基于未確知測度的核能安全風險評價

周 駿，盧一心，張培棟，錢 翌

（青島科技大學，青島 266042）

基于未確知測度的核能安全風險評價

周 駿，盧一心，張培棟*，錢 翌

（青島科技大學，青島 266042）

本文從風險管理的視角分析了中國核能發(fā)展的現(xiàn)狀，運用風險管理的方法識別出我國在核能的發(fā)展過程中存在的各種風險因素。以山東省某核電廠為研究背景，運用未確知測度模型從自然、技術、經(jīng)濟、管理、法律法規(guī)、政策等層面評價我國核能的發(fā)展過程中存在的各種風險及其危害程度，以期為政府主管部門的決策、危害評估提供理論參考，探尋中國特色的核能安全風險管理新模式。

核能安全；風險評價；未確知測度

核能利用是涉及經(jīng)濟、社會、法律與政治、文化等多方面的大型復雜項目，投資大、周期長，在整個發(fā)展過程中，需要做大量風險管控的調(diào)研與綜合評估工作［1］。近年來，國內(nèi)學者從多個視角對核能風險管理進行了研究。王英、李佳嘉依據(jù)IEC62443標準，從信息安全的角度出發(fā)，描述了病毒入侵控制系統(tǒng)的手段及方式，確定了進行信息系統(tǒng)風險評估的方式、步驟和措施［2］。郭瑞萍、張春明等從自然災害的角度出發(fā)，介紹了核安全評價中自然災害的風險評估情況，利用數(shù)學與統(tǒng)計工具評估了自然災害發(fā)生的概率，并對發(fā)生概率進行了定量描述［3］。王孔森從核電廠火災風險的角度出發(fā)，運用層次分析法對風險進行評估并對各組分統(tǒng)計權重，得到了針對核電廠各構造部位的火災危險性層次評價模型，并利用評價打分的方法對核電廠進行調(diào)查模擬評價，計算出核電廠各組成部分消防安全狀況的危險指數(shù)［4］。柴建設從核安全文化和核安全監(jiān)管方面，提出了確保核安全既是技術問題，又是管理問題，更是文化問題［5］的觀點。

美國作為世界核能之最，起步早、堆型多、資金雄厚、技術先進，風險水平相對較低。法國自第一次石油危機后決心發(fā)展核電，政策和計劃從未動搖，并且技術路線統(tǒng)一、標準化、系統(tǒng)化，由此帶來的是安全審批程序簡單，審批時間短，建設周期短，技術和政策風險相對較低［6］。日本能源匱乏嚴重，一直積極開發(fā)核能，在堆型選擇方面，壓水堆和沸水堆并行發(fā)展。日本地震多發(fā)，廠址的地震動水平峰值加速度都比較高，因此，日本非常注重對自然災害帶來的風險進行管控［7］。

本文結(jié)合國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和我國發(fā)展核能的實際情況，定量、定性地識別出我國在發(fā)展核能過程中存在的主要風險因素，建立了評價核能安全風險的指標體系，并對各個指標賦予合理權重，通過改進的未確知層次分析法對核能安全風險指標進行定量評價，以國內(nèi)某核電廠為數(shù)據(jù)來源，探討符合我國實際的核能風險管理模式。

1 風險因素的調(diào)查及指標分級

評價指標體系作為風險評估的基礎，是風險評估結(jié)論是否可靠的關鍵，對評價結(jié)果起著決定性作用。心理學家保羅·斯洛維奇（PaulSlovic）根據(jù)公眾對核能風險的認知，通過心理技術分析，并運用因子分析，發(fā)現(xiàn)對于核反應堆事故、輻射線垃圾等危險的風險，公眾的認知結(jié)果是不可知的恐慌性風險［8］。李錦彬、房超等從公眾接受核能的程度和發(fā)展趨勢進行研究，進而得出在核能安全利用過程中引發(fā)的抗議活動或者其他影響社會穩(wěn)定的事件是影響本國核能安全戰(zhàn)略的不利因素之一［9］。

