摘 要： 對核電站計算機應急輔助決策系統的使用環境、目標以及功能進行了分析，并給出了采用C/S和B/S混合結構的設計方案。系統包含數據采集處理、輔助判斷、應急響應支持、應急演習四大功能，該系統對核電站應急事故處理有重大意義。
關鍵詞： 應急輔助決策系統；客戶端/服務端結構；瀏覽器/服務器結構；分布式控制系統；動態服務器頁面
核電無小事，核電站的任何事故，如果不能妥善應對，都有可能對廠區人員、公眾以及環境造成具大影響，核電站應急計劃必須貫穿于核電站始終。核電站的應急狀態包含應急待命、廠房應急、廠區應急、場外應急四種[1]。
核事故發生時，往往面臨時間緊、責任大、變化多的難題。在這種情況下，只有采用科學的決策理論，并利用計算機實時在線支持決策系統，才有可能滿足核事故應急決策的要求。
目前，國外歐共體聯合東歐和前蘇聯部分國家開發了實時在線事故應急決策支持系統。國內諸如秦山、田灣、大亞灣等核電站也建立了計算機應急指揮系統，但其功能相對單一，大多只滿足數據監視功能及資料查詢功能，不能很好地對應急過程起到支持作用。
本文介紹的核電站計算機應急輔助決策系統（以下簡稱系統）緊密貼合應急計劃，能夠有效接收、存儲、分析、處理和發布來自不同區域的核電站信息，并在事故突發期間快速形成準確的應急指揮指令，為應急管理和指揮決策提供強有力的技術支持，提高應急管理和指揮決策的科學性和時效性[2]。
1 系統功能分析
為了滿足核電站應急準備以及應急響應的需求，系統應當具備數據采集和處理功能、輔助決策功能、應急響應支持功能以及應急演習功能[3]。
1.1 數據采集和處理功能
1.1.1 數據交換
應急輔助決策系統主要通過網絡實現與電站專業系統、辦公系統網絡、集團網絡系統的數據通信。通信的數據包括文本信息、數據和多媒體等類型。
系統通信內容包括：機組數據、廠區出入監督數據、控制區出入檢測系統KZC數據、模擬機數據、應急中心通信數據、后果評價輻射監測數據、堆芯損傷評價、計算機源項通信數據、氣象數據等。
1.1.2 數據存儲和服務
在與各個數據源進行數據交換后，系統將收到的數據以通用數據庫的形式保存起來，并可以隨時備份。這樣做有助于將來系統的擴展，并且通用數據庫支持的工具眾多，有利于數據分析。例如查找最大值、最小值、生成表格趨勢圖等。
1.1.3 人機界面
人機界面支持流程圖畫面、日志、表格、輔助判斷畫面、GIS系統畫面、各種專家系統信息畫面等的顯示，且界面上的圖形應該可以動態變化，并支持操作人員制作和修改自己的畫面。
系統應當支持趨勢組態工具，以提供簡單靈活的趨勢分組和組態功能，實現實時和歷史趨勢查看、對比分析功能，同時還能極其直觀地實現對多點多時間段的數據對比分析。
1.1.4 日志和報表
系統應當支持日志和報表功能，以方便應急人員記錄和分析數據。
1.2 輔助判斷功能
1.2.1 應急狀態輔助判斷
應急行動水平輔助判斷功能依據《核電站應急計劃》生成。
系統在接收到來自電廠各個區域的信息后，與應急行動水平進行比較，經邏輯判斷后得出當前的狀態，如果發現應當進入應急狀態，則通過應急信息平臺自動將結果發給相關應急人員，在獲得具有權限的應急人員批準后，系統將進入應急狀態。
1.2.2 機組關鍵安全功能判斷
系統選取可以反映核電站關鍵安全功能的機組參數與運行技術規格書中的安全限值進行比較，對各機組的核功率水平、堆芯冷卻、通過二回路系統對反應堆冷卻劑的熱量排出、反應堆冷卻劑的裝載量、安全殼的完整性參數進行監視，實現反應性控制、堆芯冷卻、主回路完整性、主回路冷卻失效、安全殼完整性的輔助判斷。
1.2.3 參數超限報警功能
系統提供的實時報警功能，可以把電廠各狀態重要數據參數錄入報警程序，當參數的實時數據超出了預先設定的高高限、高限、低限、 低低限的限值時，系統的報警數據信息會不斷閃爍同時伴有報警聲音，自動打印報警信息，并在系統中記錄報警的時間和報警信息。
系統提供的報警類型有實時數據報警、變化率報警、偏差報警等多種類型；并提供手動確認和自動確認兩種報警確認方式。
