核設(shè)施退役三維仿真系統(tǒng)的研究與設(shè)計

古強

摘? 要：核設(shè)施退役與三維仿真技術(shù)的結(jié)合是傳統(tǒng)行業(yè)與新興技術(shù)的碰撞與融合，將會實現(xiàn)技術(shù)的革新與產(chǎn)業(yè)的升級，在傳統(tǒng)的核設(shè)施退役行業(yè)開拓出新的工作領(lǐng)域，不僅會促進科研生產(chǎn)的發(fā)展，而且將反過來促進三維仿真技術(shù)的進步。本文對三維仿真技術(shù)在核設(shè)施退役領(lǐng)域進行了應(yīng)用研究，重點結(jié)合國內(nèi)某核退役廠的科研生產(chǎn)實際，以需求為導(dǎo)向，在退役數(shù)據(jù)庫管理、人員輻射劑量評估、退役方案推演與評估、虛擬培訓(xùn)等方面展開，設(shè)計并研發(fā)了核退役三維仿真系統(tǒng)。該系統(tǒng)應(yīng)用到企業(yè)的科研生產(chǎn)活動中，在退役方案推演及優(yōu)化、操作人員培訓(xùn)等方面發(fā)揮了非常重要的作用。不僅充實和優(yōu)化了核設(shè)施退役工程研究的方法，而且在減少人員到輻射現(xiàn)場的頻次，保護人員健康方面取得了明顯的成效。

關(guān)鍵詞：核設(shè)施? 退役? 三維仿真? 研究? 設(shè)計

中圖分類號：TL943? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）09（b）-0001-07

Abstract：The application of 3D simulation in nuclear facility decommissioning represents the combination of traditional industry with emerging technology， which will lead to technical innovation and industrial upgrading. Such application will not only propel the development of nuclear facility decommissioning， but also the improvement of 3D simulation. This paper presents the research on application of 3D simulation in nuclear facility decommissioning based on the scientific research and production practices in a nuclear plant. A demand-oriented 3D simulation system capable of decommissioning data management， personnel dose assessment， plan review and optimization， and virtual training in nuclear facility decommissioning is developed. This system plays a very important role in the scientific research and production in the above plant， especially in the plan review and optimization， and operator training. It also provide new method for research on nuclear facility decommissioning projects and is very effective in protecting personnel such as reducing radiation exposure.

Key Words：Nuclear facility; Decommissioning; 3D simulation; Research; Design

核設(shè)施接近或達(dá)到其設(shè)計壽期或者由于技術(shù)進步、政治、經(jīng)濟、事故等原因而終止運行，采用適當(dāng)技術(shù)措施和行政手段使這些終止運行的核設(shè)施退出服役狀態(tài)，使場（廠）址獲得有限制或無限制開發(fā)和使用，即為核設(shè)施退役。國際原子能機構(gòu)定義核設(shè)施退役是廣義上的，包括管理和技術(shù)上的綜合意義。本文中論述的核設(shè)施退役是從技術(shù)層面的，狹義上的，是指采取去污、拆除、固化、處置等技術(shù)手段，實現(xiàn)設(shè)施從“有到無”的過程，是建設(shè)的逆向過程。

三維仿真技術(shù)是指利用計算機技術(shù)生成一個逼真的，具有視、聽、觸等多種感知的虛擬環(huán)境，用戶可以通過自然技能使用各種傳感設(shè)備同虛擬環(huán)境中的實體相互作用的一種技術(shù)。三維仿真技術(shù)應(yīng)用極其廣泛，在科研、生產(chǎn)、娛樂等各行各業(yè)均得到了使用，極大地提升了企業(yè)科研生產(chǎn)的效率及用戶的體驗。

核設(shè)施退役與三維仿真技術(shù)的結(jié)合是傳統(tǒng)行業(yè)與新興技術(shù)的碰撞與融合，將會實現(xiàn)技術(shù)的革新與產(chǎn)業(yè)的升級，在傳統(tǒng)的核設(shè)施退役行業(yè)開拓出新的工作領(lǐng)域，不僅會促進科研生產(chǎn)的發(fā)展，而且將反過來促進三維仿真技術(shù)的進步。

