霞浦核电站电气贯穿件科研风险管控-中国期刊网

霞浦核电站电气贯穿件科研风险管控

吴昊

中国核电工程有限公司北京 100840

本文介绍了一种基于技术成熟度及蒙特卡洛模拟的风险管控方案，并将此方案应用在霞浦核电站电气贯穿件科研过程中，使整个研发过程安全可控。

关键词：电气贯穿件；风险管控；技术成熟度；蒙特卡洛模拟

一、项目风险管控工作总述

霞浦核电站采用了小型先进模块化多用途反应堆，因此与过往的核电站项目相比，该项目的电气贯穿件科研在工程设计、设备制造及设备运输安装等方面的风险具有可预测性差、风险来源多样化、可变性大及进度可控性差等几个明显的特点。针对这种情况，笔者所在的电气部门成立了电气贯穿件科研风险管理小组，结合各专业内部情况及工程的实际进展状况，对现有的技术状态进行了全面的分析评价，运用蒙特卡洛分析法对项目面临的潜在风险进行整体评估，同时结合技术评审、科研例会、专家咨询等工作方式，针对科研项目设计—制造—安装的全周期流程进行了管理及控制，在近一年的时间里克服了种种困难后，通过不懈努力做了到第一时间发现风险，合理进行决策并及时规避或解决风险。

二、风险管理活动的具体实施

1、概念要点：

技术成熟度，其概念源于2O世纪7O年代，由美国航空航天局(NASA)提出，2O世纪9O年代趋于成熟，是指技术相对于某个具体系统或项目而言所处的发展状态，反映了技术对于项目预期目标的满足程度。技术成熟度评价，是确定装备研制关键技术，并对其成熟程度进行量化评价的一套系统化标准、方法和工具。借鉴技术成熟度评价的概念和原理，可对科研项目电气专业技术状态进行量化评价，量化值较低的技术可识别为相关风险项，便于后续的风险管理工作。与其它分析方式对比，技术成熟度评价能够更加清晰准确的表现出目前的技术状态。[1]

蒙特卡洛模拟又称统计试验法，是风险定量分析的主要方法之一。工程实施过程中遇到的各种风险因素造成的影响程度是不同的，且一些风险因素之间还存在着关联，但是在各种因素的共同作用下，它们的总体综合影响是可知的。在采用技术成熟度评价确定各个因素的单独影响程度后，蒙特卡洛法可以很方便的定量项目总体所承受的风险，便于上层部门对项目的整体把控。[2]

2、实施过程：

风险管理小组经过查阅资料及会议讨论后，借鉴电气设计所过往的风险管理成果形成了本次技术成熟度评估的模型。在模型中技术项目被分为9个等级，每个等级的定义如下：

1	通过探索研究，发现了新原理、提出了新理论，或对已有原理和理论开展了深入研究。属于基础研究范畴，主要成果是研究报告或论文等。
2	基于基本原理，经过初步的理论分析和实验研究，提出了技术概念和军事应用设想。主要成果为研究报告、论文或试验报告等。
3	针对应用设想，通过详细的分析研究、模拟仿真和实验室实验，验证了技术概念的关键功能、特性，具有转化为实际应用的可行性。主要成果为研究报告、模型和样品等。
4	针对应用背景，明确了技术方案和途径，通过实验室样品/部件/功能模块的设计和加工，以及实验室原理样机的集成和测试，验证了技术应用的功能特性，技术方案与途径可行。
5	针对演示样机总体要求，完成了主要部件/功能模块的设计和加工，通过典型模拟环境的测试验证，功能和性能指标满足要求。典型模拟环境能体现一定的使用环境要求。
6	针对演示样机的验证要求，完成了演示样机的集成，通过典型模拟环境下演示试验，功能和性能指标满足要求，工程应用可行性和实用性得到验证。典型模拟环境能体现使用环境要求。
7	针对实际使用要求，完成了工程样机的集成，通过典型使用环境下考核验证，功能和性能指标全部满足典型使用要求。
8	针对实际使用要求，完成了原型机的集成，通过实际使用环境下的考核验证，技术指标全部满足实际使用要求，性能稳定、可靠。
9	技术以其最终的产品应用形式，通过实际使用验证，技术指标全部满足要求，具备批量稳定生产能力和使用保障能力。

同时，在工程项目中，由于各个专业需要综合协作，交换接口或提出设计输入，因此对不同专业间的技术集成能力也应划分级别，技术集成能力每个等级的定义如下：

1	已经识别技术间的接口，并由足够的细节来表示接口关系的特征
2	对技术间通过接口的交互，可以用一定的细节特征来表示
3	技术间可进行有序、充分的集成与交互，具有兼容性
4	对技术间集成的质量与保障，具有足够的细节
5	对技术间必须的建立、管理和终止集成，具有足够的控制
6	集成的技术对预期应用而言，可接收、转换和结构化信息
7	技术集成已经过详细的校核和验证，认为是可行的
8	完成实际集成，并且在系统环境下的实验与演示中达到任务要求
9	集成通过成功的任务实施得到了验证

