核电厂数字化主控室操纵班组沟通内容特征的研究

张 力，叶海峰，李鹏程，青 涛

（1.南华大学 核科学技术学院，湖南 衡阳 421001；2.湖南工学院，湖南 衡阳 421002；3.南华大学 人因研究所，湖南 衡阳 421001）

核电厂数字化主控室操纵班组沟通内容特征的研究

张 力1，2，3，叶海峰1，李鹏程3，青 涛1

（1.南华大学 核科学技术学院，湖南 衡阳 421001；2.湖南工学院，湖南 衡阳 421002；3.南华大学 人因研究所，湖南 衡阳 421001）

沟通内容、沟通方式、沟通及时性是影响作业班组成员间沟通有效性的三大因素。通过对核电厂数字化主控室采用新的状态导向法事故规程（SOP）进行工作域分析，提出了操纵班组执行SOP时沟通内容特征的假设：电厂状态及其参数、电厂系统功能和设备、规程是主要的沟通内容。在核电厂全范围模拟机上，3个操纵班组在事故场景下进行了操控实验。实验结果表明，数字化主控室操纵班组执行SOP进行事故处理时沟通内容特征的假设成立。

班组沟通；工作域分析；状态导向法事故规程；数字化主控室；事故处理

在复杂社会-技术系统（航空、化工厂、核电厂、铁路系统等）发生的众多事故中，操纵班组成员间的沟通不当是直接或间接原因之一。美国核管会对核电厂事故报告的分析以及对人因事故的调查表明：在事故报告涉及人的行为问题中，沟通不当占35%［1］。恰当的沟通对团队绩效有着重要意义。在核电厂事故处理中，核电厂操纵班组通过沟通可达到以下目的：及时获取信息、实现团队的协同配合。沟通内容的准确性、沟通方式的适当性、沟通时间的及时性是团队成员间有效沟通的重要体现，也是影响沟通有效性的重要因素。有研究人员从沟通方式、沟通数量的角度研究了操纵班组沟通的特征［25］。本文认为沟通内容的准确性是有效沟通的关键，通过对沟通内容的研究，可获得团队沟通的重要内容及其结构、分布和特征，从而可对相关内容的沟通方式提出建议，更好地预防和减少团队沟通的失误。鉴于此，本文针对核电厂数字化主控室采用状态导向法事故规程（SOP）这一新的工作环境，研究操纵班组成员沟通的内容特征，并在核电厂全范围模拟机上进行实验验证。

1 工作域分析

工作域是一确切的环境，其意图是满足已经确定的需求或目的。在一定工作域内，工作系统的目标（必须实现的目标和功能）和可用条件（系统中可用的部件及其使用条件，系统实现某一功能的能力）约束了工作人员的行为，定义了工作人员基本的工作和问题空间，形成了工作域的控制要求和控制技术。在处理难以预料的工况或稀有事故时，有关工作系统约束条件（目标和硬件）的知识有助于工作人员在工作系统可接受的界限内采取各种方法。

工作域分析（WDA）［6］是认知分析的一种。通过WDA对工作系统的目标和可用条件建立层次分解空间（ADS），可明确工作域的控制要求和控制技术，建立工作人员行为的约束条件。

ADS包括横向和纵向两个维度，横向的分解维度为整体与部分的关系，其关系较简单。纵向的层次维度包括：1）目标层，工作系统的目标和外部对其的约束条件；2）价值标准层，目标实现的评价标准；3）功能层，实现目标层的系统功能；4）实体能力层，实现功能层的实体单元能力及其限制条件；5）实体层，系统的实体部件。

纵向的层次维度从上至下说明上一层次是如何通过下一层次来实现的，从下到上则说明为何下一层次能提供对上一层次的支持。这种途径-目的关系间的多种映射方式（一对一，一对多，多对一，多对多）形成了工作人员的认知推理空间。层次维度的上三层形成了该空间的目的性特征，下两层形成该空间的物理层特征。工作人员间的沟通是其行为之一，系统的目标和可用条件是其行为的约束条件，工作人员间沟通的内容应与ADS的元素特征存在联系。