通過比較各國核能安全風險評價的指標體系，從中尋求其風險特征的共性與個性，結(jié)合我國核能安全風險管理的實際情況，采用問卷調(diào)查和專家打分法，將我國核能的風險因素分為7個一級指標，17個二級指標（見表1）。

表1 風險因素評價分類指標Table 1 C lassification index of risk factors

對影響核能安全的風險因素進行分類，把定性指標轉(zhuǎn)化為定量指標進行評價。本文把影響核能安全的風險因素分為絕對指標與相對指標、定量指標與定性指標，見表2。

2 權重分配

2.1 權重的分配方法

確定權重有多種方法，例如熵值法、聚類分析法、變異系數(shù)法等［10-11］，見表3。

以上方法在確定權重過程中都沒有考慮風險指標的未確知性，而未確知性在層次分析法（AHP）中的應用既滿足對各個指標橫向比較的要求，又能得到指標分類的權重，本文選用未確知性在層次分析法（AHP）中的應用進行評價分析。

表2 評價指標的分類Table 2 Classification of evaluation index

表3 確定權重各種方法的優(yōu)缺點Table 3 M ethod advantages and d isadvantagesofweight

2.2 風險因素評價指標權重計算

本文以國內(nèi)核能利用為背景，結(jié)合山東省某核電廠實際情況，得到該核電廠風險因素的遞階層次結(jié)構及評價信息，權重值是由包括核電廠高層管理者、高校核能風險管理方面的專家和政府研究機構人員等數(shù)十位評估人員按表4對指標進行評分而得到的。評分的標準為1～10分，分值越高表明影響越大，為了保證權重值的科學合理性，對不同評分人員的基本信息（見表5）進行分類并對權重值進行加權計算。

應用AHP的未確知測度模型計算各層風險指標的權重值，見表6。設七個一級風險指標分別為X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7，每一個一級指標的判斷矩陣為：

表4 風險因素評價分類指標及權重表Table 4 Classification index and theweightof risk factors

表5 評分人員基本信息Table 5 Basic information of theevaluators

得出相對應的權向量 W=（0.061，0.108，0.258，0.141，0.143，0.144，0.145）。

同理可得到各指標層相對各準則層的權重。

表6 風險因素評價分類指標及其權重Table6 Classification index and theweightof risk factors

3 未確知測度綜合評價模型簡介

設x1，x2，L，xn為n個待評價的對象，則評價對象空間X=｛x1，x2，L，xn｝。對xi∈X，有m個評價指標I1，I2，L，Im，指標空間I=｛x1，x2，L，xn｝。于是，xi可表為m維向量xi=（xi1，xi2，L，xim），其中xij表示研究對象xi關于測量指標Ij的測量值［12］。對每個xij有c1，c2，L，cp個評價級，則評價空間為U=｛c1，c2，L，cp｝。若c1，c2，L，cp滿足：c1＞c2＞L＞cp或c1＜c2＜L＜cp，則稱｛c1，c2，L，cp｝是評價空間U的一個有序分割類。相應的核能風險因素評價指標如表7所示。

表7 核能風險因素評價指標分級表Table 7 Nuclearrisk factorsevaluation scale

3.1 單指標未確知測度

其中，式（5）滿足“歸一性”，式（6）滿足“可加性”。同時滿足式（4）、（5）、（6）的稱為未確知測度［13-14］。則以下矩陣為單指標測度評價矩陣。

3.2 指標權重

用wj來表示安全風險評價指標Ij的權重，且wj滿足：

則可得到權重向量為：

w=（w1，w2，L，wn） （9）

3.3 多指標綜合測度

令θik=θ（xi∈ck），且所以μij是未確知測度。以下矩陣被稱為多指標綜合測度評價矩陣，即

（θi1，θi2，L，θip）為χi的綜合測度評價向量。

3.4置信度識別準則

綜上所得到的χi的綜合測度評價向量為（0.1，0.15，0.15，0.2，0.18，0.12，0.1），按最大隸屬度識別準則得到χi屬于二級，這與實際情況有明顯的差異。為此，引入置信度準則，λ為置信度（λ＞0.5，取0.6或0.7）。