1.2.4 堆芯損傷評價
應急輔助決策系統向堆芯損傷評價軟件輸入數據，并提供單獨的畫面進行相應評價參數以及評價結果的顯示和調用。
1.2.5 環境事故后果評價
環境事故后果評價計算機通過數據檢索，實現從應急輔助決策系統的數據庫直接獲取氣象數據和堆芯損傷評價計算得到的源項數據進行評價，評價結果以圖片和文本文件的方式輸出，應急決策系統直接調用這些圖片和文本文件通過特定方式進行顯示。
1.3 應急響應支持功能
系統提供應急響應行動支持功能以協助應急人員執行應急行動。應急響應行動支持功能如下：
(1)自動通知功能
系統提供自動通知功能，包括兩種情況：①系統自動判定發生應急相關事故和事件，通過手機短信的方式自動通知應急值班人員；②當系統判定進入相應的應急狀態(應急待命、廠房應急、場區應急、場外應急)時，應急人員手動錄入通知內容并選定通知的相關應急組或人員，系統通過手機短信的方式向指定人員發送事件通知。
(2)到崗確認功能
應急相關人員就位后通過應急決策系統報告到崗就位，系統根據反饋情況自動填充應急組織狀態圖。未到崗人員或組織白色顯示，全部就位的個人或組織灰色顯示，如圖1所示。
通過點擊相應應急小組（如技術支持組），可以查看該組內人員的詳細信息。
(3)應急任務單發放
應急決策系統為每個應急人員設定用戶名和權限，當發生報警并進入應急狀態時，系統根據應急行動計劃的規定自動或手工給每個應急人員發送任務單。相應的應急人員使用自己的用戶名登錄系統自動獲取任務單。當應急狀態變化時，應急指令也應相應地變化。
(4)應急資料查詢
應急人員可以通過系統快速查詢到所需的機組畫面、應急指南等各種資料，從而根據這些資料和程序進行有效的響應；給每個應急指揮人員作一個簡潔的應急響應指南，以便于在最短的時間內查詢相關的資料和文件，做出快速有效的指揮和響應。
(5)應急文件流轉
應急系統的一個重要作用就是要實現應急過程報告、報表的電子化，提高應急過程的工作效率。
文件的發起人指定了流轉順序，每一個處于流轉環節的應急人員分別處理自己的部分，在加蓋電子簽章后，流轉到下一部分或退回給上一個環節，每個人員可以隨時查看文件當前所處位置、處理狀態以及各個歷時版本，最大限度地保證文檔處理及時、準確。
(6)電子簽名功能
系統集成電子簽名功能。在核應急情況下，有些專業組與應急指揮室不在同一物理地點，報告由網絡傳遞，通過電子簽名功能可以實現報告的起草、審核、批準的流轉傳遞，并確保文件不被修改。
(7)文件擬制簽字功能
應急決策系統根據不同的事件依據應急計劃預先制定相關的應急報告和文件，系統通過Microsoft Excel實現相關的應急報告，應急人員在需要的時候可以登錄系統，手動調出相應的報告和文件(如初始通知、后續通知)，通過指定時間系統可以自動地在報告中添加該時間機組、氣象、環境等參數數值，方便應急人員快速準確地生成報告。系統集成文件電子簽名功能，電子簽名與手寫簽名有同樣的法律效力和不可更改功能。
系統配備專門的動態數據定義組態平臺，將實時/歷史數據庫獲得數據轉移到 Excel中，從而利用 Excel 強大的分析和數據處理能力。報表打印包括自動打印和請求打印兩種。自動打印是由報表組態工具定義報表格式和事件觸發功能塊定義報表打印時間的報表，可以按周期觸發或按事件觸發來啟動自動打印；請求打印則由應急人員觸發打印功能。
(8)應急信息顯示、繪圖功能
應急輔助決策系統提供數字地圖、應急計劃區、主要應急設施、各應急集合點、應急撤離路線、氣象與環境監測設施、醫療救護設施、消防設施等應急相關圖紙的查詢和顯示。
系統提供交互式電子白板，計算機畫面（地圖）內容通過投影機投影在白板上，計算機與電子白板通過網線建立連接，應急人員在電子白板上手繪應急撤離路線等內容，會自動體現到計算機相應的文件中，實現系統的繪圖功能。
1.4 應急演習功能
