核设施退役数字化技术应用思路

张星 李竟成

摘   要：随着社会的发展与进步，我国的核事业获得了快速发展，为国防工业与国民经济建设做出了重要贡献。但是也形成了大量待退役的核设施，由于其存在大量放射性物质，退役成本高、过程复杂，是我国核工业领域当中重要的工程项目，因此需要采用科学有效的退役方案与管理手段来进行拆除工作。本文基于此展开研究，提出核设施退役的数字化技术应用思路，确保退役方案的安全性和效率性，并降低工程费用支出，主要包括基于模型的数字化退役虚拟仿真与核设施退役施工数字化管理两部分内容，实现核设施退役方案制定虚拟化、计划资源信息化、实施过程可视化，并实现放射性“三废”全过程追踪与管理。

关键词：核设施退役  数字化技术  退役方案

中图分类号：TL822                                文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2020）06（a）-0042-02

1  背景说明

核设施退役是世界上核设施运营单位面临的最大难题。核设施退役是一项系统工程，不是简单的拆除活动，特别是在拆除过程中会产生大量放射性“三废”，其難度和复杂性一般会超过新建工程，必须要有周密的退役计划，需要对个体、整体及关联关系进行反复对比和推敲，既要保证退役方案安全、可靠，又必须兼顾效率和费用等问题。

退役方案通常根据工程图纸和报告文件等原始资料来制定。核设施通常具有系统复杂、空间紧凑的特点，利用二维图纸很难制定出周密的退役计划（特别是作业层次的文件），制定后的退役计划也缺乏有效的验证和演示手段，在去污和拆除过程中极易出现考虑不周的问题，导致进度滞后、费用增加，甚至可能发生事故。

目前基于模型的数字化技术在工程管理领域得到了大量应用，包括三维模型、施工进度、费用等5D管理，为项目实施提供了数字化可视化的协同管理手段，达到减少施工变更、缩短工期、控制成本、提升质量的目的，同时为项目和企业提供数据支撑，积累经验，促进技术与管理的优化与改进。

在核设施退役领域，应用数字化技术可提供科学的有效的退役验证和演示手段，为制定出数字化、可视化、协同化的退役计划创造条件，最大限度减少因退役计划不周导致进度滞后、费用增加、发生事故的可能性，使退役过程在安全、质量、进度、费用可控。另外，由于放射性废物管理关系到公众和环境的安全，可能影响几代人的健康，退役实施周期通常会长达十几年甚至几十年之久，因此，退役“三废”信息必须妥善保存，且确保数据的准确性、完整性和可追溯性。

2  方案详细说明

2.1 总体方案

开展核设施数字化退役工作，包括基于模型的数字化退役虚拟仿真和核设施退役施工数字化管理，实现核设施三维的可视化、数字化、虚拟化的退役方案制定与优化功能以及施工项目多个维度的数字化管理，为制定周密的退役计划提供有效的验证工具，并为退役实施过程提供数字化作业指导与全过程管理。

2.2 核设施基于模型的数字化退役虚拟仿真系统

（1）利用激光扫描与模型重建技术进行退役设施数据还原，避免竣工图资料缺失或与实物不符造成的拆卸方案制定错误，减少带辐射工业厂房人工测量的风险。主要步骤包括利用激光扫描设备对工厂进行三维扫描，再参照扫描形成的工厂三维点云模型，利用三维建模软件建立三维虚拟工厂，实现工厂每一个设备、管件、构件的数字化，为数字化管理与应用提供基础。

（2）工厂数字化资产编码，首先根据退役厂房特点，将三维模型中所有设备、管件、构件进行唯一标准化编号，并根据对象类型、放射性程度、废物类型、去污方式等特点制定模型、文档的标识规则，保证所有退役对象能够唯一识别、统一管理、批量处理。

（3）工厂信息数字化集成，将纸质资料电子化，通过扫描、文字识别将布置图、流程图、设备图纸、技改说明等纸质资料处理成PDF、SVG文件，文件按照退役工程数字化编码规则进行命名，利用计算机技术进行模型、文档的智能关联，实现基于模型的工厂信息快速查询与上下文关联，为后续工作智能提供全面综合的决策依据。

（4）开发核设施基于模型的拆卸方案分析与优化系统，实现退役设施智能拆卸方案制定，进行虚拟拆卸验证与优化，并利用其他项目设计数据分析提高退役后设备、管件的重复利用率。

（5）开发可视化污染物分类数据分析系统，利用模型分析与现场采集数据建立可视化的污染物分布三维模型，开展作业方案剂量模拟，为放射性分析与退役作业提供依据。

2.3 基于模型的核设施退役施工数字化管理系统

（1）开发退役计划与进度数字化管理系统，利用模型数据辅助制度退役工作量与计划，结合基于模型的施工进度、费用等多维度可视化管理，实现数字化进度监督与动态调整，全面协调人员安排与工作计划，保证项目各个环节顺畅衔接。

（2）开发退役设施、设备全流程追踪与管理系统，利用物联网与智能识别技术追踪拆卸后物品及“三废”的清洗、运输、出入库状态、库房容量及零配件存量等，减少各个环节信息不畅带来的施工延误，保证放射性物品的安全可控。针对不同退役对象处置流程建立相应的数字化作业流，并为退役对象所处的处置阶段设定状态，例如主工艺管线中某一法兰，每个状态设定0至50的状态值。

（3）开发基于模型的退役项目工作包与成本管理系统，利用模型计算退役设施拆卸、清洗与运输工作量，结合人员工作辐射剂量模拟数据下发工作包，既要高效完成工作又要确保辐射剂量安全，并对切割拆卸、清洗、运输等工作成本进行计算，为项目核算提供详实准确的数据，并为其他退役项目估算提供经验。

3  预期效益和价值

数字化核设施退役方案通过搭建工厂三维模型建立基于模型的数据框架，集成图纸、说明、记录实现信息来源唯一与高效利用;录入放射性污染水平、退役计划进度、处置费用等数据实现退役过程多维度模拟;通过基于模型的退役单元全处置过程数字化追踪与管理实现退役工程进度可视化、各个环节高效衔接、所有退役对象闭环管理，为工程管理决策提供有力依据。

核设施退役的数字化技术应用将提高核设施退役水平，保障放射性废物不泄露，为后续核设施退役提供重要数据与经验，并将作为数字化工业遗产见证核工业在我国国防建设事业中做出的重要贡献。

4  结语

我国的核设施退役需要采取周密的退役计划来进行退役工作，这种退役工作会耗费大量的资金成本支出，并存在放射性泄漏等风险。在现阶段的数字时代，应当有效利用先进的数字化设备和数字化管理手段促进退役技术的发展与创新，避免放射性废物泄露，为后续的核设施退役工作提供宝贵的借鉴数据与经验，从而有效完成核设施退役，确保核设施退役效率，保障核工业绿色安全可持续发展。

参考文献

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[2] 谢小龙，胡国辉.虚拟现实技术在核设施退役中的应用[J].科技创新导报，2013（8）：99-100.

[3] 邓浚献，吴仲尧，谢小龙，等.核设施退役废石墨的处理与处置[J].核安全，2008（3）：53-55.