基于未确知测度的核能安全风险评价

周 骏，卢一心，张培栋，钱 翌

（青岛科技大学，青岛 266042）

基于未确知测度的核能安全风险评价

周 骏，卢一心，张培栋*，钱 翌

（青岛科技大学，青岛 266042）

本文从风险管理的视角分析了中国核能发展的现状，运用风险管理的方法识别出我国在核能的发展过程中存在的各种风险因素。以山东省某核电厂为研究背景，运用未确知测度模型从自然、技术、经济、管理、法律法规、政策等层面评价我国核能的发展过程中存在的各种风险及其危害程度，以期为政府主管部门的决策、危害评估提供理论参考，探寻中国特色的核能安全风险管理新模式。

核能安全；风险评价；未确知测度

核能利用是涉及经济、社会、法律与政治、文化等多方面的大型复杂项目，投资大、周期长，在整个发展过程中，需要做大量风险管控的调研与综合评估工作［1］。近年来，国内学者从多个视角对核能风险管理进行了研究。王英、李佳嘉依据IEC62443标准，从信息安全的角度出发，描述了病毒入侵控制系统的手段及方式，确定了进行信息系统风险评估的方式、步骤和措施［2］。郭瑞萍、张春明等从自然灾害的角度出发，介绍了核安全评价中自然灾害的风险评估情况，利用数学与统计工具评估了自然灾害发生的概率，并对发生概率进行了定量描述［3］。王孔森从核电厂火灾风险的角度出发，运用层次分析法对风险进行评估并对各组分统计权重，得到了针对核电厂各构造部位的火灾危险性层次评价模型，并利用评价打分的方法对核电厂进行调查模拟评价，计算出核电厂各组成部分消防安全状况的危险指数［4］。柴建设从核安全文化和核安全监管方面，提出了确保核安全既是技术问题，又是管理问题，更是文化问题［5］的观点。

美国作为世界核能之最，起步早、堆型多、资金雄厚、技术先进，风险水平相对较低。法国自第一次石油危机后决心发展核电，政策和计划从未动摇，并且技术路线统一、标准化、系统化，由此带来的是安全审批程序简单，审批时间短，建设周期短，技术和政策风险相对较低［6］。日本能源匮乏严重，一直积极开发核能，在堆型选择方面，压水堆和沸水堆并行发展。日本地震多发，厂址的地震动水平峰值加速度都比较高，因此，日本非常注重对自然灾害带来的风险进行管控［7］。

本文结合国内外的研究现状和我国发展核能的实际情况，定量、定性地识别出我国在发展核能过程中存在的主要风险因素，建立了评价核能安全风险的指标体系，并对各个指标赋予合理权重，通过改进的未确知层次分析法对核能安全风险指标进行定量评价，以国内某核电厂为数据来源，探讨符合我国实际的核能风险管理模式。

1 风险因素的调查及指标分级

评价指标体系作为风险评估的基础，是风险评估结论是否可靠的关键，对评价结果起着决定性作用。心理学家保罗·斯洛维奇（PaulSlovic）根据公众对核能风险的认知，通过心理技术分析，并运用因子分析，发现对于核反应堆事故、辐射线垃圾等危险的风险，公众的认知结果是不可知的恐慌性风险［8］。李锦彬、房超等从公众接受核能的程度和发展趋势进行研究，进而得出在核能安全利用过程中引发的抗议活动或者其他影响社会稳定的事件是影响本国核能安全战略的不利因素之一［9］。

通过比较各国核能安全风险评价的指标体系，从中寻求其风险特征的共性与个性，结合我国核能安全风险管理的实际情况，采用问卷调查和专家打分法，将我国核能的风险因素分为7个一级指标，17个二级指标（见表1）。

表1 风险因素评价分类指标Table 1 C lassification index of risk factors

对影响核能安全的风险因素进行分类，把定性指标转化为定量指标进行评价。本文把影响核能安全的风险因素分为绝对指标与相对指标、定量指标与定性指标，见表2。

2 权重分配

2.1 权重的分配方法

确定权重有多种方法，例如熵值法、聚类分析法、变异系数法等［10-11］，见表3。

以上方法在确定权重过程中都没有考虑风险指标的未确知性，而未确知性在层次分析法（AHP）中的应用既满足对各个指标横向比较的要求，又能得到指标分类的权重，本文选用未确知性在层次分析法（AHP）中的应用进行评价分析。

表2 评价指标的分类Table 2 Classification of evaluation index

表3 确定权重各种方法的优缺点Table 3 M ethod advantages and d isadvantagesofweight

2.2 风险因素评价指标权重计算

本文以国内核能利用为背景，结合山东省某核电厂实际情况，得到该核电厂风险因素的递阶层次结构及评价信息，权重值是由包括核电厂高层管理者、高校核能风险管理方面的专家和政府研究机构人员等数十位评估人员按表4对指标进行评分而得到的。评分的标准为1～10分，分值越高表明影响越大，为了保证权重值的科学合理性，对不同评分人员的基本信息（见表5）进行分类并对权重值进行加权计算。

