摘 要：从先进核电厂研发现状及发展趋势分析入手，研究了核电厂评价决策方法，尤其是对评价指标的构成、权重的确定、综合评价方法等进行了研究，并在此基础上开发界面清晰、直观，操作简便、灵活的先进核电厂专家表决系统。
关键词：先进核电厂；专家系统；评价指标
Abstract: Based on the analysis of current R&D status and trend, the methodology of technical assessment and decision making for deploying advanced nuclear power plants in China is investigated. The emphasis is focused on the selection of evaluation indices, the determination of weighing factors and the systematic assessment methods. An advanced expert voting system for experts to evaluate the proposals of the bidders for supplying nuclear power plants is developed. The software system is designed in such a way that the interface is clear, brief and easy to use for both software developers and users.
Key words: Advanced nuclear power plant; Expert system; Evaluation index
当前，核电技术的发展正处于变革前夕，而且还具有多方向性。同时，由于经济持续快速增长和环境容量的限制，我国对安全、清洁的核电能源会有更大的需求。因此，客观、全面地评价目前的核电新技术，根据中国国情科学地决策新型核电机组的选择，是中国核电行业面临的一项重要工作。
随着科学技术的不断发展和新材料、新工艺的不断涌现，核电技术也随之不断进步。因此，跟踪世界先进核电厂技术发展方向，对更新一代的先进核电厂进行综合评价，应当是中国核电行业一项长期的工作。
先进核电厂的评价和选择涉及多因素、多专业、多学科，而且这些因素、专业、学科也是变化的、发展的；同时由于“评价”是客观事物价值在人的主观意识之中的反映，因此对核电厂的评价也具有主观性，会因人、因时、因环境而异。评价者的背景、能力、乃至生理心理特征，都会影响到评价结论的公正、客观和全面。这种差异性是无法完全排除的。因此，为了降低评价过程中的人为因素影响和决策过程中的随机性，有必要建立一套既能反映核电技术发展的多样性、又能体现先进核电厂标准的相对统一性的评价指标体系及专家表决系统。本文试图在这方面做一些探讨。
1 评价指标体系的设计原则
评价指标体系是为反映评价目标的各个要素之间关系及其重要程度而建立的量化系统。它是联系主体与客体的桥梁，一方面要反映评价客体的本质属性，另一方面又要体现主体对评价对象的需要或要求。建立一套能比较全面地反映先进核电厂发展现状和未来需求的评价指标体系，并据此建立起多层次结构模型，是建设专家系统的第一步。
先进核电厂评价指标体系的设计遵循如下原则：
(1) 系统全面性，即全面反映各种堆型核电厂的综合实际情况，不能有任何遗漏。
(2) 简明、适度，即有一定的科学性，大小也适宜。指标体系过大，指标层次过多，指标过细，势必将评价者的注意力吸引到细小的问题上；而指标体系过小，指标层次过少，指标过粗，又不能充分反映各先进核电厂的实际水平。
(3) 独立性，即各评价指标和相应标准相互独立。
(4) 稳定可比性，即评价指标和标准有明确的内涵，易于在不同类型的核电厂之间相比较。
