电力系统控制中心人机工程设计规范与实践

电力系统控制中心人机工程设计规范与实践勇于跨越追求卓越CONTENTS目录01人机工程设计概述02设计必要性与现存问题03国内外标准体系研究04人体工效学基础数据CONTENTS目录05控制中心总体布局设计06工作站设计技术规范07环境优化与评价体系01人机工程设计概述

人机工程学核心概念01人机工程学定义人机工程学是研究人、机、环境三者之间相互关系，运用相关理论和方法，使设计的机（硬件和软件）和环境适合人的生理、心理特点及能力限度，以实现人-机-环境协调和整体优化的学科。

02核心目标核心目标是保证系统运行安全、高效，通过合理设计使技术充分发挥作用，减少操作人员疲劳和工作效率降低，避免安全运行隐患。

03研究范畴研究范畴包括人的生理特性（如身材尺寸、视野范围、手可及范围）、心理特性，以及机的设计（显示器、控制器等）和环境（物理、化学、社会人际环境）对人的影响与适配。控制中心人-机-环境系统构成人的因素：核心与主导指控制中心的操作人员，是系统的核心与主导。设计需充分考虑其生理特征（如人体尺寸、视野范围、手可及范围）和心理特性（如认知能力、反应速度、疲劳极限），以实现人-机-环境的协调与整体优化，保障系统安全高效运行。机的因素：硬件与软件协同包括控制中心内的各种硬件设备（如控制台、显示器、控制器、视觉显示终端（VDT）、通信设备等）和相关软件系统。设计应确保硬件布局合理、操作便捷，软件界面友好、功能完善，使人机交互高效、准确。环境因素：物理与人际综合涵盖物理环境（如照明、噪声、空气品质、温湿度、工作空间、活动空间）、化学环境以及社会人际环境。良好的环境设计能减少操作人员疲劳，提高工作舒适度和效率，是实现系统整体优化的重要保障。设计优化目标与价值实现人-机-环境系统整体协调通过运用人机工程原则，使控制中心的机（硬件和软件）和环境（物理、化学及社会人际环境）适合人的生理、心理特点与能力限度，达成三者协调与整体优化。保障电力系统运行安全高效解决因设计缺陷导致的操作人员疲劳、工作效率降低等问题，消除安全运行隐患，确保电力生产安全，提升控制中心运行的可靠性与效率。填补国内行业标准空白我国《控制中心人机工程设计导则》系列标准的制定与实施，填补了电力系统人机工程设计标准的空白，为设计工作和生产运行提供科学指导与规范依据。02设计必要性与现存问题01控制中心枢纽功能定位电力系统运行的核心枢纽电力系统控制中心（电网称调度中心）是监测并控制发电、输电、配电运行的所在地，是电力系统运行的枢纽，包括控制室及与其配套的功能室和相关设施。02技术与人机工程双重设计维度控制中心的设计需兼顾技术实现与人机工程优化，运用人机工程原则使机（硬件和软件）和环境（物理、化学、社会人际环境）适合人的生理、心理特点及能力限度，实现人、机、环境协调和整体优化。03安全高效运行的关键保障通过人机工程设计，确保控制中心技术充分发挥作用，保障电力系统运行安全、高效，是电力系统现代化的重要标志之一。国内设计现状调研分析

国内设计的整体特点我国电力部门重视控制中心设计及先进技术应用，部分直接引进国外先进设备。但在人机工程设计方面，国内自主设计的控制中心虽考虑了人的因素，却不够全面，尤其对心理因素考虑较少，且缺乏系统化、规范化的设计。80年代末90年代初电厂控制室调研问题80年代末、90年代初对我国4座分别反映60年代末、70年代末和国外80年代末水平的电厂控制室进行的人机工程学调研显示，在控制室布局、显示系统视野适应性、控制装置可操作性、显示与控制装置成对性、仪表易读性、作业姿势与控制台及坐椅设计合理性、作业环境（照明、噪声、空气品质、工作空间、活动空间）等方面均存在不同程度不符合人机工程原则的问题。问题导致的后果上述不符合人机工程原则的问题，已导致操作人员疲劳或工作效率降低，成为电力系统安全运行的隐患。大型调度中心控制室存在的问题部分大型调度中心控制室尽管设备先进，但仍存在眩光、操作台与坐椅不符合人机工程要求等问题。问题产生的主要原因出现上述问题的主要原因是在设计控制室时没有充分考虑人的因素，特别是缺乏相应的人机工程设计标准。

