卓鈺鋮，仇永萍，胡軍濤，雷文靜

(上海核工程研究設(shè)計院有限公司，上海 200233)

人員可靠性分析(HRA)作為核電廠概率安全評價(PSA)的1個重要組成要素[1]，其分析質(zhì)量對整個PSA的分析結(jié)果和風(fēng)險見解具有重大影響。同時，由于HRA結(jié)果具有較大的不確定性，因此HRA也一直是PSA中的1個難點。在導(dǎo)致HRA結(jié)果不確定性的眾多來源中，其中1項主要的不確定性來源是HRA的定量化方法本身，因此對HRA方法的研究和選擇就顯得尤為重要。

目前在國際范圍內(nèi)雖然HRA方法眾多[2]，但均有著一些局限性，導(dǎo)致不同的HRA方法、不同的HRA人員對相同人員失誤事件(HFE)的分析結(jié)果不一致。這些局限性包括：1) 缺乏足夠的理論基礎(chǔ)，特別是在復(fù)雜情形下的認(rèn)知活動方面；2) 在評價績效影響因子(PSF)對人員失誤的貢獻(xiàn)時，對于應(yīng)包括哪些PSF和如何評價PSF存在較大的差異；3) 人員失誤的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫不夠完善，缺乏持續(xù)更新。

為解決已有HRA定量化方法眾多和其他的固有缺陷問題[3]，由美國核管理委員會(NRC)、美國電力研究院(EPRI)、桑地亞國家實驗室(SNL)、愛達(dá)荷國家實驗室(INL)、瑞士保羅謝爾研究所(PSI)等多個機(jī)構(gòu)人員組成的團(tuán)隊，研發(fā)了1種新的HRA方法，致力于吸收現(xiàn)有HRA方法的優(yōu)點，并在處理已有HRA方法的局限性上有所突破，并可借助SACADA數(shù)據(jù)庫對相關(guān)的人員失誤基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行不斷更新。該HRA方法為人員失誤事件綜合分析系統(tǒng)，簡稱IDHEAS方法。

整個IDHEAS研究項目包含三大部分。第1部分是人員失誤分析的認(rèn)知學(xué)基礎(chǔ)，研究人員基于大量的文獻(xiàn)調(diào)研，對人員可靠性的認(rèn)知理論和基礎(chǔ)進(jìn)行研究和歸納，并對新的HRA方法的理論框架提供支持。第2部分是開發(fā)一通用性的HRA方法，該方法能適用于任意的HRA應(yīng)用領(lǐng)域。第3部分是在開發(fā)更為簡便的、適用于特定應(yīng)用場景的HRA方法。目前該項目已完成眾多研究內(nèi)容，包括：建立人員可靠性分析的心理學(xué)基礎(chǔ)，這部分研究成果體現(xiàn)在了NUREG-2114[4]中；建立IDHEAS的一般性方法，這部分研究成果體現(xiàn)在了NUREG-2198中。針對功率運行內(nèi)部事件人員可靠性分析的IDHEAS方法，這部分研究成果體現(xiàn)在了NUREG-2199 Vol.1[5]中，本文重點對NUREG-2199中的功率運行內(nèi)部事件IDHEAS方法進(jìn)行深入研究和實例分析，并與其他方法的分析結(jié)果進(jìn)行比較，對IDHEAS方法的優(yōu)缺點及工程適用性進(jìn)行評價，旨為我國人員可靠性分析領(lǐng)域的后續(xù)發(fā)展方向和技術(shù)路線選取提供參考。

1 IDHEAS方法的實施步驟和分析流程

基于已有文獻(xiàn)和最新研究成果[4]，IDHEAS方法體系認(rèn)為人員失誤是源于宏觀認(rèn)知功能的失效，同一宏觀認(rèn)知功能的失效存在多個可能的認(rèn)知失效模式，各認(rèn)知失效模式又可能源于多種潛在的失誤機(jī)制，而不同的績效影響因子可能激活這些機(jī)制。IDHEAS方法包含了5種宏觀認(rèn)知功能的總共15種班組失效模式和數(shù)十種失誤機(jī)制。

