智能消防隔离辅助系统在核电站中的应用研究

岳海波工程师

(江苏核电有限公司，江苏 连云港 222000)

0 引言

核电站消防隔离是指检修核电站某个消防部件时，通过关闭阀门、切断电源等措施将该部件与相关联的系统进行边界隔离，实现维修部件与能源或工作流体分离，保证维修的安全性[1]。由于核设施的管理安全级别要求极高，核电站消防隔离一般分为6个环节开展：提出隔离计划—制定隔离边界—隔离申请与审批—隔离许可证发放—隔离执行与跟踪—解除隔离[2]，其中制定隔离边界在整个消防隔离工作中起着至关重要的作用。然而，目前该环节主要还是由隔离经理根据消防系统图人工绘制隔离边界，隔离效率、可靠性及安全性都难以得到保证[3]。如何通过智能化手段制定消防隔离边界，提升消防隔离效率，为相关工作人员提供可靠、适宜、安全的工作环境这一难题亟待解决。

随着科技不断进步，核电站智能化管理进入高速发展阶段，智能技术作为一种先进的生产工具被越来越广泛地应用于核电厂各领域，也为如何有效提升核电站消防隔离有效性及安全性指明方向[4-6]。基于对核电站消防隔离现状的研究分析，笔者提出一种智能消防隔离辅助系统，该系统通过智能化技术手段可有效解决因人工制定隔离边界产生的安全隐患问题。

1 消防隔离现状分析

消防隔离主要体现在以下工作中：一是对核电站消防系统进行周期性维保检测时，需制定隔离计划、划定消防隔离边界，确保方便检测维护；二是消防设备损坏需要维修，如消火栓、探测器等，在进行维修时需要进行隔离，以便开展维修工作[7]。核电站消防系统结构庞大，各子系统的设备都互相关联，整个隔离边界的制定及确认过程繁杂且完全依赖于人工，受人员责任心、知识水平影响较大[8]。特别是大修期间，可能存在2个方面的错误：一是过度隔离，造成其他消防设备不可用，导致区域火灾风险增高；二是2个以上隔离申请存在交叉隔离时，当其中一个工单完成后，存在误解除隔离风险，增加维修人员和设备的安全隐患。

2 智能消防隔离辅助系统

智能消防隔离辅助系统是基于服务器—客户机结构(Client-Server，CS)和浏览器/服务器架构(Browser/Server Architecture，BS)相结合的技术架构而研发的应用型软件系统，通过在线绘制或直接导入CAD消防系统图，自动完成结构化建模。当工作人员开展消防隔离工作时，只需在系统界面输入要隔离的电厂设备标识系统码(Kraftwerk-Kennzeichen System，KKS)，系统通过对比该设施的最优隔离边界和当前消防系统的隔离现状自动制定出最优隔离方案，生成隔离图，列出影响范围清单，并提出有效的补偿措施。同时可实现自动计算消防系统可用率，自动筛选消防设施不可用情况，并可生成报表。

2.1 系统结构化智能建模

核电站中的消防元器件类型繁杂且数量较多，不同设计院出具的消防图纸中采用的元器件图例也存在一定差异，且有大量定制化的非标准元器件，导致自动识别难度大，建模难度系数高，本系统主要分为6个方面进行结构化建模：

(1)搭建智能解析模型。先基于dxflib、cadlib4.0等数据库处理CAD文件，并结合C#和UML语言将处理的CAD文件数据构建智能解析模型。通过学习每个元器件图像中的像素信息，对大量CAD图像进行自动归纳总结共同点和特异点的方式，自动解析并识别符合标准的元器件，将多种样式的标准元器件识别出来。

(2)训练智能识别模型。使用华为ModelArts一站式AI开发平台训练海量数据，让识别模型对每一种元器件都进行分析训练计算，使识别模型能充分学习每种元器件的图像特征，有效提高非标准元器件的识别成功率。

(3)文字信息智能识别模型。CAD图纸不仅包含有大量元器件图像，还有很多文字标识和KKS码等文字信息。关联元器件智能识别模型和文字信息智能识别模型，自动提取元器件的图形和文字信息，通过图形和标识有机结合，做到准确高效地识别并区分元器件和非元器件特殊图形；同时掌握CAD图纸中所有的元器件信息。

(4)自动生成元器件清单。利用CAD图智能解析模型、元器件智能识别模型、文字信息智能识别模型等3大模型对CAD图纸中的元器件进行多层次多方面的深入解析，识别出所有信息后，自动对元器件和非元器件图形进行标识并生成元器件清单。

