核电厂辐射防护信息感知一体化管控平台研制

巴 军，辛凯强，樊 冲

(中核集团核动力运行研究所，武汉 430223)

国际原子能机构(IAEA)核安全导则NS-G-1.13[1]和我国核安全法规《核动力厂设计安全规定》[2]对总的核安全目标、辐射防护目标和技术安全目标概念进行了详细说明，明确提出了辐射防护目标和技术安全目标相互补充、相辅相成，技术措施与管理性和程序性措施共同防御辐射危害，这要求核电厂需制定辐射防护相关的管理程序以规范电厂生产工作流程，确保人员和环境的辐射安全。辐射防护，作为核电厂几大核心业务之一，是核电厂安全生产与日常维护中必须要考虑的一个重要问题，主要以尽量减少与核相关工作人员受到的辐射剂量为目标。同时，辐射防护业务对象与维修、设备、运行等业务紧密相连，共同确保核电厂的各项工作有序开展。《核电厂运行期间的辐射防护》[3]提出了核电厂需制定辐射防护大纲及其相关管理程序的要求和注意事项。通过对国内外防护技术在辐射防护领域的应用和现状的调研，如图1所示，发现目前现有的相关系统存在着业务单一、覆盖面不全、信息孤岛、平台架构体系跟不上IT发展趋势、国产化程度有待提升，距离智慧化辐射防护最优化管控，还存在着一定的差距。

图1 辐射防护业务应用现况Fig.1 Current application status of radiation protection business

1 核电站辐射防护领域信息化现状分析

中国大陆核电站建设从无到有，经历了30多年发展历程，在辐射防护领域，不断完善以“全员培训、全体参与、全过程管理”为基本内容的辐射防护和最优化(ALARA)管理体系[4]，同时，也陆续建立了一批相关信息系统支撑体系运作。但这些系统还缺乏统一规划，相关业务系统架构独立且各不相同。

中核集团下已运行的核电厂存在着多基地、多堆型情况；以辐射防护领域系统覆盖较为全面的秦山核电基地为例，主要使用企业资产管理系统(简称EAM)进行辐射防护物理领域的工作许可证(RWP)管理、便携式仪表管理，利用电子剂量计管理系统(简称EPD)进行出入控制管理，利用个人剂量管理系统(简称PDMIS)进行个人剂量管理，利用企业信息管理系统(简称SAP)进行物资管理等。另外仍有部分业务无法在现有的系统上实现，例如：大修辐射防护管理监督、辐射控制区专用钥匙管理、防护用品、标识等管理、辐射数据查询与分析等。辐射防护领域用户需求与已有系统功能匹配度列于表1。

表1 辐射防护领域用户需求与已有系统功能匹配度Tab.1 Matching degree of user requirements and existing system functions in radiation protection

总的来说，现有辐射防护信息管理系统存在的主要问题如下：

(1)当前现有系统的部分功能无法完全匹配用户期望需求。由于管理上的差异，EAM/SAP系统、EPD系统等国外引进的系统，其应用情况与用户实际需求存在一定的偏差，导致现有系统未能完全匹配用户需求。

(2)辐射防护领域各系统架构都各不相同，基础数据也未实现统一管理, 系统间数据交互能力弱，业务功能单一，业务数据间的关联关系尚未完全建立，造成架构分散、信息孤岛、重复性管理工作多等问题，在一定程度上，影响了管理效益持续提升。

(3)部分用户需求无法通过当前已有系统实现。RWP的跟踪、辐射控制区钥匙管理、辐射防护数据巡视收集与分析、辐射物资管理等多以纸质为主，记录方式繁琐，不方便汇总、审核和查询，无法实现对数据的自动统计和分析。工作效率低下，还容易造成人因失误。

针对上述问题，研制基于专业版辐射防护工作信息感知统一管控平台势在必行。

2 一体化管控平台架构与功能设计

2.1 一体化管控平台架构

核电辐射防护一体化管控平台涉及到多机组、多堆型业务管理，如图2所示，在架构设计策略上充分考虑以下因素：

图2 一体化管控平台架构体系Fig.2 Integrated management and control platform architecture

(1) 基于SOA架构理念设计，采用业界常用的模块化管理技术、微服务体系架构[5]，以服务提供业务支撑，具备稳定、可扩展的特点，支持个性化定制和快速开发。从另一个角度来看，基于业界常用的J2EE分层架构和B/S架构设计，考虑界面控制、业务逻辑和数据映射分离，提高业务展示的灵活性和可配置性，满足因频繁出现的业务需求变动确保系统稳定性的要求。