IDHEAS方法分析示意圖如圖1所示。其中，CRD表示班組響應(yīng)圖，CFM表示班組失效模式，DT表示決策樹，HEP表示人員失誤概率。IDHEAS方法分析流程的主要步驟包括：1) 人員失誤事件的識別和定義；2) 任務(wù)分析，建立班組響應(yīng)圖；3) 應(yīng)用定量化數(shù)學(xué)模型進(jìn)行定量計算；4) 模型整合。

1.1 人員失誤事件的識別和定義

1) 人員失誤事件的識別

人員失誤事件是PSA場景的一部分，指相關(guān)人員在特定電廠狀態(tài)時未成功執(zhí)行預(yù)期的操作。HRA團(tuán)隊?wèi)?yīng)具有多學(xué)科背景，并和PSA團(tuán)隊一起對人員失誤事件進(jìn)行最初的選擇。識別人員失誤事件的信息來源包括：電廠相關(guān)的規(guī)程和導(dǎo)則(主要來源)；實際經(jīng)驗和歷史數(shù)據(jù)；對電廠操縱員和培訓(xùn)人員的訪談、模擬機(jī)演練的情況。

2) 人員失誤事件的定義

人員失誤事件一般在識別的同時進(jìn)行定義，并且隨著PSA的進(jìn)行，定義會不斷修訂。1個人員失誤事件的定義至少應(yīng)包括：PSA場景的描述、預(yù)期的人員動作描述、預(yù)期操作所涉及的對象及操作方式等。

3) 可行性分析

HRA中的可行性分析用于評估預(yù)期人員動作是否能完成。對于不可信的動作，直接將人員失誤概率賦值1.0或不在PSA中包括該人員失誤事件。對于可信的動作，再進(jìn)行定量分析以確定人員失誤概率。可行性評估的準(zhǔn)則包括：(1) 足夠的時間可用；(2) 足夠的人手可用；(3) 足夠的提示信號可用，可用的規(guī)程和相關(guān)培訓(xùn)；(4) 執(zhí)行地點可達(dá)；(5) 動作執(zhí)行所需的設(shè)備及可能的工具均可用。

圖1 IDHEAS方法分析示意圖Fig.1 Analysis process of IDHEAS method

1.2 任務(wù)分析和建立班組響應(yīng)圖

任務(wù)分析和班組響應(yīng)圖的建立是IDHEAS方法定性分析中的關(guān)鍵內(nèi)容。任務(wù)分析包含如下3個主要步驟。

1) 描述期望的成功路徑。通過確定該場景適用的規(guī)程、確定相關(guān)的信息和出現(xiàn)時間以及確認(rèn)成功路徑相關(guān)的班組受過訓(xùn)練的響應(yīng)，建立對場景隨時間的變化、規(guī)程中的決策點的正確路徑以及規(guī)程間的轉(zhuǎn)移的描述。

2) 識別和定義關(guān)鍵子任務(wù)。關(guān)鍵子任務(wù)指完成關(guān)鍵任務(wù)所必需的信息處理和執(zhí)行活動，如果發(fā)生錯誤就會導(dǎo)致響應(yīng)失敗。建議將關(guān)鍵子任務(wù)定義為較高層級的任務(wù)，例如進(jìn)入1個規(guī)程、轉(zhuǎn)移到另1個規(guī)程、跳到規(guī)程中的另1步、開始某項響應(yīng)或執(zhí)行某項響應(yīng)。

