核电厂全范围严重事故仿真平台是针对国内百万千瓦级压水堆核电机组，研制出一套全范围严重事故仿真系统样机，能够满足运行核电厂、研究设计单位在严重事故应对培训、事故缓解研究、验证等方面需求，具有严重事故应对操纵培训、严重事故规程验证、事故分析、应急演练及决策支持等作用。
计算机系统设计旨在为核电厂全范围严重事故仿真的先进关键技术研究提供硬件环境。该系统在满足设计目标的前提下，充分考虑到软件的开发、测试和软件版本工作的可靠性，在网络结构的设计上具有很好的扩展性和灵活性。
1 需求分析
全范围模拟机由操作站、仿真服务器、教练员工作站、过程模型、模拟机数字仪控系统和其他软件及所需要的硬件等组成。
模拟机的计算机系统是基于PC机的，并带有所需要的硬件及软件，能够满足整个系统的特殊需求，如微软的Windows操作系统。这个操作系统允许集成同样是微软开发的办公软件如Excel、Access、Office等。使用同一个操作系统，有助于减少稳定性等方面的问题及冲突。
严重事故仿真平台提供的操作站及液晶显示器等硬件设备，根据国内百万千瓦级压水堆核电机组主控室内的配置在外观及功能上保持一致。
本文主要介绍核电厂全范围严重事故仿真平台的计算机系统的设计范围，包括：建立系统网络通信平台，提供整体硬件配置策略等。为满足该仿真平台的性能要求，下面分别从网络、系统、设备等3个方面的需求进行分析。
1.1 平台网络要求
满足核电厂全范围严重事故仿真平台的网络通信要求，为各软件的运行通信提供安全便捷的“桥梁”支持；本平台的网络通信需要具备良好的性能，支持大数据量和实时要求的各类应用；能够可靠运行，便于维护。
1.2 平台系统要求
（1）简便性。平台中的计算机系统应该是易于配置、管理，并保障使用简便、易于操作。
（2）广泛性。客户端和服务器的操作系统应尽可能支持多种硬件设备。
（3）稳定性。平台系统的运行应具有稳定性和可靠性。
（4）易管理性。平台系统应提供便利的管理方式，便于系统维护人员方便对整个系统进行管理和维护。
平台系统在设计中尽可能采用开放的技术，选择当今主流的操作系统及应用软件，确保系统能够适应未来一段时间的发展需求。
1.3 平台设备要求
根据仿真平台的功能需求，系统选择的硬件设备应尽可能地选择同型号的设备。系统设备需考虑其先进性、共用性，便于管理和维护，且具有良好的扩展性等。
系统设备在满足仿真平台所需功能与性能的前提下，需具有高的性价比。除特殊定制设备外，其他计算机设备应该选择现今的主流产品，供应商的品牌及市场形象、售后技术支持也作为关键的评估要素。
2 网络系统设计
下文从网络系统的设计原则、目标及方案等方面介绍仿真平台的网络系统设计。
2.1 设计原则
核电厂全范围严重事故仿真平台的计算机网络系统的设计需要考虑：设计合理性、运行可靠行、应用先进性，并支持后续研发、培训、维护的需求。
仿真平台网络系统设计的总体原则是：
（1）为核电厂全范围严重事故仿真平台的研发提供一个先进、可靠、稳定的系统平台。
（2）使用当前成熟先进的技术，并兼顾未来的研发需求。
为此，在进行方案设计时将遵循以下几个性能指标：
2.1.1 先进性
保证所采用的设备和技术属当今主流产品，在相关计算机技术及网络技术方面处于领先地位。
2.1.2 实用性
系统的性能指标应能够满足平台研发和培训的要求。网络系统应当性能可靠，管理方便，易于维护。
2.1.3 开放性
平台系统网络应支持标准的接口，选择广泛应用的标准和协议，确保能够与其它相关系统互联。
2.1.4 可扩展性
网络应具有良好的可扩展能力，能够根据需要对其进行调整和扩充。
2.2 设计目标
核电厂全范围严重事故仿真平台网络系统可分为虚拟DCS部分、仿真模型部分、虚拟现实部分等。
仿真平台网络系统建设的总体目标如下：
（1）采用先进成熟的网络技术，符合行业标准。
（2）采用的技术及设备应该具有可扩展性。
（3）合理进行网络划分，实现有效的运行管理。
（4）增加网络系统的运行可靠性，降低故障隐患。
（5）做好必要的网线备份，提供多层次的安全保障。
2.3 技术方案要求
2.3.1 网络系统设计
核电厂全范围严重事故仿真平台的计算机网络系统由几组不同的网段组成，结合实际应用需求采用总线型拓扑结构交换式千兆以太网技术。
2.3.2 通信协议设计
根据核电厂全范围严重事故仿真平台计算机系统的总体设计思想，鉴于严重事故仿真平台的特殊性。网络主要利用TCP/IP通信协议技术，保证网络的互联互通。
2.3.3 网络方案设计
严重事故仿真平台网络设计方案的交换机主要采用2台三层交换机。性能稳定可靠，具有高度的扩展性，能够满足现有和未来的研发、培训需要。
3 计算机设备配置设计
计算机系统详细设计的主要内容之一是设计计算机系统的配置方案，按照系统的功能和性能要求进行综合考虑，在计算机系统软硬件支持的基础上，从系统实现的目标出发进行具体的计算机软硬件系统及其网络系统的选择和配置，并设计详细的计算机系统配置方案。
3.1 可用性
