核设施退役安全指标体系建立及综合评价

摘要：针对复杂的核设施退役过程，对其中可能产生的安全隐患进行了分析，利用专家打分的方法对影响因素进行筛选并初步建立了评价指标体系。利用层次分析法建立了多指标评价模型，通过两两比较构造判断矩阵从而计算出各级指标的权重，得到了各因素的重要度排序。

关键词：核设施退役；指标体系；AHP

中图分类号：X946

文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2016）24-0001-04

1 引言

根据国际原子能机构（IAEA）的估计，全球约有2800座核设施需要在未来的几十年中退役[1]。世界核能协会估算，全世界已有超过90座商业核电堆，50座核燃料设施，100座铀矿冶设施，250座研究堆退出运行，许多正在退役，有的已经成功退役。在欧盟，166个反应堆中的1/3将于2025年要被关闭进入退役阶段。由此可见，核设施的退役问题将成为人类亟待解决的重要难题。

由于核O施退役系统庞大而复杂，对其进行安全评价所需要涉及的因素和存在的问题较多，其评价过程中常包含着许多不确定性、随机性和模糊性。因此选择合适的评价指标体系是进行安全评价的基础，没有一套科学、可行、可信的指标体系就无法客观开展评估工作[2]。在退役时，核设施虽然已经停止了运行，很多运行中的有害因素也会随之消失。然而，还有大量的危险有害因素以及可能会出现的新的问题仍然存在于退役过程中的切割、拆除以及去污工艺当中[3]。目前，对于核设施退役系统，并没有建立起一套完整的安全评价指标体系[4]。本文将对这些可能出现的影响退役安全性的危险有害因素采用德尔菲法、SPSS聚类分析法进行筛选以及评价指标体系的建立，同时，利用层次分析法（AHP）进行指标权重的排序计算，从而为退役过程的风险控制提供决策依据。

2 指标体系的建立

2.1 影响因素的提出

对于一个多目标、多层次、多功能的复杂系统，影响其综合效益评价的相关因素较多。如何选取综合评价指标是一个从无到有的创造过程，而如何从众多指标中选取一部分有使用价值的因子作为评价指标，又是一个从有到优的筛选过程。

德尔菲法由美国兰德公司的 Olaf Helmer 和 Norman Dalkey 于 20 世纪 50 年代提出[3]，它是以古希腊城市德尔菲命名的规定程序专家调查法 ，德尔菲法既可用于预测，也可以用于评估。该方法的基本原理是以调查征询的形式向选定的专家提出一系列问题，并汇总整理专家意见，每完成一次提问和回答的过程称为一轮。将上轮咨询所得意见的一致程度和各位专家的不同观点等信息，匿名反馈给每一位专家，再次征询意见。如此反复多次（一般情况下为 3～4 轮），使意见趋于一致。由最后一轮征询得到的专家意见，组合成专家群体的集体意见，针对可能影响核设施退役过程的安全状况提问，可得到其影响因素可概括如下。

2.1.1 技术可行性

退役过程的技术是退役安全的基本保障，优秀的管理以及良好的系统运行状态能极大程度降低事故的发生率从而保证设施设备安全退役。具体可分为以下4个方面。

（1）资金投入。合理的资金分配能够提高设备的可靠性和完善安全系统的建立，资金投入不足则容易导致设备工作效率低、故障率高从而导致事故的发生。

（2）工作时间。操作人员的工作时间越长，出现的对人员造成伤害的可能性也就越大。

（3）废物排放量。能够将废物排放量控制得越低，对环境造成的污染也就越低，退役过程也就会越安全。

（4）设备故障率。经常对设备进行检查和维修能控制设备的故障率，工作期间设备故障率越高，退役的安全性也就越低。

2.1.2 事故发生率

对于退役过程中高概率发生的事故也应当提前进行防范，比如，放射性照射、火灾、电击、噪声以及机械伤害。

2.1.3 事故发生后果

前文所述合理的资金投入能减少事故发生概率，但当事故真正发生的时候，对其可能产生的后果也要尽量的控制，产生的后果越小，越能减少大量的损失以及对二次事故的预防。可以对设备损毁、人员伤亡以及环境污染这3个方面来进行控制。将这些影响因素总结如表1所示。

2.2 评价指标体系初选

常用的评价指标初选方法：理论分析法、综合法、频度统计法、归类法、专家咨询法等多种方法。一般来说，理论分析法应用较广泛。现将各种方法简要介绍如下[4]。

（1）理论分析法。依据分析法的原理，对退役厂房综合评价指标体系建设的内涵、特征进行综合分析，从而确定该指标体系的层次结构，而对于各子目标层的进一步细分有利于确定并筛选出相对重要的指标因子。

（2）综合法。基于某种标准或原则对现有指标进行聚类分析，从而建立指标体系的方法，称为综合法。在探讨核设施退役厂房的安全评价时，搜集各种观点及方案，并加以比较，从而构建出相对完善的、综合性强的指标体系。

（3）频度统计法。类似于综合法，该方法主要根据当前有关退役厂房安全评价的会议论文及研究报告进行相关的频度统计，并将那些使用频度较高的指标作为评价指标更具有可行性和实用性。