1? 國內(nèi)外現(xiàn)狀調(diào)查

國內(nèi)的核動力運行研究所，其仿真研究中心長期從事核電廠仿真技術(shù)的研究開發(fā)工作（見圖1），建立了具有國際同期先進水平的具有自主產(chǎn)權(quán)的仿真技術(shù)平臺。中國工程物理研究院計算機應(yīng)用研究所與北京理工大學(xué)計算機科學(xué)與工程系共同開展了基于虛擬現(xiàn)實的反應(yīng)堆退役模擬研究，并設(shè)計了基于虛擬現(xiàn)實的反應(yīng)堆退役模擬系統(tǒng)。美國于2011年成立“先進輕水反應(yīng)堆模擬仿真聯(lián)盟”。日本的JNCDI與JAERI以及挪威聯(lián)合開發(fā)了退役支持系統(tǒng)DEXUS用于幫助退役計劃的制定及退役工程的管理（見圖2），其中的VRdose模塊實現(xiàn)了施工場景的三維模擬。

三維仿真技術(shù)在國外核設(shè)施退役中已經(jīng)有較為廣泛的應(yīng)用，在國內(nèi)雖然部分院所開展過一些研究工作，但還未有成熟、可推廣的工程應(yīng)用案例。因此，基于國內(nèi)外的一些研究經(jīng)驗，探索和研究三維仿真技術(shù)在核設(shè)施退役中的應(yīng)用具有重要的工程應(yīng)用價值。

2? 系統(tǒng)研究與應(yīng)用

國內(nèi)某廠是從事核設(shè)施退役和三廢治理業(yè)務(wù)的專業(yè)機構(gòu)，擁有幾乎覆蓋核設(shè)施退役與三廢治理領(lǐng)域全范圍的業(yè)務(wù)，基于對該廠業(yè)務(wù)的現(xiàn)狀調(diào)查，提出三維仿真技術(shù)在核設(shè)施退役領(lǐng)域研究與應(yīng)用的方向和內(nèi)容。經(jīng)過研究分析，制定出研究的技術(shù)路線，并進行功能和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計。

2.1 研究內(nèi)容

以需求為導(dǎo)向，提出包括4個方面的研究內(nèi)容。

（1）建立核設(shè)施三維模型。

借助三維仿真技術(shù)對核設(shè)施現(xiàn)場進行逼真的三維展示是開展退役方案設(shè)計、實施、項目管理和人員培訓(xùn)的基礎(chǔ)，采集設(shè)施及周圍環(huán)境的數(shù)據(jù)，建立立體的三維虛擬模型，展示設(shè)施當(dāng)前最真實的狀態(tài)，為科研和退役工程實施提供必需的信息。

（2）模擬核設(shè)施虛擬輻射場。

建立模擬三維輻射場，通過模擬現(xiàn)場真實輻射分布情況，研究分析并做出評估，進一步優(yōu)化退役方案以及廢物管理、人流物流管理的組織與規(guī)劃。

（3）模擬核設(shè)施退役過程。

核設(shè)施退役的過程一般包括去污、拆除、廢液回取、氣體的流向控制等，需要對物流、人員進行有效組織，并應(yīng)做好應(yīng)對突發(fā)事故的準(zhǔn)備。

（4）建立虛擬培訓(xùn)平臺。

利用仿真平臺的可重復(fù)性，進行反復(fù)模擬訓(xùn)練、操作以增加員工對工器具的熟練運用程度，對操作步驟的準(zhǔn)確掌握，有助于員工高效、可靠、安全地實施退役作業(yè)，在實際操作時可減少受照劑量和降低突發(fā)意外事故的可能性。

2.2 系統(tǒng)設(shè)計

設(shè)計出核退役三維仿真系統(tǒng)由退役數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、退役三維輻射評估系統(tǒng)、退役方案推演與評估系統(tǒng)和退役三維培訓(xùn)系統(tǒng)等四個子系統(tǒng)以及退役三維模型庫和退役數(shù)學(xué)模型庫兩個模型庫組成，模型庫是各系統(tǒng)功能實現(xiàn)的基礎(chǔ)。核退役三維仿真系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖3。

