樊　勝，李　彬，張　華，周少鵬，李　達，馬　寬，劉　颯，廉旭姣

（1. 國家核電技術(shù)公司科研部（重大辦），北京　100029；2. 國核（北京）科學(xué)技術(shù)研究院，北京　100029；3. 中國航天系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院，北京　100048；4. 環(huán)境保護部核與輻射安全中心，北京　100082）

技術(shù)成熟度的應(yīng)用對我國核電研發(fā)的啟示

樊勝1，李彬1，張華2，周少鵬3，李達3，馬寬3，劉颯2，廉旭姣4

（1. 國家核電技術(shù)公司科研部（重大辦），北京100029；2. 國核（北京）科學(xué)技術(shù)研究院，北京100029；3. 中國航天系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院，北京100048；4. 環(huán)境保護部核與輻射安全中心，北京100082）

針對核電工程技術(shù)難度大、研制周期長、經(jīng)費投入大等特點，調(diào)研了技術(shù)成熟度在國外核電工程領(lǐng)域的應(yīng)用情況。在介紹應(yīng)用背景的基礎(chǔ)上，文章分析了技術(shù)成熟度應(yīng)用的五類典型案例及在案例中發(fā)揮的主要作用。最后，通過總結(jié)國外應(yīng)用經(jīng)驗，提出了在我國核電領(lǐng)域開展技術(shù)成熟度應(yīng)用研究的啟示。

核電工程；技術(shù)成熟度；國外經(jīng)驗；啟示

核電工程具有研制周期長、新技術(shù)多、技術(shù)難度大、經(jīng)費投入大、研制風(fēng)險高等特點。技術(shù)成熟度作為一種規(guī)范、量化、系統(tǒng)的技術(shù)管理工具，已經(jīng)在國外核電領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，被證明能夠有效提升核電工程的科研管理能力。

技術(shù)成熟度，起源于20世紀70年代美國航空航天局（NASA），是指技術(shù)相對于項目或系統(tǒng)預(yù)期目標的成熟程度［1］。它分階段描述了一項技術(shù)從萌芽狀態(tài)到成功應(yīng)用于一個系統(tǒng)的成熟歷程，劃分為4個階段9個級別：原理和技術(shù)概念驗證（T R L1-3）、技術(shù)攻關(guān)和演示驗證（TRL4-6）、產(chǎn)品開發(fā)和驗證（TRL7-8）、產(chǎn)品應(yīng)用（TRL9）。鑒于技術(shù)成熟度在技術(shù)研發(fā)和科研管理方面顯示的各種作用，被越來越多的國家和機構(gòu)接受和使用，并形成了一系列開展技術(shù)成熟度的評價準則、使用指南和應(yīng)用要求。例如，美國能源部、美國國防部、美國航空航天局、歐空局等機構(gòu)，都有專門的技術(shù)成熟度評價指南，用于指導(dǎo)重大項目開展技術(shù)成熟度評價。

技術(shù)成熟度方法符合核電行業(yè)的技術(shù)特點，能夠輔助識別工程中的核心關(guān)鍵技術(shù)，評價技術(shù)研發(fā)的成熟水平，強化科研規(guī)劃和計劃管理，該方法已經(jīng)在國外相關(guān)機構(gòu)、國家級實驗室和大型核電企業(yè)等得到應(yīng)用。文章在調(diào)研國外核電領(lǐng)域的技術(shù)成熟度應(yīng)用情況基礎(chǔ)上，介紹了技術(shù)成熟度在國外核電領(lǐng)域的應(yīng)用背景，闡述了技術(shù)成熟度在核電工程科研管理過程中能夠發(fā)揮的主要作用及其典型案例。最后，總結(jié)了對我國核電領(lǐng)域開展技術(shù)成熟度方法應(yīng)用的啟示。

1　技術(shù)成熟度在國外核電領(lǐng)域的應(yīng)用背景

技術(shù)成熟度在核電領(lǐng)域中的應(yīng)用，最早是在“全球核能合作伙伴發(fā)展計劃”中使用［2］。但其快速推廣，則與美國問責(zé)局、美國能源部等相關(guān)政府機構(gòu)的要求有關(guān)。