(5) 灵活可操作性，即评价指标体系具有足够的灵活性，以供决策者根据可能发生变化的实际情况，对子指标灵活运用。
2 先进核电厂评价指标体系的构建
2.1 选取评价指标
先进核电厂评价指标的选取过程，实质上就是对先进核电厂进行理论分析和概括的过程。按照前述的先进核电厂评价指标的选取原则，在向专家咨询的基础上，通过比较、分析和综合、归纳和演绎、类比等方法，形成先进核电厂两类评价指标：宏观评价指标和微观评价指标，每类指标又各分为两级
所谓“宏观评价指标”是指在比较不同种类的堆型（如：PWR、BWR、CANDU、HTGR）时所用的指标；所谓“微观评价指标”是指在比较同一类堆型（如：PWR中的CGP1000、AP1000、EPR）时所用的指标。
2.2 构造评价矩阵
以构造一级微观评价矩阵为例，参见图2。
设Z为某核电堆型方案的综合评价值，有：
Z=W×F （1）
式中：W为权重矩阵，W=(W1，W2，…,W8)；F为一级指标矩阵，F=(P，S，C，N，R，A，E，L)T。
其中，性能设计评价值P为：
P = WPPP （2）
式中：WP为性能设计指标权重矩阵，WP=(WP1，WP2，…,WP21)；PP为性能设计指标矩阵，PP=(P1，P2，…，P21)T。
类似地有其它7个一级指标矩阵：
安全设计评价值S为：
S = WSSS （3）
式中：WS为安全设计指标权重矩阵，WS=(WS1，WS2，…,WS4)；SS为安全设计指标矩阵，SS=(S1，S2，…,S4)T。
结构设计评价值C为：
C = WCCC （4）
式中：WC为结构设计指标权重矩阵，WC=(WC1，WC2，…,WC4)；CC为结构设计指标矩阵，CC=(C1，C2，…，C4)T。
材料选择评价值N为：
N = WNNN （5）
式中：WN为材料选择指标权重矩阵，WN=(WN1，WN2，WN3)；NN为材料选择指标矩阵，NN=(N1，N2，N3)T。
可靠性和可利用率评价值R为：
R = WRRR （6）
式中：WR为可靠性和可利用率指标权重矩阵，WR=(WR1，WR2，…,WR12)；RR为可靠性和可利用率指标矩阵，RR=(R1，R2，…，R12)T。
可建造性评价值A为：
A = WAAA （7）
式中：WA为可建造性指标权重矩阵，WA=(WA1，WA2，…,WA5)；AA为可建造性指标矩阵，AA=(A1，A2，…，A5)T。
经济性评价值E为：
E = WEEE （8）
式中：WE为经济性指标权重矩阵，WE=(WE1，WE2，WE3)；EE为经济性指标矩阵，EE=(E1，E2，E3)T。
国产化评价值L为：
L = WLLL （9）
式中：WL为国产化指标权重矩阵，WL=(WL1，WL2，WL3)；LL为国产化指标矩阵，LL=(L1，L2，L3)T。
2.3 处理评价指标
可以看到，先进核电厂评价指标中有定量指标，也有定性指标。在定量评价指标中，有些为正向指标（也称效益型指标），如电厂设计寿命、可利用率、净现值等，其指标值越大越好；有些为负向指标（也称成本型指标），如投资回收期、堆芯损坏概率，其指标越小越好；还有许多指标具有量纲。显然，不同的量纲是无法综合到一起的，从而也就无法做出综合评价。为此，在求各核电堆型方案的综合评价值时，就必须对这些指标进行无量纲化处理，即通过数学变换来消除指标量纲的影响。对负向指标也要进行技术处理。
2.3.1 定性指标的处理
定性指标可通过模糊评判法进行量化。具体方法为：请核电领域的有关专家(一般为6位以上)，对所给定的定性指标按规定的评语进行评判，由此计算指标的隶属度。
(1) 指标评语集：
V={V1(很好)，V2(较好)，V3(一般)，V4(较差)，V5(很差)}
(2) 标准隶属度集：
U=(1.0，0.8，0.5，0.2，0)
(3) 指标隶属度计算：依据N位专家对该定性指标所下的评语，按其标准隶属度进行平均，取平均隶属度作为该指标的隶属度。