(2) 微服务的设计理念为整个平台及衍生业务系统带来了低耦合的特点，在微服务体系下，各模块体现为独立的服务业务层、接口层，一个业务层是一个独立的服务，只需要依赖接口即可实现模块间的相互访问，各功能模块均采用功能聚合设计手段；目前已实现将组织机构、物资、交接班、工作计划等设计为独立的应用服务。

(3) 前后端分离方式，采用Rest风格API进行数据交互，降低开发的复杂性，提高系统的可伸缩性，例如当前端修改Grid等界面组件，无需对后端进行重启操作；权限配置可以支持控制到按钮级别。

(4) 支持热部署，进行功能升级时，仅需要通过命令升级局部功能模块服务，无需整个系统重新启动。

2.2 业务功能设计

基于核电站辐射防护业务管理模式和实际工作需要，专业化的辐射防护统一管控平台打通与 SAP/EAM、RP证等系统的数据接口，完善辐射防护数据管控流程，将仍存在的纸质流程电子化，同时在业务上实现RWP跟踪、辐射防护管理监督、辐射防护物项管理、辐射防护信息统计分析等功能应用，形成自主化的辐射防护统一管控平台，并成为核电厂辐射防护领域信息化重要工具[6]，通过信息化手段提高用户工作效率，增强管理效益。

此外，针对统一管控平台业务流程和数据流转情况，开发与其他业务系统接口对接功能，实现消息管理、用户认证、统一待办、邮件、RP授权资质证、RWP工作许可证等信息的无缝对接，如图3所示。

图3 一体化管控平台数据流Fig.3 Integrated management and control platform data flow

2.3 主要开发工具

一体化管控平台开发技术包括基于SpringBoot的开发框架，使用Java Web 开发程序解耦，集成了Cas、Mybatis、Redis等框架，使用后端代码生成器，根据数据库表生成常规重复性代码，开发人员专注于业务逻辑代码的实现，大幅提升其工作效率。前端开发基于主流的Vue.js框架，并使用了Element UI来展示业务数据。业务数据存储分为关系型数据库和非关系型数据库，关系型数据库使用Oracle数据库，系统表和业务表都存在数据库中；非关系型数据库使用Redis缓存静态数据，可大幅提高系统的性能及效率。工作流引擎工具采用自定义工作流程[7]，解决各个部门和系统内部的任务自动化、数据集成、以及控制管理的难题，实现提交、审批、退回、改办、会签等功能。文件存储使用FTP存放用户上传和系统生成的附件，EXCEL导出工具使用POI技术导出业务数据，报表工具使用ItextPDF框架生成每班重点关注和每天值班日报，系统审核时可发送邮件指定人员进行提醒。自定义巡检路线和站点设置，通过定时任务生成工作计划，实现巡检工作的智能快捷化管理。使用移动端APP对巡检数据进行填报，可离线上传巡检数据和下载巡检任务及路线，让巡检工作更为安全可靠。利用Echarts技术实现基于门户剂量统计汇总及机组各区域间的辐射剂量可视化展示信息，实现动态数据制图，可节省对数据进行整合的时间，提高数据信息的刷新频次和速度，有效提高工作效率。

3 一体化管控平台的主要功能

3.1 工作计划管理

以辐射防护工作计划为导向，驱动工作事务的推进及跟踪。工作计划包括周期性和单项两类计划，其中周期性工作计划包括控制区边界巡视、重点关注区域巡视、控制区日测量、月度空气取样等工作，单项计划包含了工作内容、工作周期(具体到频率、班次)、巡检路线、状态等信息，经线上流程审批生效后由系统根据工作任务周期自动推送到相应班次值班负责人的待办任务中。其中周期性工作计划通过设定的频次自动触发创建工作任务及管理指令，计划时间内未完成的周期性任务工作自动归集推送到当值运行班次的待办工作任务中，直至任务关闭为止，最终形成闭环。

(1) 由工作计划创建工作任务及管理指令，与生产管理信息系统等进行关联，支持生产早会、计划会相关重要工作信息抓取，触发相关工作任务。自动抓取EAM/SAP生产管理系统中已生效的辐射工作许可证信息[8]，并按照许可证的性质自动归类形成辐射工作许可跟踪清单，推送到责任人工作计划跟踪栏页面的辐射工作许可栏中，当班值班负责人完成对分配的辐射工作许可证的剂量信息统计后方可关闭跟踪状态。此外，辐射工作许可证状态信息可作为辐射防护物项领用的判断条件。

