基于虛擬現(xiàn)實(shí)的反應(yīng)堆退役模擬分析

周鑫

(中國原子能科學(xué)研究院,北京 102413)

基于虛擬現(xiàn)實(shí)的反應(yīng)堆退役模擬分析

周鑫

(中國原子能科學(xué)研究院,北京 102413)

反應(yīng)堆退役工程實(shí)際上是系統(tǒng)性工程,需要對退役作業(yè)全方面評估設(shè)計(jì),提升退役作業(yè)安全性及穩(wěn)定性.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在反應(yīng)堆退役內(nèi)應(yīng)用,可以構(gòu)建三維虛擬反應(yīng)堆環(huán)境,在虛擬狀態(tài)下完成退役操作,全面了解實(shí)施方案內(nèi)技術(shù)重點(diǎn)及難點(diǎn),全面采集退役數(shù)據(jù)信息,為反應(yīng)堆退役提供有關(guān)數(shù)據(jù)依據(jù).本文在分析研究內(nèi),以退役工程實(shí)際需求作為基礎(chǔ)條件,結(jié)合相關(guān)關(guān)鍵技術(shù),了解虛擬現(xiàn)實(shí)反應(yīng)堆模擬系統(tǒng).

退役工程;虛擬現(xiàn)實(shí);計(jì)算機(jī)模擬;拆除;去污

反應(yīng)堆退役實(shí)際上就是反應(yīng)堆關(guān)閉主要措施,主要目的就是轉(zhuǎn)變反應(yīng)堆運(yùn)行狀況,滿足反應(yīng)堆安全防護(hù)實(shí)際要求.按照國際原子能機(jī)構(gòu)退役定義,完全移走拆除物及放射性組件,可以保證廠房輻射水準(zhǔn)與自然本體最為相似,可以重新開放應(yīng)用,而經(jīng)濟(jì)成本相對昂貴.現(xiàn)階段,各國對退役工作分析研究重點(diǎn)放在退役工藝途徑及優(yōu)化手段.所以,全面控制退役工程,就顯得尤為必要.

1 反應(yīng)堆退役模擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)

現(xiàn)階段,反應(yīng)堆退役包含多種影響因素,按照國際原子能機(jī)構(gòu)制定協(xié)作計(jì)劃,退役技術(shù)領(lǐng)域包含多種內(nèi)容:為最終退役設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)依據(jù),了解最終退役實(shí)際運(yùn)行特征;退役規(guī)劃在編制內(nèi),其中需要包含技術(shù)評估方案;認(rèn)識退役戰(zhàn)略方案,了解不同技術(shù)應(yīng)用意義;認(rèn)識物理特點(diǎn);減少工作人員照射數(shù)量,并且采取有效解決方案;廢物有效管理,定期清理固體廢物;安全隔離關(guān)閉反應(yīng)堆,保證建筑物應(yīng)用完整性能.正是由于退役工程十分復(fù)雜繁瑣,退役模擬系統(tǒng)應(yīng)該隸屬于系統(tǒng)工程范圍,根據(jù)環(huán)節(jié)及流程開展施工.

在對退役工程所存在的技術(shù)問題了解之后,可明確制定不同階段建設(shè)目標(biāo).初期目標(biāo)制定,主要對反應(yīng)堆本體了解,模擬處理反應(yīng)堆周邊環(huán)境,闡述反應(yīng)堆拆解及去污流程;中期目標(biāo)制定,主要對三方面內(nèi)容研究,分別為廢物管理、遠(yuǎn)程操作、退役成本評估;長久目標(biāo)制定,主要是完善退役方案,對比不同類別退役方案.反應(yīng)堆退役系統(tǒng)功能如圖1所示.