2.2.1 退役數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

將源項調(diào)查數(shù)據(jù)、生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)、設(shè)施數(shù)據(jù)以及退役活動中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一分類管理，考慮數(shù)據(jù)種類、海量數(shù)據(jù)存儲與數(shù)據(jù)安全等因素，采用B/S架構(gòu)，數(shù)據(jù)庫作為公用資源為其他系統(tǒng)調(diào)用。

2.2.2 退役三維輻射評估系統(tǒng)

以源項調(diào)查的結(jié)果數(shù)據(jù)或現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)為輸入，調(diào)用后臺相應(yīng)數(shù)學(xué)模型分析計算，利用三維虛擬場景及動態(tài)輻射場多模型對象耦合技術(shù)，建立輻射場仿真模型，最終通過顯示系統(tǒng)顯示輸出。

2.2.3 退役方案推演與評估系統(tǒng)

退役三維方案推演與評估系統(tǒng)是建立在設(shè)施內(nèi)外部三維模型和劑量場模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合退役過程中使用的工器具和設(shè)備模型，調(diào)用相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型進行仿真計算，實現(xiàn)對退役活動相關(guān)的工作進行模擬和再現(xiàn)，通過對工作過程進行分析和評估，以達(dá)到對方案設(shè)計與方案比選提供幫助和支持的目的。

2.2.4 退役三維培訓(xùn)系統(tǒng)

根據(jù)不同的退役裝置的技術(shù)特性進行設(shè)計，實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入、動作過程仿真計算和三維仿真顯示。系統(tǒng)內(nèi)置數(shù)據(jù)庫用于存儲系統(tǒng)所有的數(shù)據(jù)，如操作指令數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)、運動屬性數(shù)據(jù)等，設(shè)備屬性信息數(shù)據(jù)可直接從退役數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中讀取。動作過程仿真計算是按照實際的工作過程進行劃分，對每一個動作在一定的輸入條件下，設(shè)備機構(gòu)運動的響應(yīng)進行計算。

2.2.5 退役三維模型庫

建模范圍包括三維場景模型、退役對象模型、退役工器具模型、退役作業(yè)人員模型和其他一些模型。退役對象和工器具利用設(shè)備總裝圖、設(shè)備零件圖和工器具圖進行建模。建立退役作業(yè)人員模型，模擬人員的組織器官以及基本運動。

2.2.6 退役數(shù)學(xué)模型庫

為實現(xiàn)對去污、拆除、廢液回取等退役過程以及氣流流向等退役現(xiàn)象進行模擬，建立較為完善的數(shù)學(xué)模型。主要為常規(guī)物理特征的和一些特殊功能的數(shù)學(xué)模型。

2.3 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計

2.3.1 退役數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

（1）數(shù)據(jù)范圍及基本特點。

①設(shè)施生產(chǎn)運行的歷史數(shù)據(jù)：包括核設(shè)施設(shè)計建造資料、生產(chǎn)運行史、事故史等數(shù)據(jù)。

②核設(shè)信息數(shù)據(jù)：包括核設(shè)施、系統(tǒng)、設(shè)備的基本信息與特征參數(shù)。

③設(shè)施內(nèi)源項監(jiān)測數(shù)據(jù)：包括輻射場測量數(shù)據(jù)、取樣分析數(shù)據(jù)及放射性污染測量數(shù)據(jù)。

④環(huán)境輻射監(jiān)測數(shù)據(jù)：包括環(huán)境輻射測量數(shù)據(jù)以及取樣分析數(shù)據(jù)。

⑤放射性廢物數(shù)據(jù)：包括放射性廢物排放情況、放射性廢物貯存及管理情況、放射性廢物流向情況。

⑥退役活動數(shù)據(jù)：退役實施過程中的動態(tài)數(shù)據(jù)，包括清洗、拆除、整改、處理處置、事故事件及由此發(fā)生的放射性物質(zhì)轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)。

