基于多屬性效用法的核電廠流出物排放優化中權重因子取值研究

王曉亮，李小冬，鄭 偉，鄭平輝，白曉平，魏其銘，邱 林

（1. 中國核電工程有限公司，北京 100840；2. 清華大學，北京 100084）

我國對核電廠運行狀態下氣載和液態流出物的排放實行達標排放控制的管理方式，具體的要求在我國國標《核動力廠環境輻射防護規定》（GB 6249—2011）中進行了詳細的規定（其6.2～6.4 條）[1]，其中對于核電廠的流出物排放給出了具體的排放總量控制值和排放濃度控制值要求，并且明確規定核動力廠需要按照可合理達到盡量低的原則，在首次裝料前以及運行后每隔5 年向審管部門提出流出物排放量的申請值，申請值不能高于核電廠的設計值。按照國標的要求，各個電廠在運行之前必須要開展流出物的排放優化工作。

流出物排放優化工作不僅涉及核電廠的工藝控制、運行管理，更涉及到廠外的輻射影響和公眾心理影響等多方面因素，是一個典型的綜合性、復雜性的決策問題。在我國當前所開展的核電廠流出物排放優化中，多屬性效用分析方法由于其綜合考慮的因素最為全面，不需采用貨幣來表征輻射危害，并且可以得到最優化的排放方案，因此得到了較多的應用。我國當前在開展排放優化過程中，主要考慮了危害代價（公眾最大個人劑量、公眾集體劑量、固體廢物近地表處置所致后裔劑量）、防護代價（處理費用、職業集體劑量）和公眾心理代價共3 個方面的6 個因素，后續有學者又加入了環境條件限制（自然因素對能否排放的限制）[2]等因素，但對于我國核電站環境影響評價中所需明確考慮的生態輻射影響因素[3]尚未進行考慮，同時對于各因素對于內陸核電廠是否存在特別的差異，以及公眾在對待濱海和內陸核電廠流出物排放時各因素的心理態度也尚未有研究。

作為多屬性效用分析方法能否應用的決定性因素之一，權重因子的合理性對于能否得到最終科學、合理的優化結果至關重要，也是排放優化研究的難點之一。本文重點就權重因子的確定進行了研究，并與前人的研究成果以及本研究增加生態輻射影響后對整體權重的影響以及內陸和濱海核電廠優化權重因子差別等方面開展了研究工作，所取得的成果可以為后續研究者提供技術參考和基礎。

由于核電廠運行狀態下的廢液處理難度相對較大，且國標中對于內陸核電廠的廢液處理和液態流出物排放的要求更高，因此本研究主要就核電廠液態流出物的排放優化中的權重因子開展了研究工作。由于本研究針對的權重因子確定是一種通用性方法，所得出的方法和相關參數對于氣載流出物的優化工作同樣具有非常大的參考價值。

1 權重因子的確定方法

隨著核電站放廢處理系統的設計優化和不斷改進，以及核電廠運行控制能力和水平的不斷提升，核電廠流出物排放對環境的輻射影響已經達到了遠低于國家法規標準要求的水平，但是由于社會對流出物排放的關注度很高，使得流出物排放并不是一項純粹的技術問題，還涉及到復雜的風險認知問題。

與此同時，由于流出物排放涉及到的流程復雜、要素眾多，不同知識、專業背景以及不同利益相關度的人群對這些因素的認知上會存在著較大的差異。尤其當涉及到濱海核電站和內陸核電廠相關因素的比較分析問題時，就更加需要選擇具有相關經驗的人員來進行評定。從科學合理的角度出發，本次權重因子的研究過程中通過調查問卷專家打分的形式開展（問卷調查時間為2019 年11 月）。所選擇的專家盡可能的覆蓋了具有相關科學知識背景，且處于不同利益相關層面的人群。

考慮到所調查的專家均對本研究的對象有一定的知識背景，按照本研究中權重因子調查所對應的7 個要素（見表1），以及濱海和內陸核電站權重的對比分析，設計了簡潔的調查問卷。專家打分調查問卷確定過程中，為更好的保障專家打分的合理準確性，在正式問卷前附了調查問卷說明，詳細的對本次專家打分調查問卷的研究背景、各要素的含義、打分過程中的注意事項等進行了解釋說明。具體的調查問卷如表1 所示。