典型问题案例解析

控制室布局不合理问题80年代末90年代初对我国4座不同时期电厂控制室的调研显示，控制室布局在显示系统视野适应性、控制装置可操作性等方面存在不符合人机工程原则的情况，影响操作人员效率。

显示与控制装置设计缺陷部分控制室存在显示与控制装置成对性不佳、仪表易读性差等问题，导致操作人员在紧急情况下可能因识别和操作困难而产生失误，成为安全运行隐患。

作业环境不达标问题调研发现控制室在照明（如眩光）、噪声、空气品质、工作空间及活动空间等环境因素方面存在不足，部分已导致操作人员疲劳或工作效率降低。

操作台与座椅设计问题一些大型调度中心虽设备先进，但操作台与座椅不符合人机工程要求，如坐椅设计不合理导致操作人员作业姿势不舒适，长期使用易引发疲劳，影响工作状态。

安全运行风险关联分析人机工程缺陷与操作失误的关联性美国电力科学研究院研究表明，大型火电厂频繁停机事故中，大部分由人员操作失误造成，部分失误源于电厂设计未充分应用人机工程学原则，导致难以减少或避免操作失误。

控制室布局不合理引发的系统性风险80年代末90年代初对我国4座不同时期电厂控制室的调研显示，控制室布局、显示系统视野适应性、控制装置可操作性等方面不符合人机工程原则，已导致操作人员疲劳、工作效率降低，成为安全运行隐患。

作业环境因素对安全运行的潜在影响控制室内照明、噪声、空气品质、工作空间及活动空间等环境因素若不符合人机工程要求，如存在眩光、操作台与坐椅设计不合理等问题，会直接影响操作人员状态，增加安全运行风险。

缺乏标准导致的设计与实际需求脱节风险我国部分自行设计的控制中心对人的因素考虑不全面，尤其缺乏系统化、规范化的人机工程设计标准，导致设计与实际运行需求脱节，成为引发安全运行问题的重要原因。03国内外标准体系研究

国际标准发展动态01美国电力行业标准实践美国电力科学研究院（EPRI）于80年代编制《提高火电厂设计、运行和维修水平的人机工程导则》及《大型电厂可维修性人机工程设计导则》，为电厂控制中心设计提供全面指导。美国国家标准局1988年颁布ANSI/HFS100-1988《视觉显示终端工作站的人机工程导则》，规定视觉显示终端（VDT）及相关环境的人机工程要求。

02国际标准化组织（ISO）标准进展国际标准化组织（ISO）正在编制《控制中心的人机工程设计》系列标准（ISO11064）和《用于办公室工作的视觉显示终端的人机工程要求》系列标准（ISO9241），部分标准已正式颁布，部分处于草稿或征求意见稿阶段，为控制中心人机工程设计提供国际通用框架。

美国电力行业标准实践EPRI火电厂人机工程导则体系美国电力科学研究院（EPRI）于80年代编制《提高火电厂设计、运行和维修水平的人机工程导则》及《大型电厂可维修性人机工程设计导则》，将人机工程学原则贯穿于火电厂设计全过程，为控制中心设计、运行和维修提供全面指导，具有很强的可操作性。

ANSI/HFS100-1988视觉终端标准美国国家标准局1988年颁布该标准，全面规定视觉显示终端（VDT）、相关工作桌椅及VDT环境的人机工程原则和具体要求，为电力系统控制中心中VDT设备的人机工程设计提供了重要依据。