(2) 工作计划任务允许关联测量数据跟踪，可根据获取到测量数据的不同维度实现跟踪，可对每个测点的历史测量数据绘制趋势曲线分析，筛选最大值、最小值、平均值。对于定期测量类的工作任务，系统可根据一定的规则将当次数据和历史数据对比，或者与规定的范围对比，自动判断当次数据是否合理，如不合理给出异常提示。

3.2 值班日志管理

根据电厂交接班管理流程制度，实现三班倒的电子化交接班模式。实现班前会、班后会情况、辐射安全监督检查情况以及未来24小时重点关注信息的工作日志填报。对自动辐射监测系统(ARMS)[9]故障、检修、试验、超阈值报警等信息及处理情况进行跟踪。对于当班值尚未完成的工作计划任务、ARMS运行、检查发现问题等工作，交班后系统自动推入下一班次相应模块跟踪直至关闭；此外，针对每班次在没有生成重点关注，晚班没有生成值班日报情况下，控制不允许交班，避免数据填报遗漏，严把交接班管理，确保信息的有效性、实时性。对值班班次和岗位交接可动态配置，实现各岗位值班人员具有相应的日志记录权限。

3.3 辐射防护物项管理

实现防护物项专项管理，及时配合现场工作的开展，辐射防护物项包括了专用钥匙、便携式仪表、防护用品、防护标识、剂量器具、放射源等六类物资，实现物项的台账、借用归还、报废、转移、标定等工作的过程控制，支持物项信息基础配置；系统自动定期(每天)自动更新公司RP证数据；具有RP证资格人员才允许借用辐射控制区房间钥匙、辐射防护便携式仪表、防护用品，以人性化的方式实现辐射防护物项管理。

(1) 专用钥匙和防护仪表管理。支持专用钥匙领用、归还，并记录过程信息；钥匙管理与ALARA任务有机结合，在钥匙跟踪界面，通过颜色快速识别钥匙在库信息，跟踪钥匙领用行踪。支持辐射防护仪表借用/归还、调拨/转移管理，实现仪表在各库之间的调拨/转移流程。允许发起调拨流程，自动生成调拨/转移记录，系统自动更新仪表库存储信息。

(2) 辐射防护用品和标识管理。实现防护用品入库流程管理。防护用品到货后进行入库登记，防护用品清洗回收后记录相关回收信息。支持防护用品在各库之间的调拨/转移流程，自动生成调拨/转移记录，自动实时更新用品台账信息。实现辐射防护标识出入库和报废流程管理，支持防护标识在各库之间的调拨/转移流程，自动生成防护标识调拨/转移、领用/归还记录。

(3) 剂量计管理[10]。实现剂量计调拨到不同群堆机组中,支持剂量计的配发和归还。剂量计信息每个循环周期进行更新，从EPD中将具有RP资格的人员信息同步到系统；现场将剂量计配发给具有资质人员后，自动将台账中的剂量计信息进行更新，完成剂量计分配，所有剂量计在本周期只允许分配一次。剂量计归还，除伽马剂量计需归还到橱窗外，其余剂量计待工作结束后归还给剂量剂库，剂量计台账信息自动更新。

(4) 放射源管理。实现放射源基础信息动态配置，实现放射源的贮存、使用、登记、盘点、运输、处置、事故处理等管理。

3.4 报表统计

根据工作计划和值班记录关注信息，自动抓取生成早、中、夜班重点关注信息；生成报表后，提交给当值班长审批生效；审批通过后自动触发链接至指定人员邮箱，供阅览。值班日报根据三班重点关注及巡检线路管理、物资领用记录内容自动汇总到当天日报信息。

实现辐射防护各类表单的电子化管理和数据报表汇总。其中控制区定期巡检类报表包括：控制区定期巡检、控制区日测量结果表、低剂量区域巡检、辐射控制区边界检查记录、重点关注区域状态巡检表、辐射防护现场巡视单、其他处室长期领用房间巡检表。ARMS监测通道记录类报表包括：各项在线辐射监测系统通道参数记录表。空气污染测量记录类报表包括：空气污染测量记录单。检查发现问题类报表包括：检查发现问题表。辐射工作跟踪类报表包括：设备辐射水平、场所辐射水平、工作进展记录表。物资管理类报表包括：辐射防护钥匙管理、附加防护用品管理、中子剂量计及放射源管理表单等。