在评估模型建立完毕之后，管理小组组员对各自负责的技术项目进行了评估并得出评估结果。电气贯穿件科研的技术项目及其对应的风险点具体如下：

技术状态评价结果表

序号	技术项目	技术状态等级	对应风险点以及应对措施
1	上游专业设备鉴定环境条件	7级原因： ACP100是新堆型电站，没有参考电站，各专业需根据事故序列重新计算设备鉴定用环境条件。	风险点：由于上游专业环境条件提资未固化，不能满足小堆电气贯穿件科研鉴定试验大纲编制要求，影响整体科研进度。应对措施：控制此风险。可联系设计部督促各专业尽快提供鉴定试验相关的环境条件，并在后续设计任务安排中，为此项预留时间裕量。
2	与联合研制方及其它专业的接口交换	7级原因： ACP100是新堆型电站，没有参考电站，联合研制方及各专业经过贯穿件电缆的需求需要重新进行设计。	风险点：由于上游专业提资未固化，不能满足电气专业设计工作对设计输入的需求，影响整体科研进度。应对措施：控制此风险。在项目初始阶段与联合研制方及上游专业积极沟通，制定日期合理的接口手册；接口工程师应对接口的交换情况全程跟踪，确保不会出现接口延误。
3	贯穿件电缆分配设计	7级原因： ACP100是新堆型电站，针对各个上游专业及联合研制方的电缆信息提资，贯穿件分配表及贯穿件目录清单编制需在没有参考电站的情况下重新进行大量的设计工作，同时上游信息可能存在不够翔实的部分。	风险点：可能会出现系统设计稍有不合理，导致相关接口的重复交换。应对措施：控制此风险，过往工程项目中电气贯穿件相关文件的设计流程已经非常成熟，不会存在系统性的技术问题，在实际设计工作中设计者应与上游专业保持密切沟通，确保设计工作不会因资料信息不明确等因素而受到影响。
4	贯穿件布置	6级原因：常规核电站的贯穿件布置经过过往项目的验证，被认为是可行的。但是在ACP100堆型中，由于厂房面积缩小，无法参考以往的布置方案。	风险点：可能出现贯穿件与其它专业设备的位置冲突问题以及贯穿件布置空间不足的问题，经修改或变更才能够满足施工安装要求。因引入了三维验证，因此实际布置冲突应该会比原有二维校验少。应对措施：控制此风险，贯穿件布置采用总数量减少同时单体扩容的方案，使其在缩小的厂房中能够正常排列。
5	贯穿件运输及安装	6级原因：贯穿件在实际安装阶段的运输路线及安装方法一直是过往工程的重点问题，在acp100堆型中由于厂房空间缩小，而贯穿件体积增大，需要重新研究设备的运输路线。	风险点：可能会出现设备在厂房内无法顺利运输及安装的情况，造成工期的拖延或施工成本的增加。应对措施：控制此风险，在设计过程中运用三维软件模拟贯穿件的运送路径，针对ACP1000贯穿件的规格在设计阶段随时对运输路径进行适当的修改，避免出现例如在现场临时开洞运输设备的情况。
6	新型贯穿件研发技术关键点管控	5级原因：针对ACP100堆型的变化，贯穿件采取了总数量减少同时单体扩容的方案，单体扩容后贯穿件导体组件间的绝缘和散热以及整机的抗震性能需要进行重新研发以适应需求。	风险点：新型贯穿件存在研制技术难点，若无法按时完成会对整体项目周期造成压力。应对措施：控制此风险，联合研发方成立项目攻关小组，总包方定期监督管控，要求联合研发方定期提供样机研制月报，及时跟踪设备设计方案。项目过程中组织方案评审与设备鉴定试验大纲的专家评审，建立样机制造见证点。
7	电气贯穿件预埋套管抗震计算	6级预埋套管由电气设计所参考AP1000堆型设计，和以往项目中使用的套管存在差异，设计方案是否能够满足抗震要求存在未知数。	风险点：自研预埋套管存在首次研发的风险，或许会对项目周期造成影响。应对措施：控制此风险，与力学专业及时沟通并提供进行抗震计算的资料，根据反馈的计算结构及时对设计进行修改。