表1 濱海和內陸核電站液態流出物排放優化分析中多屬性效用法權重因子調查問卷Table1 Questionnaire of weighting factors for effluent optimization of inland and coastal nuclear power plants

由表1 可見，在具體調查過程中，為避免“權重”這一概念對打分者造成認識上的偏差，調查中統一采用了0～10 分制的打分方式，即打分者認為該要素越重要則分數越高，與此同時通過這種方法同時為內陸和濱海核電站相應要素給出分值，也可以使得打分者在打分的同時考慮同一個要素在濱海和內陸核電廠的流出物排放過程中所占重要程度的不同。

2 調查對象的選擇與統計

在確定采用問卷調查專家打分法確定權重因子后，在問卷調查過程中，調查對象的選取考慮了如下因素：

（1）考慮到所調查問題的專業性，調查對象選取了與核電行業內相關的專家、從業人員等；

（2）同時考慮到調查對象利益相關度對調查結果的影響，盡可能的提高調查結果的客觀性，問卷發放單位覆蓋了核電審管單位（執法和監管部門）、獨立第三方的科研單位（利益相關性弱）、從事核電研發設計單位（利益相關）以及核電業主公司（直接利益相關）四種類型；

（3）在每個單位的調查對象選擇過程中，盡可能選擇了職稱較高、工作年限較長、工作經驗較為豐富的人員。

本次調查中共邀請了4 個類別12 家單位的34 名專家和專業人員參加，具體的參與單位和每個單位的專家數量如下：

（1）核電審管單位：1 家單位，5 位專家；

（2）獨立第三方科研單位：1 家單位（某大學），3 位專家；

（3）核電研發設計單位：7 家單位，包括三大核電集團的相關工程公司、設計院和科研院所等，共22 位專家；

（4）核電業主公司：3 家單位，4 位專家。

34 位接受調查打分的專家的職稱分布、工作年限分布情況如圖1 和圖2 所示。由圖可見，本次調查中高級職稱人員占比85%，工作10 年以上的人員占比71%，表明參與專家打分的人員具有所需要的工作經驗和專業背景知識，對行業有較為深入的理解。

3 權重因子調查結果統計分析

本研究中所考慮的7 種要素包括：公眾造成的最大個人劑量H、公眾的集體劑量Sp、處置所致后裔劑量Dp、生態輻射影響E、職業集體劑量So、廢液的處理費用F、公眾的心理代價I，各要素的權重因子分別用WH、WSp、WD、WE、WSo、WF、WI來表示，對應的專家打分的權重分數用KH、KSp、KD、KE、KSo、KF、KI表示。每一位打分專家在問卷中按照上述7 個要素，分別針對內陸和濱海核電廠的情況進行打分，本文研究者在收到問卷反饋結果后，再對打分結果進行進一步的統計分析。

3.1 問卷調查結果統計方法

如前所述，由于不同的調查對象對于流出物排放中所涉及的要素的認知存在著很大的差異，在打分的過程中并不存在某一特定的規律，調查對象的主觀認知對調查結果影響很大，調查對象給出的分數往往是基于一種感覺或者主觀的判斷，給出的打分結果往往也是偏向于“模糊”的。根據前期在本領域[4]以及相關研究領域[5]的經驗，在開展權重統計過程中一般都采用模糊數學統計方法，本研究中也將采用這種統計方式。

此外，在本次調查中按照參與調查對象的所在單位與核電行業的相關性和關聯性將其劃分為了四類，由于這四類調查對象代表了各自不同群體的專家意見，因此需要對各領域專家意見分別統計，按照算數平均的方法分別計算出每類調查對象給出的各要素的權重分值。

對于四類調查對象所代表的群體，我們一般認為其意見的重要度均是等同的，因此為了在統計中更公平的反映出每一類專家的意見，規避因打分時分值的主觀判斷所帶來的差異，在計算中先針對每一類專家的打分統計結果給出歸一化的各要素權重因子Wj，然后對四類權重因子賦予相同的權重（按照歸一化考慮均為0.25），再按照加權平均法統計得到最終包含四類專家意見的各要素權重因子，具體計算結果見下兩節。

3.2 內陸核電廠調查統計結果

按照3.1 節的計算方法，對內陸核電廠專家打分問卷調查結果進行計算可得各類專家給出的各要素權重分值Kj（見表2）。對表2 的Kj進行歸一化后得到四類專家打分統計得到的各要素權重因子Wj，再對四類專家打分統計得到的各要素權重因子按照相同權重進行加權計算后，便可以得到最終的考慮了四類專家意見的各要素最終的對應內陸核電站的權重因子（見表3）。

