核島混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)因其體量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、荷載工況繁多，加之核島對(duì)可靠性、安全性的要求極高，一向被行內(nèi)人稱為核電站設(shè)計(jì)中的“瓷器活”。另外，在計(jì)算精度、效率、匹配國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)等方面均存在不足的國外商用軟件平臺(tái)，也無法完全適用。要把這樣的“瓷器活”干好，核電設(shè)計(jì)人一直苦于手中沒有趁手的“金剛鉆”。

有限元模型成果圖

直到中廣核設(shè)計(jì)人自主開發(fā)出這套集“快速建模、單元配筋、數(shù)據(jù)傳遞”于一體的核島混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)智能軟件，核島廠房約30萬個(gè)計(jì)算模型單元、逾600種工況的快速建模、精準(zhǔn)配筋計(jì)算等難題迎刃而解。其在華龍一號(hào)示范項(xiàng)目成功應(yīng)用，顯著提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量和工作效率，為華龍一號(hào)自主品牌堆型研發(fā)和示范項(xiàng)目的建設(shè)推進(jìn)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，并最終榮獲2017年度中國廣核集團(tuán)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

上百次失敗，終確定開發(fā)思路

這樣一套用起來“666”的核島混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)智能工具，是由中廣核工程有限公司設(shè)計(jì)院土建所開發(fā)。

依托華龍一號(hào)研發(fā)和防城港3、4號(hào)機(jī)組設(shè)計(jì)，這一研究項(xiàng)目自2013年初啟動(dòng)。雖知其中的難度和挑戰(zhàn)很大，但把這項(xiàng)任務(wù)交給設(shè)計(jì)院土建所的呂錦權(quán)時(shí)，他爽快答應(yīng)了。“大概被國外商用軟件‘折磨’過的設(shè)計(jì)人，都想開發(fā)更好用的。而且華龍一號(hào)對(duì)設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量提出更高要求，我們需要把這樣想法付諸實(shí)踐。”呂錦權(quán)說道。

“雖然我們沒有軟件編程的基礎(chǔ)，但學(xué)習(xí)各種編程語言多花些時(shí)間就可以，最難還是確定開發(fā)思路。那段時(shí)間真的很‘癲狂’，開會(huì)、吃飯、睡覺都時(shí)刻思考該怎么做。我們查閱大量EPR、AP1000等三代核電機(jī)組的相關(guān)報(bào)告，也與國內(nèi)外同行進(jìn)行了多次交流，但因?yàn)榧夹g(shù)壁壘而收獲的有用信息十分有限。”呂錦權(quán)回憶道，“雖然別人不會(huì)告訴我們?cè)趺醋?，但?yīng)用的原理八九不離十，所以我們一次次從資料公開的結(jié)果倒推過程，從上百次驗(yàn)證失敗中獲得新的靈感，最終用了三個(gè)多月時(shí)間才確定了采用單元配筋的正確思路進(jìn)行開發(fā)。”

攔路虎頻現(xiàn)，咬定目標(biāo)不放松

方向即明，但開發(fā)之路卻并沒有因此一帆風(fēng)順。“我們?cè)噲D賦予這套工具‘快速建模、數(shù)據(jù)傳遞、單元配筋’等創(chuàng)新點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)建模、計(jì)算和配筋設(shè)計(jì)過程的標(biāo)準(zhǔn)化和自動(dòng)化，從而顯著提升這套工具的計(jì)算精度與設(shè)計(jì)出圖效率。”但在這過程中，呂錦權(quán)他們頻頻遭遇挑戰(zhàn)。

單元配筋遭遇的困難，讓呂錦權(quán)印象最深刻。就像你開電燈，電燈有從昏暗到漸漸變亮的過程一樣，混凝土里的鋼筋用量也需要避免從0到大數(shù)量的跳躍出現(xiàn)，尤其在混凝土結(jié)構(gòu)的過渡區(qū)域。但這個(gè)問題在目前所有的商用軟件中都沒有得到解決，呂錦權(quán)花了兩個(gè)多月時(shí)間，經(jīng)歷成百上千次試算，最終找到了讓過渡區(qū)域配筋更合理的方法。

在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞功能的研究開發(fā)過程中，他們則走了一些彎路。“一開始我們是沿著法國人的路子，只考慮怎么讓計(jì)算更快、讓邊界條件模擬更準(zhǔn)確，但如此翻來覆去卻始終達(dá)不到我們想要的狀態(tài)。”同是該研究項(xiàng)目主要負(fù)責(zé)人的設(shè)計(jì)院土建所張濤坦言，“后來我們大膽跳出法國人的思路，完全把大模型數(shù)據(jù)傳遞到需要計(jì)算的小模型，周圍邊界條件完全真實(shí)。這樣大膽的嘗試，卻意外將整條路都打通了。”

隨著障礙一個(gè)個(gè)掃除，相關(guān)工具的軟件編程也已完成，這項(xiàng)研究看似將水落石出。然而通過軟件智能計(jì)算出的配筋結(jié)果，卻讓設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)豐富的土建所專家們總覺得有些不對(duì)。前面的所有步驟確定都沒問題，那問題可能就出現(xiàn)在程序的編寫上了。呂錦權(quán)將數(shù)萬行的程序一行一行排查，最終找到了“罪魁禍?zhǔn)?rdquo;——一處數(shù)字“1”被錯(cuò)寫成了“0.2”。這處數(shù)字的改動(dòng)，讓這項(xiàng)歷經(jīng)數(shù)年的研發(fā)項(xiàng)目終大功告成。

應(yīng)用于華龍，已納入國家標(biāo)準(zhǔn)

據(jù)設(shè)計(jì)院土建所副所長李忠誠介紹，本項(xiàng)目研究是中國廣核集團(tuán)自主研發(fā)的三代核電技術(shù)華龍一號(hào)的關(guān)鍵內(nèi)容之一，其成果已通過國內(nèi)行業(yè)專家的評(píng)定，并得到“本項(xiàng)目成果具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值與推廣意義，該項(xiàng)技術(shù)成果達(dá)到國際先進(jìn)水平”的高度評(píng)價(jià)。

據(jù)了解，該項(xiàng)目研究目前已獲批4項(xiàng)軟件著作權(quán)，另外4項(xiàng)軟件著作權(quán)在申報(bào)中，公開發(fā)表科技論文9篇。其部分研究成果還被納入中廣核工程公司主編的國家標(biāo)準(zhǔn)《核電廠混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中，后續(xù)將形成中廣核的拳頭產(chǎn)品，在行業(yè)內(nèi)推廣應(yīng)用。

而在此之前，這項(xiàng)研究的成果已在防城港核電廠3、4號(hào)機(jī)組中成功應(yīng)用，并為防城港3、4號(hào)機(jī)組的第一罐混凝土澆筑(FCD)、2016年核島土建施工圖出版的高目標(biāo)任務(wù)、2017年土建施工圖的里程碑任務(wù)和保障現(xiàn)場連續(xù)施工起到了至關(guān)重要的作用。

“就拿安全殼設(shè)備閘門周圍的預(yù)埋件來說，如果用以往的工具，確定預(yù)埋件的個(gè)數(shù)和位置，至少需要一周的時(shí)間去計(jì)算。而在華龍一號(hào)示范項(xiàng)目，我們出這樣一張圖大概就一天時(shí)間，效率是數(shù)倍級(jí)的提升的。”張濤自豪地說道，“這套工具的靈活及快速響應(yīng)能力，不僅提升了華龍一號(hào)示范項(xiàng)目的設(shè)計(jì)質(zhì)量，也為其快速推進(jìn)贏取了時(shí)間。”