工程數(shù)據(jù)庫作為反應(yīng)堆退役系統(tǒng)基礎(chǔ)層次,其中包含多種數(shù)據(jù)信息:3D圖形主要表示反應(yīng)堆三維模型,模型內(nèi)包含反應(yīng)堆零件尺寸、編號、顏色等信息,函數(shù)數(shù)據(jù)庫、基本計(jì)算、分析函數(shù)、物理屬性庫內(nèi)部包含時(shí)間及空間上數(shù)據(jù).反應(yīng)堆退役系統(tǒng)接口層內(nèi),專家計(jì)算模型需要按照不同類別專家模型,完成調(diào)用底層計(jì)算函數(shù)形式,不同模型之間實(shí)現(xiàn)接口轉(zhuǎn)換,例如CAE模型、CAD模型、VR模型等之間轉(zhuǎn)換.現(xiàn)階段,按照反應(yīng)堆退役仿真情況,可以大體完成近期目標(biāo)系統(tǒng)模擬處理.

圖1 反應(yīng)堆退役系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 虛擬現(xiàn)實(shí)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 堆場景構(gòu)造技術(shù)

堆場景周圍環(huán)境相對繁瑣,所包含構(gòu)造技術(shù)主要由三部分,分別為VR模型建造技術(shù)、場景繪制技術(shù)、場景數(shù)據(jù)管理技術(shù).

(1)VR模型建造技術(shù).VR模型在構(gòu)造內(nèi),核心目標(biāo)為:客觀全面了解堆結(jié)構(gòu)實(shí)際情況之下,最大程度簡化模型繁瑣程度,滿足模型交互及實(shí)時(shí)繪制要求.VR模型在應(yīng)用3dmax工具情況之下,大部分內(nèi)容實(shí)際上是在CAD及CAE工具之下轉(zhuǎn)換而成.VR模型在經(jīng)過CAD及CAE轉(zhuǎn)變,具有多種方法.借助CAD軟件構(gòu)建通用模型,模型主要為中性格式,保證CAD模型轉(zhuǎn)變到VR模型類別.CAD模型包含大量多種知識,例如單元信息、分區(qū)、幾何信息、物理量值等,這也就需要通過專門程序轉(zhuǎn)換接口,在模型文件內(nèi)獲取相對應(yīng)幾何信息,了解物理量值紋理及色彩等信息,最終轉(zhuǎn)換結(jié)果,輸出針對文件,真正實(shí)現(xiàn)VR模型轉(zhuǎn)換流程.

(2)場景繪制技術(shù).場景繪制過程中,主要應(yīng)用LOD方法實(shí)現(xiàn),按照中視點(diǎn)運(yùn)動(dòng)離開模型距離,從多個(gè)角度構(gòu)建效果細(xì)節(jié)模型,輸入針對場景,完成場景繪制工作,有效提升場景繪制效率.除此之外,借助場景繪制可見性方式,判斷場景繪制內(nèi)存在的問題,提升場景繪制質(zhì)量.反應(yīng)堆內(nèi)部屬于封閉性區(qū)域,不同反應(yīng)堆房間通過空間分割策略劃分,也就是將不同場景構(gòu)建專屬單元,不同單元之間可以通過入口相互了解,及時(shí)發(fā)現(xiàn)模型內(nèi)所存在的多余內(nèi)容.

(3)場景數(shù)據(jù)管理技術(shù).退役在實(shí)際操作內(nèi),必須具有了解多種零部件屬性數(shù)據(jù),例如放射性濃度、體積、位置等.所以,場景數(shù)據(jù)在包含幾何信息情況下,同時(shí)還包含數(shù)據(jù)相對應(yīng)屬性.除此之外,場景在拆除虛擬及去污虛擬情況下,可以修改模型相關(guān)屬性及外觀,結(jié)合不同場景數(shù)據(jù)類別,方便廢物管理水平,了解廢物來源及處理途徑.

2.2 虛擬拆除

虛擬拆除操作主要分為兩種類別,分別為破壞性拆除及非破壞性拆除.其中非破壞性拆除和虛擬拆卸較為相似,拆卸部分直接就可以搬走;破壞性拆除主要表示在操作程序規(guī)范情況執(zhí)行下,直接應(yīng)用工具完成部件拆卸操作,拆除部分直接就可以搬走.本文主要對破壞性拆除了解.破壞性拆除程序?yàn)?確定具體拆除部件,在工具庫內(nèi)選擇針對性拆除工具,應(yīng)用拆除工具拆除針對部件,對拆除下來部件進(jìn)行計(jì)算,了解剩下部件物理屬性,通過原有部件模型構(gòu)建原有模型.

