李明

(中廣核工程有限公司,廣東深圳 518172)

灰色系統(tǒng)理論在核電廠選址中的應(yīng)用

李明

(中廣核工程有限公司,廣東深圳 518172)

核電廠選址在地震、地質(zhì)、水資源、環(huán)境、安全等方面有嚴格的要求,而前期普選階段各個可能廠址的條件復雜多樣,需要經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟比較后取舍和優(yōu)選?；疑到y(tǒng)理論針對傳統(tǒng)的優(yōu)選方法中的不足,結(jié)合核電廠廠址評價分級指標體系,應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)分析法,定量綜合評價各個可能廠址條件,依據(jù)關(guān)聯(lián)度大小對方案優(yōu)劣進行排序。以某個廠址普選過程為例,說明灰色系統(tǒng)優(yōu)選方案應(yīng)用。

灰色系統(tǒng) 關(guān)聯(lián)度分析 核電廠 廠址選擇 綜合評價

灰色系統(tǒng)理論是20世紀80年代,由中國華中理工大學鄧聚龍教授首先提出并創(chuàng)立的一門基于數(shù)學理論的系統(tǒng)工程學科,是一種研究少數(shù)據(jù)、貧信息不確定性問題的有效方法。用“黑”表示信息未知,用“白”表示信息完全明確,用“灰”表示部分信息明確、部分信息不明確。相應(yīng)地,部分信息明確、部分信息不明確的系統(tǒng)稱為灰色系統(tǒng)?；疑到y(tǒng)理論以“貧信息”不確定性系統(tǒng)為研究對象,最大的特色是經(jīng)過分析、建模可以解決大量實際存在的工作量大、定量指標受限、灰色因素較多的復雜方案優(yōu)選決策問題,廣泛應(yīng)用于工程領(lǐng)域。

圖1 核電廠普選階段廠址選擇基本程序略圖

圖2

核電廠廠址選擇是核電建設(shè)的重要工作環(huán)節(jié),選址是否合理,對項目決策、工程投資、建設(shè)質(zhì)量、運行安全、經(jīng)濟效益起著決定性作用。核電廠選址在地震、地質(zhì)、水資源、環(huán)境、安全等方面有嚴格的要求,而前期普選階段各個可能廠址的條件復雜多樣,傳統(tǒng)方式一般采用技術(shù)經(jīng)濟指標分析表比較論證,但不確定性灰色因素較多時,則難以定量表達。廠址選擇就是一個典型的灰色系統(tǒng),在綜合評價體系中許多信息是已知的,可以進行定量描述,但也有部分信息是未知的,只能進行定性分析。例如在占地、拆遷、移民情況、進廠公路與交通運輸條件、土石方工程量、水源及取排水條件等方面能夠定量給出與廠址相關(guān)費用,而與安全相關(guān)條件如地震活動、地表斷裂、地基斜坡穩(wěn)定性、極端氣象、外部人為事件、與周圍環(huán)境及區(qū)域規(guī)劃相容性等方面選址階段往往只能定性地描述各個廠址之間的差異,如果比選廠址均不存在顛覆性因素且廠址條件差異較小時,缺乏定量的分析,就難以做出最優(yōu)決策。本文基于灰色系統(tǒng)理論在核電廠普選階段廠址選擇綜合評價中的應(yīng)用,探討定量化的廠址優(yōu)選方法。

1 廠址選擇工作的基本程序及應(yīng)考慮的基本因素

核電廠廠址選擇的過程,通常包括對廠址選擇技術(shù)任務(wù)書中規(guī)定的一個大的區(qū)域的調(diào)查和研究,以選擇兩個或若干個優(yōu)選廠址,繼而詳細評價那些優(yōu)選廠址的可接受性,以最終選定推薦廠址。廠址普選工作應(yīng)按(圖1)所示的基本程序進行。

從廠址選擇工作開始到最終選定推薦廠址的全過程中,均須充分考慮以下幾個方面的因素,并必須在廠址選擇報告中予以明確論述。

(1)適于建造和運行擬建核電廠的與技術(shù)可行性因素相關(guān)的廠址特征;(2)所選廠址所在區(qū)域可能發(fā)生的外部認為事件和自然事件對核電廠影響;(3)可能影響所釋放的放射性物質(zhì)向人體轉(zhuǎn)移的廠址特征及其環(huán)境特征;(4)與實施應(yīng)急措施的可能行及評價個人和群體風險所需要的有關(guān)外圍地帶的人口密度、分布及其其他特征;(5)影響在所選廠址上建造和運行擬建核電廠的經(jīng)濟合理性的廠址特征。

2 廠址選擇的評價指標體系

綜合評價多個候選廠址,需要建立能對照和衡量各個候選廠址的評價尺度,即評價指標體系,對指標進行橫向比較后,進行優(yōu)劣排序。因此,評價指標體系必須具有全面、科學和權(quán)威,涵蓋廠址選擇所應(yīng)考慮的五個方面的因素。根據(jù)以往普選階段的工作經(jīng)驗,廠址選擇評價指標體系可如圖2所示。

3 灰色關(guān)聯(lián)評價方法

灰色關(guān)聯(lián)分析基本思路是根據(jù)對系統(tǒng)統(tǒng)計序列曲線幾何形狀的相似程度的比較,來刻畫系統(tǒng)中多因素間的關(guān)聯(lián)程度。通過分析灰色系統(tǒng)中各個廠址因素的關(guān)聯(lián)度,計算各廠址條件與最優(yōu)廠址的相似度,并對兩者之間的相對誤差和絕對誤差兩個方面進行比較,誤差越小,則關(guān)聯(lián)度越大。一般步驟如下。