其它技术项目在评价梳理中均达到了8级或9级，因此不列在上表中。

通过对当前的技术状态进行评估，风险管理小组得到了一个比较客观的分析结果，找到了在项目中可能存在风险的环节，为接下来对整个项目进行全局分析打下了良好的基础。

技术成熟度分析使小组对各技术项目的现状有了较为清晰的认知，但是在此分析中每个技术项目的风险发生概率是孤立的。为了整合技术状态评价结果表的信息，使上层部门从整体层次对项目风险发生的概率一目了然，小组经过讨论后决定使用蒙特卡洛法对项目总体进行软件模拟，并假设各技术项目服从伯努利分布（出现风险或没有出现风险），其赋值根据技术状态等级决定，如下表。

技术项目	不出现风险的概率	出现风险的概率
上游专业设备鉴定环境条件	0.95	0.05
与联合研制方及其它专业的接口交换	0.95	0.05
贯穿件电缆分配设计	0.95	0.05
贯穿件布置	0.9	0.1
贯穿件运输及安装	0.9	0.1
新型贯穿件研发技术关键点管控	0.85	0.15
电气贯穿件预埋套管抗震计算	0.9	0.1

传统的蒙特卡洛模拟一般不考虑各个风险因素的相关性，而在实际项目中风险因素往往是相关的，而且是正相关。因此，在会议讨论后，小组成员决定在模拟中加入风险要素相关系数矩阵，这些内部相关系数是成员们根据长年的设计经验讨论后的结果。假设各风险要素间存在以下的相关系数：

	上游专业设备鉴定环境条件	与联合研制方及其它专业的接口交换	贯穿件电缆分配设计	贯穿件布置	贯穿件运输及安装	新型贯穿件研发技术关键点管控	电气贯穿件预埋套管抗震计算
上游专业设备鉴定环境条件	1	0.9	0.9	0.9	0.8	0.8	0.7
与联合研制方及其它专业的接口交换		1	0.9	0.9	0.5	0.6	0.4
贯穿件电缆分配设计			1	0.9	0.6	0.8	0.4
贯穿件布置				1	0.9	0.6	0.4
贯穿件运输及安装					1	0.5	0.4
新型贯穿件研发技术关键点管控						1	0.6
电气贯穿件预埋套管抗震计算							1

但此表格毕竟只是一种经验的预测，所以小组在此基础上运用相关软件对风险要素相关系数矩阵进行了改进，使之更加贴近实际值。改进后的矩阵如下：

	上游专业设备鉴定环境条件	与联合研制方及其它专业的接口交换	贯穿件电缆分配设计	贯穿件布置	贯穿件运输及安装	新型贯穿件研发技术关键点管控	电气贯穿件预埋套管抗震计算
上游专业设备鉴定环境条件	1	0.84	0.86	0.9	0.75	0.77	0.67
与联合研制方及其它专业的接口交换		1	0.89	0.84	0.52	0.58	0.4
贯穿件电缆分配设计			1	0.85	0.6	0.78	0.39
贯穿件布置				1	0.83	0.59	0.38
贯穿件运输及安装					1	0.49	0.4
新型贯穿件研发技术关键点管控						1	0.58
电气贯穿件预埋套管抗震计算							1

对相关系数矩阵进行调整之后，再使用软件进行5000次的模拟，模拟结果为（0为项目出现风险，1为项目未出现风险）：

这一结果意味着在现行的分析中，项目出现风险的概率约为27.44%。根据过往的项目经验，发生风险的可能性在30%以下可被视作为低风险，上层部门在进行项目整体决策时可将这一因素纳入考虑范围。

三、成果和成效评价

贯穿件科研风险管理小组通过采取有效的风险管控措施，截止至2020年9月，霞浦项目电气贯穿件科研及设计工作按计划进展顺利进展，避免了因出现风险而可能导致的项目工期延误。其中对22个内部接口，11个外部接口进行了多次交换，工程设计资料单10余个，与供货商信息交换文函20余个；基本完成包括研发方案及鉴定试验大纲在内的文件编制工作，并已通过专家评审，样机的导体组件制造及各项试验正有序开展中。

同时，通过此次风险管理工作，建立起了一套行之有效的科研设计风险管控模式，在此模式下员工分工明确，职责清晰，在面临问题时能够及时进行综合分析，找到解决问题的方法，实现了对风险的事前预警、事中管控、事后改进，使风险管理能力再上新台阶。

此外，在部门中形成了比较完善的技术状态评价体系，通过技术成熟度评估可以判断出有可能出现风险的技术，进而采取相应的措施，拓展了在风险管理主要风险因素识别方面的方式和方法；同时通过评价过程中的会议讨论与评估表格填写，达到了很好的技术交流效果，使小组成员对贯穿件方面的设计理解更加深入。

最后，在一个项目中不同风险之间往往是存在关联的，在此次风险管理工作中小组通过进行蒙特卡洛分析，对互相影响的风险因素进行模拟来对项目的整体风险产生概率进行计算并得出量化的结果，从而为后续决策提供有力的支持。后续其它项目可借鉴此次的成果，对风险管理工作进行进一步的深化与优化。

参考文献

[1]黄鲁成,赵志华,傅晓阳.产品技术成熟度研究综述[J].科学管理研究,2010,28(2):38-44.