2 沟通内容特征的提出

核电厂发生事故时，运行人员需对电厂状态进行目的性改变以达到电厂系统的安全目标。在这一过程中，主控室工作域内操纵班组间能力的差异（操纵班组人员的运行经验，专业知识能力，团队的合作、管理等）可能导致不同的操纵班组在同一事故背景下的沟通特征（沟通频率、网络、方式、内容等）不完全一致。同一操纵班组在不同的事故背景下，操纵员的能力支持度和主控室具体的控制要求也不会完全一致，沟通特征也可能发生变化。因此，针对沟通特征的一般性描述难以适用于所有操纵班组。

尽管如此，不同的操纵班组具有一致的核电厂工作系统目标和可用条件。

核电厂工作系统的目标和可用条件形成了核电厂主控室工作域的控制要求与技术。工作域的控制要求、技术，工作人员的能力决定了人员沟通网络的结构、沟通的内容以及实际的工作组织。当工作系统是功能系统时，工作人员的能力、工作域内的技术将会引导人员的分工和工作组织的发展，并会一直决定人员沟通的内容［7］。因此，在核电厂主控室工作域内，核电厂的系统目标和可用条件，主控室操纵班组人员的能力决定了沟通网络的结构和内容。

在事故处理时，SOP使主控室工作域具有新的系统目标和可用条件。本文对某数字化核电厂采用SOP的数字化主控室工作域进行分析，提出操纵班组在执行SOP的过程中沟通内容的可能特征。

SOP的设计思想是通过对电站总体状态功能的识别、诊断，确定功能目标、安全状态，并制定运行控制策略实现其电厂安全运行目标［8］。在执行SOP过程中，主控室操纵班组对机组整体状态，事故严重程度的监视、诊断和控制围绕6个基本状态及其特性参数（表1）展开。在参数判据及其控制方案的引导下，操纵班组采取措施（如监视某些参数、启用某些功能、停运某些设备）使机组恢复或维持在可接受的状态内，以实现对事故的缓解并最终实现核电厂的安全目标。SOP从电厂系统的安全目标层出发，对核电厂系统安全目标的价值标准层、功能层及实体层的元素和各层次之间的关系进行了表征，核电厂主控室数字化仪控系统这一可用条件／硬件背景构成了主控室工作域关于核电厂系统ADS实体能力层（表2）。

表1 核电厂6个基本状态及其特性参数Table 1 Six basic status and feature parameters of nuclear power plant

表2 主控室工作域关于核电厂系统的层次分解空间Table 2 ADS of nuclear power plant system in work domain of main control room

SOP对6个基本状态及其特性参数的相关表征确定了系统与操纵班组的目标背景和控制要求，构成了操纵班组行为的约束条件。可以假设操纵班组沟通的主要内容包括：1）核电厂的6个基本状态及其特性参数；2）参数控制涉及的系统功能、设备等。

SOP表征的目标层、价值标准层、功能层及实体层的元素和各层次之间的关系最终是通过数字化仪控系统实现的。岭东核电厂主控室的数字化仪控系统主要包括基于计算机的显示系统、软控制系统和报警系统。具体实现形式为：以计算机为基础的个人工作站4个，4块墙面大屏幕信息显示屏。个人工作站是操纵员主要的工作平台。在SOP执行过程中，软控制功能使得操纵班组对功能、设备的操控变得容易、迅速。但个人工作站空间上的相对独立、规程的计算机化显示，使班组成员间的相互监督、配合变得困难。因此，SOP对关键步骤的执行给出了需要沟通的提示，如一回路操纵员RO1按规程的提示告诉二回路操纵员RO2自己即将执行ECP2规程，进入序列3等。因此，在SOP的执行中，与规程关键步骤配合的沟通是操纵员的沟通内容之一，即关于规程的沟通。

