压水堆核电机组在役检查进度计划编制与优化

□徐玉虎 王伟国

一、研究背景

截至2020年12月底，我国大陆地区商运核电机组达到48台，总装机容量为4,988万千瓦，仅次于美国、法国，位列全球第三[1]。核电产业规模不断扩大，核电与水电、火电、其他新能源的发电成本竞争越来越激烈。包含大亚湾1、2号机组和秦山1期核电机组等国内首批商运核电机组在内，压水堆机组占国内在役商运机组的96%。压水堆核电机组在役检查行业经过三十多年的发展，检测技术和装置历经了国外引进、消化吸收、自主研发的过程，目前国内核电机组的在役检查均由国内专业技术服务公司自行承担。

核电厂运营方为提高企业经营利润，要求不断优化在役检查项目的实施计划，缩短大修的工期，提高机组的发电业绩。另外，随着我国的核电服役机组越来越多，近些年在役检查工作的资源需求量也大幅增加。国内各个机组大修计划根据机组燃料损耗率、设备故障等问题会适时调整停堆大修的计划时间，从而给大修在役检查的计划编排带来很大的不确定性，而核岛在役检查对从业人员技能综合素质要求较高，且有核工业无损检测持证要求，人员培养储备需要较长时间，在短时人员需求大于供给的情况下，人力资源的合理配置也将影响在役检查的计划编排。因此，在役检查计划不断的创新改进和优化就成为了核电运维各方共同的迫切需求。

二、在役检查进度计划的编制策略

(一)在役检查进度计划的编制方法。

1.逻辑计划图。逻辑计划图是利用工作内容和箭头线组合共同表示工作流程，呈现为有向、有序的网状图形。可以帮助管理者迅速理清大修期间各项在役检查活动之间的逻辑顺序，表达任务构成，并经过进一步计算，使得管理者能够迅速找出决定大修进度的关键路径工作。

2.水位甘特图。水位甘特图作为逻辑计划图的补充，是以核电机组一回路水位图作为基础，将在役检查各检查项目根据水位图的总体进展用线条标出各个项目的起、止时间和延续时间，从而可以清晰了解到在役检查整体项目的时间分布、项目实施的需要的水位条件等。

3.人力直方图。人力直方图是在役检查人力资源管理和计划的重要工具，以日期为横坐标，以人员需求为纵坐标，直观显示出每日所需要的人力资源数，可以清晰地看到人力资源的需求峰值，并可以迅速计算出项目实施需要的总人工量及资源均衡指数，便于管理者预估人力资源需求。

(二)基于关键路径法的工期优化策略。关键路径法是目前在役检查进度编制的最常用手段，可以帮助管理者找出直接制约机组大修工期长短的大修检修项目，给管理者进行工期的管控和资源的配置提供判断依据。利用关键路径法优化大修工期的步骤如下。

1.首先将在役检查大纲计划进行项目分解，其中涵盖了配合在役检查实施的维修和运行操作工序。这些工序是在役检查的前提和必要条件，从而保证了工作任务分解的系统性和完整性。

2.根据以往的项目实施经验，对在役检查每项工作持续时间和逻辑关系进行分析梳理，并画出初步的逻辑计划图。

3.采用正推法依次计算每个项目的最早结束时间。例如对于项目i来说：

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

(1)

EF(i)=ES(i)+ti

(2)

式中：j——项目i的直接前序项目；

ti——项目i持续时间；

ES(i)——项目i的最早开始时间；

EF(i)——项目i的最早结束时间；

EF(j)——项目j的最早结束时间。

所有分项目的最晚结束时间即为整个项目的持续时间，即总工期。

D=max{LF(1,2,3…,n)}

(3)

式中：D——整个项目的工期；

n——项目总数；

LF——项目的最晚结束时间。

4.采用反推法计算出每个项目最迟开始时间。例如对于项目i来说：

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

(4)

LS(i)=LF(i)-ti

(5)

式中：k——项目i的直接后序项目；

LS(i)——项目i的最晚开始时间；

LF(i)——项目i的最晚结束时间；

LS(k)——项目k的最晚开始时间。

5.如果时间属性最迟结束时间LF与最早结束时间EF，或者最迟开始时间LS与最早开始时间ES时间的差额TF为零，则该项工作在关键路径上。所有项目时差为零的项目就组成了总工期的关键路径。

TF=LS-ES=LF-EF=0

(6)

6.对于计算出的大修工期关键路径项目进行工期优化。以往对于大修关键路径的在役检查项目都保证充足的人员以及24小时不间断的工作，因此对关键路径的在役检查的项目优化主要是从项目的逻辑关系展开分析，通过构建平行作业和交叉作业，或者将工期较长的项目分解，通过改变局部的逻辑关系来压缩项目的总工期。总工期对比公式见公式(7)。

ΔD=D″-D′

(7)

式中：ΔD——总工期的对比；

D′——优化前的总工期；

D″——优化后的总工期。

(三)基于资源优化理论的人力资源优化策略。资源优化主要是满足安全质量、大修进度工期的基础上，通过调整非大修工期关键路径在役检查的项目实施计划，减少对资源的占用，提高资源的利用率。在役检查资源优化主要考虑的是人力资源投入，对人力资源的优化策略分别为：

1.减少人力资源的使用总量。通过调整项目的实施的逻辑顺序，使得项目实施前后衔接、持续紧凑，减少人员等待时间，从而减少资源的使用总量。在役检查人力资源的使用总量用在役检查实施投入的总人天数进行衡量。

(8)

式中：Q——工期内资源总量；

Ri——计划第i天所需的资源量，其中i=1,2，…，D。

(9)

