核電廠一體化核應(yīng)急管理平臺開發(fā)研究

侯雪燕，謝明亮,2 ，魏 巍，李 青，戴 浩，谷韞豐，謝政權(quán)，朱 彤，陳 龍，賀 蓉

（1.中核武漢核電運(yùn)行技術(shù)股份有限公司，湖北 武漢 430223；2.海軍工程大學(xué) 核科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430033；3.福建福清核電有限公司，福建 福清 350318）

核應(yīng)急是核能事業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的重要保證，“十四五”規(guī)劃和2035 年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要明確提出構(gòu)建統(tǒng)一指揮、專常兼?zhèn)?、反?yīng)靈敏、上下聯(lián)動的應(yīng)急管理體制[1,2]。核電廠運(yùn)營單位作為核應(yīng)急的責(zé)任主體，為進(jìn)一步提升、落實(shí)“創(chuàng)新核技術(shù)、確保核安全、做好核應(yīng)急”理念，相繼開展核應(yīng)急管理及技術(shù)支持體系的建設(shè)[3]。經(jīng)過30 多年的發(fā)展，核應(yīng)急的相關(guān)概念和理論體系逐步發(fā)展成熟[4]，在應(yīng)急計(jì)劃區(qū)劃分標(biāo)準(zhǔn)、輻射后果評價(jià)、應(yīng)急行動水平及干預(yù)水平等方面有著較大發(fā)展[5,6]。

在國內(nèi)外核應(yīng)急管理體系及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范研究中，強(qiáng)調(diào)核應(yīng)急一直是核能應(yīng)用各方關(guān)注的重點(diǎn)領(lǐng)域。目前，國外開展核應(yīng)急研究的標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)主要有國際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）、國際輻射防護(hù)委員會（ICRP）、美國核管理委員會（NRC）[7]。國際上較為典型的核應(yīng)急決策支持系統(tǒng)有美國的MACCS、歐盟開發(fā)的RODOS、日本的ERSS 等[8]，目前我國核應(yīng)急實(shí)現(xiàn)三級應(yīng)急組織體系，即國家核應(yīng)急組織、核設(shè)施所在省（自治區(qū)、直轄市）核應(yīng)急組織、核設(shè)施營運(yùn)單位應(yīng)急組織[9]。我國與核應(yīng)急有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)主要有國家標(biāo)準(zhǔn)（GB）國家軍用標(biāo)準(zhǔn)（GJB）、核工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（EJ）、能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（NB）[10]。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對核應(yīng)急的總體要求各級核應(yīng)急管理組織機(jī)構(gòu)有明確的組織架構(gòu)、人員組成要求、工作職責(zé)，并規(guī)定了各層級核應(yīng)急管理組織之間的聯(lián)系、權(quán)責(zé)等[11]。在應(yīng)急平臺建設(shè)中，核應(yīng)急管理是一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)性工作，對全面加強(qiáng)和提高應(yīng)急管理能力有著非常重要的意義[12]。

1 總體概述

針對核電廠應(yīng)急管理體系，把握核應(yīng)急關(guān)鍵技術(shù)研究，構(gòu)建核電應(yīng)急管理綜合平臺（Nuclear Emergency Management System，以下簡稱NEMS），實(shí)現(xiàn)應(yīng)急崗位人員各種日常的應(yīng)急管理，應(yīng)急演習(xí)以及事故響應(yīng)狀態(tài)下各種應(yīng)對措施的綜合支撐軟件，平臺涵蓋了不同應(yīng)急崗位各種應(yīng)急業(yè)務(wù)處理，應(yīng)急表單流程的電子化，應(yīng)急數(shù)據(jù)監(jiān)控，數(shù)據(jù)研判，信息發(fā)布，對外通信等一系列功能。