2007年3月，美國問責(zé)局在審查了能源部的12個重大項目后發(fā)現(xiàn)，其中8個項目出現(xiàn)了成本超支，9個項目出現(xiàn)了工期滯后現(xiàn)象。經(jīng)分析，采用一些不成熟的技術(shù)是導(dǎo)致這一現(xiàn)象的重要原因。問責(zé)局建議能源部使用美國航空航天局和國防部所采用的技術(shù)成熟度評價方法對項目進行管理。2008年4月，美國能源部的《合同、項目管理低效率原因分析報告》［3］指出，關(guān)鍵新技術(shù)在最后的設(shè)計階段，難以按預(yù)期完成演示驗證，從而導(dǎo)致項目的成本超支和工期滯后，是項目低效率的主要根源。針對該分析報告，能源部給出了相應(yīng)的行動計劃，要求采用美國國防部廣泛使用的技術(shù)成熟度方法，對包含許多新技術(shù)的項目進行評價。2008年，美國能源部環(huán)境管理辦公室首先試用了該方法，發(fā)現(xiàn)了應(yīng)用技術(shù)成熟度的各種優(yōu)點，并發(fā)布了《技術(shù)成熟度評價/技術(shù)成熟計劃指南》［4］。該指南介紹了技術(shù)成熟度評價方法，制定了技術(shù)成熟度等級劃分及定義，如表1所示。

此后，技術(shù)成熟度方法在美國能源部獲得了大力推廣，其核能辦公室、化石能源辦公室等開始大量使用該方法，并形成了一系列的應(yīng)用計劃和評價指南。鑒于技術(shù)成熟度在使用中取得的良好效果，該方法逐漸在國外核電領(lǐng)域相關(guān)機構(gòu)和企業(yè)得到了認可和廣泛的應(yīng)用。當前，技術(shù)成熟度在美國核安全局、國際原子能機構(gòu)、日本原子能機構(gòu)等相關(guān)機構(gòu)，在美國愛達荷、橡樹嶺、英國國家核能實驗室等國家級實驗室，在西屋、阿?，m等大型核電企業(yè)等都得到了應(yīng)用，并取得了較好的效果。

2　技術(shù)成熟度在國外核電領(lǐng)域的典型案例分析

除采用技術(shù)成熟度開展關(guān)鍵技術(shù)評價，確定技術(shù)成熟狀態(tài)外，不同的機構(gòu)、企業(yè)、組織，對技術(shù)成熟度的應(yīng)用方式并不完全相同，進而也使技術(shù)成熟度發(fā)揮的作用更加多樣。

作為一種技術(shù)成熟程度的量化評價方法，在日本原子能協(xié)會的應(yīng)用。日本原子能協(xié)會在對分離-嬗變（P&T）技術(shù)［5］進行第二次技術(shù)審查過程中，認為技術(shù)成熟度方法可以有效量化分離-嬗變技術(shù)的成熟程度，并指導(dǎo)實施分離-嬗變技術(shù)的研究和開發(fā)。日本原子能協(xié)會制定了次錒系核素轉(zhuǎn)化系統(tǒng)（含次錒系核素的快堆系統(tǒng)、加速器驅(qū)動的次臨界系統(tǒng)）和次錒系核素循環(huán)技術(shù)（次錒系核素分離工藝、次錒系核素燃料）等關(guān)鍵技術(shù)的技術(shù)成熟度評價細則。在該技術(shù)評審過程中，技術(shù)成熟度提供了一種科學(xué)、量化的評估標準，能夠?qū)﹃P(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展狀態(tài)進行統(tǒng)一度量，在技術(shù)研發(fā)過程中作為一把尺子，衡量關(guān)鍵技術(shù)當前的成熟程度，使管理機構(gòu)掌握技術(shù)攻關(guān)進展情況，了解技術(shù)距離預(yù)期目標的差距，并且為梳理技術(shù)發(fā)展瓶頸、提出進一步發(fā)展建議提供參考。

表1　美國能源部環(huán)境管理辦公室技術(shù)成熟度等級劃分及定義Table 1　The department of energy's environmental management office technology maturity level division and definition

作為一種工程研制的轉(zhuǎn)階段把關(guān)手段——在美國核安全局的應(yīng)用。美國能源部《技術(shù)成熟度評價指南》要求在項目采辦的三大關(guān)鍵決策點（CD-1，CD-2，CD-3）進行技術(shù)成熟度評價，并把技術(shù)成熟度6級作為第三決策點的（CD-2）技術(shù)成熟要求，如圖1所示。美國核安全局在實施“橡樹嶺國家實驗室鈾處理設(shè)施項目”時，也將技術(shù)成熟度6級作為項目完成初步設(shè)計、進行項目立項和啟動建造/制造之前，關(guān)鍵技術(shù)需要達到的成熟等級［6］。在該項目中，美國核安全局開發(fā)了10項新技術(shù)，采用了技術(shù)成熟度方法度量關(guān)鍵技術(shù)的成熟程度，并對部分技術(shù)制定了技術(shù)成熟計劃。

