壓水堆核電機組在役檢查進度計劃編制與優化

□徐玉虎 王偉國

一、研究背景

截至2020年12月底，我國大陸地區商運核電機組達到48臺，總裝機容量為4,988萬千瓦，僅次于美國、法國，位列全球第三[1]。核電產業規模不斷擴大，核電與水電、火電、其他新能源的發電成本競爭越來越激烈。包含大亞灣1、2號機組和秦山1期核電機組等國內首批商運核電機組在內，壓水堆機組占國內在役商運機組的96%。壓水堆核電機組在役檢查行業經過三十多年的發展，檢測技術和裝置歷經了國外引進、消化吸收、自主研發的過程，目前國內核電機組的在役檢查均由國內專業技術服務公司自行承擔。

核電廠運營方為提高企業經營利潤，要求不斷優化在役檢查項目的實施計劃，縮短大修的工期，提高機組的發電業績。另外，隨著我國的核電服役機組越來越多，近些年在役檢查工作的資源需求量也大幅增加。國內各個機組大修計劃根據機組燃料損耗率、設備故障等問題會適時調整停堆大修的計劃時間，從而給大修在役檢查的計劃編排帶來很大的不確定性，而核島在役檢查對從業人員技能綜合素質要求較高，且有核工業無損檢測持證要求，人員培養儲備需要較長時間，在短時人員需求大于供給的情況下，人力資源的合理配置也將影響在役檢查的計劃編排。因此，在役檢查計劃不斷的創新改進和優化就成為了核電運維各方共同的迫切需求。

二、在役檢查進度計劃的編制策略

(一)在役檢查進度計劃的編制方法。

1.邏輯計劃圖。邏輯計劃圖是利用工作內容和箭頭線組合共同表示工作流程，呈現為有向、有序的網狀圖形?？梢詭椭芾碚哐杆倮砬宕笮奁陂g各項在役檢查活動之間的邏輯順序，表達任務構成，并經過進一步計算，使得管理者能夠迅速找出決定大修進度的關鍵路徑工作。

2.水位甘特圖。水位甘特圖作為邏輯計劃圖的補充，是以核電機組一回路水位圖作為基礎，將在役檢查各檢查項目根據水位圖的總體進展用線條標出各個項目的起、止時間和延續時間，從而可以清晰了解到在役檢查整體項目的時間分布、項目實施的需要的水位條件等。

3.人力直方圖。人力直方圖是在役檢查人力資源管理和計劃的重要工具，以日期為橫坐標，以人員需求為縱坐標，直觀顯示出每日所需要的人力資源數，可以清晰地看到人力資源的需求峰值，并可以迅速計算出項目實施需要的總人工量及資源均衡指數，便于管理者預估人力資源需求。

(二)基于關鍵路徑法的工期優化策略。關鍵路徑法是目前在役檢查進度編制的最常用手段，可以幫助管理者找出直接制約機組大修工期長短的大修檢修項目，給管理者進行工期的管控和資源的配置提供判斷依據。利用關鍵路徑法優化大修工期的步驟如下。

1.首先將在役檢查大綱計劃進行項目分解，其中涵蓋了配合在役檢查實施的維修和運行操作工序。這些工序是在役檢查的前提和必要條件，從而保證了工作任務分解的系統性和完整性。

2.根據以往的項目實施經驗，對在役檢查每項工作持續時間和邏輯關系進行分析梳理，并畫出初步的邏輯計劃圖。

3.采用正推法依次計算每個項目的最早結束時間。例如對于項目i來說：

ES(i)=max{EF(j)}

(1)

EF(i)=ES(i)+ti

(2)

式中：j——項目i的直接前序項目；

ti——項目i持續時間；

ES(i)——項目i的最早開始時間；

EF(i)——項目i的最早結束時間；

EF(j)——項目j的最早結束時間。

所有分項目的最晚結束時間即為整個項目的持續時間，即總工期。

D=max{LF(1,2,3…,n)}

(3)

