核設(shè)施退役安全指標(biāo)體系建立及綜合評價(jià)

肖格+鄒樹梁+唐德文+匡雅

摘要：針對復(fù)雜的核設(shè)施退役過程，對其中可能產(chǎn)生的安全隱患進(jìn)行了分析，利用專家打分的方法對影響因素進(jìn)行篩選并初步建立了評價(jià)指標(biāo)體系。利用層次分析法建立了多指標(biāo)評價(jià)模型，通過兩兩比較構(gòu)造判斷矩陣從而計(jì)算出各級指標(biāo)的權(quán)重，得到了各因素的重要度排序。

關(guān)鍵詞：核設(shè)施退役；指標(biāo)體系；AHP

中圖分類號：X946

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-9944（2016）24-0001-04

1 引言

根據(jù)國際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）的估計(jì)，全球約有2800座核設(shè)施需要在未來的幾十年中退役[1]。世界核能協(xié)會(huì)估算，全世界已有超過90座商業(yè)核電堆，50座核燃料設(shè)施，100座鈾礦冶設(shè)施，250座研究堆退出運(yùn)行，許多正在退役，有的已經(jīng)成功退役。在歐盟，166個(gè)反應(yīng)堆中的1/3將于2025年要被關(guān)閉進(jìn)入退役階段。由此可見，核設(shè)施的退役問題將成為人類亟待解決的重要難題。

由于核設(shè)施退役系統(tǒng)龐大而復(fù)雜，對其進(jìn)行安全評價(jià)所需要涉及的因素和存在的問題較多，其評價(jià)過程中常包含著許多不確定性、隨機(jī)性和模糊性。因此選擇合適的評價(jià)指標(biāo)體系是進(jìn)行安全評價(jià)的基礎(chǔ)，沒有一套科學(xué)、可行、可信的指標(biāo)體系就無法客觀開展評估工作[2]。在退役時(shí)，核設(shè)施雖然已經(jīng)停止了運(yùn)行，很多運(yùn)行中的有害因素也會(huì)隨之消失。然而，還有大量的危險(xiǎn)有害因素以及可能會(huì)出現(xiàn)的新的問題仍然存在于退役過程中的切割、拆除以及去污工藝當(dāng)中[3]。目前，對于核設(shè)施退役系統(tǒng)，并沒有建立起一套完整的安全評價(jià)指標(biāo)體系[4]。本文將對這些可能出現(xiàn)的影響退役安全性的危險(xiǎn)有害因素采用德爾菲法、SPSS聚類分析法進(jìn)行篩選以及評價(jià)指標(biāo)體系的建立，同時(shí)，利用層次分析法（AHP）進(jìn)行指標(biāo)權(quán)重的排序計(jì)算，從而為退役過程的風(fēng)險(xiǎn)控制提供決策依據(jù)。

2 指標(biāo)體系的建立

2.1 影響因素的提出

對于一個(gè)多目標(biāo)、多層次、多功能的復(fù)雜系統(tǒng)，影響其綜合效益評價(jià)的相關(guān)因素較多。如何選取綜合評價(jià)指標(biāo)是一個(gè)從無到有的創(chuàng)造過程，而如何從眾多指標(biāo)中選取一部分有使用價(jià)值的因子作為評價(jià)指標(biāo)，又是一個(gè)從有到優(yōu)的篩選過程。

德爾菲法由美國蘭德公司的 Olaf Helmer 和 Norman Dalkey 于 20 世紀(jì) 50 年代提出[3]，它是以古希臘城市德爾菲命名的規(guī)定程序?qū)＜艺{(diào)查法 ，德爾菲法既可用于預(yù)測，也可以用于評估。該方法的基本原理是以調(diào)查征詢的形式向選定的專家提出一系列問題，并匯總整理專家意見，每完成一次提問和回答的過程稱為一輪。將上輪咨詢所得意見的一致程度和各位專家的不同觀點(diǎn)等信息，匿名反饋給每一位專家，再次征詢意見。如此反復(fù)多次（一般情況下為 3～4 輪），使意見趨于一致。由最后一輪征詢得到的專家意見，組合成專家群體的集體意見，針對可能影響核設(shè)施退役過程的安全狀況提問，可得到其影響因素可概括如下。

2.1.1 技術(shù)可行性

退役過程的技術(shù)是退役安全的基本保障，優(yōu)秀的管理以及良好的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)能極大程度降低事故的發(fā)生率從而保證設(shè)施設(shè)備安全退役。具體可分為以下4個(gè)方面。

（1）資金投入。合理的資金分配能夠提高設(shè)備的可靠性和完善安全系統(tǒng)的建立，資金投入不足則容易導(dǎo)致設(shè)備工作效率低、故障率高從而導(dǎo)致事故的發(fā)生。