在工程關(guān)鍵里程碑節(jié)點對技術(shù)進行成熟度評價，分析技術(shù)成熟狀態(tài)及其與節(jié)點成熟目標等級的差距，從而確定工程是否進入下一階段，避免不夠成熟的技術(shù)提前轉(zhuǎn)段，防止由此造成的不良后果，降低成本和進度風(fēng)險。

作為一種技術(shù)發(fā)展路線圖的制定依據(jù)——在西屋公司等核電企業(yè)的應(yīng)用。2005年，美國能源法案（EPAct，2005）正式立項，確定開發(fā)下一代核電站，由工業(yè)界、美國能源部國家級實驗室、美國大學(xué)等眾多機構(gòu)聯(lián)合執(zhí)行。在該項目執(zhí)行過程中，美國能源部、美國愛達荷國家實驗室要求美國西屋公司、法國阿海琺能源公司和美國通用原子能公司等三家供應(yīng)商分別對“下一代核電計劃”的關(guān)鍵技術(shù)進行技術(shù)成熟度評價并繪制基于技術(shù)成熟度的技術(shù)路線發(fā)展圖［7］。

通過關(guān)鍵技術(shù)識別，三大供應(yīng)商分別篩選了14～16項關(guān)鍵核心技術(shù)，開展了技術(shù)成熟度評價。以技術(shù)成熟度等級作為標尺，梳理了“下一代核電計劃”關(guān)鍵核心技術(shù)的成熟過程、各等級的性能特征、集成情況和驗證要求等成熟基線，并形成了基于技術(shù)成熟度的技術(shù)開發(fā)路線圖。

圖1　美國能源部采辦項目研制階段與TRL等級要求Fig.1　The U.S. department of energy acquisition project development stages and TRL level requirements

作為一種規(guī)劃試驗方案的工具——在美國通用原子能公司的應(yīng)用。美國通用原子能公司制定了《反應(yīng)堆控制設(shè)備試驗計劃報告》［8］。報告首先根據(jù)前期工作成果，確定了該技術(shù)的初始成熟度等級為TRL4級。根據(jù)技術(shù)成熟度各等級的技術(shù)狀態(tài)、驗證環(huán)境等屬性特征要求，報告規(guī)劃了從TRL4級到TRL8級的成熟過程，技術(shù)在達到各相應(yīng)的成熟度等級時，需開展的測試驗證工作和試驗環(huán)境要求。此外，該報告還詳細說明了達到成熟度各等級階段的試驗安排，所需的測試設(shè)備、地點、工期及費用。由此，形成了一份完整的試驗驗證規(guī)劃方案。

作為一種風(fēng)險評估方法——在美國愛達荷國家實驗室的應(yīng)用。美國愛達荷國家實驗室對“下一代核電計劃”中的核島、常規(guī)島及輔助系統(tǒng)中五大技術(shù)領(lǐng)域的16項關(guān)鍵系統(tǒng)、組件、部件進行了技術(shù)成熟度評價。在完成對關(guān)鍵的系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、部件的技術(shù)成熟度評估后，愛達荷國家實驗室繪制了技術(shù)成熟度與技術(shù)風(fēng)險的關(guān)系圖（見圖2），用于關(guān)鍵設(shè)備的設(shè)計、制造和使用性能的風(fēng)險評估。

3　對我國開展核電技術(shù)成熟度研究應(yīng)用的啟示

通過分析國外的應(yīng)用情況可知，技術(shù)成熟度方法適用于整個核電技術(shù)研發(fā)管理，已經(jīng)在國外，尤其是在美國的大型先進核電項目研發(fā)中，得到了較為廣泛的應(yīng)用。通過開展技術(shù)成熟度在核電領(lǐng)域的應(yīng)用研究，建立核電技術(shù)成熟度評估標準規(guī)范，制定針對核電技術(shù)的技術(shù)成熟度評價準則、細則，能夠為我國核電領(lǐng)域提供一套系統(tǒng)、規(guī)范、量化的技術(shù)管理工具，實現(xiàn)科研管理創(chuàng)新，提高管理能力。