[2]（美）詹姆斯.R.埃文斯，戴维.L.奥尔森.模拟与风险分析[M].上海人民出版社，2001.49-52.

2

序号	技术项目	技术状态等级	对应风险点以及应对措施
1	上游专业设备鉴定环境条件	7级原因： ACP100是新堆型电站，没有参考电站，各专业需根据事故序列重新计算设备鉴定用环境条件。	风险点：由于上游专业环境条件提资未固化，不能满足小堆电气贯穿件科研鉴定试验大纲编制要求，影响整体科研进度。应对措施：控制此风险。可联系设计部督促各专业尽快提供鉴定试验相关的环境条件，并在后续设计任务安排中，为此项预留时间裕量。
2	与联合研制方及其它专业的接口交换	7级原因： ACP100是新堆型电站，没有参考电站，联合研制方及各专业经过贯穿件电缆的需求需要重新进行设计。	风险点：由于上游专业提资未固化，不能满足电气专业设计工作对设计输入的需求，影响整体科研进度。应对措施：控制此风险。在项目初始阶段与联合研制方及上游专业积极沟通，制定日期合理的接口手册；接口工程师应对接口的交换情况全程跟踪，确保不会出现接口延误。
3	贯穿件电缆分配设计	7级原因： ACP100是新堆型电站，针对各个上游专业及联合研制方的电缆信息提资，贯穿件分配表及贯穿件目录清单编制需在没有参考电站的情况下重新进行大量的设计工作，同时上游信息可能存在不够翔实的部分。	风险点：可能会出现系统设计稍有不合理，导致相关接口的重复交换。应对措施：控制此风险，过往工程项目中电气贯穿件相关文件的设计流程已经非常成熟，不会存在系统性的技术问题，在实际设计工作中设计者应与上游专业保持密切沟通，确保设计工作不会因资料信息不明确等因素而受到影响。
4	贯穿件布置	6级原因：常规核电站的贯穿件布置经过过往项目的验证，被认为是可行的。但是在ACP100堆型中，由于厂房面积缩小，无法参考以往的布置方案。	风险点：可能出现贯穿件与其它专业设备的位置冲突问题以及贯穿件布置空间不足的问题，经修改或变更才能够满足施工安装要求。因引入了三维验证，因此实际布置冲突应该会比原有二维校验少。应对措施：控制此风险，贯穿件布置采用总数量减少同时单体扩容的方案，使其在缩小的厂房中能够正常排列。
5	贯穿件运输及安装	6级原因：贯穿件在实际安装阶段的运输路线及安装方法一直是过往工程的重点问题，在acp100堆型中由于厂房空间缩小，而贯穿件体积增大，需要重新研究设备的运输路线。	风险点：可能会出现设备在厂房内无法顺利运输及安装的情况，造成工期的拖延或施工成本的增加。应对措施：控制此风险，在设计过程中运用三维软件模拟贯穿件的运送路径，针对ACP1000贯穿件的规格在设计阶段随时对运输路径进行适当的修改，避免出现例如在现场临时开洞运输设备的情况。
6	新型贯穿件研发技术关键点管控	5级原因：针对ACP100堆型的变化，贯穿件采取了总数量减少同时单体扩容的方案，单体扩容后贯穿件导体组件间的绝缘和散热以及整机的抗震性能需要进行重新研发以适应需求。	风险点：新型贯穿件存在研制技术难点，若无法按时完成会对整体项目周期造成压力。应对措施：控制此风险，联合研发方成立项目攻关小组，总包方定期监督管控，要求联合研发方定期提供样机研制月报，及时跟踪设备设计方案。项目过程中组织方案评审与设备鉴定试验大纲的专家评审，建立样机制造见证点。
7	电气贯穿件预埋套管抗震计算	6级预埋套管由电气设计所参考AP1000堆型设计，和以往项目中使用的套管存在差异，设计方案是否能够满足抗震要求存在未知数。	风险点：自研预埋套管存在首次研发的风险，或许会对项目周期造成影响。应对措施：控制此风险，与力学专业及时沟通并提供进行抗震计算的资料，根据反馈的计算结构及时对设计进行修改。

霞浦核电站电气贯穿件科研风险管控