核設(shè)施退役安全指標體系建立及綜合評價

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)生的安全隱患進行了分析，利用專家打分的方法對影響因素進行篩選并初步建立了評價指標體系。利用層次分析法建立了多指標評價模型，通過兩兩比較構(gòu)造判斷矩陣從而計算出各級指標的權(quán)重，得到了各因素的重要度排序。

關(guān)鍵詞：核設(shè)施退役；指標體系；AHP

中圖分類號：X946

文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2016）24-0001-04

1 引言

根據(jù)國際原子能機構(gòu)（IAEA）的估計，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座研究堆退出運行，許多正在退役，有的已經(jīng)成功退役。在歐盟，166個反應(yīng)堆中的1/3將于2025年要被關(guān)閉進入退役階段。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，對其進行安全評價所需要涉及的因素和存在的問題較多，其評價過程中常包含著許多不確定性、隨機性和模糊性。因此選擇合適的評價指標體系是進行安全評價的基礎(chǔ)，沒有一套科學(xué)、可行、可信的指標體系就無法客觀開展評估工作[2]。在退役時，核設(shè)施雖然已經(jīng)停止了運行，很多運行中的有害因素也會隨之消失。然而，還有大量的危險有害因素以及可能會出現(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指標體系[4]。本文將對這些可能出現(xiàn)的影響退役安全性的危險有害因素采用德爾菲法、SPSS聚類分析法進行篩選以及評價指標體系的建立，同時，利用層次分析法（AHP）進行指標權(quán)重的排序計算，從而為退役過程的風險控制提供決策依據(jù)。

2 指標體系的建立

2.1 影響因素的提出

對于一個多目標、多層次、多功能的復(fù)雜系統(tǒng)，影響其綜合效益評價的相關(guān)因素較多。如何選取綜合評價指標是一個從無到有的創(chuàng)造過程，而如何從眾多指標中選取一部分有使用價值的因子作為評價指標，又是一個從有到優(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 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）工作時間。操作人員的工作時間越長，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，退役過程也就會越安全。

（4）設(shè)備故障率。經(jīng)常對設(shè)備進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)當提前進行防范，比如，放射性照射、火災(zāi)、電擊、噪聲以及機械傷害。

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，但當事故真正發(fā)生的時候，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。可以對設(shè)備損毀、人員傷亡以及環(huán)境污染這3個方面來進行控制。將這些影響因素總結(jié)如表1所示。

2.2 評價指標體系初選

常用的評價指標初選方法：理論分析法、綜合法、頻度統(tǒng)計法、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。現(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指標體系建設(shè)的內(nèi)涵、特征進行綜合分析，從而確定該指標體系的層次結(jié)構(gòu)，而對于各子目標層的進一步細分有利于確定并篩選出相對重要的指標因子。

（2）綜合法。基于某種標準或原則對現(xiàn)有指標進行聚類分析，從而建立指標體系的方法，稱為綜合法。在探討核設(shè)施退役廠房的安全評價時，搜集各種觀點及方案，并加以比較，從而構(gòu)建出相對完善的、綜合性強的指標體系。

（3）頻度統(tǒng)計法。類似于綜合法，該方法主要根據(jù)當前有關(guān)退役廠房安全評價的會議論文及研究報告進行相關(guān)的頻度統(tǒng)計，并將那些使用頻度較高的指標作為評價指標更具有可行性和實用性。

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

（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)驗指導(dǎo)來確定評價指標的方法。

統(tǒng)計所有影響因素，并請有關(guān)專家團根據(jù)這些影響因素對所評價目標的實際影響程度采用5分制進行打分。將打分結(jié)果進行聚類分類，初步建立起評價指標體系。

2.3 評價指標體系的篩選

選取 11 位專家打分，以“對目標的影響很大”、“對目標的影響大”、“對目標的影響較大”、“對目標的影響不大”、“對目標幾乎沒有影響” 5 種模糊語言為評價標準。采用五分制評分，將定性打分對應(yīng)為定量分數(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)計分析軟件SPSS（statistical program for social science）進行聚類分析運算[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，先將集合中每個樣本自成一類，在進行類別合并時，計算類重心間方差，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，選取標尺為10，然后向下做垂線，與水平線交點的個數(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因素與其他各因素所反映的方面差異較大，即可將這兩個因素指標進行舍棄，再進行分類分析從而得到相應(yīng)的指標體系如圖2所示。

3 利用層次分析法對各級指標的權(quán)重進行確定

層次分析法（ Analytic Hierarchy Process 簡稱 AHP）[6]，是指將一個復(fù)雜的多目標決策問題作為一個系統(tǒng)，將目標分解為多個目標或準則，進而分解為多指標（ 或準則、約束） 的若干層次，通過定性指標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（多指標） 、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

每一層次中各個指標在各自分組中所占的比重不同及對整機安全的影響度不同，我們設(shè)計兩兩比較調(diào)查表，請相關(guān)專家填寫，匯總調(diào)查結(jié)果，計算各項指標權(quán)重。利用表3所示的兩兩比較標度構(gòu)造指標重要度判定矩陣（表4）。表4的一層指標判定矩陣用數(shù)學(xué)表示為X（表5、6、7）。

3.2 層次單排序及一致性檢驗

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，其具體的計算是：

對于判斷矩陣X，計算滿足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，這與實際相符合。證明所建立的評價體系以及評價方法是合理的，通過對結(jié)果的進一步分析，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，未來可以針對核設(shè)施退役過程中的人因失誤來進行安全評價，逐步完善安全評價指標體系，使退役安全得以全面的保障。

參考文獻：

[1]廖運璇，汪萍. 核設(shè)施退役中重點關(guān)注的幾個問題[C]∥佚名.二十一世紀初輻射防護論壇第九次會議會議論文集. 北京：科學(xué)出版社，2011.

[2]Kwan Seong Jeong， Byung-Seon Choi， Jei-Kwon Moon. Relative evaluation on decommissioning accident scenarios of nuclear facilities [J]. Annals of Nuclear Energy， 2012（50）： 268～270.

[3]范春榮，李海峰.簡析核設(shè)施退役的安全防護管理[J].甘肅科技，2015，31（23）.

[4]Sigitas Rimkevicius， Mindaugas Vaisnoras. HAZOP application for the nuclear power plants decommissioning projects [J]. Annals of Nuclear Energy， 2016（94）： 461～471.

[5]邵立周，白春杰.系統(tǒng)綜合評價指標體系構(gòu)建方法研究[J].海軍工程大學(xué)學(xué)報，2008，20（3）.

[6]王 壬，陳 瑩，陳興偉. 區(qū)域水資源可持續(xù)利用評價指標體系構(gòu)建[J].自然資源學(xué)報，2014（8）.

[7]隋明爽，崔 雷. 基于SPSS的共現(xiàn)聚類分析參數(shù)選擇的實例研究[J].中華醫(yī)學(xué)圖書情報雜志，2016（1）.

[8]鄧 雪，李家銘. 層次分析法權(quán)重計算方法分析及其應(yīng)用研究[J].數(shù)學(xué)的實踐與認識，2012（7）.