信息化技術(shù)日新月異，新技術(shù)的引入和升級，為提高分析研判精度，完善決策技術(shù)支持，開發(fā)核應(yīng)急相關(guān)技術(shù)支持系統(tǒng)，建立電廠應(yīng)急行動水平（EAL）矩陣，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急行動水平智能化決策，開發(fā)堆芯損傷評價(jià)、快速源項(xiàng)計(jì)算實(shí)現(xiàn)堆芯狀態(tài)監(jiān)測與事故源項(xiàng)快速評估，考慮放射性物質(zhì)釋放到環(huán)境，結(jié)合大氣數(shù)據(jù)，核電廠信息與GIS 地圖，實(shí)現(xiàn)大氣擴(kuò)散模擬、大中小尺度輻射場計(jì)算，事故后果預(yù)測、實(shí)測數(shù)據(jù)分析、防護(hù)行動建議等功能。

在平時(shí)演練時(shí)還可以從模擬機(jī)獲取數(shù)據(jù)，通過演練流程，使得相關(guān)人員獲得應(yīng)急處置的相關(guān)技能。在應(yīng)急響應(yīng)時(shí)，可以連接機(jī)組應(yīng)急數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急響應(yīng)及決策支持。一體化核應(yīng)急管理及技術(shù)支持平臺總體業(yè)務(wù)功能架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 應(yīng)急平臺系統(tǒng)架構(gòu)Fig.1 The architecture of the emergency platform system

2 核應(yīng)急管理平臺開發(fā)

核應(yīng)急管理綜合平臺（NEMS）是針對核電基地應(yīng)對突發(fā)核事件進(jìn)行綜合應(yīng)急處置及其演練的軟硬件系統(tǒng)，為核電應(yīng)急事件處置行動、指揮、決策提供支持，滿足處置過程中信息錄入、輔助決策和指揮，應(yīng)急通告與報(bào)告以及經(jīng)驗(yàn)反饋。

通過梳理核電廠應(yīng)急管理的業(yè)務(wù)流程及接口關(guān)系，采用目前主流的GIS 平臺作為應(yīng)急管理平臺底層平臺，并引進(jìn)新的UI 設(shè)計(jì)理念、高效數(shù)據(jù)庫管理工具、流程驅(qū)動引擎以及軟件系統(tǒng)集成方法，開發(fā)核應(yīng)急管理綜合平臺，使之達(dá)到行業(yè)領(lǐng)先水平。

2.1 系統(tǒng)功能概述

（1）滿足應(yīng)急管理平臺業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)及機(jī)組數(shù)據(jù)存儲、管理需求，設(shè)計(jì)實(shí)施核應(yīng)急管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫及配置工具，開發(fā)數(shù)據(jù)庫訪問接口；

（2）滿足應(yīng)急管理平臺數(shù)據(jù)監(jiān)控需求，確定WEB 畫面組態(tài)及展示方式，開發(fā)相關(guān)工具集，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)機(jī)組WEB 畫面動態(tài)展示、趨勢曲線、數(shù)據(jù)列表展示功能；

（3）滿足應(yīng)急管理平臺業(yè)務(wù)流程自動化需求，確定工作流實(shí)現(xiàn)方式；設(shè)計(jì)開發(fā)流程表單，支持機(jī)組應(yīng)急狀態(tài)下應(yīng)急指揮決策與應(yīng)急響應(yīng)流程、機(jī)組應(yīng)急行動水平輔助邏輯判斷流程、機(jī)組堆芯損傷評價(jià)流程；

（4）選擇商用GIS 軟件，通過GIS 展示應(yīng)急場景環(huán)境數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)；

（5）實(shí)現(xiàn)通用基本的功能模塊，如用戶管理、角色管理、崗位管理、權(quán)限管理、日志管理、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、事故序列功能；

（6）制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)通信協(xié)議，使系統(tǒng)能夠快速與第三方系統(tǒng)集成；根據(jù)核行業(yè)NRSML協(xié)議，開發(fā)數(shù)據(jù)輸出接口；

（7）實(shí)現(xiàn)應(yīng)急管理系統(tǒng)短信接口、傳真接口、視頻顯示接口。

核應(yīng)急管理平臺可應(yīng)用于兩種模式，即演習(xí)模式與響應(yīng)模式，在核應(yīng)急演習(xí)狀態(tài)下，用于應(yīng)急人員培訓(xùn)和演練，其數(shù)據(jù)取自模擬機(jī)，在應(yīng)急響應(yīng)模式下，用于核應(yīng)急響應(yīng)，其數(shù)據(jù)取自真實(shí)機(jī)組，如圖2 所示。

