等
基于核电厂不同阶段以及阀门执行的功能，常规的阀门操作任务总结如表3-1所示：
表3-1 常见的阀门操作任务清单
核电厂生命周期内不同阶段内阀门需要执行的任务繁多，且多为对阀门的手动开启及关闭动作。为了明确布置要求，有必要基于任务分析对阀门进行分类，此时常规阀门的分类（如手动/电动阀，隔离阀/止回阀）已经不再适用，有必要引入额外的分类方法。
根据上述任务清单，本文按核电厂不同设计阶段（调试/运行/检修等）、不同的操作频率（高/中/低）对阀门操作进行分析，确定阀门重要度，如表3-2所示。
表3-2 阀门重要度说明
基于以上维度以及相关的重要度分析，结合阀门使用频率、使用阶段以及实际功能，对阀门进行三级划分。具体如下：
等级1：此类阀门包括哪些对正常运行或应急操作至关重要的阀门。这些阀门需要确保通道通畅以便可以快速进入或维修。
等级2：此类阀门不需要在正常运行或应急操作工况下操作，但日常维护维修活动中需要使用。
等级3：此类阀门在日常运维几乎无需使用，仅在某些特殊阶段时使用。
表3-3给出了常见阀门任务的等级说明，用于指导工程实际使用。
表3-3 常见阀门任务分级表
3.2基于人因工程学的布置空间要求
人因工程要求布置空间是适宜人员对阀门进行操作的，以手动阀门常规的开启及关闭动作为例，其需要考虑的基本要求包括：
1）人员操作姿态合理，操作空间符合人体工程学要求；
2）需要考虑劳保用品以及防护服装所占用的空间；
3）需要为操作活动保留的额外动态空间。
国内《用于机械安全的人类工效学设计》(GB/T 18717-2002)以及《工作空间人体尺寸》(GB/T 13547-1992) 均展示了大量人体尺寸数据。根据人因工程的理论，宜选择男性95%的数据为上限值以及女性5%的数据为下限值，通过不同人体姿势下的数据尺寸，评价阀门操作空间的合理性。结合阀门操作的特点，本文选取了如下的人体尺寸参数，用作后续评价使用，具体详见表4-1。
表4-1 常用的人体尺寸信息参数
除此以外，结合电站中常规使用的安全帽及劳保鞋尺寸以及工程经验，需要考虑必要的劳保用品预留及活动空间裕量如下：
1）高度裕量：
身体活动的基本裕量（h1）为50mm（跪姿或爬姿时为100mm）；
鞋或厚鞋袜（h2）为40mm；
头盔为（h3）60mm；
宽度裕量：
身体活动的基本裕量（b1）为50mm；
工作服（b2）为20mm；
厚实的冬装或个体防护服（b3）为100mm；
结合以上参数，即可计算出不同要求下的布置要求，以常见的水平手轮操作为例，运行人员采用站立姿势，手肘平举的姿势操作，其手轮布置的最大高度（H1max）及最小高度（H1min）分别计算可得：
H1max=a15max+h2=1096+40=1136(mm)
H1min=a15min+h2=899+40=939(mm)
按前文所总结的阀门分级要求，等级1的阀门重要程度最高，应保证其操作的舒适性及有效性，及采用上述站立姿态的操作；等级2阀门重要程度次之，但也需要保证阀杆布置高度介于肩部与膝盖之间；等级3阀门操作频率低，失效后果影响较小，在布置空间有限的情况下，其布置空间的优先级最低。相应地根据人体尺寸空间计算不同阀门等级对阀门操作的要求，归类总结形成图3-1以及图3-2。
图3-1 手轮高度布置示意图（竖直阀杆）
图3-2 手轮高度布置示意图（水平阀杆）
4 结语
本文在人因工程要求下，通过任务分析，对阀门等级进行合理分类；通过对人体尺寸以及核电厂常用工具的调研，确定最优的操作要求；依据以上的分析，综合获得的常规阀门操作空间需求，有效地平衡了核电厂设计空间与阀门操作要求。阀门等级的划分在核安全、常规工业安全以外提供了另一套基于人因视角的分级方法，为核电厂内就地布置方案提供了人因审查的评价维度，有利于综合提高房间空间布局的合理性、和谐性以及经济性。
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