⑦人員受劑量數(shù)據(jù)：工作人員及公眾內(nèi)照射及外照射數(shù)據(jù)、個人劑量、集體劑量檔案等。

⑧退役項目文檔資料數(shù)據(jù)：包括退役項目的規(guī)劃、總體設(shè)計、項目建議書、可行性研究報告、設(shè)計方案、實施方案、質(zhì)保記錄、管理政策、法規(guī)、技術(shù)引用文件等。

系統(tǒng)應(yīng)具備數(shù)據(jù)組織合理、響應(yīng)速度快、安全、操作簡單等特點。

（2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計。

采用B/S架構(gòu)，通過瀏覽器直接進行數(shù)據(jù)錄入、查詢、備份和日常維護等操作。實現(xiàn)對生產(chǎn)運行歷史數(shù)據(jù)、退役核設(shè)施特征參數(shù)數(shù)據(jù)、放射性測量數(shù)據(jù)、環(huán)境測量數(shù)據(jù)、退役活動數(shù)據(jù)、人員劑量數(shù)據(jù)管理功能，并具備文件資料管理、系統(tǒng)維護管理模塊，其功能結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

2.3.2 退役三維輻射評估系統(tǒng)

（1）主要功能。

①沾污物分布計算?；谠错椪{(diào)查結(jié)果，通過逆向推算，輸出沾污物的成分及分布情況。

②靜態(tài)輻射場的建立。對將退役對象進行三維數(shù)學(xué)建模，基于沾污物分布計算結(jié)果和源項調(diào)查數(shù)據(jù)，利用三維粒子輸運軟件模擬出三維輻射場，使三維輻射場與現(xiàn)場實測值基本一致。

③動態(tài)輻射場的建立。根據(jù)退役方案中各階段對研究對象與環(huán)境造成的改變，結(jié)合劑量場仿真計算模塊，計算出劑量場的變化范圍與變化過程。

④現(xiàn)場實時輻射場的建立。在現(xiàn)場施工階段，通過現(xiàn)場布置多個實時監(jiān)測點（或定期巡測），得到現(xiàn)場實時輻射監(jiān)測數(shù)據(jù)，將現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)反饋到系統(tǒng)中，修正動態(tài)劑量場的估算結(jié)果。

⑤人員輻射劑量評估。在動態(tài)劑量場及現(xiàn)場實時劑量場的基礎(chǔ)上，結(jié)合虛擬作業(yè)人員多段人體模型，對各階段退役工作中人員所受的劑量進行評估。

（2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

系統(tǒng)分為劑量場仿真計算模塊和三維仿真模型兩大功能模塊。劑量場仿真計算模塊包含劑量場分布計算、人員劑量計算、輻射防護計算、人員路徑規(guī)劃四個子模塊。三維仿真模塊分為周邊環(huán)境及設(shè)施三維顯示、輻射劑量場三維顯示、現(xiàn)場測量點三維顯示、人員工作路徑顯示、設(shè)施信息查詢五個子模塊。通過劑量場仿真計算得出相應(yīng)的仿真模型，再通過三維虛擬仿真技術(shù)將仿真模型轉(zhuǎn)化為三維模型呈現(xiàn)，功能結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

①劑量場仿真計算模塊。

劑量場分布計算：根據(jù)源項調(diào)查的結(jié)果數(shù)據(jù)，以及退役過程中的現(xiàn)場輻射防護監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過仿真程序計算出輻射劑量場分布的仿真模型，數(shù)據(jù)傳送給輻射劑量場三維顯示子模塊使用。另外對超出設(shè)計閥值的熱點進行統(tǒng)計，給出劑量值、坐標(biāo)等信息，供現(xiàn)場測量點三維顯示調(diào)用。

人員劑量計算：以典型工作人員為對象，結(jié)合輻射劑量場分布的仿真模型數(shù)據(jù)，以工作人員現(xiàn)場操作的路徑和停留時間為基數(shù)，給出工作人員現(xiàn)場工作的受照劑量報告，包括總體受照劑量、不同組織器官的受照劑量、不同防護手段下的受照劑量等。

