【华龙故事】中广核人开发的这套智能工具让核岛设计有了“金刚钻”!-

发布时间:2018-02-26  【    】

 核岛混凝土结构设计因其体量大、结构复杂、荷载工况繁多,加之核岛对可靠性、安全性的要求极高,一向被行内人称为核电站设计中的“瓷器活”。另外,在计算精度、效率、匹配国内标准等方面均存在不足的国外商用软件平台,也无法完全适用。要把这样的“瓷器活”干好,核电设计人一直苦于手中没有趁手的“金刚钻”。

 


有限元模型成果图

 

直到中广核设计人自主开发出这套集“快速建模、单元配筋、数据传递”于一体的核岛混凝土结构设计智能软件,核岛厂房约30万个计算模型单元、逾600种工况的快速建模、精准配筋计算等难题迎刃而解。其在华龙一号示范项目成功应用,显著提高了设计质量和工作效率,为华龙一号自主品牌堆型研发和示范项目的建设推进打下坚实基础,并最终荣获2017年度中国广核集团科技进步一等奖。

 

上百次失败,终确定开发思路

 

这样一套用起来“666”的核岛混凝土结构设计智能工具,是由中广核工程有限公司设计院土建所开发。你没看错,正是那群和软件编程八竿子打不着,被戏称为“又土又木”的土木工程师们。



吕锦权工作照

 

依托华龙一号研发和防城港34号机组设计,这一研究项目自2013年初启动。虽知其中的难度和挑战很大,但公司把这项任务交给设计院土建所的吕锦权时,他爽快答应了。“大概被国外商用软件‘折磨’过的设计人,都想开发更好用的。而且华龙一号对设计效率和质量提出更高要求,我们需要把这样想法付诸实践。”吕锦权说道。

“虽然我们没有软件编程的基础,但学习各种编程语言多花些时间就可以,最难还是确定开发思路。那段时间真的很‘癫狂’,开会、吃饭、睡觉都时刻思考该怎么做。我们查阅大量EPRAP1000等三代核电机组的相关报告,也与国内外同行进行了多次交流,但因为技术壁垒而收获的有用信息十分有限。”吕锦权回忆道,“虽然别人不会告诉我们怎么做,但应用的原理八九不离十,所以我们一次次从资料公开的结果倒推过程,从上百次验证失败中获得新的灵感,最终用了三个多月时间才确定了采用单元配筋的正确思路进行开发。”

 

拦路虎频现,咬定目标不放松

 

方向即明,但开发之路却并没有因此一帆风顺。“我们试图赋予这套工具‘快速建模、数据传递、单元配筋’等创新点,以实现建模、计算和配筋设计过程的标准化和自动化,从而显著提升这套工具的计算精度与设计出图效率。”但在这过程中,吕锦权他们频频遭遇挑战。

 

单元配筋遭遇的困难,让吕锦权印象最深刻。就像你开电灯,电灯有从昏暗到渐渐变亮的过程一样,混凝土里的钢筋用量也需要避免从0到大数量的跳跃出现,尤其在混凝土结构的过渡区域。但这个问题在目前所有的商用软件中都没有得到解决,吕锦权花了两个多月时间,经历成百上千次试算,最终找到了让过渡区域配筋更合理的方法。

 

在实现数据传递功能的研究开发过程中,他们则走了一些弯路。“一开始我们是沿着法国人的路子,只考虑怎么让计算更快、让边界条件模拟更准确,但如此翻来覆去却始终达不到我们想要的状态。”同是该研究项目主要负责人的设计院土建所张涛坦言,“后来我们大胆跳出法国人的思路,完全把大模型数据传递到需要计算的小模型,周围边界条件完全真实。这样大胆的尝试,却意外将整条路都打通了。”

 


有限元模型成果图

 

随着障碍一个个扫除,相关工具的软件编程也已完成,这项研究看似将水落石出。然而通过软件智能计算出的配筋结果,却让设计经验丰富的土建所专家们总觉得有些不对。前面的所有步骤确定都没问题,那问题可能就出现在程序的编写上了。吕锦权将数万行的程序一行一行排查,最终找到了“罪魁祸首”——一处数字“1”被错写成了“0.2”。这处数字的改动,让这项历经数年的研发项目终大功告成。

 

应用于华龙,已纳入国家标准

 

据设计院土建所副所长李忠诚介绍,本项目研究是中国广核集团自主研发的三代核电技术华龙一号的关键内容之一,其成果已通过国内行业专家的评定,并得到“本项目成果具有重要的工程应用价值与推广意义,该项技术成果达到国际先进水平”的高度评价。 

据了解,该项目研究目前已获批4项软件著作权,另外4项软件著作权在申报中,公开发表科技论文9篇。其部分研究成果还被纳入中广核工程公司主编的国家标准《核电厂混凝土结构技术标准》中,后续将形成中广核的拳头产品,在行业内推广应用。

而在此之前,这项研究的成果已在防城港核电厂34号机组中成功应用,并为防城港34号机组的第一罐混凝土浇筑(FCD)、2016年核岛土建施工图出版的高目标任务、2017年土建施工图的里程碑任务和保障现场连续施工起到了至关重要的作用。



 张涛工作照

 

“就拿安全壳设备闸门周围的预埋件来说,如果用以往的工具,确定预埋件的个数和位置,至少需要一周的时间去计算。而在华龙一号示范项目,我们出这样一张图大概就一天时间,效率是数倍级的提升的。”张涛自豪地说道,“这套工具的灵活及快速响应能力,不仅提升了华龙一号示范项目的设计质量,也为其快速推进赢取了时间。”

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