事故致因分析与设计改进70年代中期EPRI研究发现大型火电厂频繁停机事故多由人员操作失误导致，部分源于设计未充分应用人机工程学原则，难以减少或避免操作失误，此结论推动了后续人机工程设计导则的制定与应用。标准编制启动背景与组织我国标准体系构建历程1997年，在中电联领导下，由南京自动化研究院牵头，中国标准化研究所、苏州热工研究所等单位共同组成“控制中心人机工程设计标准”编制工作组，启动我国电力行业首个人机工程设计系列标准的研制工作。标准编制原则与参考依据编制组深入应用国内外人机工程学最新研究成果，广泛参考国际标准，特别是当时国际标准化组织（ISO）正在编制的ISO11064《控制中心的人机工程设计》系列标准和ISO9241《用于办公室工作的视觉显示终端的人机工程要求》系列标准的最新内部资料，结合我国电力系统实际情况进行编制。标准审查与颁布实施进程1999年5月初，编制组完成《控制中心人机工程设计导则》系列标准。同年，中电联标准化部在北京主持召开标准审查会，与会专家认为该标准具有科学性和实用性，填补了国内空白，一致通过审查。2000年2月24日，中华人民共和国国家经济贸易委员会批准该系列标准，并于2000年7月1日起正式实施。系列标准构成与核心内容该系列标准共包含12个子标准（DL/T575.1-1999至DL/T575.12-1999），涵盖术语定义、人体生理心理特性基础数据（如视野、手可及范围、受限空间尺寸）、控制中心及各组成部分（控制室、工作站、显示器、控制器等）的设计原则与方法，以及视觉显示终端（VDT）工作站设计等核心内容，形成了一套完整的控制中心人机工程设计标准体系。DL/T575系列标准框架标准总体构成与发布实施DL/T575系列标准共包含12个子标准，由中电联标准化中心于2000年2月24日批准，2000年7月1日起正式实施，填补了我国电力系统人机工程设计标准的空白。基础部分子标准（1-4部分）包含术语与定义（DL/T575.1）、视野与视区划分（DL/T575.2）、手可及范围与操作区划分（DL/T575.3）、受限空间尺寸（DL/T575.4），提供了控制中心人机工程设计必需的基本术语、人体生理心理特性数据及空间尺寸参数。核心设计原则与方法（5-12部分）从整体到局部依次规定了控制中心设计原则（DL/T575.5）、总体布局原则（DL/T575.6）、控制室布局（DL/T575.7）、工作站布局和尺寸（DL/T575.8）、显示器控制器设计（DL/T575.9）、环境要求（DL/T575.10）、评价原则（DL/T575.11）及视觉显示终端工作站设计（DL/T575.12），形成系统化设计规范。标准核心设计思想强调以人为中心的人-机-环境整体协调设计理念，要求机和环境的设计适合人的生理心理特征、能力及限度，通过基础数据支撑和分层次设计原则，实现控制中心安全高效运行。04人体工效学基础数据

视野与视区划分规范视野与视区划分的设计意义视野与视区划分是控制中心人机工程设计的基础，直接影响操作人员对显示信息的获取效率和准确性，是实现人-机-环境协调的重要环节。

人在不同操作姿势下的视区范围标准明确了人在坐姿、立姿等各种操作姿势下的视区、视野范围，包括最佳视区和最佳视野值，为控制中心内显示器的布局提供了关键数据支撑。

监视作业的视区划分原则根据监视作业的重要性和操作频率，对控制中心内的监视作业区域进行科学划分，确保操作人员能快速、准确地关注关键信息，符合人的视觉特性和能力限度。

视野数据在控制中心设计中的应用设计中需依据标准提供的视野与视区基础数据，合理布置控制室内显示系统，使其布局适应人的视野范围，避免因视野问题导致操作人员疲劳或信息获取延迟，保障系统安全高效运行。手功能可及范围参数操作区划分标准依据DL/T575.3-1999，手功能可及范围划分为精确操作区、有效操作区、舒适操作区和可扩展操作区，为控制器布局提供数据支撑。百分位数应用原则可及距离尺寸宜取第5百分位数，确保矮小身材操作者能触及；容膝空间等需考虑第95百分位数，适应高大身材操作者需求。坐姿操作区关键参数坐姿时，正常手功能可及范围约610mm（第5百分位数），精确操作区位于肩肘活动舒适范围内，保证操作便捷与精准度。设计修正量要求使用人体尺寸数据时需考虑着装、穿鞋及姿势修正量，如穿鞋修正量为身高、眼高等加25mm，确保参数应用符合实际工作状态。受限作业空间基本尺寸规范受限空间设计尺寸要求

受限作业空间设计需满足操作人员基本活动需求，根据DL/T575.4-1999标准，作业空间应考虑人体尺寸百分位数，如容膝空间采用第95百分位数数据，确保高大身材者操作舒适性。受限活动空间设计参数

活动空间需保障人员移动及应急疏散，标准明确受限活动空间尺寸应结合工作姿势（坐/立）确定，坐姿操作时足活动空间、臀膝距等关键参数需符合人体工效学要求，避免因空间狭窄导致操作受阻。个人心理空间尺寸要求