STEP1:建立標準化決策矩陣,即定義描寫目標的特征變量幾何,確定比較數(shù)據(jù)列。例如核電廠廠址選擇過程中,根據(jù)分級評價指標體系,結(jié)合選址經(jīng)驗,選取與廠址投資決策相關(guān)的關(guān)鍵性指標,如征地面積、拆遷人口、土石方工程量、交通運輸條件、接入系統(tǒng)、巖土工程條件、水源和取排水條件等對比作為技術(shù)經(jīng)濟指標數(shù)據(jù)列,稱為比較數(shù)據(jù)列。設(shè)A為m個廠址比選方案集合,A={A1,A2,..Am};每個方案又有n個評價因子,則數(shù)據(jù)列為:

表1 可能廠址的技術(shù)經(jīng)濟指標比較表

表2 各項技術(shù)指標標準化

表3 指標因子與理想數(shù)列絕對差值

表4 關(guān)聯(lián)系數(shù)ξ0i和灰關(guān)聯(lián)度r0i

數(shù)據(jù)列中部分指標是定性的,如巖土工程條件、規(guī)劃相容性等,需要對非量化的灰色指標進行白化函數(shù)的量化處理。本文將最高與最低指標的白化值取1和0,通過插入法求出各方案的白化值。最高和最低數(shù)值可以通過統(tǒng)計數(shù)據(jù)取得,或由專家小組綜合評分。

STEP2:選取最理想方案的指標組合

其中,a0(1)是a1(1),a2(1),…, am(1)中的最優(yōu)數(shù)據(jù)。

STEP3:求關(guān)聯(lián)系數(shù)。關(guān)聯(lián)系數(shù)ξ(j)是比較數(shù)據(jù)和最優(yōu)數(shù)據(jù)在第j個元素的相對差值,其大小可作為關(guān)聯(lián)程度的衡量尺度。根據(jù)灰色系統(tǒng)理論定義,任意兩個數(shù)據(jù)列A0(j)與Ai(j)之間的關(guān)聯(lián)系數(shù)為:

ρ為分辨系數(shù),ρ∈[0,1],為了削弱最大絕對差值因過大失真影響,以提高關(guān)聯(lián)系數(shù)之間的差異顯著性,通常取ρ=0.5。

STEP4:計算各變量采樣數(shù)據(jù)之間的灰關(guān)聯(lián)度,并按閾值準則劃分數(shù)據(jù)序列集,計算公式為:

STEP5:方案優(yōu)劣排序。根據(jù)計算的n個方案關(guān)聯(lián)度大小,確定各個方案的優(yōu)先級順序,關(guān)聯(lián)度越大,說明方案越優(yōu)。

4 實例分析

某廠址普選項目共有3個可能廠址,根據(jù)分級指標確定征地面積、土方工程量、拆遷人口、交通運輸條件、接入系統(tǒng)條件、巖土工程地質(zhì)、水源和取排水條件、周圍環(huán)境及外部人為事件這8個指標對三個廠址進行優(yōu)選。其相應(yīng)的技術(shù)經(jīng)濟指標如(表1)所示。

其中征地面積、拆遷人口、土方工程量、交通運輸條件、取排水工程方案可以定量說明,而接入系統(tǒng)條件、巖土工程地質(zhì)、外部人為事件,該階段對其進行定性描述,在實際應(yīng)用過程中則可以通過專家評分法對定性指標白化處理。本文簡單起見,對于定性評價等級劃分為優(yōu)、良、差3個等級,按照白化曲線插入法取值分別為0.75、0.5、0.25。定量指標則設(shè)定最優(yōu)指標為最大值1,其余則相對最優(yōu)值白化處理,處理后各項指標值參見(表2)。

根據(jù)(表2)所給的數(shù)據(jù),可知理想廠址的因素指標為:

A0={0.91,0.47,0.45,0.69,0.75,0.75,0.61,0.5},各方案比較數(shù)據(jù)列于最優(yōu)參考數(shù)據(jù)的差值,如表3所示。

計算各廠址條件的關(guān)聯(lián)系數(shù)ξ0i和灰關(guān)聯(lián)度r0i,如表4所示,根據(jù)這3個可能廠址的關(guān)聯(lián)度排序為:r01＞r02＞r03,則方案排序為A1＞A2＞A3,方案1為最佳決策方案,與實際結(jié)果優(yōu)選廠址排序一致,故本方法用于核電廠選址綜合評價是可行的。

5 結(jié)語

灰色系統(tǒng)理論對核電廠廠址選擇綜合評價提供了一種新的定量分析的方法,通過實例分析其結(jié)果與傳統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟比較法相吻合,真實有效的反應(yīng)了特征指標的差異性,相比傳統(tǒng)評價方法,通過白化處理灰數(shù)因子,使得各個指標之間可以橫向?qū)Ρ?且該方法對特征指標數(shù)據(jù)要求較低,易于掌握。在廠址選擇的工作中,可以在此方法基礎(chǔ)上再通過專家評分、統(tǒng)計調(diào)查等方法確定特征指標權(quán)重,使得評價結(jié)果更加客觀、科學和有效。

[1]丁威.《工業(yè)企業(yè)總圖布置方案灰色系統(tǒng)的優(yōu)選方法》.蘭州理工大學學報,2008,2,pp.116-119.

[2]王秋平.《基于離差最大化的灰色關(guān)聯(lián)投影法在廠址選擇綜合評價中的應(yīng)用》.西安建筑科技大學學報,2013,6,pp.356-360.

[3]國防科學技術(shù)工業(yè)委員會《核電廠廠址選擇基本程序》.(EJ/T 1127-2001).

[4]雷明.《工業(yè)企業(yè)總平面設(shè)計》.陜西科學技術(shù)出版社,1998.