（2）工作時(shí)間。操作人員的工作時(shí)間越長，出現(xiàn)的對人員造成傷害的可能性也就越大。

（3）廢物排放量。能夠?qū)U物排放量控制得越低，對環(huán)境造成的污染也就越低，退役過程也就會(huì)越安全。

（4）設(shè)備故障率。經(jīng)常對設(shè)備進(jìn)行檢查和維修能控制設(shè)備的故障率，工作期間設(shè)備故障率越高，退役的安全性也就越低。

2.1.2 事故發(fā)生率

對于退役過程中高概率發(fā)生的事故也應(yīng)當(dāng)提前進(jìn)行防范，比如，放射性照射、火災(zāi)、電擊、噪聲以及機(jī)械傷害。

2.1.3 事故發(fā)生后果

前文所述合理的資金投入能減少事故發(fā)生概率，但當(dāng)事故真正發(fā)生的時(shí)候，對其可能產(chǎn)生的后果也要盡量的控制，產(chǎn)生的后果越小，越能減少大量的損失以及對二次事故的預(yù)防?？梢詫υO(shè)備損毀、人員傷亡以及環(huán)境污染這3個(gè)方面來進(jìn)行控制。將這些影響因素總結(jié)如表1所示。

2.2 評價(jià)指標(biāo)體系初選

常用的評價(jià)指標(biāo)初選方法：理論分析法、綜合法、頻度統(tǒng)計(jì)法、歸類法、專家咨詢法等多種方法。一般來說，理論分析法應(yīng)用較廣泛?，F(xiàn)將各種方法簡要介紹如下[4]。

（1）理論分析法。依據(jù)分析法的原理，對退役廠房綜合評價(jià)指標(biāo)體系建設(shè)的內(nèi)涵、特征進(jìn)行綜合分析，從而確定該指標(biāo)體系的層次結(jié)構(gòu)，而對于各子目標(biāo)層的進(jìn)一步細(xì)分有利于確定并篩選出相對重要的指標(biāo)因子。

（2）綜合法?；谀撤N標(biāo)準(zhǔn)或原則對現(xiàn)有指標(biāo)進(jìn)行聚類分析，從而建立指標(biāo)體系的方法，稱為綜合法。在探討核設(shè)施退役廠房的安全評價(jià)時(shí)，搜集各種觀點(diǎn)及方案，并加以比較，從而構(gòu)建出相對完善的、綜合性強(qiáng)的指標(biāo)體系。

（3）頻度統(tǒng)計(jì)法。類似于綜合法，該方法主要根據(jù)當(dāng)前有關(guān)退役廠房安全評價(jià)的會(huì)議論文及研究報(bào)告進(jìn)行相關(guān)的頻度統(tǒng)計(jì)，并將那些使用頻度較高的指標(biāo)作為評價(jià)指標(biāo)更具有可行性和實(shí)用性。

（4）歸類法。該方法常采用聚類分析法或定性判斷法，針對所選指標(biāo)劃分過細(xì)而導(dǎo)致體系條理性不明確的問題，需采用歸類法對所選指標(biāo)進(jìn)行歸類處理。

（5）專家咨詢法。該方法是在征詢各相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的專家學(xué)者基礎(chǔ)上，通過經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)來確定評價(jià)指標(biāo)的方法。

統(tǒng)計(jì)所有影響因素，并請有關(guān)專家團(tuán)根據(jù)這些影響因素對所評價(jià)目標(biāo)的實(shí)際影響程度采用5分制進(jìn)行打分。將打分結(jié)果進(jìn)行聚類分類，初步建立起評價(jià)指標(biāo)體系。

2.3 評價(jià)指標(biāo)體系的篩選

選取 11 位專家打分，以“對目標(biāo)的影響很大”、“對目標(biāo)的影響大”、“對目標(biāo)的影響較大”、“對目標(biāo)的影響不大”、“對目標(biāo)幾乎沒有影響” 5 種模糊語言為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。采用五分制評分，將定性打分對應(yīng)為定量分?jǐn)?shù)： 5、4、3、2、1。專家打分量化后結(jié)果如表2所示。

采用統(tǒng)計(jì)分析軟件SPSS（statistical program for social science）進(jìn)行聚類分析運(yùn)算[5]。文中選擇 SPSS 菜單中的分析—聚類—系統(tǒng)聚類，聚類的方法采用ward聚類法，即以平方歐氏距離作為兩類之間的距離，先將集合中每個(gè)樣本自成一類，在進(jìn)行類別合并時(shí)，計(jì)算類重心間方差，將離差平方和增加的幅度最小的兩類首先合并，再依次將所有類別逐級合并。最后得到樹形圖如圖1所示。