（4）归类法。该方法常采用聚类分析法或定性判断法，针对所选指标划分过细而导致体系条理性不明确的问题，需采用归类法对所选指标进行归类处理。

（5）专家咨询法。该方法是在征询各相关领域内的专家学者基础上，通过经验指导来确定评价指标的方法。

统计所有影响因素，并请有关专家团根据这些影响因素对所评价目标的实际影响程度采用5分制进行打分。将打分结果进行聚类分类，初步建立起评价指标体系。

2.3 评价指标体系的筛选

选取 11 位专家打分，以“对目标的影响很大”、“对目标的影响大”、“对目标的影响较大”、“对目标的影响不大”、“对目标几乎没有影响” 5 种模糊语言为评价标准。采用五分制评分，将定性打分对应为定量分数： 5、4、3、2、1。专家打分量化后结果如表2所示。

采用y计分析软件SPSS（statistical program for social science）进行聚类分析运算[5]。文中选择 SPSS 菜单中的分析―聚类―系统聚类，聚类的方法采用ward聚类法，即以平方欧氏距离作为两类之间的距离，先将集合中每个样本自成一类，在进行类别合并时，计算类重心间方差，将离差平方和增加的幅度最小的两类首先合并，再依次将所有类别逐级合并。最后得到树形图如图1所示。

该树形图直观清晰地表现了聚类全过程，选取标尺为10，然后向下做垂线，与水平线交点的个数即为分类数。由上图可以清楚的看出设备故障率以及噪声这两个因素与其他各因素所反映的方面差异较大，即可将这两个因素指标进行舍弃，再进行分类分析从而得到相应的指标体系如图2所示。

3 利用层次分析法对各级指标的权重进行确定

层次分析法（ Analytic Hierarchy Process 简称 AHP）[6]，是指将一个复杂的多目标决策问题作为一个系统，将目标分解为多个目标或准则，进而分解为多指标（ 或准则、约束） 的若干层次，通过定性指标模糊量化方法算出层次单排序（权数） 和总排序，以作为目标（多指标） 、多方案优化决策的系统方法。

3.1 构造两两比较判断矩阵

每一层次中各个指标在各自分组中所占的比重不同及对整机安全的影响度不同，我们设计两两比较调查表，请相关专家填写，汇总调查结果，计算各项指标权重。利用表3所示的两两比较标度构造指标重要度判定矩阵（表4）。表4的一层指标判定矩阵用数学表示为X（表5、6、7）。

3.2 层次单排序及一致性检验

所谓层次单排序是指对于上一层某因素而言，本层次各因素的重要性的排序，其具体的计算是：

对于判断矩阵X，计算满足XW=λmaxW，的特征根与特征向量，式中λmax为X的最大特征根，W为对应于λmax的正规化的特征向量，W的分量ωi即是相应元素单排序的权值。

对于一层指标的判断矩阵X，其中λmax=3.010 ，W=（0.588，0.322，0.090）T，经一致性计算可得CR=CI/RI=0.01/0.58=0.0086

对于判断矩阵X1，其中λmax=3，W=（0.5714，0.2857，0.1429）T，经过一致性计算可得CR=CI/IR=0

对于矩阵X2，其中λmax=4.0206，W=（0.3545，0.3545，0.1602，0.1308）T，经过一致性计算可得CR=CI/IR=0.00687/0.89=0.0077

对于矩阵X3，其中λmax=3.0055，W=（0.5954，0.1283，0.2764）T，经过一致性计算可得CR=CI/IR=0.0053

3.3 层次总排序

层次总排序是确定某层所有因素相对于总目标的相对重要性的排序权值过程。该过程是从最高层到最底层依次进行的，对于最高层次而言，其层次单排序即为其层次总排序。于是可以得到影响核设施退役过程中的安全的各因素的权重与层次总排序如表8所示。

4 结论与展望

从表8可以看出，对于评价核设施退役安全的各影响因素其重要度是不一样的。有些因素有决定性作用，也有因素不是那么重要。其中，在核设施退役过程的技术是否可靠起着主要作用，尤其是其废物的排放量对于评判核设施退役是否安全起着主要作用，而事故发生所造成的设施设备损坏及环境污染对退役过程中安全性的影响则相对偏小，这与实际相符合。证明所建立的评价体系以及评价方法是合理的，通过对结果的进一步分析，可以对主要的因素加以更多的关注和管理，同时警惕那些比较容易忽略的因素，做到防患于未然。

对于工作人员误操作这一方面并没有做出相应的评价，未来可以针对核设施退役过程中的人因失误来进行安全评价，逐步完善安全评价指标体系，使退役安全得以全面的保障。

参考文献：

[1]廖运璇，汪萍. 核设施退役中重点关注的几个问题[C]∥佚名.二十一世纪初辐射防护论坛第九次会议会议论文集. 北京：科学出版社，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]范春荣，李海峰.简析核设施退役的安全防护管理[J].甘肃科技，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.系统综合评价指标体系构建方法研究[J].海军工程大学学报，2008，20（3）.

[6]王 壬，陈 莹，陈兴伟. 区域水资源可持续利用评价指标体系构建[J].自然资源学报，2014（8）.

[7]隋明爽，崔 雷. 基于SPSS的共现聚类分析参数选择的实例研究[J].中华医学图书情报杂志，2016（1）.

[8]邓 雪，李家铭. 层次分析法权重计算方法分析及其应用研究[J].数学的实践与认识，2012（7）.