3) 識別可能的恢復(fù)機(jī)會。恢復(fù)機(jī)會的來源可能有：進(jìn)入其他的成功路徑、額外的提示信號、新的報警或參數(shù)變化等。

通過任務(wù)分析，可逐步建立班組響應(yīng)圖(CRD)，班組響應(yīng)圖中對于各關(guān)鍵子任務(wù)和可能的恢復(fù)操作能進(jìn)行形象的展示，圖2示出了1個完全喪失熱阱后需要運行班組進(jìn)行充水-排氣操作的班組響應(yīng)圖示例。

1.3 HEP定量計算

IDHEAS通用方法中，定量化模型與CBDTM方法[6]的思路比較相似。根據(jù)梳理人員失誤事件為什么可能發(fā)生來評估人員失誤概率。將這些可能因素稱作班組失效場景，其按照班組失效模式(CFM)歸類。每個班組失效模式均對應(yīng)1棵決策樹，該決策樹的各節(jié)點是可能影響該班組失效模式發(fā)生概率的績效影響因子的情況，每條分支路徑均被賦予1個人員失誤概率。各班組失效模式列于表1，各班組失效模式對應(yīng)的決策樹詳見參考文獻(xiàn)[5]。

應(yīng)用定量化模型的一般步驟為：1) 整理和組織定性分析的結(jié)果，包括人員失誤事件的定義，對應(yīng)的班組響應(yīng)樹的成功和失敗路徑以及各相應(yīng)節(jié)點的定義，時間軸和可行性分析；2) 根據(jù)班組響應(yīng)樹的各節(jié)點的定義，選擇適用的班組失效模式；3) 對于每個選中的班組失效模式，根據(jù)分支評估問題確定決策樹的路徑；4) 計算人員失誤事件的概率，公式如下：

圖2 班組響應(yīng)圖示例Fig.2 Example of CRD

表1 班組失效模式清單Table 1 List of CFM

HEP(HFE|S)=

(1)

1.4 模型整合

這一步驟是將單個的人員失誤事件的HRA整合到PSA模型中?；緝?nèi)容包括：1) 結(jié)果檢查與合理性檢驗；2) 恢復(fù)動作分析，本文恢復(fù)動作指恢復(fù)功能、系統(tǒng)或部件的可用性的動作，而不是人員失誤事件中糾正失誤的動作。前者需作為PSA中新的基本事件對待，而后者則包括在決策樹的分支點中；3) 相關(guān)性分析；4) 不確定性分析。

2 IDHEAS方法實例分析與結(jié)果比較

2.1 人員失誤事件定義

分析基于某電廠的蒸汽發(fā)生器傳熱管破裂(SGTR)事故，涉及的人員失誤事件定義列于表2。

2.2 定性分析

建立的班組響應(yīng)樹如圖3所示。其中，預(yù)期的成功路徑為1-2-3-4-5，節(jié)點3、4、5為關(guān)鍵步驟，而節(jié)點6、7分別是它們的恢復(fù)步驟。

本文人員失誤事件有60 min的時間窗口，假設(shè)班組響應(yīng)總時間為15 min，則約有45 min可用于節(jié)點3、4的恢復(fù)操作和延遲。

2.3 定量分析

定性分析給出了班組響應(yīng)樹、關(guān)鍵任務(wù)的描述以及時間進(jìn)程等結(jié)果。本節(jié)對示例的人員失誤事件進(jìn)行定量分析。按照定量分析流程，需給出該人員動作對應(yīng)的關(guān)鍵子任務(wù)和對應(yīng)的班組失效模式，分析結(jié)果列于表3。

表2 人員失誤事件定義Table 2 Definition of HFE

圖3 班組響應(yīng)樹Fig.3 Crew response diagram

表3 適用的班組失效模式及恢復(fù)可能性Table 3 Possible CFM and recovery potential

對于每個可能的班組失效模式，評估各自的決策樹路徑，獲得相應(yīng)分支的人員失誤概率，最終獲得該人員失誤事件的總HEP，分析結(jié)果列于表4。由表4可得該人員失誤事件的總HEP為4.83×10-3。