該樹形圖直觀清晰地表現(xiàn)了聚類全過程，選取標(biāo)尺為10，然后向下做垂線，與水平線交點(diǎn)的個(gè)數(shù)即為分類數(shù)。由上圖可以清楚的看出設(shè)備故障率以及噪聲這兩個(gè)因素與其他各因素所反映的方面差異較大，即可將這兩個(gè)因素指標(biāo)進(jìn)行舍棄，再進(jìn)行分類分析從而得到相應(yīng)的指標(biāo)體系如圖2所示。

3 利用層次分析法對各級指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行確定

層次分析法（ Analytic Hierarchy Process 簡稱 AHP）[6]，是指將一個(gè)復(fù)雜的多目標(biāo)決策問題作為一個(gè)系統(tǒng)，將目標(biāo)分解為多個(gè)目標(biāo)或準(zhǔn)則，進(jìn)而分解為多指標(biāo)（ 或準(zhǔn)則、約束） 的若干層次，通過定性指標(biāo)模糊量化方法算出層次單排序（權(quán)數(shù)） 和總排序，以作為目標(biāo)（多指標(biāo)） 、多方案優(yōu)化決策的系統(tǒng)方法。

3.1 構(gòu)造兩兩比較判斷矩陣

每一層次中各個(gè)指標(biāo)在各自分組中所占的比重不同及對整機(jī)安全的影響度不同，我們設(shè)計(jì)兩兩比較調(diào)查表，請相關(guān)專家填寫，匯總調(diào)查結(jié)果，計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重。利用表3所示的兩兩比較標(biāo)度構(gòu)造指標(biāo)重要度判定矩陣（表4）。表4的一層指標(biāo)判定矩陣用數(shù)學(xué)表示為X（表5、6、7）。

3.2 層次單排序及一致性檢驗(yàn)

所謂層次單排序是指對于上一層某因素而言，本層次各因素的重要性的排序，其具體的計(jì)算是：

對于判斷矩陣X，計(jì)算滿足XW=λmaxW，的特征根與特征向量，式中λmax為X的最大特征根，W為對應(yīng)于λmax的正規(guī)化的特征向量，W的分量ωi即是相應(yīng)元素單排序的權(quán)值。

對于一層指標(biāo)的判斷矩陣X，其中λmax=3.010 ，W=（0.588，0.322，0.090）T，經(jīng)一致性計(jì)算可得CR=CI/RI=0.01/0.58=0.0086<0.1，滿足一致性。

對于判斷矩陣X1，其中λmax=3，W=（0.5714，0.2857，0.1429）T，經(jīng)過一致性計(jì)算可得CR=CI/IR=0<0.1，滿足一致性。

對于矩陣X2，其中λmax=4.0206，W=（0.3545，0.3545，0.1602，0.1308）T，經(jīng)過一致性計(jì)算可得CR=CI/IR=0.00687/0.89=0.0077<0.1，滿足一致性。

對于矩陣X3，其中λmax=3.0055，W=（0.5954，0.1283，0.2764）T，經(jīng)過一致性計(jì)算可得CR=CI/IR=0.0053<0.1，滿足一致性。

3.3 層次總排序

層次總排序是確定某層所有因素相對于總目標(biāo)的相對重要性的排序權(quán)值過程。該過程是從最高層到最底層依次進(jìn)行的，對于最高層次而言，其層次單排序即為其層次總排序。于是可以得到影響核設(shè)施退役過程中的安全的各因素的權(quán)重與層次總排序如表8所示。

4 結(jié)論與展望

從表8可以看出，對于評價(jià)核設(shè)施退役安全的各影響因素其重要度是不一樣的。有些因素有決定性作用，也有因素不是那么重要。其中，在核設(shè)施退役過程的技術(shù)是否可靠起著主要作用，尤其是其廢物的排放量對于評判核設(shè)施退役是否安全起著主要作用，而事故發(fā)生所造成的設(shè)施設(shè)備損壞及環(huán)境污染對退役過程中安全性的影響則相對偏小，這與實(shí)際相符合。證明所建立的評價(jià)體系以及評價(jià)方法是合理的，通過對結(jié)果的進(jìn)一步分析，可以對主要的因素加以更多的關(guān)注和管理，同時(shí)警惕那些比較容易忽略的因素，做到防患于未然。

對于工作人員誤操作這一方面并沒有做出相應(yīng)的評價(jià)，未來可以針對核設(shè)施退役過程中的人因失誤來進(jìn)行安全評價(jià)，逐步完善安全評價(jià)指標(biāo)體系，使退役安全得以全面的保障。

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