严重事故仿真平台设计采用基于现货供应、定制生产的标准硬件和系统。为了保障仿真平台各硬件设备的可用性，基于以下设计：
（1）稳定连续的电源供应。
（2）支持可移动介质作为文件备份。
（3）商业可用性，标准的处理器，控制台及外围设备。
（4）分散式系统结构。
（5）充足的计算能力和存储空间。
（6）高适应性的操作系统。
（7）成熟的仿真系统。
（8）充分测试及验证的模型。
结论：开放式结构设计及充足的计算能力是高可靠性设计的关键。仿真平台所配置的硬件，提供充足的计算能力，并允许将来更多的扩展及延伸。甚至在一台或者多台计算机坏掉时，仿真平台依然可用。
3.2 指标说明
3.2.1 设备选配
设备选择与配置根据实际情况来确定，即按平台具体需求来分析考虑配置设备（包括软、硬件设备）。具体来说有如下几方面：
（1）容量。根据仿真平台数据存储容量确定所要配置的机器需要多大的储存容量。
（2）终端配置。根据系统的功能需要配置终端、根据仿真平台的设计确定终端的位置。
（3）速度。包括服务器的速度，终端的速度和网络的通信速度。
3.2.2 设备选择
仿真平台系统中应尽量选择技术成熟、性价比高的计算机设备。一般根据技术可靠性，维修便利性，新旧设备兼容性，可扩展性等方面来评定，尽量选择熟知的、具有一定品牌效应的设备型号。
3.2.3 硬件指标
计算机硬件本身需要考虑的指标：主机的型号、结构；主机的处理器性能；内存的大小及性能；硬盘的大小，访问速度；扩展（升级）是否方便等。如，严重事故过程仿真服务器计算量很大（串行），对硬盘的读写速度要求很高，所以主要考虑选择高主频的处理器，选择读写速更快的固态硬盘。
3.2.4 其他
除上考虑考虑了上述设备的指标外，软件的考虑主要因素是操作系统能否支持平台软件的运行，网络的拓扑结构是否最优化等。
3.3 计算机设备系统组成
核电厂全范围严重事故仿真平台计算机系统组成主要划分为模拟机计算机系统、核电厂虚拟现实系统、应急演练系统。
3.3.1 模拟机计算机系统
核电厂全范围严重事故仿真平台模拟机计算机系统参照实际电厂全范围模拟机设计，由于增加严重事故的计算，其主仿真服务器性能比实际全范围模拟机性能要求更高（高主频、大内存、使用固态硬盘等）。核电厂全范围严重事故仿真平台提供两台教练员工作站站，用来监视和控制模拟机状态，以及监控模拟机操作状态，教练员工作站将基于PC，并通过高速以太网连接到仿真服务器。核电厂全范围严重事故仿真平台DCS系统软件采用NSVIWE平台，其客户端优点是支持一个主机带五个显示屏，在功能达到核电厂全范围模拟机要求的基础上，对布置进行简化。
图1 模拟机计算机系统配置图
3.3.2 核电厂虚拟现实系统
核电厂严重事故的进程仅仅通过严重事故计算程序来计算核电厂的参数了解电厂状态，对操纵员来说很不形象，也难以准确地把握事故的进程。随着虚拟现实技术的发展，将虚拟现实技术应用到核电仿真中已成为可能。本平台利用当下主流的虚拟现实开发平台，针对压水堆核电厂开发严重事故下的三维模型，并且与核电厂严重事故模拟机实时仿真系统连接，获得严重事故状态时的反应堆三维状态、参数变化，利用虚拟现实支撑系统环境，直观、有效地展示核电厂严重事故的进程。
本平台虚拟现实系统中用到硬件主要有高性能图形工作站、立体投影机、立体投影幕、视频矩阵、立体发射器、视频头盔、音响系统、交换机、投影显示器等。
核电厂全范围模拟机严重事故仿真平台虚拟现实系统搭建完全沉浸式立体环境。完全沉浸式立体环境在一个单独的遮光房间。
图2 核电厂虚拟现实系统配置图
3.3.3 应急演练系统
核电厂严重事故应急处置模拟演练系统是严重事故仿真平台的重要应用之一，开发应急模拟演练系统，提高应急人员应急指挥决策和响应能力。它包括数字预案系统、演练计划系统、三维模型推演系统、总结评估系统等。
研究和开发应急状态模拟程序，能准确模拟核电厂内外的核辐射水平，并且在严重事故发生时分析计算现实源项，并根据风力、风向等参数，结合地理因素的情况，确定现实应急区域，以使应急指挥选择正确合理、有效的防护措施，选择合适的撤离路线撤离人员，从而减少核事故对人员的伤害，降低应急成本，减少经济损失。
核电厂核事故应急状态模拟系统的计算机硬件系统组件包括：3台服务器（数据库、GIS、应用），1个磁盘阵列，1个三层交换机，6个终端机（客户端）。
图3 应急演练系统配置图
4 结语
核电厂全范围严重事故仿真平台已通过相关专家评委的评审，该平台样机能够满足严重事故应对培训、规程验证、事故分析、应急演练、核电厂虚拟漫游及设备操作培训等。
严重事故仿真系统应用于严重事故管理导则优化、人员培训，有利于提高核电厂应急响应水平。应急状态模拟系统平台适用于应急预案的数字化、执行程序的有效性验证、培训和应急响应能力的考核，提高突发事件应急保障能力、最大限度地减少突发事件造成的人员伤亡和经济损失以及社会影响具有重大意义。
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（作者杨政理系中广核（北京）仿真技术有限公司仿真系统工程师）
