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Version: 1.2

Risk Spectrum PSA（出力）

概要

FRI3Dは、包括的な3D火災・ハザードモデリング環境を提供し、原子力、エネルギー、産業安全の各分野でリスク評価に用いられている代表的な確率論的安全評価（PSA/PRA）ソフトウェアであるRiskSpectrum PSAと直接連携します。

この連携により、物理ベースの火災シミュレーションと確率論的リスク解析が橋渡しされ、火災シナリオがプラントの系統や機器に与える影響の定量化、故障伝播の評価、そしてその結果としての**炉心損傷頻度（CDF）や早期大規模放出頻度（LERF）**の変化の計算が可能になります。

PSAおよびFRI3Dにおける火災モデリングの考え方

火災事象をPSA/PRAモデルに統合するには、複数のアプローチがあります。火災シナリオは次のように扱うことができます。

  • フォールトツリーに直接追加し、新たな起因事象として定量化する。
  • 火災専用のイベントツリーに組み込み、条件付きシーケンスを定義する。
  • 既存のイベントツリー内で修正された起因事象としてリンクする。

火災モデルは通常、各区画またはエリアごとの**「全室燃焼（Full room burnup）」シナリオの集合、または個別火源シナリオのセットで構成されます。
各火災シナリオは、その頻度**、シビアリティ（重大度）、および非鎮火確率によって特徴付けられる起因事象として扱われます。

定量化の際、各シナリオで故障する機器は、確率を 1.0 に設定した基事象（Basic Event、BE）として表現されます。
ベースケースと火災を加味したケースの間の総CDFの差が、火災に起因する増分リスクを示します。

FRI3D ↔ RiskSpectrum PSA連携ワークフロー

ステップ説明
1. シナリオ定義ユーザーがFRI3Dで火災シナリオを作成するか、既存のRiskSpectrumプロジェクトからインポートします。
2. シミュレーション実行FRI3Dがシナリオをシミュレートし、影響を受けるケーブルトレイ、損傷した機器、故障した基事象を特定します。
3. シナリオ解析ユーザーがシミュレーション結果を確認し、着火頻度、シビアリティファクタ、非鎮火確率を定義します。
4. RiskSpectrumへのエクスポートFRI3Dが、修正済みのPRAデータを準備し、RiskSpectrumへのインポート用にエクスポートします。
5. 定量化RiskSpectrumがすべての火災シナリオに対してイベントツリー／フォールトツリー解析を実行し、リスクへの全体的な寄与を計算します。

上記のステップを踏まえ、FRI3Dを介してRiskSpectrumで火災PRA/PSAを実行するための詳細な手順を以下に示します。

モデルの準備

火災モデリングの前に、RiskSpectrum側で手動で作成しておくものはありません。火災エクスチェンジ事象と火災解析ケースグループは、エクスポートのたびにFRI3Dが自動的に追加します（次のセクションを参照）。 RiskSpectrumモデルには、内的事象PSAがすでに備えているものだけが必要です。

  • 火災を通して解析したいイベントツリーを解く結果解析ケース（consequence analysis case）。これがFRI3D設定におけるベース解析ケースになります。
  • そのイベントツリーの起因事象。信頼性モデルがFrequencyの基事象としてモデル化されている必要があります。これがベース起因事象になります。