式中：D——整個項目的工期；

n——項目總數；

LF——項目的最晚結束時間。

4.采用反推法計算出每個項目最遲開始時間。例如對于項目i來說：

LF(i)=min{LS(k)}

(4)

LS(i)=LF(i)-ti

(5)

式中：k——項目i的直接后序項目；

LS(i)——項目i的最晚開始時間；

LF(i)——項目i的最晚結束時間；

LS(k)——項目k的最晚開始時間。

5.如果時間屬性最遲結束時間LF與最早結束時間EF，或者最遲開始時間LS與最早開始時間ES時間的差額TF為零，則該項工作在關鍵路徑上。所有項目時差為零的項目就組成了總工期的關鍵路徑。

TF=LS-ES=LF-EF=0

(6)

6.對于計算出的大修工期關鍵路徑項目進行工期優化。以往對于大修關鍵路徑的在役檢查項目都保證充足的人員以及24小時不間斷的工作，因此對關鍵路徑的在役檢查的項目優化主要是從項目的邏輯關系展開分析，通過構建平行作業和交叉作業，或者將工期較長的項目分解，通過改變局部的邏輯關系來壓縮項目的總工期?？偣て趯Ρ裙揭姽?7)。

ΔD=D″-D′

(7)

式中：ΔD——總工期的對比；

D′——優化前的總工期；

D″——優化后的總工期。

(三)基于資源優化理論的人力資源優化策略。資源優化主要是滿足安全質量、大修進度工期的基礎上，通過調整非大修工期關鍵路徑在役檢查的項目實施計劃，減少對資源的占用，提高資源的利用率。在役檢查資源優化主要考慮的是人力資源投入，對人力資源的優化策略分別為：

1.減少人力資源的使用總量。通過調整項目的實施的邏輯順序，使得項目實施前后銜接、持續緊湊，減少人員等待時間，從而減少資源的使用總量。在役檢查人力資源的使用總量用在役檢查實施投入的總人天數進行衡量。

(8)

式中：Q——工期內資源總量；

Ri——計劃第i天所需的資源量，其中i=1,2，…，D。

(9)

(10)

引入目標函數ΔW來對比兩個計劃方案哪個資源均衡更優。如ΔW<0說明調整后的資源分配比調整前更均衡，ΔW>0說明調整的資源分配不如調整之前的，ΔW=0說明調整前后的資源均衡是相同的，可以考慮不調整。

(11)

式中：ΔW——人力資源均衡系數的對比；

D′2——優化前資源計劃的方差；

σ″2——優化后資源計劃的方差。

(四)在役檢查計劃編制和優化的流程。核島在役檢查進度計劃編制是梳理核電機組年度在役檢查計劃中規定的在役檢查項目和核電廠內外部經驗反饋的檢查項目，結合現有的技術手段、作業空間等情況估算出作業工期，根據以往的在役檢查實施經驗確定各項工作實施的順序，再匹配相應的人力資源，制定出在役檢查的經驗進度計劃的過程。

在役檢查計劃優化首先運用關鍵路徑法進行大修關鍵路徑項目的計算，對大修關鍵路徑項目進行工期優化，在大修工期最優化的基礎下，再運用資源優化策略對非關鍵路徑項目的人力資源進行優化，最后進行計劃優化效果分析評價，驗證優化結果是否滿足大修工期的要求。

最終進度計劃確定后，在役檢查承擔單位將最終的水位甘特圖和邏輯計劃圖匯總到核電廠大修的統一計劃中，并根據人力直方圖配置人員，建立以項目經理負責制的組織管理機構。在大修前組織各項目工作負責人進行計劃交底和宣貫，確?，F場人員熟知并按照計劃開展工作。大修期間電廠計劃管理部門會通過統一的項目管理計劃軟件，隔離票管理系統對在役檢查項目的進展進行實時跟蹤，通過大修協調會、核島計劃會協調在役檢查與電廠其他部門接口關系，保障在役檢查項目按制定的計劃嚴格執行。在役檢查進度計劃編制和優化的步驟流程如圖1所示。