应用AHP的未确知测度模型计算各层风险指标的权重值，见表6。设七个一级风险指标分别为X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7，每一个一级指标的判断矩阵为：

表4 风险因素评价分类指标及权重表Table 4 Classification index and theweightof risk factors

表5 评分人员基本信息Table 5 Basic information of theevaluators

得出相对应的权向量 W=（0.061，0.108，0.258，0.141，0.143，0.144，0.145）。

同理可得到各指标层相对各准则层的权重。

表6 风险因素评价分类指标及其权重Table6 Classification index and theweightof risk factors

3 未确知测度综合评价模型简介

设x1，x2，L，xn为n个待评价的对象，则评价对象空间X=｛x1，x2，L，xn｝。对xi∈X，有m个评价指标I1，I2，L，Im，指标空间I=｛x1，x2，L，xn｝。于是，xi可表为m维向量xi=（xi1，xi2，L，xim），其中xij表示研究对象xi关于测量指标Ij的测量值［12］。对每个xij有c1，c2，L，cp个评价级，则评价空间为U=｛c1，c2，L，cp｝。若c1，c2，L，cp满足：c1＞c2＞L＞cp或c1＜c2＜L＜cp，则称｛c1，c2，L，cp｝是评价空间U的一个有序分割类。相应的核能风险因素评价指标如表7所示。

表7 核能风险因素评价指标分级表Table 7 Nuclearrisk factorsevaluation scale

3.1 单指标未确知测度

其中，式（5）满足“归一性”，式（6）满足“可加性”。同时满足式（4）、（5）、（6）的称为未确知测度［13-14］。则以下矩阵为单指标测度评价矩阵。

3.2 指标权重

用wj来表示安全风险评价指标Ij的权重，且wj满足：

则可得到权重向量为：

w=（w1，w2，L，wn） （9）

3.3 多指标综合测度

令θik=θ（xi∈ck），且所以μij是未确知测度。以下矩阵被称为多指标综合测度评价矩阵，即

（θi1，θi2，L，θip）为χi的综合测度评价向量。

3.4置信度识别准则

综上所得到的χi的综合测度评价向量为（0.1，0.15，0.15，0.2，0.18，0.12，0.1），按最大隶属度识别准则得到χi属于二级，这与实际情况有明显的差异。为此，引入置信度准则，λ为置信度（λ＞0.5，取0.6或0.7）。

则认为χi属于第k0个评价类Ck。χi的评价向量为（0.1，0.15，0.15，0.2，0.18，0.12，0.1），取置信度λ=0.6，知χi属于三级［15］。

3.5 排序

对χi（i=1，2，L）的评价等级进行判别，还要求χi对进行排序。若c1＞c2＞L＞cp，令cl的分值为n1，则nl＞nl+1，

则qxi是评价对象χi的总得分，而得分向量q为：

q=（qχ1，qχ2，L，qχn） （14）

则χi可按qxi的大小对进行排序。

4 未确知数学模型评价核能风险因素的应用

通过研究国内核能面对的风险因素并参考其他国家核能安全评价的风险因素，本文将核风险、政策风险、经济风险、法律风险、技术风险、管理风险和自然风险7类风险因素列为主要风险进行分析。利用未确知数学模型构造出单指标和多指标的核能安全风险指标的综合评价空间，进而得出各指标的风险等级。

4.1 单指标未确知测度模型

4.1.1 评价指标等级标准确定

如表1所示，核能安全风险评价指标体系被划分为7大部分，每一大部分又可成为相对独立的整体，且指标体系中的每个指标均可作为单独的研究对象。

核能安全的风险因素综合评价空间为X：X=｛X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7｝。它们分别表示核风险、政策风险、经济风险、法律风险、技术风险、管理风险和自然风险。我们综合国内外学者对核能安全风险的划分标准，在实证研究与规范研究基础上，从严建立了风险评价分级标准，取区间数的中位数作为分级的标准，我们将核能安全风险按照从高到低划分为4个等级，即为评价空间U。U=｛一级风险、二级风险、三级风险、四级风险｝=｛c1，c2，c3，c4｝，且有ci∩cj=Ø（i≠j），i，j=1，2，3，4，Ø表示空集。通常认为ck比ck+1“优选等级高”，记为ck＞ck+1（k=1，2，3，4），故而，｛c1，c2，c3，c4｝为评价空间U上的一个有序分割类如表7所示。

4.1.2 单指标未确知测度计算

依据表6中17个二级指标的实际值并结合表7的数据，得出核能安全风险评价指标体系中的二级指标的测度向量，结合每一个指标的权重和权重向量，最后得出每个要素的多指标综合测度向量。