综上，假设操纵班组沟通的内容特征为：1）关于系统6个基本状态及其特性参数的沟通；2）关于规程的沟通；3）系统功能、设备的沟通。为了对假设进行验证，选取3个被试组（9名操纵员）进行了模拟机实验。

3 实验

3.1 实验方案

模拟的事故场景：在某数字化核电厂全范围模拟机上，于启堆过程中发生安全壳外主蒸汽管道破口叠加蒸汽发生器传热管破口事故。

实验对象：9名已取得了初级操纵员资格的核电厂运行人员，分为3个操纵班组，编号1、2、3，每组3人，分别为一回路操纵员RO1，二回路操纵员RO2，机组长US。

实验时间：执行SOP 40min。

实验记录：用录像设备对模拟事故场景下操纵班组执行SOP的过程进行全程视频记录，对操纵班组成员间的沟通内容文档化。

数据获取：为方便沟通内容的计数，对单次沟通的内容进行如下处理。如果沟通内容含多个对象且多次提及，仅对各沟通对象计数一次。如在某次沟通中，操纵班组对一回路温度和压力进行了讨论，对一回路温度、压力各计数一次。

3.2 实验结果和讨论

1）沟通数量及分布

3个操纵班组总的沟通次数分别为：第1组59次，第2组75次，第3组42次。沟通内容计数的分布示于图1。3个操纵班组关于参数（6个状态及其特性参数）、系统功能和设备、规程和其他内容的沟通比例分布示于图2。

第1组和第3组关于规程沟通的计数明显少于第2组（图1）。第1组和第3组的规程沟通计数差异可由规程执行进度来解释（在实验结束时，第1组一回路规程执行到ECP2，第2组和第3组均执行到ECP3的序列2）。

图2 3个操纵班组沟通内容比例分布Fig.2 Distribution for communication content proportion of three operation crews

第2组关于规程的沟通计数不但明显高于第1组，还明显高于规程执行进度无差异的第3组。对沟通文本和视屏资料的分析发现，第2组的沟通方式较另外两组差，第2组成员在沟通前未通过呼叫引起沟通对象的注意，在沟通对象忙于其他任务时，这种方式造成了较差的沟通效果，需多次沟通才能达到相关的目的。这说明对同一内容，不当的沟通方式会增加人员间沟通的次数，增加沟通失误发生的可能性。这也可解释第2组总的沟通次数最高，而关于参数、系统和设备的沟通比例（图2）与其他两组相差不大。对沟通内容以恰当的方式来传递是重要的，沟通次数与沟通的效果并不正相关。

参数、系统功能和设备、规程的沟通占据了3个操纵班组沟通内容的绝大部分。在3个操纵班组中，关于参数的沟通均处于最大比例，达到了40%以上；关于系统功能和设备的沟通比例其次，达到20%以上；关于规程的沟通比例在10%以上，这符合提出的沟通内容假设。

在3个操纵班组沟通的主要内容分布中，参数、系统功能和设备两者占据了大部分比例，且参数的比例大于系统功能和设备比例。由于核电厂自动化水平的提高和主控室数字化仪控系统的引入，核电厂系统很多功能和设备能以自动化的方式实现动作，需要手动操纵的部分，操纵员在个人工作站便能完成。因此，操纵班组成员间并不需要频繁地对系统功能和设备进行沟通，在对系统功能和设备操作时，操纵员主要是以自唱票的形式进行。在事故处理过程中，由于SOP的诊断和控制策略是以状态导向为基础的，参数目标是操纵班组行为的出发点，操纵班组人员需要对参数循环地进行监视、诊断、控制，操纵人员和参数间存在反馈，操纵班组关于参数的沟通不但能明确操纵班组的任务目标，也能对任务的效果及时反馈。所以，参数沟通在班组沟通的内容中比例最大，而参数控制目标的实现依赖于系统功能和设备的动作，其在沟通比例中为第2位。

