岳海波工程師

(江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222000)

0 引言

核電站消防隔離是指檢修核電站某個(gè)消防部件時(shí)，通過(guò)關(guān)閉閥門(mén)、切斷電源等措施將該部件與相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)進(jìn)行邊界隔離，實(shí)現(xiàn)維修部件與能源或工作流體分離，保證維修的安全性[1]。由于核設(shè)施的管理安全級(jí)別要求極高，核電站消防隔離一般分為6個(gè)環(huán)節(jié)開(kāi)展：提出隔離計(jì)劃—制定隔離邊界—隔離申請(qǐng)與審批—隔離許可證發(fā)放—隔離執(zhí)行與跟蹤—解除隔離[2]，其中制定隔離邊界在整個(gè)消防隔離工作中起著至關(guān)重要的作用。然而，目前該環(huán)節(jié)主要還是由隔離經(jīng)理根據(jù)消防系統(tǒng)圖人工繪制隔離邊界，隔離效率、可靠性及安全性都難以得到保證[3]。如何通過(guò)智能化手段制定消防隔離邊界，提升消防隔離效率，為相關(guān)工作人員提供可靠、適宜、安全的工作環(huán)境這一難題亟待解決。

隨著科技不斷進(jìn)步，核電站智能化管理進(jìn)入高速發(fā)展階段，智能技術(shù)作為一種先進(jìn)的生產(chǎn)工具被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于核電廠各領(lǐng)域，也為如何有效提升核電站消防隔離有效性及安全性指明方向[4-6]。基于對(duì)核電站消防隔離現(xiàn)狀的研究分析，筆者提出一種智能消防隔離輔助系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)智能化技術(shù)手段可有效解決因人工制定隔離邊界產(chǎn)生的安全隱患問(wèn)題。

1 消防隔離現(xiàn)狀分析

消防隔離主要體現(xiàn)在以下工作中：一是對(duì)核電站消防系統(tǒng)進(jìn)行周期性維保檢測(cè)時(shí)，需制定隔離計(jì)劃、劃定消防隔離邊界，確保方便檢測(cè)維護(hù)；二是消防設(shè)備損壞需要維修，如消火栓、探測(cè)器等，在進(jìn)行維修時(shí)需要進(jìn)行隔離，以便開(kāi)展維修工作[7]。核電站消防系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大，各子系統(tǒng)的設(shè)備都互相關(guān)聯(lián)，整個(gè)隔離邊界的制定及確認(rèn)過(guò)程繁雜且完全依賴于人工，受人員責(zé)任心、知識(shí)水平影響較大[8]。特別是大修期間，可能存在2個(gè)方面的錯(cuò)誤：一是過(guò)度隔離，造成其他消防設(shè)備不可用，導(dǎo)致區(qū)域火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)增高；二是2個(gè)以上隔離申請(qǐng)存在交叉隔離時(shí)，當(dāng)其中一個(gè)工單完成后，存在誤解除隔離風(fēng)險(xiǎn)，增加維修人員和設(shè)備的安全隱患。

2 智能消防隔離輔助系統(tǒng)

智能消防隔離輔助系統(tǒng)是基于服務(wù)器—客戶機(jī)結(jié)構(gòu)(Client-Server，CS)和瀏覽器/服務(wù)器架構(gòu)(Browser/Server Architecture，BS)相結(jié)合的技術(shù)架構(gòu)而研發(fā)的應(yīng)用型軟件系統(tǒng)，通過(guò)在線繪制或直接導(dǎo)入CAD消防系統(tǒng)圖，自動(dòng)完成結(jié)構(gòu)化建模。當(dāng)工作人員開(kāi)展消防隔離工作時(shí)，只需在系統(tǒng)界面輸入要隔離的電廠設(shè)備標(biāo)識(shí)系統(tǒng)碼(Kraftwerk-Kennzeichen System，KKS)，系統(tǒng)通過(guò)對(duì)比該設(shè)施的最優(yōu)隔離邊界和當(dāng)前消防系統(tǒng)的隔離現(xiàn)狀自動(dòng)制定出最優(yōu)隔離方案，生成隔離圖，列出影響范圍清單，并提出有效的補(bǔ)償措施。同時(shí)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)算消防系統(tǒng)可用率，自動(dòng)篩選消防設(shè)施不可用情況，并可生成報(bào)表。

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化智能建模

核電站中的消防元器件類型繁雜且數(shù)量較多，不同設(shè)計(jì)院出具的消防圖紙中采用的元器件圖例也存在一定差異，且有大量定制化的非標(biāo)準(zhǔn)元器件，導(dǎo)致自動(dòng)識(shí)別難度大，建模難度系數(shù)高，本系統(tǒng)主要分為6個(gè)方面進(jìn)行結(jié)構(gòu)化建模：