2.3.2 定量指标和量纲指标的处理
(1) 指标的规范化
指标的规范化就是通过技术处理，消除指标间数量级差异过大和具有量纲的指标，使各指标在同一层次中具有可比性。具体方法是对指标进行指数化处理，即用同一指标数列中的最大值Imax去除数列中的每一个指标Ii，得到的商即为规范化处理后的指标值Iii。用下式计算：
Iii=Ii/Imax （10）
(2) 指标的同趋势化
指标的同趋势化就是通过整理变换，使所有指标转化为同一方向。在建设项目经济评价中统一规定指标大者为优（正向指标），这就要对指标小者为优（负向指标）的指标进行处理。具体处理方法可采用指标转置的方法，即大小值和求补法，用下式计算处理后的指标值：
Iii=Imax+Imin-Ii （11）
式中：Iii为处理后的指标值；Imax为指标最大值；Imin为指标最小值；Ii为原指标值。
2.4 确定指标权重
在多指标的综合评估问题中，各个指标对于评估总目标的影响和作用大小的重要程度不同。不解决这个问题，综合评价也无从谈起，因此，需要对指标赋权。
确定指标权重的方法主要有德尔菲专家咨询法（Delphi）、层次分析法（AHP）、二项系数加权法、环比评分法等。其中比较有代表性的且应用较多、较成功的主要有AHP和Delphi法。本文也用这两种方法来确定指标权重。
2.4.1 德尔菲法
德尔菲法是定性研究和预测常用的基本方法之一，是一种依靠某领域专家的知识和经验，在掌握了一定客观情况和实际资料的基础上，对询问的项目进行数轮评分，根据评分进行数理统计得出结果的评价和预测方法。其缺点是需要有足够的耐心，需要花上较长的时间完成一系列复杂的调查、修订过程。
德尔菲法的具体步骤有：确定工作目标；选择专家；第一轮征询意见；继续征询意见；对专家给出的结果进行统计处理，并整理出文字材料。
这里，专家群的选择很重要。要把核能领域各方面专家的评价经验引入计算机和专家系统，就要求所选的专家具有学科代表性、学术水平高、知识广博，既要有核电领域各学科的专家，也要有核电建设和运行管理专家。
2.4.2 层次分析法
层次分析法（Analytic Hierarchy Process，简称AHP法）是美国运筹学专家T.L.Saaty教授在上世纪70年代提出的一种定量与定性相结合的多目标决策分析方法。它将评价者对复杂系统的评价思维过程数学化，从而为决策者提供定量形式的决策依据。其基本思路是通过分析复杂问题所包含的因素及其相互关系，将问题分解为若干层次和若干要素，并在每一层次按照一定准则对该层元素进行逐对比较，再按标度定量化形成判断矩阵。通过计算判断矩阵的最大特征值以及相对应的正交化特征向量，得出该元素对该准则的权重。
运用AHP法确定指标权重的具体步骤如下：
(1) 构造判断矩阵
判断矩阵用以表示同一层次各个指标的相对重要性的判断值。各指标的相对重要性由若干位专家来判定，同时引入九分位的相对重要的比例标度
表2中相邻评价的中间值分别取值为8、6、4、2、1/2、1/4、1/6、1/8。
矩阵中元素bij表示指标i与指标j相比的重要性，且有：
bij>0, bii=1, bij=1/bji
(2) 计算单一准则下的相对权重
这一步要解决在某准则G下n个元素Bi（i＝1，2，...，n；式中，n为矩阵阶数）排序权值的计算。
设判断矩阵B的最大特征根为λmax，其相应的特征向量为W，解判断矩阵B的特征根问题：BW＝λmaxW，所得W经归一化后，即为同一层次相应指标在准则G下的权重向量。
(3) 一致性检验
由于客观事物的复杂性以及人们对事物认识的模糊性和多样性，所给出的判断矩阵不可能完全一致，有必要进行一致性检验。用来衡量判断矩阵不一致程度的数量指标叫做一致性指标，记作CI：
CI=(λmax-n)/(n-1) （12）
式中：λmax是判断矩阵B的最大特征根。