切割過程方法為:切割平面在確定之后,選擇針對切割平面部分,借助被切割對象所涉及到的模型,通過CAD軟件構(gòu)建專門切割模塊,通過輸出切割模塊實(shí)現(xiàn)相對應(yīng)結(jié)果模型.

2.3 虛擬去污

反應(yīng)堆所產(chǎn)生的污染主要分為兩種類別,分別為表面污染及深度污染,主要借助機(jī)械方法及化學(xué)方法清理.應(yīng)用化學(xué)去污方法清理污染,不同化學(xué)試劑在應(yīng)用中,對污染清理效果存在一定差別.虛擬去污試劑上就是對去污流程及結(jié)果仿真分析,進(jìn)而選擇針對性去污形式,在計(jì)算模型內(nèi)選擇針對數(shù)學(xué)模型,通過后臺(tái)計(jì)算形式,按照去污效果更改部件物理屬性及顏色.

2.4 劑量顯示

在反應(yīng)堆退役模擬系統(tǒng)主界面內(nèi),界面右面具有主窗口,通過3D漫游實(shí)現(xiàn).在主界面左側(cè),可以直觀顯示不同區(qū)域劑量實(shí)際數(shù)量.

主界面左下方在可視化處理內(nèi),主要通過PLOT方法實(shí)現(xiàn),借助主界面右側(cè)虛擬場景直管顯示輻射劑量有關(guān)數(shù)據(jù).主窗口左上方主要作用是借助電子地圖,顯示劑量實(shí)際地理位置.

2.5 虛擬作業(yè)

工作人員在反應(yīng)堆實(shí)際工作及操作內(nèi),最為重要內(nèi)容就是暴露劑量及評估工作量.現(xiàn)階段,劑量評估主要通過計(jì)算放射源距離形式完成評估.為了能夠?qū)Σ僮魅藛T在反應(yīng)堆內(nèi)實(shí)際工作情況客觀演示,在模擬操作人員模型內(nèi),主要借助漢納范模型,模擬工作人員在行走、彎腰、舉手等工作下特征.人體模型在模擬處理行動(dòng)路線內(nèi),詳細(xì)記錄不同操作停留時(shí)間,為有關(guān)工作開展提供精確腳本,劑量評估模塊計(jì)算評估內(nèi),以工作腳本作為依據(jù).

反應(yīng)堆退役系統(tǒng)還需要深入了解多個(gè)工作人員之間協(xié)作工作形式,構(gòu)建多人模型,進(jìn)而虛擬了解工作人員之間交換操作特征.按照反應(yīng)堆退役實(shí)際工作腳本,自動(dòng)生成工作人員工作時(shí)間表及輻射劑量,并且科學(xué)合理修改工作腳本,及時(shí)發(fā)現(xiàn)不同反應(yīng)堆退役工作程序所存在的問題,進(jìn)而采取針對性措施,真正保證不同生產(chǎn)工藝流程科學(xué)合理,提升反應(yīng)堆退役工作安全性.

3 結(jié)語

本文按照反應(yīng)堆退役實(shí)際要求,采取分段設(shè)計(jì)手段完成模擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作,同時(shí)對反應(yīng)堆退役模型初步了解.反應(yīng)堆退役模型前提工作開展中,可以得出結(jié)論:虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在反應(yīng)堆退役模擬內(nèi)應(yīng)用,有關(guān)工作人員可以直觀完成規(guī)劃設(shè)計(jì)工作,了解反應(yīng)堆退役工程內(nèi)所存在的問題,推動(dòng)反應(yīng)堆退役工程進(jìn)一步發(fā)展建設(shè).除此之外,反應(yīng)堆退役系統(tǒng)還需要不同模型之間的協(xié)調(diào)操作,進(jìn)一步對系統(tǒng)進(jìn)行完善.

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1671-0711(2017)11(上)-0175-02