古人云：“師者，傳道、授業(yè)、解惑也?！苯處熤允艿饺鐣淖鹬?，除了因?yàn)槠涫种姓莆罩_啟知識寶庫的金鑰匙之外，最突出的特征是教師高尚的品質(zhì)情操，能夠感召學(xué)生。因此，陶冶情操，提高自身品德和心理素質(zhì)便成了教師實(shí)施綠色教育的重要一環(huán)。

圖2 核應(yīng)急管理平臺應(yīng)用模式Fig.2 The application mode of the nuclear emergency management platform

2.2 數(shù)據(jù)采集及接口實(shí)現(xiàn)

為核事故不同的應(yīng)急指揮數(shù)據(jù)制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)通訊標(biāo)準(zhǔn)及協(xié)議，利用移動互聯(lián)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集終端與系統(tǒng)數(shù)據(jù)層的對接。

利用成熟的接口技術(shù)實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展性，對應(yīng)急專家系統(tǒng)及外圍輔助系統(tǒng)進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通和復(fù)用。對應(yīng)急相關(guān)軟件進(jìn)行集成，主要為配套的應(yīng)急專家系統(tǒng)，包括機(jī)組狀態(tài)診斷系統(tǒng)、堆芯損傷評價(jià)系統(tǒng)、輻射后果評價(jià)系統(tǒng)等。針對這些軟件定制標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)訪問接口，通過數(shù)據(jù)解析或功能觸發(fā)，把分析過程及結(jié)果數(shù)據(jù)整合到應(yīng)急平臺中（見圖3）。

圖3 數(shù)據(jù)接口圖Fig.3 The data interface

2.3 應(yīng)急業(yè)務(wù)流程開發(fā)

核電站應(yīng)急管理平臺是針對核電基地應(yīng)對突發(fā)核事件進(jìn)行綜合應(yīng)急處置及其演練的軟硬件系統(tǒng)，是核電廠應(yīng)急崗位人員各種日常工作的應(yīng)急管理，支持應(yīng)急演習(xí)以及事故響應(yīng)狀態(tài)下各種應(yīng)對措施的綜合支撐軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)涵蓋了不同應(yīng)急崗位各種應(yīng)急業(yè)務(wù)處理，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急表單流程的電子化，應(yīng)急數(shù)據(jù)監(jiān)控，應(yīng)急資源整合、應(yīng)急人員管理、數(shù)據(jù)研判，信息發(fā)布，對外通信等一系列功能。

平臺涵蓋不同應(yīng)急崗位各種應(yīng)急業(yè)務(wù)處理，流程表單的電子化，應(yīng)急數(shù)據(jù)監(jiān)控，數(shù)據(jù)研判，信息發(fā)布，對外通信等一系列功能，其業(yè)務(wù)流程如圖4 所示。

圖4 核應(yīng)急業(yè)務(wù)流程Fig.4 The work flow of nuclear emergency

2.4 應(yīng)急數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)

產(chǎn)品各功能模塊緊貼核應(yīng)急領(lǐng)域的關(guān)鍵需求，在技術(shù)上以應(yīng)急實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、地理信息系統(tǒng)及流程引擎為主要支撐平臺，實(shí)現(xiàn)機(jī)組數(shù)據(jù)監(jiān)控、視頻監(jiān)控、應(yīng)急數(shù)據(jù)整合展示等功能。

（1）機(jī)組數(shù)據(jù)監(jiān)控

采用最新的HTML5 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了跨平臺的機(jī)組流程圖展示框架，框架整體嵌入客戶端WEB 瀏覽器中，無須安裝任何插件；擺脫了對操作系統(tǒng)和開發(fā)框架的依賴性，可以動態(tài)部署到任何安裝有相應(yīng)瀏覽器的系統(tǒng)中，具備良好的跨平臺特性；框架支持接入3D 圖形樣式，能夠利用組件化的方式，對流程圖作靈活地布局和擴(kuò)展（見圖5）。