(10)

引入目标函数ΔW来对比两个计划方案哪个资源均衡更优。如ΔW<0说明调整后的资源分配比调整前更均衡，ΔW>0说明调整的资源分配不如调整之前的，ΔW=0说明调整前后的资源均衡是相同的，可以考虑不调整。

(11)

式中：ΔW——人力资源均衡系数的对比；

D′2——优化前资源计划的方差；

σ″2——优化后资源计划的方差。

(四)在役检查计划编制和优化的流程。核岛在役检查进度计划编制是梳理核电机组年度在役检查计划中规定的在役检查项目和核电厂内外部经验反馈的检查项目，结合现有的技术手段、作业空间等情况估算出作业工期，根据以往的在役检查实施经验确定各项工作实施的顺序，再匹配相应的人力资源，制定出在役检查的经验进度计划的过程。

在役检查计划优化首先运用关键路径法进行大修关键路径项目的计算，对大修关键路径项目进行工期优化，在大修工期最优化的基础下，再运用资源优化策略对非关键路径项目的人力资源进行优化，最后进行计划优化效果分析评价，验证优化结果是否满足大修工期的要求。

最终进度计划确定后，在役检查承担单位将最终的水位甘特图和逻辑计划图汇总到核电厂大修的统一计划中，并根据人力直方图配置人员，建立以项目经理负责制的组织管理机构。在大修前组织各项目工作负责人进行计划交底和宣贯，确保现场人员熟知并按照计划开展工作。大修期间电厂计划管理部门会通过统一的项目管理计划软件，隔离票管理系统对在役检查项目的进展进行实时跟踪，通过大修协调会、核岛计划会协调在役检查与电厂其他部门接口关系，保障在役检查项目按制定的计划严格执行。在役检查进度计划编制和优化的步骤流程如图1所示。

图1 在役检查计划编制优化流程图

三、某机组核岛在役检查进度计划编制和优化实践

以某核电机组的某次大修为例，此次大修执行的任务包含了一回路主设备的所有在役检查项目和一回路水压试验等一些重大定期试验，项目众多，项目之间关系也纷繁复杂。根据核岛在役检查进度计划编制和优化的流程，首先运用关键路径法对经验计划进行计算得出，占用大修关键路径的在役检查项目为反应堆压力容器筒体检查、核岛射线检查两个项目。

对占用关键路径的在役检查项目进行工期优化。针对现有的反应堆压力容器检查装置的技术特点，将检查项目细分，把下筒体环焊缝、底封头环焊缝等超声检查工序提前到低低水位期间检查，然后再提升到检查水位进行压力容器接管以上部位的检查。通过上述检查逻辑调整，既可以满足超声探头利用水耦合的技术要求，又有效地减少了2天大修关键路径工期。针对核岛低低水位期间射线检查任务，通过检查曝光量的计算和初排，射线检查累计需要12晚的探伤时间。经过对核岛厂房的布局以及射线检查技术特点的充分研究，将部分经验反馈项目安排在卸料期间，可减少核岛射线检查占用关键路径约3天的时间。经过对大修关键路径在役检查项目进行工期优化，减少了在役检查项目占用大修工期关键路径约5天的时间。

ΔD=D″-D′=5天

(12)

在关键路径在役检查项目的工期优化的基础上，选取视频检查项目和蒸汽发生器一次侧在役检查项目等非关键路径项目进行人力资源优化。反应堆顶盖被打开后吊到顶盖间存放，最先具备检查条件，而稳压器开孔后由于人孔比较小，内表面水分挥发较慢，一般迟于顶盖视频检查。蒸汽发生器一次侧水室视频检查可以和蒸汽发生器传热管涡流检查并行交替进行。堆内构件检查项目安排在压力容器检查水位期间进行，上述安排可以保证仅安排一组视频检查人员就可以满足大修所有视频检查任务。蒸汽发生器一次侧的四个项目前提条件需求各不相同，但都会占用蒸汽发生器的一次侧人孔的工作位置，不能同时进行。优先安排进行蒸汽发生器一次侧进出口接管焊缝射线检查，而后交叉进行蒸汽发生器传热管涡流检查和一次侧水室视频检查，而一次侧人孔孔带的手动超声检查由于时间短，穿插在其中进行，这样安排避免了重复拆装蒸汽发生器一次侧防水堵板，同时蒸汽发生器传热管涡流检查也调整为最多两台蒸汽发生器并行，另外一台与这两台串行，减少了涡流技术人员峰值需求。

ΔQ=Q″-Q′=-218

(13)

ΔW=σ″2-σ′2=-8<0

(14)

经过调整优化，分析人力资源总量变化值ΔQ和资源均衡系数变化值ΔW，可以看出，优化后的计划使得人力资源总量更小，更为平缓均衡。图2为某核电机组首次大修人力资源需求曲线与经验计划的人力需求曲线的对比图。

图2 优化前后计划人力资源分布对比图

通过某机组核岛在役检查进度计划编制和优化实践表明，优化后的计划可以减少在役检查占用大修关键路径时间约5天，同时减少了人力资源的使用总量，人力资源利用更为均衡。

四、结语

本文运用了关键路径法计算出某核电机组首次大修的关键路径在役检查项目，并结合在役检查的技术和设备特点，对关键路径项目进行了工期优化，对典型非关键路径项目进行人力资源优化。通过实践证明：优化后的计划可以减少在役检查占用大修的关键路径时间，提高了人力资源利用率，对提高核电机组发电业绩和降低在役检查承担单位的运营成本都具有积极贡献，对国内同类核电机组的在役检查进度计划编制具有重要的借鉴意义。