(5)筛选并匹配KKS码。利用文字识别模型将CAD图纸中的所有文字信息识别出来，并根据预先设置好的KKS码匹配规则进行筛选，将符合KKS码匹配规则或部分符合的文字信息筛选出，再自动根据空间坐标系进行匹配并生成KKS码清单。

(6)匹配图像与文字并生成设备清单。通过空间坐标系，将之前识别出来的元器件与KKS码进行关联，并将元器件与文字信息一一对应起来，自动将匹配的结果转换为设备清单，完成结构化建模。

2.2 最优隔离边界的制定

以消防水系统隔离为例，系统结构化智能建模后，可通过KKS码自动定位到对应的元器件，同时基于平面坐标处理技术，并根据结构化建模获取的数据，找到该元器件附近所有的管道线；从对应的元器件出发，沿着管道线，找到下个元器件，通过之前识别的元器件数据，判断是否为隔离阀或疏水阀等，根据递归算法不断往下找元器件，每一条管道都需要找到一个疏水阀和疏水阀之后最近的隔离阀；最终在找到所有管道的疏水阀和隔离阀之后，根据最优路径算法算出最近的隔离阀和疏水阀，并且满足可以通过疏水阀把管道内的水排出的条件，以此确定最优隔离路径；系统将自动根据上述流程算出受影响的元器件，通过元器件的坐标，获取绘制区域的范围，自动制定出最优隔离边界图，并列出受影响的设备清单。

2.3 系统业务流程设计

消防隔离辅助系统业务流程，如图1。工作人员通过核电站企业管理软件(System Applications and Products，SAP)系统填报消防系统隔离单并进入消防隔离辅助系统，消防隔离辅助系统会根据从消防隔离单获取的消防设施KKS码，自动查找该消防设施的最优隔离边界，并与当前消防系统隔离状态进行比对，自动生成当前消防系统最优隔离图，列出隔离影响范围，提出补偿措施；隔离经理批准隔离后，该消防设施的隔离图自动生效，隔离状态自动更新，后续相关人员可查看隔离边界图及消防系统当前隔离现状；当维修工作完成，隔离经理取消隔离，智能消防隔离辅助系统的当前状态自动更新，并将数据实时反馈至SAP系统；消防设施的隔离图及各节点信息进行自动存档，方便回溯查看。

图1 系统业务流程图

3 系统示范应用

以国内某核电站作为示范应用对象，对该核电站1-4号机组消防系统进行数据录入，完成结构化建模。在试运行过程中不断对消防智能隔离系统更新迭代，实现与该核电站SAP系统(包括工作票系统、隔离管理系统、消防许可证系统等)实时数据交互，且在运行过程中系统体系架构(包含访问层、展现层、应用层、数据层等)均响应良好，系统间在大量系统数据对接过程中保持较强的稳定性，满足核电站消防系统隔离的需求。

目前该系统已稳定运行6个月，在此期间为该核电站KKS码为30SGA30AA052的消火栓维修隔离工作提供有效的最优隔离方案(如图2)，确保维修工作安全进行。

图2 现场维修隔离图

经过示范应用，相对传统消防隔离边界的制定方式，智能消防隔离辅助系统具有诸多优点，主要体现在以下几个方面：系统根据当前消防系统工作状态，自动生成消防系统隔离图，建立最优隔离边界，可以安全、方便地管理整个隔离过程，解决人为因素带来的安全隐患；系统采用图形化界面显示，将传统的设备代码转变为图形化的设备系统图，实现直观查询隔离信息和设备状态、快速确定隔离边界、方便定位设备位置、查找上下游设备的目的；该系统与SAP系统数据交换，实现隔离状态与工单的互通，数据统一，消除信息孤岛，避免数据来源混乱产生的问题；实时显示消防系统的隔离状态，对于影响较大的隔离申请，自动给出建议补偿措施，从而降低区域内重叠隔离或解除隔离时的误操作。

4 结论

笔者针对核电站消防隔离重点环节水平低下的问题，研究并提出一种智能消防隔离辅助系统，该系统在核电站CAD消防图基础上实现结构化智能建模，并自动制定出最优隔离边界，生成消防系统隔离图，列出隔离影响范围，提出补偿措施。在示范应用中，为工作人员提供有效的隔离方案，减少人因失误，提高核电站消防隔离工作效率。综上，智能消防隔离辅助系统基本满足核电消防隔离方案优、隔离效率高及系统兼容性强等需求，同时实现消防隔离智能化和精细化的管理工作模式，也为核电站消防安全管理评价提供参考依据，并为后期实现数字核电奠定基础。