表2 內陸核電廠各要素權重專家打分結果統計Table 2 Statistics of weighting factor score for inland NPPs by experts from different institutes

表3 內陸核電廠各要素權重因子計算結果Table 3 Statistics of weighting factor calculation results for inland NPPs

由表3 可見，對于內陸核電廠而言，通過調查得到的各要素權重因子中，公眾的心理影響因素權重因子WI最大，公眾的輻射影響因素WH次之，這兩個要素的權重因子顯著大于其他各要素，且四類調查對象給出的結果是非常一致的。

本研究中較前人研究工作所新加入的考慮因素、生態輻射影響要素的權重因子WE略小于工作人員集體劑量權重因子WSo、處置所致后裔劑量WD、公眾的集體劑量權重因子WSp、但相差不大，高于廢液的處理費用權重因子WF。

由上述專家打分的計算結果表明，本研究所提出的新增考慮的要素生態輻射影響的權重因子WE的重要度較高，已經超過了廢液處理費用所對應的權重因子WF，將該要素納入到多屬性效用分析中來是十分有必要的，可以進一步加強多屬性效用分析過程的全面性。

3.3 濱海核電廠調查統計結果

采用上述相同的計算方法和計算過程，計算得到的濱海廠址各要素的專家打分權重分數如表4 所示，計算得到的各要素的權重因子如表5 所示。

表4 濱海核電廠各要素權重專家打分結果統計Table 4 Statistics of weighting factor score for coastal NPPs by experts from different institutes

由表5 可見，對于濱海核電廠而言，通過調查得到的各要素權重因子中，公眾的輻射影響因素WH最大，公眾的心理影響因素權重因子WI次之，這兩個要素的權重因子顯著大于其他各要素，且四類調查對象給出的結果是基本一致。

表5 濱海核電廠各要素權重因子計算結果Table 5 Statistics of weighting factor calculation results for coastal NPPs

對于濱海廠址，本研究中較前人研究工作所新加入的考慮因素“生態輻射影響要素”的權重因子WE略小于工作人員集體劑量權重因子WSo、處置所致后裔劑量WD、公眾的集體劑量權重因子WSp，略高于廢液的處理費用權重因子WF。

與內陸廠址的對應調查結果類似，本研究所提出的新增考慮的要素生態輻射影響的權重因子WE的重要度較高，略大于廢液處理費用所對應的權重因子WF，該要素的加入可以進一步加強多屬性效用分析過程的全面性。

3.4 內陸與濱海核電廠調查結果差異分析

表6 給出了內陸和濱海核電廠最終的各要素權重因子的計算結果。

表6 內陸與濱海核電廠各要素權重因子對比Table 6 Comparison of weighting factors of each indicator for inland and coastal NPPs

由表6 可見，與濱海核電廠相比，內陸核電廠流出物排放優化過程中，公眾心理因素的權重因子WI顯著高于濱海廠址，內陸廠址的生態輻射影響因素的權重因子WE也顯著高于濱海廠址；因為WI和WE的上述對比規律，加之其他要素的權重因子的分布情況兩類核電站基本接近，使得濱海廠址的職業照射集體劑量權重因子WSo顯著提高。

上述結果的出現說明，對于內陸廠址而言，由于液態流出物排放后所進入的受納水體可以直接被人類作為飲用水源，從而使得人們在內陸核電站的液態流出物處理和排放過程中更為關注對電廠外環境的影響；而濱海核電站由于稀釋擴散條件好，作為受納水體的海洋不會作為人類飲用水源，加之我國已有多年濱海核電站安全良好的運行經驗，因此大家對外部輻射影響的關注度有所降低，而對核電站廠內的職業照射劑量的關注度提升。

由調查結果可見，相較于濱海核電站，在所考慮的各因素中，公眾對內陸核電站對環境造成的影響以及因排放而造成的心理壓力的關注度更高，也就是說內陸核電站排放優化過程中公眾的心理壓力、公眾的輻射影響、生態輻射影響等要素對優化的結果影響將更為敏感，需要更為關注。