圖5 機(jī)組數(shù)據(jù)監(jiān)控Fig.5 Data monitoring of nuclear power plants

（2）應(yīng)急數(shù)據(jù)整合展示

對應(yīng)急需要關(guān)注的臺風(fēng)、風(fēng)場、KRS、氣象塔、視頻監(jiān)控、輻射場數(shù)據(jù)進(jìn)行接入和集成，并在地理信息平臺上進(jìn)行統(tǒng)一展示，便于應(yīng)急指揮部人員了解廠區(qū)及周邊情況（見圖6）。

圖6 應(yīng)急數(shù)據(jù)監(jiān)控Fig.6 Emergency data monitoring

對核電基地的移動設(shè)備（如應(yīng)急監(jiān)測車輛，人員撤離車輛等）進(jìn)行接入和集成，并能在地理信息平臺上進(jìn)行統(tǒng)一展示，以便于應(yīng)急指揮部人員對應(yīng)急資源進(jìn)行統(tǒng)一的管理和集中調(diào)配。

3 關(guān)鍵技術(shù)研究

3.1 基于流程引擎的表單開發(fā)

工作流引擎采用 IDEA 或 eclipse，采用SpringBoot 2.X 框架，業(yè)務(wù)流程建模標(biāo)準(zhǔn)采用BPMN 2.0，集成Activiti 工作流引擎，實(shí)現(xiàn)流程節(jié)點(diǎn)管理、流向管理、流程樣例管理，結(jié)合用戶權(quán)限和組織機(jī)構(gòu)管理功能模塊，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急流程審批功能，開發(fā)了表單設(shè)計(jì)工具和流程組態(tài)工具，提供審批流程編輯可視化功能和審批流程管理功能，解決了核電廠應(yīng)急管理平臺應(yīng)急表單版本無法及時(shí)更新、運(yùn)維不便捷等問題（見圖7）。

圖7 流程表單實(shí)現(xiàn)方案圖Fig.7 The process form implementation

3.2 基于web 組態(tài)的監(jiān)控畫面展示

如圖8 所示畫面組態(tài)及展現(xiàn)可采用集成開發(fā)環(huán)境VSCode，前端框架采用Vue 2.X、Quasar，或其他集成開發(fā)環(huán)境。實(shí)現(xiàn)組態(tài)端畫面編輯、組態(tài)端通用控件開發(fā)、組態(tài)端邏輯腳本編譯、運(yùn)行端渲染實(shí)時(shí)組態(tài)畫面、運(yùn)行端組態(tài)畫面腳本運(yùn)行，解決早期大量代碼依賴、維護(hù)不方便、簡潔直觀等問題；通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接口獲取到狀態(tài)數(shù)據(jù)，然后通過HTML5 的Canvas 對頁面元素進(jìn)行渲染，加載工況圖形矢量界面，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動態(tài)顯示機(jī)組工況信息。

圖8 畫面組態(tài)技術(shù)方案圖Fig.8 The technical scheme of screen configuration

4 結(jié)論

本文提出了一體化核應(yīng)急管理平臺的建設(shè)方案，并對核應(yīng)急管理關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，在功能全覆蓋的基礎(chǔ)上，采用業(yè)務(wù)和時(shí)序數(shù)據(jù)庫分離、前后端分離等新框架設(shè)計(jì)技術(shù)理念，集成Activiti 工作流引擎和組態(tài)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)基于流程引擎的表單開發(fā)和基于web 組態(tài)的監(jiān)控畫面展示開發(fā)，使得低代碼平臺具有更好的開放性、可維護(hù)性、兼容性，解決傳統(tǒng)應(yīng)急管理平臺功能局限，應(yīng)急管理低效，表單任務(wù)與工藝畫面開發(fā)、更新和運(yùn)維不便捷，應(yīng)急流程繁瑣等缺點(diǎn)，提升核應(yīng)急管理平臺功能及性能，滿足核電當(dāng)前核應(yīng)急日常管理和應(yīng)急響應(yīng)需求。