破解核电厂防人因失误实验室设计困境：创新方案与未来趋势研究

【摘要】

核电厂防人因失误实验室对预防人因操作失误、提升核安全文化意义重大，但其设计存在场景模拟失真等问题影响效能。本文以国内核电厂实验室为案例，结合质量管理框架提出解决方案，探讨前沿技术融合路径，构建“技术-管理-文化”三维协同体系，为核安全领域提供参考。

【关键词】

核电厂；防人因失误实验室；人工智能；数字孪生

一、引言：

1.1 核安全的历史警示与技术挑战

从1979年三里岛核事故到2011年福岛核泄漏事件，人因失误一直是核安全领域的重大隐患。国际原子能机构报告显示，2015 - 2021年全球核电厂报告的4372起安全事件中，68.3%涉及人员操作失误或决策偏差。这些失误不仅造成巨大经济损失，如韩国古里核电站2012年人为停机事故损失2.3亿美元，还可能引发灾难性后果。

1.2 防人因实验室的功能定位与现存矛盾

防人因失误实验室作为核安全不可缺少的防线，需实现三大核心功能：场景复现：1：1还原现场和设备间等关键区域；行为矫正：通过重复训练形成肌肉记忆与条件反射；文化塑造：内化“自检、监护、工前会”等防人因工具的规范应用。

我国现有实验室普遍存在“硬件投入大、软件适配弱”问题。如秦山核电实验室水循环模拟系统，因缺乏动态压力环境模拟能力，无法提升学员在真实事故中的应急响应正确率，凸显场景失真与训练实效的矛盾。

因此，剖析核电厂防人因失误实验室设计问题并探索创新方案，成为核安全领域当务之急。本文以秦山核电实验室为样本梳理问题，提出改进策略，探索VR、AI等前沿技术融合应用路径。

二、现存痛点分析

2.1 场景模拟与真实环境脱节：主要通过水箱、水泵、阀门、仪表管线等搭建起水循环回路，在防人因失误工具应用的初训阶段有较大帮助，但是因缺乏对应急响应等复杂工况的动态模拟，学员难以体验真实操作现场的噪声干扰、紧急报警叠加等压力环境，导致复训阶段培训效果不佳。

2.2 人机接口设计缺陷：防人因失误实验室操作台布局未遵循人因工程原则，对于关键参数虽然有仪表显示，但是信息冗余问题突出，新增不必要的“人因失误陷阱”，削弱了人员风险预判能力。人机接口设计缺陷对认知负荷产生直接影响。

2.3 数据驱动能力不足：据统计，核电厂60%-70%的安全事件与人因相关，但多数防人因失误实验室未建立人因事件数据库，存在“数据孤岛”现象，无法通过云计算技术实现高风险环节的动态识别，加之教员也未主动人工识别、梳理历史人因事件，因此缺乏对历史人因事件的深度分析后的训练。

2.4 培训体系碎片化：现有培训多聚焦于操作的技能型失误，对于逻辑判断的规则型和应急状态下的知识型失误的针对性不足。容易出现因课程内容未动态调整，以及教员经验不足导致课程内容枯燥，操作人员在面对突发事件时，无法迅速、有效地采取措施。

2.5 安全文化与管理机制缺失：实验室对组织层面的安全文化建设重视程度不够，这使得操作规范仅停留在表面，加之实验室操作的课时不长，无法将规范行为真正落实到实际操作中，难以有效预防人因失误。

三、解决思路

3.1 多维度动态场景模拟系统：引入混合现实（MR）技术，构建高度可交互虚拟操作现场，模拟各种压力环境。如用VR头盔模拟核事故多重报警场景，包含设备振动声、对讲机通话声等噪声干扰，让操作人员身临其境。还可动态调整模拟场景难度和复杂度，满足不同层次训练需求，提升训练效果。例如，增加事故的严重程度、改变干扰因素的强度等，以满足不同层次操作人员的训练需求，进一步提升训练效果。