圖1 在役檢查計劃編制優化流程圖

三、某機組核島在役檢查進度計劃編制和優化實踐

以某核電機組的某次大修為例，此次大修執行的任務包含了一回路主設備的所有在役檢查項目和一回路水壓試驗等一些重大定期試驗，項目眾多，項目之間關系也紛繁復雜。根據核島在役檢查進度計劃編制和優化的流程，首先運用關鍵路徑法對經驗計劃進行計算得出，占用大修關鍵路徑的在役檢查項目為反應堆壓力容器筒體檢查、核島射線檢查兩個項目。

對占用關鍵路徑的在役檢查項目進行工期優化。針對現有的反應堆壓力容器檢查裝置的技術特點，將檢查項目細分，把下筒體環焊縫、底封頭環焊縫等超聲檢查工序提前到低低水位期間檢查，然后再提升到檢查水位進行壓力容器接管以上部位的檢查。通過上述檢查邏輯調整，既可以滿足超聲探頭利用水耦合的技術要求，又有效地減少了2天大修關鍵路徑工期。針對核島低低水位期間射線檢查任務，通過檢查曝光量的計算和初排，射線檢查累計需要12晚的探傷時間。經過對核島廠房的布局以及射線檢查技術特點的充分研究，將部分經驗反饋項目安排在卸料期間，可減少核島射線檢查占用關鍵路徑約3天的時間。經過對大修關鍵路徑在役檢查項目進行工期優化，減少了在役檢查項目占用大修工期關鍵路徑約5天的時間。

ΔD=D″-D′=5天

(12)

在關鍵路徑在役檢查項目的工期優化的基礎上，選取視頻檢查項目和蒸汽發生器一次側在役檢查項目等非關鍵路徑項目進行人力資源優化。反應堆頂蓋被打開后吊到頂蓋間存放，最先具備檢查條件，而穩壓器開孔后由于人孔比較小，內表面水分揮發較慢，一般遲于頂蓋視頻檢查。蒸汽發生器一次側水室視頻檢查可以和蒸汽發生器傳熱管渦流檢查并行交替進行。堆內構件檢查項目安排在壓力容器檢查水位期間進行，上述安排可以保證僅安排一組視頻檢查人員就可以滿足大修所有視頻檢查任務。蒸汽發生器一次側的四個項目前提條件需求各不相同，但都會占用蒸汽發生器的一次側人孔的工作位置，不能同時進行。優先安排進行蒸汽發生器一次側進出口接管焊縫射線檢查，而后交叉進行蒸汽發生器傳熱管渦流檢查和一次側水室視頻檢查，而一次側人孔孔帶的手動超聲檢查由于時間短，穿插在其中進行，這樣安排避免了重復拆裝蒸汽發生器一次側防水堵板，同時蒸汽發生器傳熱管渦流檢查也調整為最多兩臺蒸汽發生器并行，另外一臺與這兩臺串行，減少了渦流技術人員峰值需求。

ΔQ=Q″-Q′=-218

(13)

ΔW=σ″2-σ′2=-8<0

(14)

經過調整優化，分析人力資源總量變化值ΔQ和資源均衡系數變化值ΔW，可以看出，優化后的計劃使得人力資源總量更小，更為平緩均衡。圖2為某核電機組首次大修人力資源需求曲線與經驗計劃的人力需求曲線的對比圖。

圖2 優化前后計劃人力資源分布對比圖

通過某機組核島在役檢查進度計劃編制和優化實踐表明，優化后的計劃可以減少在役檢查占用大修關鍵路徑時間約5天，同時減少了人力資源的使用總量，人力資源利用更為均衡。

四、結語

本文運用了關鍵路徑法計算出某核電機組首次大修的關鍵路徑在役檢查項目，并結合在役檢查的技術和設備特點，對關鍵路徑項目進行了工期優化，對典型非關鍵路徑項目進行人力資源優化。通過實踐證明：優化后的計劃可以減少在役檢查占用大修的關鍵路徑時間，提高了人力資源利用率，對提高核電機組發電業績和降低在役檢查承擔單位的運營成本都具有積極貢獻，對國內同類核電機組的在役檢查進度計劃編制具有重要的借鑒意義。