3.1技術(shù)成熟度方法適用于核電工程項目與技術(shù)管理

核電技術(shù)品牌研制周期長，采用新技術(shù)多，技術(shù)難度大，且需巨額經(jīng)費投入，研制風(fēng)險比較高，比較適合采用技術(shù)成熟度方法進行管理。經(jīng)過國際原子能機構(gòu)、美國核安全局等多年廣泛應(yīng)用實踐，表明技術(shù)成熟度方法完全適用于核電工程項目與技術(shù)管理，并有效提高了核電技術(shù)研發(fā)管理的水平，切實降低了重大工程項目的風(fēng)險。在我國，技術(shù)成熟度方法已經(jīng)在國務(wù)院和三部委委托中國工程院牽頭組織的國家科技重大專項中期評估工作中初步應(yīng)用，其對核電專項的適用性已經(jīng)得到了中期評估專家組、核電專項總體組的認可，對中期評估績效評價工作起到了重要的支撐作用。

3.2在研究應(yīng)用時需形成符合核電特點的評價準則

技術(shù)成熟度方法目前在我國國防領(lǐng)域中已得到有效應(yīng)用，形成了我國軍標及評價細則等規(guī)范，但是由于我國核電技術(shù)研發(fā)和管理有自身的特點，不能直接沿用。同時，核電領(lǐng)域涉及的技術(shù)面廣，復(fù)雜且多樣化，單一的技術(shù)成熟度評價定義也很難適應(yīng)各項技術(shù)的成熟特點。依照國外各機構(gòu)和相關(guān)企業(yè)在開展技術(shù)成熟度工作的經(jīng)驗，主要是參考現(xiàn)有的技術(shù)成熟度定義和準則，結(jié)合本專業(yè)領(lǐng)域技術(shù)本身的成熟過程，重新制定符合自身特點的技術(shù)成熟度等級定義，并針對各類典型關(guān)鍵技術(shù)形成更具針對性的技術(shù)成熟評價準則、細則。因此，在開展技術(shù)成熟度在我國核電領(lǐng)域的研究和應(yīng)用時，首先需在參考國內(nèi)外技術(shù)成熟度等級定義和評價準則基礎(chǔ)上，尤其是美國能源部相關(guān)的指南和準則，結(jié)合我國核電技術(shù)研發(fā)和工程項目管理自身的特點，形成適用于我國核電的技術(shù)成熟度評價定義和準則。

圖2　技術(shù)成熟度各級特征與技術(shù)風(fēng)險的關(guān)系Fig.2　Technical maturity characteristics at various levels and the relationship between the technology risk

3.3在實際使用時應(yīng)根據(jù)需要采用合適的應(yīng)用模式

從國際經(jīng)驗來看，技術(shù)成熟度方法主要能夠發(fā)揮以下作用：宏觀管理層面，一是幫助高層管理機構(gòu)在項目立項、過程監(jiān)控和項目結(jié)題時，對項目中的關(guān)鍵技術(shù)進行技術(shù)成熟度評價，作為管理機關(guān)考慮項目是否予以立項、掌控項目中關(guān)鍵技術(shù)進展情況的依據(jù)，有利于提高管理機關(guān)在重大工程轉(zhuǎn)段審評論證等方面決策的科學(xué)性，控制整個項目的風(fēng)險；二是為制定型號技術(shù)發(fā)展路線圖、技術(shù)規(guī)劃和安排經(jīng)費投資等提供重要支撐。微觀管理層面，一是根據(jù)技術(shù)成熟度各級特點和要求，面向各個關(guān)鍵技術(shù)的成熟目標，策劃各關(guān)鍵技術(shù)達到目標成熟度級別需開展的工作，按照“事前策劃、事中檢查、事后評估”的方式，對項目進行全周期的監(jiān)控和檢查，及時發(fā)現(xiàn)問題，規(guī)避風(fēng)險，有利于提高管理的精細化水平；二是利用技術(shù)成熟度工具可對不同的技術(shù)路線和方案進行評價和比較，篩選出技術(shù)成熟度較高的技術(shù)方案，從立項源頭上降低技術(shù)風(fēng)險。在我國核電領(lǐng)域開展技術(shù)成熟度研究應(yīng)用和實際使用時，需根據(jù)自身的工程特點和管理需要，選擇恰當?shù)膽?yīng)用模式。并且通過研究核電技術(shù)成熟度評價方法與規(guī)范，可為核電領(lǐng)域提供一套系統(tǒng)的、量化的技術(shù)管理工具，有效提高管理能力，切實促進重大型號或?qū)ｍ椆こ痰捻樌麑嵤?/p>