此外，可根据年度、大修、部门等多维度实现剂量数据(热释光TLD)，包括常规伽马、中子、眼晶体、皮肤、肢端等数据抽取计算及汇总统计。

3.5 辐射防护巡检监督

通过定时任务触发现场巡视工作，实现对厂房设施、设备状态及辐射水平的巡检测量，方便辐射防护运行值班人员对巡检数据进行采集，同时，以站点为单位，对采集巡检数据进行趋势分析。

(1) 巡检数据同步及跟踪。在规定的时限内允许授权对同步数据进行修订，发起数据审核流程，一旦完成审批，巡检数据不允许再修订。支持查看一个巡检线路所有巡检站点的当前和历史数据，通过不同维度统计巡检数据，可对每个测点的历史测量数据绘制趋势曲线。

(2) 移动应用采集。支持对设备设施巡检与辐射剂量巡测两部分的测量收集，设备设施巡检主要通过对设备线路二维码定位技术[11]，进行本地解析，执行各项巡检任务，实现厂房设施、包括设备状态的温度、流量、压力信息的测量采集；辐射剂量巡测主要为剂量水平和污染水平的测量采集。现场辐射水平测量按照工作计划不同周期分类型、分区域执行，现场的巡检数据可按照房间巡检周期，自动链接并更新数据库中房间辐射水平及设备等信息，实现数据采集信息的实时更新和按需获取。

3.6 辐射防护信息展现

主要用于展示辐射防护相关指标、机组辐射水平、机组辐射相关工作等内容。

(1) 辐射防护相关指标展示，根据辐射防护相关数据，按照群堆的生产单元分类对重点指标，根据不同维度统计展现指标信息，例如集体剂量、最大个人剂量、人员污染、表面污染等指标。机组辐射水平展示，依据获取测点数据、环境剂量率等指标，对当前机组的各区域辐射水平进行图形化热点[12]直观展现，减少人员在高剂量区域的活动，为工作决策提供技术支持。

(2) 辐射防护良好实践及建议推送，将重大辐射风险工作跟踪、良好实践、工作建议等信息推送到指定人员待办工作任务中，实现闭环管理，并形成良好的经验反馈。

3.7 大修辐射防护监督

通过大修辐射防护行动指南[13]，实现对当次大修期间辐射防护工作的执行情况进行监督。利用大修辐射防护行动指南模板进行当次大修辐射防护行动指南的配置，完成后激活当次大修行动指南。在当次大修执行过程中，依次对大修辐射防护相关工作的执行情况进行反馈，对大修工作的执行进度全局把控。

3.8 辐射区域出入控制管理

用于规范电厂辐射控制区人员和物品出入管理，杜绝放射性污染从辐射控制区边界向外界扩散，保障出入辐射控制区人员的辐射安全，减少放射性废物产生量。

3.9 个人剂量管理

实现电厂内个人剂量管理，包括检测、评价和控制、档案管理等。

4 应用效果

该系统已在田湾核电(1～5)机组投入运行，与现有涉及辐射防护的产品相比(见表2)，一体化管控平台在IT技术上更先进，业务功能更灵活完善，集成度更高、实现多机组的群堆管理。在工作计划、辐射防护管理监督、辐射防护信息展示、辐射防护数据管理等方面，业务覆盖更全面；现场巡视采集利用APP、5G等技术，更具创新性；在人员资质管理方面集成RP证业务信息，充分发挥统一平台的优势，方便管理和跟踪。此外，通过一体化管控平台实现了技术、基础数据统一管理，开发、运维成本更低。

表2 系统功能改进/创新对照表Tab.2 Innovation comparison table for system function improvement

核电辐射防护一体化管控平台研制应用，在不改变电厂现有相关系统的情况下，实现辐射工作许可跟踪管理、辐射工作计划管理监督、辐射数据管理、辐射区域出入控制管理、个人剂量管理、辐射防护物项管理等功能一体化管理及数据联动，满足EAM、SAP、EPD等系统无法覆盖的用户需求。通过统一管控平台实现辐射防护信息化领域的信息集成，基础数据统一管理，辐射防护全流程管理，提高数据交互感知能力，有利于提升数据应用能力，大大提高管理的高效性和工作过程判断的准确性，为核电稳定运行提供科学的保驾护航手段。