輻射防護計算：根據(jù)現(xiàn)場的輻射劑量場分布情況，結(jié)合不同材質(zhì)屏蔽體對射線的屏蔽系數(shù)，采用相應(yīng)的算法，計算最佳的屏蔽體厚度。

人員路徑規(guī)劃：以設(shè)施內(nèi)部的輻射劑量場分布數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合屏蔽體的輻射防護系數(shù)，采用相應(yīng)算法，計算出到達(dá)現(xiàn)場工作點的最佳路徑，對路徑中的熱點給出提示，最終輸出形成三維的工作路徑。

②三維仿真模塊。

周邊環(huán)境及設(shè)施三維顯示：采用三維建模技術(shù)，建立退役工程周邊環(huán)境和設(shè)施內(nèi)部的三維模型，進行三維場景瀏覽。

輻射劑量場三維顯示：根據(jù)劑量場分布計算的結(jié)果，結(jié)合周邊環(huán)境和設(shè)施的三維模型，三維顯示環(huán)境和設(shè)施內(nèi)部劑量場分布。

現(xiàn)場測量點三維顯示：建立現(xiàn)場測量設(shè)備的外觀模型，實時顯示各測量點的測量信息。同時根據(jù)劑量場計算結(jié)果，顯示內(nèi)部各超出設(shè)計閥值熱點的位置，在三維場景中以紅色高亮顯示，提供超限點的數(shù)據(jù)表單，以便進行數(shù)據(jù)瀏覽。

人員工作路徑顯示：根據(jù)人員路徑規(guī)劃子模塊計算結(jié)果，三維場景中的標(biāo)準(zhǔn)工作人員，按照規(guī)劃路徑進行三維現(xiàn)場模擬顯示。

源項調(diào)查工作過程模擬：根據(jù)源項調(diào)查工作過程進行分解，將工作分為若干的工作步驟，模擬每一個步驟的工作過程。

設(shè)施信息查詢：根據(jù)退役工程數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和一些現(xiàn)場輸入的數(shù)據(jù)，工作人員可以在系統(tǒng)中任意的查詢有關(guān)設(shè)備的詳細(xì)信息和現(xiàn)場的工作狀態(tài)。

2.3.3 退役方案推演與評估系統(tǒng)

（1）主要功能。

根據(jù)調(diào)研情況，主要功能包括現(xiàn)場的三維仿真，以及基于現(xiàn)場環(huán)境、工器具的仿真完成回取、去污、拆除、人流物流方案以及事故的模擬。

（2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

分為劑量場現(xiàn)場三維仿真、殘液回取過程仿真、清洗去污過程仿真、拆除拆毀過程仿真、人流物流方案仿真、碰撞檢測、事故模擬和動畫錄制8個功能模塊，每個功能模塊又分為一些子模塊，功能結(jié)構(gòu)圖如圖6所示。

①現(xiàn)場三維仿真模塊。

包括現(xiàn)場工作環(huán)境三維顯示和現(xiàn)場工器具狀態(tài)三維顯示兩個子模塊，根據(jù)三維模型和相應(yīng)的參數(shù)信息顯示現(xiàn)場工作環(huán)境和工器具的狀態(tài)。

②殘液回取過程仿真模塊。

包含殘液回取過程計算、殘液回取過程三維顯示、殘液回取過程控制三個子模塊。殘液回取過程計算子模塊是根據(jù)罐內(nèi)殘液的相關(guān)參數(shù)和設(shè)備參數(shù)，計算出殘液在設(shè)施之間的流動過程和設(shè)備相關(guān)的內(nèi)部動作。殘液回取過程三維顯示是根據(jù)計算結(jié)果，三維顯示出殘液在設(shè)施之間的流動過程和設(shè)備相關(guān)的內(nèi)部動作。殘液回取過程控制是針對相應(yīng)過程，記錄各重要參數(shù)，復(fù)現(xiàn)實施過程。