在核電站實際運行過程中，可能直到退役也不會出現真的事故，而應急人員應當可以隨時熟悉應急流程，以便在事故情況下快速實施，因此，應急演習功能就是應急系統最重要的功能之一。
為了達到高仿真，應急系統要求能夠接收機組模擬數據，并且可以自定義氣象、環境、KKK、輻射監測等信息，并通過對模擬數據的判斷，啟動相應的應急響應流程，同時系統還應該在沒有模擬數據的情況下，直接啟動應急響應演習，以方便應急人員練習。
系統提供事故工況畫面和演習工況畫面，在事故工況下系統顯示數據為真實的機組工況數據、氣象數據、廠區出入監督系統數據、控制區出入檢測系統數據；在模擬工況下（應急演習）系統顯示的機組數據從模擬機獲取，氣象數據、廠區出入監督系統數據、控制區出入檢測系統數據根據應急情景編制，通過文本文件輸入到應急決策系統。
2 系統技術分析
由于各種原因，國內現役及在建的核電站所用儀控系統各有不同，甚至同一電站不同機組所用的儀控系統也不相同，再加上種類繁多的專家系統，應急系統與其進行數據交換時，往往需要同時面對Modbus、TCP、OPC以及各種自定義的通信協議，而對外部傳輸的參數也可能隨著情況而變化，這就要求數據通信功能在保證穩定性、準確性的同時，還要具有最大的兼容性。
系統提供的輔助決策功能同樣不能太過僵化。當機組傳入的參數發生變化時，系統應該能夠通過簡單的修改即可支持這種變化，同樣，當要監視的報警信息增加或者減少時，系統也應當只需進行簡單修改。
應急響應支持的功能平時并不運行，只是在演習或者事故發生時才啟用，因此，其關注的重點應當是在易用性上，對穩定性的要求則沒有數據通信功能高。
此外，上述3個功能都應當支持應急演習功能，也就是既要能保證演習數據與真實數據的處理方式相同，同時還要將兩者在記錄時加以區分，以保證查詢時不會混淆。3個功能的特點分析如表1所示。
綜上可以看出，由于使用人員以及運行情況的不同，數據通信和輔助判斷部分更強調穩定性和準確性，而應急響應支持部分則更偏重易用性，應急演習功能則貫穿于整個系統。
3 設計方案
3.1 體系結構
應急系統在核電站中往往部署在專網中，以保證事故情況下應急系統能夠獨立運行。系統如果采用單一的C/S或者B/S結構，很可能為了滿足某一部分的功能而造成大幅增加軟件復雜度的情況。因此，這里采用C/S和B/S的混合結構來實現系統，從而合理利用兩種方式的優點[4]。
應急系統體系結構如圖2所示，系統中共部署3臺服務器，其中1臺為C/S結構中的通信服務器，1臺是B/S結構中的Web服務器，還有1臺作為數據服務器，里面安裝有微軟SQL2005數據庫，用于存儲通信服務器以及Web服務器的數據。通信服務器和Web服務器通過數據服務器進行數據交換。
系統中的設備通過核心交換機連接。應急系統客戶端可以部署在廠區的各個位置，如果需要實時監視數據，并且對過程進行控制，則需要安裝C/S的客戶端，否則直接通過瀏覽器訪問Web服務器即可實現瀏覽功能。
系統通過網關與外部通信系統相連接。各種不同格式的數據在經過網關處理后，轉換為通信服務器能夠識別的格式，并傳入通信服務器，通信服務器對其進行分析，如果有報警或者應急狀態的變化，則通過HMI部分顯示出來。并實時地將數據存入數據服務器，供Web服務器和專家系統使用。
各個專家系統通過交換機直接連接數據服務器，獲取各自所需要的數據，經過分析處理后，再將結果保存到數據服務器，供客戶端查看。
最后，應急系統通過防火墻和路由器，定時將數據傳輸到外部的應急中心。
3.2 軟件結構設計
如圖3所示，應急決策系統軟件體系結構分為數據接入、數據處理層、數據應用3個層次，該系統適用于數據采集顯示、數據存儲、工藝流程模擬、趨勢分析，應急輔助判斷、應急資料查詢、應急演習數據模擬等功能。
3.2.1 C/S結構設計
由于C/S方式的穩定和可靠的特性，可以用于實現與各種外部系統通信，對接收到的數據進行分析處理，并提供給流程圖頁面和輔助判斷功能進行顯示，最后將數據傳入數據服務器保存。