3.2 人机接口的认知优化设计：基于人因工程学对操作界面进行重构是解决人机接口设计缺陷的关键。参考《核动力厂人因工程设计》（HAD102/21 - 2021），采用分层显示技术是一种可行的方法。在一级界面上，仅展示关键安全参数，让操作人员能够在第一时间获取最重要的信息。二级界面则提供辅助诊断信息，当操作人员需要进一步了解设备运行状态时，可以通过操作进入二级界面查看。三级界面则提供历史数据趋势分析，帮助操作人员了解设备的长期运行情况，以便做出更准确的决策。根据NURE-0711人因工程验证数据，采用这种分层显示技术，最大可使操作人员的认知负荷降低40%。同时，在数字化控制系统DCS中嵌入防误操作逻辑，例如禁止非时序操作指令的输入，从技术层面上防止操作人员因误操作而引发安全事故。

3.3 智能数据分析与反馈闭环：建立人因事件智能分析平台，整合云计算与机器学习技术，是提升数据驱动能力的重要举措。通过对历史事件数据进行聚类分析，可以识别出高风险场景，进而生成定制化的培训模块。例如，通过分析历史数据，发现某一特定操作流程在特定工况下容易出现人因失误，那么就可以针对这一情况，设计专门的培训课程，让操作人员进行有针对性的训练。同时，利用“人员绩效管理系统”，可以量化学员的注意力分布与反应时间。根据这些量化数据，动态调整课程难度，实现小班制一对一的教学演练，提高培训的针对性和有效性。在培训过程中，还可以根据操作人员的实际表现，及时反馈培训效果，调整培训策略。例如，如果发现某个操作人员在某个环节的失误率较高，就可以增加该环节的训练强度，或者提供额外的辅导，帮助其提高操作技能。

3.4 分层培训体系与教员能力提升：优化培训体系，对课程设计进行训练模块分类，除了将培训分解为基础、专业、专项等模块外，还需要充分考虑各种防止人因失误的练习时长，并依据人员行为规范情况进行动态调整反馈。在基础培训模块，主要让操作人员掌握基本的操作技能和安全知识；在专业培训模块，针对不同的专业领域，进行深入的培训；在专项培训模块，则针对特定的操作流程或应急情况，进行专项训练。同时，根据操作人员在培训过程中的表现，及时调整培训内容和方式，确保培训的有效性。优化师资也是提升培训质量的关键。选拔教员时，要求其通过国际注册培训师认证，确保其具备专业的教学能力。并且，定期让教员参与世界核电运营者协会的培训标准化方法活动，使其能够不断更新教学理念和方法，提高教学水平。

3.5 全要素管理与安全文化渗透：建立全要素管理，定期校准测量仪器，确保操作时各仪表数据的准确性；及时维修实验室设施，保证设备的正常运行；定期审核教案的适用性，使其能够满足实际培训需求。同时，通过还原真实作业干扰场景，让操作人员在接近真实的环境中进行训练，提高其应对实际情况的能力。采用“安全积分制”，激励学员主动报告潜在失误，对于能够及时发现并报告潜在失误的操作人员，给予一定的积分奖励，积分可以兑换相应的奖品或福利。将典型案例植入VR培训场景，让操作人员通过亲身体验，深刻理解安全文化的重要性。

四、未来展望

防人因失误实验室设计应以“真实场景还原、数据驱动迭代、文化渗透赋能”为核心，通过技术升级与管理创新构建多层防御体系。未来可与AI技术进一步融合：1、数字孪生：构建与物理电厂同步的虚拟镜像，实时映射设备状态与人员操作，预演故障连锁反应。2、脑机接口：通过EEG监测学员注意力波动，α波占比超阈值时自动提升模拟场景复杂度，实现“自适应压力训练”。3、认知数字孪生：结合脑机接口与AI，建立操作员认知特征模型，预判决策倾向，针对性设计防失误策略。4、区块链存证：将培训记录与现场操作数据上链，实现人因管理透明化与追溯性。期待未来随着与AI技术深度融合，核安全领域诞生“零人因事故”全新范式，为全球能源安全和可持续发展作贡献，这需要核安全领域各方共同努力，推动技术持续进步。

【参考文献】

张建军，李伟民，数字孪生技术在核电站应急管理中的应用[J]. 核科学与工程， 2023， 43（2）：45 - 52.