③清洗去污過程仿真模塊。

包括清洗去污過程計算、清洗去污過程三維顯示和清洗去污過程控制三個子模塊。清洗去污過程計算是根據(jù)高壓水射流流量、射流作用范圍、入射角度等結(jié)合作用時間進行相關(guān)的計算;采用泡沫去污過程的計算是根據(jù)前期科研結(jié)果的相關(guān)計算公式計算出擴散過程及泡沫所填充的體積;采用霧化去污過程的計算是通過霧化的相關(guān)公式及現(xiàn)場操作結(jié)果、經(jīng)驗?zāi)M其霧化去污的過程，同時對采用不同去污手段現(xiàn)場實施方案和過程記錄，重現(xiàn)清洗去污實施過程。

④拆除拆毀過程模擬仿真。

根據(jù)方案進行拆除過程的模擬（包括操作的精度、準(zhǔn)度、方法、步驟等要求），并結(jié)合碰撞檢查，對實施方案進行優(yōu)化。拆除完成后，根據(jù)工程過程記錄，重現(xiàn)工作過程。

⑤人流、物流組織方案驗證仿真。

根據(jù)給定的原則和確定的限制條件，結(jié)合退役工程輻射防護監(jiān)測數(shù)據(jù)，規(guī)劃出合理的人流物流通道，或根據(jù)確定的人流物流組織方案進行驗證和優(yōu)化。

⑥碰撞檢測。在退役工程方案驗證過程中，建立精準(zhǔn)的碰撞模型，實時計算各個物體間的相對位置關(guān)系，一旦物體間發(fā)生碰撞者提示用戶碰撞及碰撞位置，同時可設(shè)置碰撞預(yù)警的精度。

⑦事故模擬。對退役的廢液回取、去污、拆除和廢物運輸?shù)冗^程中可能發(fā)生的事故進行模擬，動態(tài)展示事故發(fā)生過程，分析事故發(fā)生的原因，其生成的影像資料，可作為培訓(xùn)演示的材料。

⑧動畫錄制模塊。動畫錄制模塊主要是將三維運動的過程記錄，并以視頻動畫的形式輸出。根據(jù)工程過程記錄，重現(xiàn)工作過程，也可作為培訓(xùn)使用，供培訓(xùn)人員在操作完成后的經(jīng)驗總結(jié)和相關(guān)過程的分析。

2.3.4 退役三維培訓(xùn)系統(tǒng)

（1）主要功能。

包括退役去污、拆除等動作過程的模擬，并且根據(jù)每次模擬的情況錄制動畫，用作復(fù)盤。

（2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

退役三維培訓(xùn)系統(tǒng)分為運動仿真計算、三維仿真、動畫錄制3個功能模塊，每個功能模塊又分為一些子模塊，功能結(jié)構(gòu)如圖7所示。

①運動仿真計算模塊。

包含了機構(gòu)運動計算、操作指令計算及反饋計算，系統(tǒng)根據(jù)接收到的操作指令分析，機構(gòu)按照操作指令分析結(jié)果判斷機構(gòu)運動，同時計算出機構(gòu)運動后的相關(guān)參數(shù)并實時反饋給系統(tǒng)。

②三維仿真模塊。

包含了廢物回取工具運動三維模擬、切割工具運動三維模擬、金屬剪切工具運動三維模擬、離線去污工具運動三維模擬、混凝土拆除工具運動三維模擬、洗刨工具運動三維模擬、工具更換運動三維模擬，三維仿真模塊主要接收系統(tǒng)指令分析結(jié)構(gòu)，將機構(gòu)的運動在三維場景中進行三維的動態(tài)運行過程的展示，同時對運動的結(jié)構(gòu)進行相關(guān)信息的反饋。