3.4在實施推廣時需通過試點應(yīng)用逐步形成規(guī)范標準

根據(jù)國內(nèi)外的應(yīng)用經(jīng)驗，技術(shù)成熟度一般采用先試點，再推廣的發(fā)展模式。在我國核電領(lǐng)域?qū)嵤?、推廣技術(shù)成熟度方法，可以按照三步走的模式開展工作：一是開展理論方法研究，結(jié)合壓水堆核電重大專項中實施的經(jīng)驗，建立符合我國核電技術(shù)特點的技術(shù)成熟度等級劃分與定義，形成各類典型技術(shù)的評價準則；二是進行試點評價，選取核電工程中部分典型的關(guān)鍵技術(shù)，開展成熟度應(yīng)用的試點工作，對制定的技術(shù)成熟度評價準則進行修改完善，并形成相應(yīng)的典型案例；三是逐步推廣形成規(guī)范、標準，即在理論方法研究和試點應(yīng)用的基礎(chǔ)上，先易后難，逐步推廣，形成適用我國核電工程的技術(shù)成熟度評價規(guī)范，并研究制定我國核電行業(yè)的技術(shù)成熟度評價標準。同時，出臺相應(yīng)的管理辦法，使技術(shù)成熟度真正融入核電工程項目技術(shù)管理之中，為優(yōu)化我國核電工程項目技術(shù)管理水平，形成更加系統(tǒng)、規(guī)范、量化的核電領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)管理手段，促進我國核電技術(shù)水平提升，發(fā)揮關(guān)鍵作用。

本工作得到國家能源局核電司軟課題經(jīng)費支持；國家核電技術(shù)公司專家委沈文權(quán)研究員、上海核工程研究設(shè)計院朱鑫官研高、中國原子能科學(xué)研究院張東輝研究員、王明正研究員對本工作提出了很好的意見和建議，在此一并致謝。

［1］ 吳燕生. 技術(shù)成熟度及其評價方法［M］. 北京：國防工業(yè)出版社，2012.（WU Yan-sheng. Technical Maturity and Its Assessment Method［M］. Beijing：Defense Industry Press， 2012.）

［2］ Global Nuclear Energy Partnership， Technical Integration Office. Global Nuclear Energy Partnership Technology Development Plan［R］. 2007，7.

［3］ United States Department of Energy. Root Cause Analysis， Contract and Project Management［R］. 2008，4.

［2］ United States Department of Energy，Office of Environmental Management. Technology Readiness Assessment/Technology Maturation Plant Process Guide［R］. 2008，3.

［5］ K. Minato， Y. Morita， K. Tsujimoto， S. Koyama. Technology Readiness Levels for Partitioning and Transmutation of Minor Actinides in Japan［R］. 2010，11.

［6］ National Nuclear Security Administration. Plans for Its Uranium Processing Facility Should Better Reflect Funding Estimates and Technology Readiness［R］. 2010，10.

［7］ Westinghouse. Report on Technology Readiness Levels for NGNP Steam Production at 750-800℃［R］. 2009，4.

［8］ General Atomics. Engineering Services for the Next Generation Nuclear Plant with Hydrogen Production， Test Plan for Reactor Control Equipment［R］. 2008，12.

［9］ Idaho National Laboratory. NGNPRiskManag ementthroughAssessing Technology Readiness Status［R］. 2010，8.

The Application of Technology Readiness Level on Lessons for Research of ChinaNuclear Power

FAN Sheng1，LI Bin1，ZHANG Hua2，ZHOU Shao-peng3，LI Da3，MA Kuan3，LIU Sa2，LIAN Xu-jiao4
（1. State Nuclear Power Technology Corporation，Beijing100029，China；2.State Nuclear Power Research Institute，Beijing100029，China；3. China Academy of Aerospace Systems Science and Eingineering，Beijing100048，China；4. China Academy of Aerospace Systems Science and Engineering，Beijing100048，China）

To cope with the characteristics of nuclear power engineering， which are technological difficulties， long research cycle and high financial requirements， application status of technology readiness on nuclear power engineering in foreign countries is investigated in this paper. Apart from the introduction of technology readiness application background， five typical cases for technology readiness application are analyzed， as well as its potential usefulness in nuclear power research management. At the end of the paper， based on a summary of foreign application experiences， suggestions and inspirations for domestic nuclear power technology readiness researches are proposed.

nuclear power engineering；TRL； foreign experiences；suggestions

TM623Article character：A Article ID：1674-1617（2015）02-0168-06

TM623

A

1674-1617（2015）02-0168-06

2015-03-16

樊勝（1968—），男，湖南常德人，研究員級高工，博士，從事核能和科研管理工作。