いずれについても、下記のFRI3D/Risk Spectrum設定で説明します。

RiskSpectrumモデルとの統合（FRI3Dが自動的に実行）

FRI3DからRiskSpectrumモデルにシナリオを作成または追加するために、以下の手順がFRI3Dによって自動的に実行されます。

  1. Risk Spectrumのマクロコマンドを使用して、ユーザーがFRI3Dモデルへのリンクを指定したベースプロジェクトを、Risk SpectrumのExcel出力機能により一時作業場所にエクスポートします。
  2. モデルにまだ存在しない場合、確率1.0の基事象である火災エクスチェンジ事象 FIRE=1 を追加します。この事象は火災により故障するすべての基事象と置換され、火災シナリオの定量化時に、それらの事象を含むカットセットの確率を増加させます。
  3. すべての火災シナリオを一度に解析できるように、火災解析ケースグループ FIRE_CURRENT_SET を作成します。このグループはエクスポートのたびに作り直されるため、常に直前に送信したシナリオを含みます。
  4. ユーザーが計算したい各FRI3D火災シナリオについて、以下を実行します。
    1. シナリオ用のハウス事象（house event）を作成します。
    2. シナリオ内の各基事象について、ハウス事象と火災エクスチェンジ事象をリンクします。
    3. ベース解析ケースを、そのイベントツリーの割り当てを含めてコピーし、新しい火災解析ケースとして作成します。
    4. その火災解析ケースを火災解析ケースグループに追加します。
    5. シナリオのハウス事象をオンにする境界条件セット（boundary condition set）を作成します。ベース解析ケースに境界条件セットがある場合は、それも含めます。
    6. 着火頻度 × シビアリティファクタ × 非鎮火確率を頻度とする火災起因事象 FI_IE-<scenario> を作成し、シナリオのハウス事象がオンのときにベース起因事象をこれと置換します。
  5. 修正したExcelシートを保存します。
  6. Risk Spectrumのマクロコマンドを実行して、修正済みのPRA Excelシートをインポートします。
  7. RiskSpectrumを開き、火災解析ケースグループを解析・実行します。

FRI3D/Risk Spectrum設定（FRI3D側でユーザーが手動で行う）

Risk Spectrum出力に対応するため、FRI3Dのインターフェースに適切な変更が加えられています。具体的には、Risk SpectrumのマスターPSAファイル、ユーザー資格情報、ベース解析ケース、ベース起因事象の指定が含まれます。

FRI3Dは火災用のイベントツリーを作成しません。各火災シナリオはRiskSpectrumモデルに既存のイベントツリーを再利用し、2つのベース選択によってFRI3Dはどのイベントツリーを使うかを判断します。

  • ベース解析ケース（RS BASE ANALYSIS CASE）は、すべての火災解析ケースのテンプレートです。FRI3Dはその設定とイベントツリーの割り当てをコピーするため、各火災シナリオはベースケースと同じイベントツリーで解析され、その境界条件も引き継がれます。選択肢には結果解析ケースのみが表示され、以前にFRI3Dが作成した火災解析ケース（接頭辞 FI_）は除外されます。
  • ベース起因事象（RS BASE INIT EVENT）は、そのイベントツリーの起因事象です。各火災解析ケースでは、これがシナリオの火災起因事象と置換されます。これにより、イベントツリーは「この火災が発生した」という状態から火災の頻度で開始し、火災で故障する機器は火災エクスチェンジ事象によって故障に設定されます。選択肢には信頼性モデルがFrequencyの基事象のみが表示されます。ベース解析ケースのイベントツリーの起因事象を選択してください。別の事象を選択すると、イベントツリーは元の起因事象のままとなり、火災の頻度は使用されません。

ベース解析ケース自体は変更されません。火災起因事象が火災の頻度を持つため、各火災解析ケースの結果がそのシナリオのCDF寄与分となります。 RiskSpectrumモデルを変更すると、両方の選択はクリアされます。これらは以前のモデルのエンティティを指しているためです。

RS Setup Preferences

RiskSpectrum火災PSAモデル

Risk Spectrum PSAでは、FRI3Dに対応する火災関連の事象はすべて、接頭辞FIを付けて作成されます。ハウス事象は、実行された火災シナリオごとに作成されます。例えば、FI_FSOURCE_1_CFASTとFI_SGR-A_FULLROOMが作成され、対応する基事象と置換されます。これらは、部屋の一区画での火災と全室燃焼という火災シナリオの例となり得ます。