CI的值越小，B的一致性越好。完全达到一致性的要求是很少的，为使一致性程度在一定范围内仍可使用AHP法，引入随机一致性指标：RI。它是通过随机抽样、取值并算出的多个判断矩阵的一致性指标的平均值。若随机一致性比率CR＝CI／RI＜0.10，则判断矩阵B具有满意的一致性，否则需要重新进行两两比较，对B加以调整。随机一致性指标RI的取值有专门的表可查。
2.5 综合评价
要对所评价的核电厂从整体上进行时间上和空间上的对比分析，还要对核电堆型方案进行综合评价。综合评价就是在对评价指标数值进行无量纲化处理、确定指标权重的基础上，将评价指标体系所反映的待评核电堆型方案的信息综合合成为科学、合理、客观的综合评价值，以从整体上对被评价对象的发展状况和相对发展程度做出综合评价。
可用于综合评价的合成方法很多，主要有加法合成、乘法合成、加乘混合法、代换法等。本文采用加权线性和法来求综合评价值，基本公式为：
Z=∑WiZi （13）
式中：Z代表综合评价值，Wi代表指标I权重，Zi代表指标I评价值，i=1，2，3，…，n。
即有：核电堆型方案的综合评价值＝∑一级指标评价值×一级指标权重
一级指标评价值＝∑二级指标评价值×二级指标权重
二级指标评价值＝∑评估元素值×元素权重
3 举 例
因篇幅所限，仅以一级微观指标“可靠性与可利用率”中的几项二级指标为例。
某核电建设项目有A、B、C、D 4个方案供选择，对其堆芯损坏概率、可利用率、换料大修时间、与运行有关的人因要求等评价指标评判得到各评价指标见对指标1和3作规范化和同趋势化处理，处理后的结果 权重判断矩阵及指标权重计算见表5。
综合评判计算结果见表6。
选择：由表6总排序结果，应选择方案A。
4 先进核电厂评价专家系统
4.1 基本设计思想
模拟上述分析问题、解决问题的思路，利用存储起来的知识分析、处理问题。
4.2 专家系统的逻辑图
先进核电厂评价专家系统的逻辑结构如图3所示。
图3 “核电发展趋势和技术选择评估专家系统”结构
图中各模块的作用如下：
知识库：用以存放与核领域相关的书本知识、常识性知识和专家提供的专门知识，特别是来自评价指标体系中反映先进核电厂的指标和参数，如：造价、电价、安全性能、建造周期、燃料循环方式、放射性废物、核不扩散、环境影响、参考电厂业绩、国家产业政策（自主化、国产化要求），等等；
综合数据库：用于存放关于问题求解的初始数据、求解状态、中间结果、假设、目标及最终求解结果；
推理机：在一定的控制策略下针对综合数据库中的当前信息，识别和选取知识库中对当前求解有用的知识进行推理；
知识获取程序：在专家系统的知识库建造中用以部分代替知识工程师进行专门知识的自动获取，实现专家系统的自学习，不断完善知识库；
解释程序：根据用户的提问，对系统给出的结论、求解过程以及系统当前的求解状态提供说明，便于用户理解系统的问题求解，增加用户对求解结果的信任程度；
人机接口：将专家或用户的输入信息翻译为系统可接受的内部形式，把系统向专家或用户输出的信息转换成人类易于理解的外部形式。
4.3 专家系统的建设
(1) 建设步骤
根据专家调查表，确定E-R图；将E-R图转换成关系模式；设计存储数据的表；
软件设计，主要有数据库设计、人机界面设计、评估模型；
确定评价系统的设计和编程实现；
调试与试运行。
(2) 设计方法
基于设计目标的要求，采用面向对象的方法，使用UML进行设计；
软件的架构采用MVC模式；
使用快速原型反复迭代的开发方法。
(3) 开发环境
Microsoft Visual C++；
Microsoft C#+.net；
Microsoft Java；
Microsoft Visual Basic。
5 结束语
知识的积累和发展是知识创新的一个基础和前提。在核能科学技术几十年发展的实践中，产生和积累了大量的科学数据、资料、专门知识和经验。本文所介绍的评价方法和评价系统，可以有效地利用这些资源，对先进核电厂选型提供决策支持。
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