(1)搭建智能解析模型。先基于dxflib、cadlib4.0等數(shù)據(jù)庫(kù)處理CAD文件，并結(jié)合C#和UML語(yǔ)言將處理的CAD文件數(shù)據(jù)構(gòu)建智能解析模型。通過(guò)學(xué)習(xí)每個(gè)元器件圖像中的像素信息，對(duì)大量CAD圖像進(jìn)行自動(dòng)歸納總結(jié)共同點(diǎn)和特異點(diǎn)的方式，自動(dòng)解析并識(shí)別符合標(biāo)準(zhǔn)的元器件，將多種樣式的標(biāo)準(zhǔn)元器件識(shí)別出來(lái)。

(2)訓(xùn)練智能識(shí)別模型。使用華為ModelArts一站式AI開(kāi)發(fā)平臺(tái)訓(xùn)練海量數(shù)據(jù)，讓識(shí)別模型對(duì)每一種元器件都進(jìn)行分析訓(xùn)練計(jì)算，使識(shí)別模型能充分學(xué)習(xí)每種元器件的圖像特征，有效提高非標(biāo)準(zhǔn)元器件的識(shí)別成功率。

(3)文字信息智能識(shí)別模型。CAD圖紙不僅包含有大量元器件圖像，還有很多文字標(biāo)識(shí)和KKS碼等文字信息。關(guān)聯(lián)元器件智能識(shí)別模型和文字信息智能識(shí)別模型，自動(dòng)提取元器件的圖形和文字信息，通過(guò)圖形和標(biāo)識(shí)有機(jī)結(jié)合，做到準(zhǔn)確高效地識(shí)別并區(qū)分元器件和非元器件特殊圖形；同時(shí)掌握CAD圖紙中所有的元器件信息。

(4)自動(dòng)生成元器件清單。利用CAD圖智能解析模型、元器件智能識(shí)別模型、文字信息智能識(shí)別模型等3大模型對(duì)CAD圖紙中的元器件進(jìn)行多層次多方面的深入解析，識(shí)別出所有信息后，自動(dòng)對(duì)元器件和非元器件圖形進(jìn)行標(biāo)識(shí)并生成元器件清單。

(5)篩選并匹配KKS碼。利用文字識(shí)別模型將CAD圖紙中的所有文字信息識(shí)別出來(lái)，并根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的KKS碼匹配規(guī)則進(jìn)行篩選，將符合KKS碼匹配規(guī)則或部分符合的文字信息篩選出，再自動(dòng)根據(jù)空間坐標(biāo)系進(jìn)行匹配并生成KKS碼清單。

(6)匹配圖像與文字并生成設(shè)備清單。通過(guò)空間坐標(biāo)系，將之前識(shí)別出來(lái)的元器件與KKS碼進(jìn)行關(guān)聯(lián)，并將元器件與文字信息一一對(duì)應(yīng)起來(lái)，自動(dòng)將匹配的結(jié)果轉(zhuǎn)換為設(shè)備清單，完成結(jié)構(gòu)化建模。

2.2 最優(yōu)隔離邊界的制定

以消防水系統(tǒng)隔離為例，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化智能建模后，可通過(guò)KKS碼自動(dòng)定位到對(duì)應(yīng)的元器件，同時(shí)基于平面坐標(biāo)處理技術(shù)，并根據(jù)結(jié)構(gòu)化建模獲取的數(shù)據(jù)，找到該元器件附近所有的管道線；從對(duì)應(yīng)的元器件出發(fā)，沿著管道線，找到下個(gè)元器件，通過(guò)之前識(shí)別的元器件數(shù)據(jù)，判斷是否為隔離閥或疏水閥等，根據(jù)遞歸算法不斷往下找元器件，每一條管道都需要找到一個(gè)疏水閥和疏水閥之后最近的隔離閥；最終在找到所有管道的疏水閥和隔離閥之后，根據(jù)最優(yōu)路徑算法算出最近的隔離閥和疏水閥，并且滿足可以通過(guò)疏水閥把管道內(nèi)的水排出的條件，以此確定最優(yōu)隔離路徑；系統(tǒng)將自動(dòng)根據(jù)上述流程算出受影響的元器件，通過(guò)元器件的坐標(biāo)，獲取繪制區(qū)域的范圍，自動(dòng)制定出最優(yōu)隔離邊界圖，并列出受影響的設(shè)備清單。

2.3 系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)