シナリオのハウス事象は、RiskSpectrumのExchange Events（エクスチェンジ事象）を介して、これらの基事象と置換されます。

RiskSpectrum火災PSAモデルの構造

RiskSpectrum内では、FRI3Dが生成した火災事象は、自動的なリンクと解析を可能にするため、一貫した命名と構造で作成されます。

種別命名規則説明
火災事象接頭辞FI_火災に由来するシナリオを識別します（例：FI_FSOURCE_1_CFAST、FI_ROOM_FULLBURN）。
ハウス事象FI_<ScenarioName>シナリオの定量化時に有効化されるシナリオ固有の事象です。
エクスチェンジ事象EX_<ComponentID>火災ケースにおいて故障した機器を置換するために使用されます。

例：

  • FI_FSOURCE_1_CFAST → 1つのゾーンにおける局所火災を表します。
  • FI_SGR-A_FULLROOM → Sub-Generator Room A（副発電機室A）の全室燃焼を表します。

これらのハウス事象は、RiskSpectrumのExchange Eventsを介して対応する基事象と置換されます。
このメカニズムにより、定量化の際にモデルが適切な故障の組み合わせを有効化できるようになります。

ワークフロー例の図解

flowchart LR
A[FRI3D Fire Scenario Simulation] --> B[Identify Failed Components & Zones]
B --> C[Generate House and Exchange Events]
C --> D[Export Modified PRA Data (Excel/XML)]
D --> E[Import into RiskSpectrum PSA]
E --> F[Quantify Fire Analysis Case Group]
F --> G[Compute Fire-Induced ΔCDF and ΔLERF]

主な出力

ファイル説明
FRI3D_RiskSpectrum_FireScenarios.xlsx各シナリオに対して生成されたハウス事象およびエクスチェンジ事象を含みます。

頻度およびシビアリティ入力に関する注記

FRI3Dからエクスポートされる各シナリオには、ユーザーが定義した以下のパラメータが含まれます。

パラメータ説明例
着火頻度（λ）起因となる火災事象の頻度。1.2E-4 /年
シビアリティファクタ（SF）モデル化されたシビアリティに達する火災の割合を表します。0.3
非鎮火確率（NSP）消火（鎮圧）に失敗する確率。0.1
条件付き炉心損傷確率（CCDP）RiskSpectrumの定量化による出力。解析後に計算

これらのパラメータの積が、火災CDF寄与分を定義します。

Fire_CDF = λ × SF × NSP × CCDP

信頼性と検証

  • RiskSpectrum PSA 1.6に対して連携テスト済みです。
  • 安全なモデルのインポート/エクスポートのため、標準のExcelインターフェースマクロを使用します。
  • 複数シナリオのバッチ処理をサポートします。
  • インポート後は、事象のリンクが正しいことを確認するために検証を推奨します。
  • エクスポートされたすべての事象は、その生成元であるFRI3Dゾーンおよびシミュレーションのタイムスタンプまで遡って追跡できます。

まとめ

  • FRI3Dは、火災シナリオデータ、機器故障、確率修正係数を、RiskSpectrum互換のExcelワークブックとして直接エクスポートします。
  • 各シナリオは、RiskSpectrumにおいて独立した解析ケースとして定量化できます。
  • この連携は、物理シミュレーションと確率論的安全モデリングの間のシームレスな橋渡しを提供します。
  • 結果は、火災リスク指標の導出、リスク低減策の優先順位付け、セーフティケースの根拠の精緻化に活用できます。

参考文献

  • RiskSpectrum PSA User Manual (v2.2) — RiskSpectrum AB
    https://riskspectrum.com

  • FRI3D Fire PRA Export Guide — Internal Technical Note, Centroid LAB, 2025.
    事象マッピング、マクロによる自動化、検証ワークフローについて記述しています。

  • NUREG/CR-6850 — Fire PRA Methodology for Nuclear Power Facilities, U.S. NRC / EPRI.
    火災PRA定量化の標準的な参照文書です。

⚠️ 免責事項:
FRI3DのRiskSpectrumエクスポート機能は、火災PSAのためのシナリオおよび事象の生成を自動化します。
ユーザー定義のイベントツリーやマクロはインストール環境によって異なる可能性があるため、エクスポートされたケースは、定量化や規制当局への提出の前に、必ずRiskSpectrum内で検証してください。

次のステップ

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