與應急系統通信的主要部分是核電站的儀控系統（DCS）系統，雖然各個電廠以及各個機組的DCS系統均有可能不同，但都支持標準的工業傳輸協議(如MODBUS、OPC等)。另外，氣象、環境信息以及KKK等信息的提供系統也大都支持這些協議，因此，C/S部分功能實現方式直接采用DCS系統。
3.2.2 B/S結構設計
系統采用HTTP協議為標準通信協議，以SQL Server 2005(部署在數據服務器上)作為后臺數據庫，共分三層：
(1)客戶端（即瀏覽器），主要完成客戶與后臺的交互及最終查詢結果的輸出功能。客戶通過瀏覽器向服務層發起請求，服務層將結果以及相關文檔傳回給客戶端并顯示。
(2)部署在Web服務器上的服務層，其作用是響應客戶端的請求，并與數據庫進行通信，獲取所需要的數據，再將結果傳回給客戶端，或根據客戶端的操作修改數據庫中的數據。
服務層也分為三層，分別是表現層、業務邏輯層和數據訪問層。表現層采用C#、ASP.NET、AJAX、HTML、CSS等技術來實現，用于控制界面的顯示。業務邏輯層采用C#語言實現，用于處理應急響應過程中的各種邏輯操作。數據訪問層采用C#和ADO.NET實現，用于處理SQL Server的相關操作。
服務層的三層架構方式具有如下優點：結構清晰，易維護；代碼功能抽象，易重用；實現了功能、職責的獨立，擴展性高；程序員可以并行開發，互不干擾，提高了開發效率。
(3)數據庫層，采用SQL Server2005，部署在數據服務器上，用于存儲應急響應系統所有相關數據(如用戶信息、文檔信息、日志等)。
3.3 硬件構成
系統硬件主要包括網絡系統、計算機系統、通信系統、會議室系統。網絡系統包括交換機、路由器、防火墻；會議室系統包括顯示系統、擴聲系統、會議系統、攝像系統、集中控制系統、視頻會議設備、音頻系統。結構如圖4所示。
3.4 網絡結構設計
應急決策系統包括外部網絡、EG樓網絡、廠內網絡。
(1)外部網絡
與核安全局、中核總等單位建立通信網絡，此網絡由2 M專線或ISDN組成。此網絡用于與相關單位建立視頻會議和數據通信。
(2)EG樓網絡
應急決策系統的專用網絡，網絡連接系統的服務器、臺式工作站、筆記本工作站、后果評價計算機和機組網關、KKK、KZC等系統。
應急專網采用單一核心交換機，支持路由和防火墻功能，雙路交流電源供電，該交換機采用模塊化結構提供高性能的數據處理能力和高可靠性。交換機連接系統的服務器、工作站和數據通信源系統，為保證數據源系統的安全性，在交換機上應用VLAN、訪問列表等功能，以保證應急網和數據源網絡的安全。
(3)廠內網絡
核電站的辦公網絡，部分應急專業組通過該網與EG樓網絡連接進入應急決策系統，堆芯損傷計算機也在該網絡上。該網絡與應急專網的路由連接實現路由，通過應急專網的防火墻進行網絡安全防護。防止從辦公網絡對應急專網的網絡攻擊。
3.5 方案總結
通過以上設計，應急輔助決策系統最終可以實現應急數據監視、輔助判斷決策、響應流程支持等功能。
另外，系統還具有如下優點：
(1)提供開放的、平臺級的設備和管理工具，可根據業務需要進行擴展；
(2)具有開放性、可擴展性、易用性、實時性、安全性以及高可靠性的特點；
(3)具有優良的性能價格比和較低的開發、維護和運營成本；
(4)有利于保護原來的信息化建設的成果和投資。
本文設計的核電站應急輔助決策系統具有功能明確、運行環境穩定、軟件成本適中、管理界面友好、靈活性強和操作簡便的優點。該系統已經應用于秦山二期核電站，為應急狀態下應急管理以及指揮決策提供了有力的支持。
參考文獻
[1] 國家核安全局.核電站營運單位的應急準備和應急響應(HAF002/01)[S].1998.5.12.
[2] 國家核安全局.核電站設計安全規定(HAF102)[S].1991. 7.27.
[3] 國務院.核電站核事故應急管理條例(HAF002)[S].1993. 8.4.
[4] 劉璐，汪傳生.基于Web的DCS數據監控系統設計與實現[J].橡膠工業，2005(52)：102.