设计需考虑操作人员心理舒适度，个人心理空间尺寸应避免过度拥挤，标准建议结合工作站布局合理规划，确保人员在长时间作业中保持良好心理状态，减少空间压迫感对工作效率的影响。设计原则与数据应用方法

受限空间设计遵循“以人为中心”原则，不可调节设施按第5百分位数（矮小身材）确定手功能可及范围，按第95百分位数（高大身材）确定容膝等空间；可调节设施调节范围应覆盖5%-95%百分位数，并考虑着衣、穿鞋等修正量（如穿鞋修正量为身高加25mm）。

人体尺寸百分位数应用百分位数选择原则工作站尺寸应适应90%-95%的使用者群体。不可调节设施以第5百分位数确定手功能可及范围，以第95百分位数确定容膝空间等尺寸。

人体尺寸数据修正使用人体尺寸数据时需考虑着衣、穿鞋及姿势修正。如坐姿坐高、眼高等加6mm（着衣），身高、眼高等加25mm（穿鞋），立姿身高、眼高等减10mm（自然放松姿势）。

使用者群体适配选用人体尺寸需考虑使用者群体特征，兼顾男女尺寸。例如，在有女性工作者的情况下，应综合男女人体尺寸数据进行设计。05控制中心总体布局设计

设计原则与流程规范核心设计原则：人-机-环境整体协调设计需以人为中心，使机（硬件和软件）和环境（物理、化学、社会人际环境）适合人的生理、心理特点及能力限度，实现人、机、环境协调和整体优化，保障系统运行安全、高效。

布局设计原则：从整体到局部逐步细化遵循从控制中心到控制室，再到工作站，逐步细化至显示器、控制器的布局逻辑。优先考虑视觉作业，确保主要显示器、控制器处于最佳视野和手可及范围，兼顾操作便捷性与人员舒适度。

工作站设计步骤：系统化作业分析导向包括列出工作站及作业区清单、明确工具与设备需求、确定使用者群体人体尺寸数据、设定工作姿势、进行布置设计、绘制断面图及评价优化等步骤，强调使用者参与审查设计方案。

人体尺寸应用原则：适配多数使用者工作站尺寸应适应90%-95%的使用者群体。不可调节设施以第5百分位数确定手功能可及范围，第95百分位数确定容膝空间；可调节设施调节范围应在第5至95百分位数之间，并考虑着衣、穿鞋及姿势修正量。核心功能区域布局逻辑监控区布局逻辑监控区作为核心作业区域，布局需确保操作人员能高效监视发电、输电、配电运行状态，显示系统布局应适应人的视野范围，保障信息获取的及时性与准确性，是控制中心实现监测功能的关键区域。操作区布局逻辑操作区布局聚焦控制装置的可操作性与显示-控制装置的成对性，需依据人手功能可及范围划分操作区，确保控制器布置在精确操作区、有效操作区等合理区域，便于操作人员快速、准确地进行操作。指挥区布局逻辑指挥区应设置在便于与监控区、操作区高效沟通的位置，配备必要的通信设备与信息展示设施，以支持决策指挥流程顺畅进行，确保在电力系统出现状况时能及时下达指令。区域衔接与动线设计逻辑核心功能区域间的衔接需保证运维流程的全流程顺畅性，动线设计应考虑日常操作与应急情况下的人员流动效率，避免区域间相互干扰，同时满足应急保障要求，确保人员能快速响应各类突发状况。辅助区域设置要求设备区布局规范设备区（含服务器房、配电室等）应紧邻核心作业区以缩短信号传输距离，同时需设置物理隔离与散热设施，防止噪声与电磁干扰影响控制中心主操作环境。休息区设置标准休息区应远离核心作业区，配备符合人机工程学的舒适休息设施与基础生活保障设备，为操作人员提供独立的疲劳缓解空间，保障工作状态恢复。办公区功能衔接办公区需衔接核心作业区与休息区，设置独立工位与资料存储区，方便日常办公与文档处理，其布局应避免对监控、操作等核心流程造成干扰。区域动线设计原则辅助区域与核心区域的动线设计需确保全流程顺畅，满足应急情况下的快速响应需求，同时避免无关人员穿行核心作业区，保障运行安全。区域动线设计与衔接