③動畫錄制模塊。

將三維運動的過程記錄，并以視頻動畫的形式輸出，供培訓(xùn)人員在操作完成后進行經(jīng)驗總結(jié)和相關(guān)過程的分析。

2.3.5退役三維模型庫

（1）建模范圍包括：三維場景模型（核設(shè)施結(jié)構(gòu)本體及布局、輔助系統(tǒng)管線、周邊環(huán)境等）、退役對象模型（設(shè)備室及設(shè)備本體、配套管線及配套設(shè)施）、退役工器具模型（廢液回取工具、拆除機器人、工具頭等拆除工具、去污工具以及退役過程中使用到的其他的工器具）、退役作業(yè)人員模型（人員多段人體模型，模擬作業(yè)人員的組織、器官等以及一些基本的運動，如行走、手臂運動、轉(zhuǎn)彎等）。

（2）建模技術(shù)。

三維場景建模，采用Multigen_Creator或3Dmax進行建模，在不具備核設(shè)施周邊地理數(shù)據(jù)的情況下，采用Google地圖紋理貼圖的方式，將地表數(shù)據(jù)以貼圖的方式覆蓋到三維模型上，使得三維場景更加真實。對一些地表建筑物和標(biāo)識物等進行建模，既能保證物體的存在，又能夠保證位置的準(zhǔn)確性。

設(shè)備裝置（工器具等）建模，核設(shè)備和專業(yè)工具采用專業(yè)機械設(shè)計軟件PRO/E進行三維建模，根據(jù)設(shè)備總裝圖和設(shè)備零件圖進行零部件的建模和裝配，建立詳細(xì)、精準(zhǔn)的設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)模型。

2.3.6 退役數(shù)學(xué)模型庫

根據(jù)物理、化學(xué)以及工程驗證的經(jīng)典公式，或者通過實驗測算，建立以下數(shù)學(xué)模型：

（1）機械運動模型，分析機械工作運動原理，設(shè)計該機械的運動軌跡的數(shù)學(xué)模型，在三維場景中來驅(qū)動對應(yīng)的模型進行運動。

（2）碰撞檢測模型，在三維虛擬場景中，檢測兩個物體在空間沿給定軌跡移動時是否發(fā)生碰撞。

（3）流體傳輸模型，通過引進國際通用的三維粒子輸運程序（例如基于三維蒙特卡洛方法的粒子輸運程序MCNP等），并對其進行改造（增加相關(guān)接口耦合程序）使其滿足項目需求。

（4）重力影響模型，模擬物理學(xué)牛頓萬有引力定律，在三維場景中對各運動模型的影響。

（5）應(yīng)力影響模型，模擬應(yīng)力在三維場景中對各運動模型的影響。

（6）輻射劑量估算模型，輻射場分布計算，基于源項調(diào)查結(jié)果，采用改造后的三維粒子輸運程序，計算三維輻射場的分布。

（7）人體各部位受照射模型，模擬人體不同組織、器官受照射的輻射劑量。

（8）工器具功能模型，包括了運動計算，操作指令計算及反饋計算，平臺根據(jù)接受到的操作指令進行分析，按照分析結(jié)果判斷運動形式，將運動形式在三維場景中進行動態(tài)展示，同時計算出運動后的相關(guān)參數(shù)并實時反饋給平臺。

（9）廢物產(chǎn)生量模型，獲取原設(shè)施的體積，根據(jù)工程經(jīng)驗獲取的比例值得到拆除后廢物產(chǎn)生量。

3? 結(jié)語

三維仿真技術(shù)在核設(shè)施退役中的應(yīng)用，是國內(nèi)一次較為全面、系統(tǒng)地在核退役領(lǐng)域的應(yīng)用，具有很強的落地性和實用性。目前已實現(xiàn)了系統(tǒng)的開發(fā)，其中三維模型建立、虛擬輻射場仿真、三維培訓(xùn)系統(tǒng)、退役數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等應(yīng)用到企業(yè)的科研生產(chǎn)活動中，在退役方案推演及優(yōu)化、操作人員培訓(xùn)等方面發(fā)揮了非常重要的作用。不僅充實和優(yōu)化了核設(shè)施退役工程研究的方法，而且在減少人員到輻射現(xiàn)場頻次，保護人員健康方面取得了明顯的成效。

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