則認為χi屬于第k0個評價類Ck。χi的評價向量為（0.1，0.15，0.15，0.2，0.18，0.12，0.1），取置信度λ=0.6，知χi屬于三級［15］。

3.5 排序

對χi（i=1，2，L）的評價等級進行判別，還要求χi對進行排序。若c1＞c2＞L＞cp，令cl的分值為n1，則nl＞nl+1，

則qxi是評價對象χi的總得分，而得分向量q為：

q=（qχ1，qχ2，L，qχn） （14）

則χi可按qxi的大小對進行排序。

4 未確知數(shù)學模型評價核能風險因素的應用

通過研究國內(nèi)核能面對的風險因素并參考其他國家核能安全評價的風險因素，本文將核風險、政策風險、經(jīng)濟風險、法律風險、技術風險、管理風險和自然風險7類風險因素列為主要風險進行分析。利用未確知數(shù)學模型構造出單指標和多指標的核能安全風險指標的綜合評價空間，進而得出各指標的風險等級。

4.1 單指標未確知測度模型

4.1.1 評價指標等級標準確定

如表1所示，核能安全風險評價指標體系被劃分為7大部分，每一大部分又可成為相對獨立的整體，且指標體系中的每個指標均可作為單獨的研究對象。

核能安全的風險因素綜合評價空間為X：X=｛X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7｝。它們分別表示核風險、政策風險、經(jīng)濟風險、法律風險、技術風險、管理風險和自然風險。我們綜合國內(nèi)外學者對核能安全風險的劃分標準，在實證研究與規(guī)范研究基礎上，從嚴建立了風險評價分級標準，取區(qū)間數(shù)的中位數(shù)作為分級的標準，我們將核能安全風險按照從高到低劃分為4個等級，即為評價空間U。U=｛一級風險、二級風險、三級風險、四級風險｝=｛c1，c2，c3，c4｝，且有ci∩cj=?（i≠j），i，j=1，2，3，4，?表示空集。通常認為ck比ck+1“優(yōu)選等級高”，記為ck＞ck+1（k=1，2，3，4），故而，｛c1，c2，c3，c4｝為評價空間U上的一個有序分割類如表7所示。

4.1.2 單指標未確知測度計算

依據(jù)表6中17個二級指標的實際值并結(jié)合表7的數(shù)據(jù)，得出核能安全風險評價指標體系中的二級指標的測度向量，結(jié)合每一個指標的權重和權重向量，最后得出每個要素的多指標綜合測度向量。

以核風險X1為例，根據(jù)未確知測度的定義，結(jié)合表6可以構造x1的未確知測度函數(shù)，并計算出核能風險因素的單指標未確知測度。

同理驗證，所構造的測度函數(shù)θ（xi∈ck），是未確知測度函數(shù)，然后構造出所有核能安全風險評價指標的測度函數(shù)，最后由測度函數(shù)得出各單指標的測度值θik。

由表6及單指標確知測度函數(shù)，得出核風險X1的單指標測度評價矩陣，同理可得其他單指標的測度評價矩陣。

4.2 多指標未確知測度模型

多指標的未確知測度評價矩陣是由上文4.1.2中以及公式（10）計算得出的。

以核風險X1為例，運用未確知數(shù)學改進的層次分析法確定各層評價指標相對權重和權重向量，該一級指標中各二級指標的權重向量為：W1=（0.156，0.238，0.241，0.365）。

由單指標測度評價矩陣及公式（9）得出多指標綜合評價向量為：（θi1，θi2，L，θip）=（θ11，θ12，θ13，θ14）=（0.408，0.592，0，0）。同理可得X2、X3、X4、X5、X6、X7指標綜合評價向量。