区域衔接的核心原则区域衔接聚焦“支撑核心、规避干扰”，设备区（服务器房、配电室）紧邻核心作业区以缩短信号传输距离，同时设置物理隔离与散热设施防止噪声与电磁干扰；休息区远离核心作业区，办公区衔接核心区与休息区。

全流程顺畅性设计要求动线设计需保障操作人员在监控区、操作区、指挥区等核心作业区域间移动路径短捷、无交叉干扰，确保日常巡检、数据记录及协作沟通的高效进行，避免因动线不合理导致的工作延误。

应急保障动线规划要点应急情况下，动线设计应满足快速响应需求，设置清晰的应急疏散通道与指向标识，核心设备区与指挥区之间预留应急操作空间，确保突发故障时人员能迅速抵达关键岗位，保障电力系统安全稳定运行。06工作站设计技术规范01设计步骤与方法明确工作站需求与作业分析列出控制中心所需工作站及每个工作站的作业区清单，包括使用者人数、视觉要求和通信联络需求；明确工作站所需工具（显示器、控制器）、通信设备清单及设备详细说明，以此作为设计输入资料。02确定使用者群体与人体尺寸数据确定预期使用者群体（民族、性别、伤残者等），依据DL/T575.2-DL/T575.4标准获取人体尺寸数据，如视野范围、手功能可及范围等，确保工作站尺寸适应90%-95%的使用者群体，不可调节设施按第5百分位数（手功能可及范围）和第95百分位数（容膝空间）设计。03工作姿势与工作站布局设计根据作业分析确定工作姿势（坐、立或坐立姿），从中心操作者位置开始布置，优先考虑视觉作业区，设计工作站平面布置及不同位置断面图，确保主要显示器、次要显示器及工作空间在操作者合理视野与可及范围内，同时兼顾设备可维护性。04设计方案评价与优化邀请使用者参与审查设计方案，从人机工程学角度评价布局合理性、尺寸适配性及操作便捷性，考虑设施的可调节范围（第5至95百分位数）、环境因素（照明、噪声等）对操作的影响，综合优化后确定最佳设计方案。坐姿工作站关键尺寸

膝与足空间要求工作面下需为膝与足提供足够的垂直、水平和侧向间隙，容膝空间尺寸应基于第95百分位数人体数据设计，确保高大身材者有足够空间放置腿部。

工作面高度标准工作面高度应与坐姿肘高同高或略低，参考人体尺寸数据，结合着衣修正量（如坐姿肘高加6mm）和穿鞋修正量（如加25mm）确定，以保证操作舒适性。

座位高度适配座位高度需适配小腿加足高（腘高），确保双脚平踏地面，大腿与小腿垂直，同时考虑着衣和穿鞋修正量，使坐姿保持自然放松。

控制器与显示器布局尺寸控制器应位于正常手功能可及范围内（第5百分位数可达距离约610mm），显示器需处于坐姿操作者正常视觉范围内，视线倾角符合监视作业要求，如前倾姿势视线倾角约20°±5°。

显示与控制装置布局视觉显示终端（VDT）布局原则VDT工作站作为控制中心重要人机接口，其布局应符合ISO9241及DL/T575.12标准要求，确保屏幕大小、位置与操作人员视野范围适配，避免眩光干扰，同时考虑相关工作桌椅的人机工程匹配。

控制器操作区划分标准依据DL/T575.3标准，控制器布局需考虑人在不同操作姿势下的手功能可及范围，明确精确操作区、有效操作区、舒适操作区及可扩展操作区的尺寸划分，确保操作便捷性与准确性。

显示与控制装置的成对性设计设计中应遵循显示与控制装置成对性原则，使显示器与对应控制器的空间位置相互匹配，减少操作人员的视觉搜索与动作转换时间，降低操作失误风险，提升工作效率。

人机交互界面优化要求从整体到局部依次细化设计，确保控制器与显示器的布局符合人的生理心理特性，如最佳视区、操作姿势下的肢体活动范围等基础数据（DL/T575.2、4），实现人机交互界面的整体协调与优化。

VDT工作站设计要点人体尺寸适配原则工作站尺寸需适应90%-95%使用者群体，采用人体尺寸百分位数设计。如容膝空间按第95百分位数，手功能可及范围按第5百分位数，同时考虑着装（如坐高加6mm）、穿鞋（如身高加25mm）及自然姿势修正量。

工作姿势与布局规范根据作业类型确定姿势，坐姿操作以正直、