2）参数沟通分析

3个操纵班组关于参数的沟通比例最大，因此，对参数的沟通做进一步分析。3个操纵班组关于参数内容（6个状态及特性参数）的沟通比例分布列于表3。

由表3知，3个操纵班组关于各参数的沟通比例不完全一致。在核电厂数字化主控室中，事故时反应堆根据相关的触发信号自动紧急停堆，不需操纵班组实行停堆操作。因此，自动停堆后，次临界度的沟通为0%。

表3 3个操纵班组关于参数内容沟通的比例分布Table 3 Distribution for communication proportion on parameter content of three operation crews

3个操纵班组的参数沟通比例中，一回路压力和温度均最大。根据核电厂纵深防御原则，反应堆内燃料芯块和包壳、反应堆一回路压力边界作为放射性防护的第一道、第二道屏障，其完整性与一回路的温度和压力密切相关，因此，处理事故时，操纵班组对一回路压力和温度的控制很重要，沟通比例最大，其中第1组关于一回路压力和温度的沟通比例最高，为62%。一回路水装量的沟通在3个小组均最低，这是因为反应堆停堆时高压安注系统启动确保了压力容器的水位。

4 结论及展望

在数字化主控室使用SOP处理事故的过程中，尽管不恰当的沟通方式增加了沟通的次数，但参数、系统和设备、规程是操纵班组沟通内容的主要特征。在操纵班组的沟通内容中，参数占据了重要地位，体现了SOP状态导向、非针对特定事故的特征。主控室操纵员在个人工作站的操作相对独立，操纵班组的沟通内容更关注团队的控制目标：即电厂的状态及其特性参数。不同操纵班组对参数的沟通次数和分布差异可能影响事故处理进程。在后续研究中，如果在其他事故工况的实验中依然得到类似结果，则可以期望，数字化主控室操纵班组在执行SOP过程中，系统状态参数、系统功能和设备、规程可作为操纵班组沟通内容的一般特征，操纵班组在使用SOP处理事故时潜在的沟通失误与这些主要内容相联系。据此，可以针对操纵班组沟通的主要内容提出沟通方式的建议，从而更好地防止操纵班组沟通失误对核电厂运行安全带来的负面影响。

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［4］ KIM Seunghwan，PARK Jinkyun，HAN Sangyong，et al.Development of extended speech act coding scheme to observe communication characteristics of human operators of nuclear power plants under abnormal conditions［J］.Loss Prevention in the Process Industries，2010，23：539-548.

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［8］ 吴广君，刘玉华，刘志云.状态导向法事故规程在我国核电厂中的应用［J］.能源工程，2011（1）：21-24.

WU Guangjun，LIU Yuhua，LIU Zhiyuan.Application of the state oriented procedures in nuclear power station in our countries［J］.Energy Engineering，2011（1）：21-24（in Chinese）.

Research on Characteristics of Communication Content of Operation Crew in Digital Main Control Room of Nuclear Power Plant

ZHANG Li1，2，3，YE Hai-feng1，LI Peng-cheng3，QING Tao1
（1.School of Nuclear Science and Technology，University of South China，Hengyang421001，China；2.Hunan Institute of Technology，Hengyang421002，China；3.Human Factor Institute，University of South China，Hengyang421001，China）

Communication content，communication mode and timeliness of communication are the main three factors that influence the effectiveness of the communication between team members.Based on the work domain analysis to execution of state-oriented procedures（SOP），the assumptions for operation crews’characteristics of the communication content in executing SOP were proposed，which supposed that the power plant status and parameters，power plant system functions and equipments，and SOP as well were the main communication contents.On a full-scope simulator of nuclear power plant，three operation crews performed experiments simulating accident scenarios.The results show that the assumptions of characteristics of the communication content are valid.

crew communication；work domain analysis；state-oriented procedures；digital main control room；accident management

TL364.1

：A

：1000-6931（2015）04-0750-05

10.7538／yzk.2015.49.04.0750

2013-12-21；

2014-10-08

国家自然科学基金资助项目（71071051，71371070）；岭东核电有限公司科研项目资助（KR70543）

张 力（1955—），男，四川中江人，教授，博士，主要从事人因工程、系统安全分析与评价等研究