同時，本文采用HCR/ORE+CBDTM+ THERP的組合型方法[7](HCR/ORE+CBDTM用于診斷失誤概率的模化，THERP方法用于執(zhí)行失誤概率的模化)以及SPAR-H方法[8]對該示例人員失誤事件也進(jìn)行了定量分析，各方法的分析結(jié)果對比列于表5。

表4 人員失誤概率計算表Table 4 Calculation table of HEP

表5 不同HRA方法分析結(jié)果對比Table 5 Comparison of different HRA method results

2.4 結(jié)果分析和IDHEAS方法評價

與國內(nèi)其他常用HRA方法的定量分析結(jié)果的對比表明，IDHEAS方法在整體分析結(jié)果上與當(dāng)前已有的HRA方法具有可比性，由于數(shù)據(jù)以及分析框架的差異，定量化結(jié)果略有增大。同時，通過對IDHEAS方法的理論研究、實例分析過程研究及與其他方法的理論對比，本文得出了如下評價結(jié)論。

1) IDHEAS方法相對于傳統(tǒng)HRA方法(THERP、HCR/ORE、SPAR-H等)有如下優(yōu)點。(1) IDHEAS方法具備更為全面和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚摶A(chǔ)。IDHEAS方法基于最新的心理學(xué)及行為學(xué)等理論基礎(chǔ)，吸取了眾多HRA方法的優(yōu)點和數(shù)據(jù)，通過對5大宏觀認(rèn)知功能、15種班組失效模式和眾多失誤機(jī)制的考慮和模化，采用決策樹評估的方式，對人員動作進(jìn)行定性分析和定量評價，考慮的績效影響因子相對而言非常全面，并且具備工程可操作性。(2) IDHEAS方法有更為完備的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，能一定程度上解決其他HRA方法中數(shù)據(jù)過老的問題。IDHEAS的人誤數(shù)據(jù)基于已有數(shù)據(jù)庫和最新研究成果，更能代表最新的人員行為可靠性水平，同時該方法在研發(fā)時即計劃能依托于SACADA數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)而不斷更新，能從方法層面較好地解決人員基礎(chǔ)失誤數(shù)據(jù)的質(zhì)量問題。(3) IDHEAS方法作為美國核管理委員會聯(lián)合行業(yè)內(nèi)專家推出的新HRA方法，后續(xù)將在此基礎(chǔ)上進(jìn)行持續(xù)性的優(yōu)化和更新，其適用范圍和使用領(lǐng)域?qū)⒉粩鄶U(kuò)大和完善。

2) IDHEAS方法雖有眾多優(yōu)點，但在初步應(yīng)用嘗試中也發(fā)現(xiàn)有如下問題需要注意：采用IDHEAS方法進(jìn)行定量分析時，班組響應(yīng)事件樹的繪制較為復(fù)雜，對于單個人員失誤事件下的關(guān)鍵子任務(wù)的選取以及CFM的選擇需要一定的分析經(jīng)驗，不同分析人員有可能有不同的考慮。另外IDHEAS方法對于時間參數(shù)的具體數(shù)值缺乏敏感度，雖然方法論中給出了基于時間參數(shù)的計算考慮，但未給出可操作的計算方法。

3 結(jié)論

本文對IDHEAS方法進(jìn)行了深入研究和實例分析，研究和分析結(jié)果表明，IDHEAS方法具備較完善的理論框架和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，具備工程應(yīng)用的可操作性，該方法為HRA方法的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)問題提供了解決思路亦是一大亮點，同時，IDHEAS方法已存在對時間參數(shù)不敏感、班組響應(yīng)事件樹繪制較為復(fù)雜以及需要分析人員具備較高分析經(jīng)驗等特點?？傮w而言，IDHEAS方法是HRA領(lǐng)域未來的發(fā)展方向，我國HRA行業(yè)相關(guān)人員應(yīng)加大對該方法的研究和應(yīng)用嘗試。