以核风险X1为例，根据未确知测度的定义，结合表6可以构造x1的未确知测度函数，并计算出核能风险因素的单指标未确知测度。

同理验证，所构造的测度函数θ（xi∈ck），是未确知测度函数，然后构造出所有核能安全风险评价指标的测度函数，最后由测度函数得出各单指标的测度值θik。

由表6及单指标确知测度函数，得出核风险X1的单指标测度评价矩阵，同理可得其他单指标的测度评价矩阵。

4.2 多指标未确知测度模型

多指标的未确知测度评价矩阵是由上文4.1.2中以及公式（10）计算得出的。

以核风险X1为例，运用未确知数学改进的层次分析法确定各层评价指标相对权重和权重向量，该一级指标中各二级指标的权重向量为：W1=（0.156，0.238，0.241，0.365）。

由单指标测度评价矩阵及公式（9）得出多指标综合评价向量为：（θi1，θi2，L，θip）=（θ11，θ12，θ13，θ14）=（0.408，0.592，0，0）。同理可得X2、X3、X4、X5、X6、X7指标综合评价向量。

则核能安全风险因素多指标综合评价测度矩阵为：

本文已给出的7要素指标权重为W=（0.061，0.108，0.258，0.141，0.143，0.144，0.145）

由式（10）得出多指标综合评价向量为：（θk）=（0.189，0.285，0.328，0.198）。

4.3 置信度识别准则

取置信度λ=0.6。由（θk）=（0.189，0.285，0.328，0.198）。看出：一级指标X1（核风险）风险级别为｛低风险｝。同理，利用模糊未确知测度模型评价可以计算出其他一级指标的风险属性，见表8。二级指标的风险大小通过专家打分法得出，分值越大说明风险越高。

表8一级指标的风险级别Tab le 8 The risk level for the first class index

5 影响核能安全发展的风险因素讨论

运用未确知测度模型评价山东某核电厂核能风险状况。该核电厂政策、技术、自然3项指标的风险级别为三级，核、经济、法律、管理的风险级别为四级。我国《能源发展战略行动计划（2014～2020年）》中指出，我国自从1985年第一家核电厂开建以来，没有遭遇过重大安全警告，在发展核能的过程中总体安全、技术水平不断提高，主要参数指标好于世界均值。我国已建立或制定了诸如核安全文化、纵深防御战略、质量保证体系、故障安全设计等一系列的安全理念和技术要求，以保障核电厂的安全运行。尽管如此，我国在提高核能安全水平模式上仍有很长的路要走，一是国外不断发生的核事故为我国安全利用核能敲响了警钟，堆芯熔化、放射性物质泄漏等不断出现的核事故是全世界共同面临的问题，我国必须加强核自身的安全防范，制定科学可行的安全防范规章制度；二是核能事故一旦发生，对人身安全、环境造成的危害都是巨大的，我国必须增强对人身安全和环境保护的意识，必须树立人的安全是第一位的意识；三是核能是技术、社会、法律与政治等方面的大型复杂项目，对管理者素质有更高的要求，必须制定科学的组织结构，塑造良性的管理过程和企业文化，使核能管理水平不断提高。据国际核行业权威机构统计，在报告的事件中，人因失误比率达75%以上，因此，核电厂对人因失误的研究与防范就显得更为突出与重要［16］；四是我国的国情与西方国家不同，并且发展核能的时间短，必须制定符合我国国情的核能发展政策、法律法规和技术路线，保障核能长远发展，并逐步提高我国核能设备的技术水平和加强设备的国产化。

核能风险评价体系的建立和完善对一个国家和地区核能安全利用具有至关重要的意义，随着核能在能源结构中的比例不断提高，必须进一步提高核能的安全水平，增强管理者核风险意识，从国家政策和制度层面出发，完善政策法规使我国核能朝着更加安全、可靠的方向发展。

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Nuclear Safety Risk M anagementEvaluation Based on Fuzzy M athematics

ZHOU Jun，LUYixin，ZHANGPeidong，QIANYi
（QingdaoUniversityofScienceand Technology，Qingdao266062，China）

The current situation of nuclear power development in China from the perspective of safety risk management was analyzed.The quantitative and qualitative，absolute and relative index classification methodwereused to identify various risk factorsin thedevelopmentofnuclearenergy.Takinganuclearpower plant in Shandong Province of China as the research subject，Fuzzy Mathematics Modelwas applied to evaluate the degreeof safety harm risk in developing nuclear power in China in termsof natural resources，technology，econom ics，management，legislation and policy.The results of this study aim to provide the oretical references for the decision-making and risk-evaluation of the government department，and to exploreanewmodelofnuclearenergy developmentw ith Chinesecharacteristics.

nuclearsafety；risk assessment；unascertainedmeasure

X 946

：A

：1672-5360（2015）03-0030-06

2015-05-24

2015-07-03

国家社会科学基金项目，项目编号14BJY 064

周 骏（1982—），男，山东青岛人，现主要从事新能源开发与利用方面的研究

*通讯作者：张培栋，E-mail：eeesc@163.com