4 與前期調查的權重因子變化趨勢分析

如本文所述，多屬性效用法應用于流出物排放優化過程中，所考慮的各要素的權重因子的獲得過程較為復雜，且需要通過專家打分法等方式開展廣泛收集，難度較大，目前國內公開發表的研究成果較少。在劉華以及於凡等開展的液態流出物優化研究[4,6]中均考慮6 個要素、且使用了一套相同的各要素權重因子，該套權重因子由劉華在其2005 年的博士論文中對4 家單位46 位專家進行問卷調查，對后續的相關研究工作具有非常強的指導和參考意義。而在其他人員的研究中[7,8]，則對權重因子的調查方法及所使用的具體數值很少提及。

由于在前人的研究中均未考慮生態輻射影響這一要素，因此為便于比較，將表6 所對應的要素去除WE后重新開展統計計算，并與前人研究的對應要素的權重因子進行比較（見表7）。

由表7 的對比結果可見，對于濱海核電廠而言，權重因子最高的要素仍然是公眾最大個人劑量WH，但本次調查中公眾心理壓力要素WI的權重顯著提高，已經由前人調查結果中的最后一位上升到第二位，其他要素的權重分布則基本相似。由此可見，隨著近年來核電的發展，尤其是日本福島核事故的發生對整個社會的心理影響已經顯著提高。

表7 本文所得各要素權重因子與前人研究結果對比Table 7 Comparison of weighting factors of current study and former studies

同時結合3.3 節的分析與表7 的對比可見，對于本次調查的內陸核電廠，公眾心理壓力要素WI的權重是最高的，更充分說明對于內陸核電站而言，在開展相關工作的過程中，人們的心理影響因素必須給予充分的重視，這是與前期的調查結果相比最為明顯的變化。

由于本次調查中首次將生態輻射影響納入到了考慮的要素中來，使得考慮7 要素后各要素的權重的分配情況發生變化，但從本報告的調查結果來看，生態要素得到了非常高的重視度，這樣將會對后續的具體優化過程產生明顯的影響，需要在具體優化過程中予以關注。

5 結論

本研究對核電相關的審管部門、獨立第三方研究單位、核電研發設計單位以及核電廠業主單位相關專家開展了較為廣泛的調查工作，并通過分析計算得到了一套可反映當下具體情況的、可用于核電廠流出物排放優化的7 要素權重因子。權重因子是多屬性效用分析方法應用中的核心與難點，且由于采用專家打分法的方式，其是隨著時間和社會環境變化而不斷改變的。本研究所開展的專家打分法問卷調查工作表明，日本福島核事故后，在核電廠正常運行狀態下的流出物排放過程中，廠外對公眾的心理影響以及對人和生態環境的輻射影響等受到了更多的關注，使得其重要度較前人的研究成果顯著提高，這一點對于內陸廠址體現的尤為明顯，這就為后續的相關流出物排放、環評、選址等工作提供了非常有益的、具有工程實用價值和科研價值的成果。

對于當前核電廠流出物排放各相關要素重要性認知度的調查工作的開展，反映出了當前我國對流出物排放的態度變化情況，尤其是內陸和濱海核電廠相關要素權重因子的不同充分反映出內陸核電廠安全性要求更高的公眾潛在心理需求。本文的研究成果是對前人研究成果的重要補充，期待通過后續的不斷補充研究核完善，可以使得核電廠流出物排放優化這一工作更加完善，所得出的結果越來越科學和合理。隨著當下“雙碳”目標實現的迫切性增強，核能的多用途推廣、內陸供熱、供氣等功能的拓展，都對內陸核能推廣提出了迫切要求，本文的研究成果為后續的內陸核電廠、核能推廣建設和相關工作開展提供了重要的信息。

需要關注的是，公眾心理壓力的形成是一個非常復雜的科學問題，也是核能發展和利用過程中一直在探索的問題，需要核與輻射領域的專家與社會心理學等領域的專家共同開展這方面的研究工作，從而得到更加準確的結果。

與此同時，本文對權重因子的研究采用了專家打分這一方法，由于流出物排放涉及到的流程復雜、要素眾多，不同知識、專業背景以及不同利益相關度的人群對這些因素的認知上會存在著較大的差異，從科學合理的角度出發，本次調查研究未采取大面積公眾調查的方式，所選擇的專家盡可能的覆蓋了具有相關科學知識背景，且處于不同利益相關層面的人群，從而保證所得到權重因子的科學性。作為核電廠流出物排放最為關注的群體，后續對于核電廠周邊公眾等利益相關群體的調查也需要給予充分重視，開展相關的調查進行補充研究。