則核能安全風險因素多指標綜合評價測度矩陣為：

本文已給出的7要素指標權重為W=（0.061，0.108，0.258，0.141，0.143，0.144，0.145）

由式（10）得出多指標綜合評價向量為：（θk）=（0.189，0.285，0.328，0.198）。

4.3 置信度識別準則

取置信度λ=0.6。由（θk）=（0.189，0.285，0.328，0.198）。看出：一級指標X1（核風險）風險級別為｛低風險｝。同理，利用模糊未確知測度模型評價可以計算出其他一級指標的風險屬性，見表8。二級指標的風險大小通過專家打分法得出，分值越大說明風險越高。

表8一級指標的風險級別Tab le 8 The risk level for the first class index

5 影響核能安全發(fā)展的風險因素討論

運用未確知測度模型評價山東某核電廠核能風險狀況。該核電廠政策、技術、自然3項指標的風險級別為三級，核、經(jīng)濟、法律、管理的風險級別為四級。我國《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃（2014～2020年）》中指出，我國自從1985年第一家核電廠開建以來，沒有遭遇過重大安全警告，在發(fā)展核能的過程中總體安全、技術水平不斷提高，主要參數(shù)指標好于世界均值。我國已建立或制定了諸如核安全文化、縱深防御戰(zhàn)略、質(zhì)量保證體系、故障安全設計等一系列的安全理念和技術要求，以保障核電廠的安全運行。盡管如此，我國在提高核能安全水平模式上仍有很長的路要走，一是國外不斷發(fā)生的核事故為我國安全利用核能敲響了警鐘，堆芯熔化、放射性物質(zhì)泄漏等不斷出現(xiàn)的核事故是全世界共同面臨的問題，我國必須加強核自身的安全防范，制定科學可行的安全防范規(guī)章制度；二是核能事故一旦發(fā)生，對人身安全、環(huán)境造成的危害都是巨大的，我國必須增強對人身安全和環(huán)境保護的意識，必須樹立人的安全是第一位的意識；三是核能是技術、社會、法律與政治等方面的大型復雜項目，對管理者素質(zhì)有更高的要求，必須制定科學的組織結(jié)構，塑造良性的管理過程和企業(yè)文化，使核能管理水平不斷提高。據(jù)國際核行業(yè)權威機構統(tǒng)計，在報告的事件中，人因失誤比率達75%以上，因此，核電廠對人因失誤的研究與防范就顯得更為突出與重要［16］；四是我國的國情與西方國家不同，并且發(fā)展核能的時間短，必須制定符合我國國情的核能發(fā)展政策、法律法規(guī)和技術路線，保障核能長遠發(fā)展，并逐步提高我國核能設備的技術水平和加強設備的國產(chǎn)化。

核能風險評價體系的建立和完善對一個國家和地區(qū)核能安全利用具有至關重要的意義，隨著核能在能源結(jié)構中的比例不斷提高，必須進一步提高核能的安全水平，增強管理者核風險意識，從國家政策和制度層面出發(fā)，完善政策法規(guī)使我國核能朝著更加安全、可靠的方向發(fā)展。

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Nuclear Safety Risk M anagementEvaluation Based on Fuzzy M athematics

ZHOU Jun，LUYixin，ZHANGPeidong，QIANYi
（QingdaoUniversityofScienceand Technology，Qingdao266062，China）

The current situation of nuclear power development in China from the perspective of safety risk management was analyzed.The quantitative and qualitative，absolute and relative index classification methodwereused to identify various risk factorsin thedevelopmentofnuclearenergy.Takinganuclearpower plant in Shandong Province of China as the research subject，F(xiàn)uzzy Mathematics Modelwas applied to evaluate the degreeof safety harm risk in developing nuclear power in China in termsof natural resources，technology，econom ics，management，legislation and policy.The results of this study aim to provide the oretical references for the decision-making and risk-evaluation of the government department，and to exploreanewmodelofnuclearenergy developmentw ith Chinesecharacteristics.

nuclearsafety；risk assessment；unascertainedmeasure

X 946

：A

：1672-5360（2015）03-0030-06

2015-05-24

2015-07-03

國家社會科學基金項目，項目編號14BJY 064

周 駿（1982—），男，山東青島人，現(xiàn)主要從事新能源開發(fā)與利用方面的研究

*通訊作者：張培棟，E-mail：eeesc@163.com