消防隔離輔助系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程，如圖1。工作人員通過(guò)核電站企業(yè)管理軟件(System Applications and Products，SAP)系統(tǒng)填報(bào)消防系統(tǒng)隔離單并進(jìn)入消防隔離輔助系統(tǒng)，消防隔離輔助系統(tǒng)會(huì)根據(jù)從消防隔離單獲取的消防設(shè)施KKS碼，自動(dòng)查找該消防設(shè)施的最優(yōu)隔離邊界，并與當(dāng)前消防系統(tǒng)隔離狀態(tài)進(jìn)行比對(duì)，自動(dòng)生成當(dāng)前消防系統(tǒng)最優(yōu)隔離圖，列出隔離影響范圍，提出補(bǔ)償措施；隔離經(jīng)理批準(zhǔn)隔離后，該消防設(shè)施的隔離圖自動(dòng)生效，隔離狀態(tài)自動(dòng)更新，后續(xù)相關(guān)人員可查看隔離邊界圖及消防系統(tǒng)當(dāng)前隔離現(xiàn)狀；當(dāng)維修工作完成，隔離經(jīng)理取消隔離，智能消防隔離輔助系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)自動(dòng)更新，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反饋至SAP系統(tǒng)；消防設(shè)施的隔離圖及各節(jié)點(diǎn)信息進(jìn)行自動(dòng)存檔，方便回溯查看。

圖1 系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程圖

3 系統(tǒng)示范應(yīng)用

以國(guó)內(nèi)某核電站作為示范應(yīng)用對(duì)象，對(duì)該核電站1-4號(hào)機(jī)組消防系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入，完成結(jié)構(gòu)化建模。在試運(yùn)行過(guò)程中不斷對(duì)消防智能隔離系統(tǒng)更新迭代，實(shí)現(xiàn)與該核電站SAP系統(tǒng)(包括工作票系統(tǒng)、隔離管理系統(tǒng)、消防許可證系統(tǒng)等)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互，且在運(yùn)行過(guò)程中系統(tǒng)體系架構(gòu)(包含訪問(wèn)層、展現(xiàn)層、應(yīng)用層、數(shù)據(jù)層等)均響應(yīng)良好，系統(tǒng)間在大量系統(tǒng)數(shù)據(jù)對(duì)接過(guò)程中保持較強(qiáng)的穩(wěn)定性，滿足核電站消防系統(tǒng)隔離的需求。

目前該系統(tǒng)已穩(wěn)定運(yùn)行6個(gè)月，在此期間為該核電站KKS碼為30SGA30AA052的消火栓維修隔離工作提供有效的最優(yōu)隔離方案(如圖2)，確保維修工作安全進(jìn)行。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)維修隔離圖

經(jīng)過(guò)示范應(yīng)用，相對(duì)傳統(tǒng)消防隔離邊界的制定方式，智能消防隔離輔助系統(tǒng)具有諸多優(yōu)點(diǎn)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前消防系統(tǒng)工作狀態(tài)，自動(dòng)生成消防系統(tǒng)隔離圖，建立最優(yōu)隔離邊界，可以安全、方便地管理整個(gè)隔離過(guò)程，解決人為因素帶來(lái)的安全隱患；系統(tǒng)采用圖形化界面顯示，將傳統(tǒng)的設(shè)備代碼轉(zhuǎn)變?yōu)閳D形化的設(shè)備系統(tǒng)圖，實(shí)現(xiàn)直觀查詢隔離信息和設(shè)備狀態(tài)、快速確定隔離邊界、方便定位設(shè)備位置、查找上下游設(shè)備的目的；該系統(tǒng)與SAP系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)隔離狀態(tài)與工單的互通，數(shù)據(jù)統(tǒng)一，消除信息孤島，避免數(shù)據(jù)來(lái)源混亂產(chǎn)生的問(wèn)題；實(shí)時(shí)顯示消防系統(tǒng)的隔離狀態(tài)，對(duì)于影響較大的隔離申請(qǐng)，自動(dòng)給出建議補(bǔ)償措施，從而降低區(qū)域內(nèi)重疊隔離或解除隔離時(shí)的誤操作。

4 結(jié)論

筆者針對(duì)核電站消防隔離重點(diǎn)環(huán)節(jié)水平低下的問(wèn)題，研究并提出一種智能消防隔離輔助系統(tǒng)，該系統(tǒng)在核電站CAD消防圖基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化智能建模，并自動(dòng)制定出最優(yōu)隔離邊界，生成消防系統(tǒng)隔離圖，列出隔離影響范圍，提出補(bǔ)償措施。在示范應(yīng)用中，為工作人員提供有效的隔離方案，減少人因失誤，提高核電站消防隔離工作效率。綜上，智能消防隔離輔助系統(tǒng)基本滿足核電消防隔離方案優(yōu)、隔離效率高及系統(tǒng)兼容性強(qiáng)等需求，同時(shí)實(shí)現(xiàn)消防隔離智能化和精細(xì)化的管理工作模式，也為核電站消防安全管理評(píng)價(jià)提供參考依據(jù)，并為后期實(shí)現(xiàn)數(shù)字核電奠定基礎(chǔ)。