2024年,一位来自上海核工院的结构工程师荣获中国核能行业协会2024年度“青年优秀创新人物”称号。他用十六年的坚守与突破,为中国三代核电技术发展铸就了新的里程碑。他牵头创立的先进核电站大型钢板—混凝土结构模块工业化建造技术体系,推动中国核电结构工业迈入国际先进行列。谈及成就时,他总是谦逊地表示:“这是团队共同努力的结果。”他就是上海核工院土建与公用设施所总工程师——褚濛。
破局者:缔造中国核电模块化建造体系
从同济大学毕业后,褚濛始终将学思践悟相结合,不断拓展知识储备,凝成独特的工程直觉;他的求索精神和专业素养,为日后深耕核电安全打下坚实基础。
2016年,担任土建公用设施所总工程师的褚濛担负起了牵头“国和一号”新型号研发的重担。面对三代核电技术对安全性和经济性的双重需求,他决心推动传统核电建造模式向模块化技术体系升级,实现工程化落地应用。当时,国际核电领域虽已有模块化概念,但如何将其转化为可实施的工业化体系仍是空白。
传统核电站施工如同“搭积木”,但核电结构的特殊性要求“积木”必须承受强震、飞机撞击等极端荷载,核电结构模块化建造从国内到国际无论是标准体系还是应用经验都无迹可寻。
没有标准体系,没有成熟经验,褚濛带领团队在技术荒漠中拓荒。他们系统梳理国内外技术规范,依托国家重大专项课题,最终将目光锁定在“钢板—混凝土组合结构”方案上。然而,质疑声随之而来:材料界面滑移如何控制?模块拼装精度如何保障?安全性如何保证?
面对争议,褚濛选择用实际行动来回应。他在模块结构分析中引入钢板和混凝土弹塑性理论,系统建立了空间受力状态下单元层次的统一抗力模型和荷载效应计算模型,并首次提出“板单元的空间受力破坏准则”;针对多围合、多错层的核电钢板—混凝土复杂结构模块,构建了高抗震延性的钢板—混凝土组合结构模块体系;成功研制了能抗大飞机撞击的穹顶模块,有力打破了“模块化建造对安全不利”的偏见。
为了进一步确保结构模块的安全性,揭示其在复杂荷载下的受力机理,从而构建模块化设计的完整体系,他又带领团队自主研发了全球首套“平面内双向拉压试验装置”,模拟模块结构在复杂荷载下的受力状态。54组全比例试验,系统地揭示了模块组合结构在双向拉压、界面滑移、围合结构单元及连接节点的多层次受力机理。最终大型钢板—混凝土组合结构从有限单元到整体模块的一体化设计方法得以构建。这一重大突破解决了核电大型结构模块无适用设计理论的难题,填补了国内空白,被行业内评价为“国际领先水平”。
理论突破仅是长征第一步,工程实践的考验接踵而至。近万吨级的结构模块,不仅体积庞大、重量惊人,而且在吊装过程中极易受到风力、温度等多种因素的影响。“我们要做的,是要将吊装误差控制在毫米级。我们一定可以做到。”褚濛坚定地说道。这句话不仅是对团队的激励,更是一份沉甸甸的责任。为了实现这一目标,褚濛带领团队再一次开展技术攻关。开发焊接数值模拟技术,发明可翻转胎架和在线监测反馈系统,研发超高度自密实混凝土螺旋上升连续浇筑方法,甚至将航天领域的精密测控网络引入施工现场……最终,当这个“千吨巨无霸”在空中精准就位时,10个设备支撑点的最大偏差还不到3毫米。
十年磨剑,终成重器。至此,这项名为“先进非能动压水堆核电站模块化建造关键技术及应用”的成果,使中国核电建设周期缩短20%,新增经济效益超17亿元,并荣获2023年上海市科技进步二等奖。由褚濛主编的国家标准《核电站钢板混凝土设计规范》(GB/T 51340-2018),更成为全球工程师的模块化核电结构设计指南,标志着中国在该领域从“学习者”变为“规则制定者”。
世界最大规模桩-土-结构相互作用试验装置(左二为褚濛)
守护者:守护核安全的最后防线
“核岛结构是守护核安全的最后屏障。”前辈工程师的告诫深深烙印在他的职业生涯中。核电安全,抗震为先。沿海厂址地质条件复杂,传统抗震方案难以满足新一代核电站的超高安全标准,国内核电结构在抗震安全领域缺乏自主技术体系。褚濛曾被公司选派至美国西屋公司担任合作设计工程师,深入参与AP1000核岛抗震分析项目。如今,他再次临危受命,主导“国和一号”核岛主厂房抗超强地震技术攻关。“核心技术必须掌握在我们自己手中”,他如是说。
褚濛决心不仅要构建“国和一号”核岛抗震分析技术,还要带领团队构建一整套弹塑性抗震分析方法体系。面对这一巨大挑战,他和他的团队一步一个脚印:完成国内首次大型设备、管道与结构的耦合地震试验,提出兼顾设备运行功能与结构极限状态的设计准则,构建“国和一号”核岛厂房的精细化抗震模型,研发基于损伤塑性理论的本构模型,建立核岛结构全流程非线性分析方法,终于形成了具有自主知识产权的完整抗震技术体系。为了验证理论模型可靠性,他还推动建设了世界最大规模的土箱振动台试验装置,通过大比例模型试验揭示了桩基的抗震规律。当首次大比例深埋小堆试验成功时,中国核电团队又一次走在了时代前列。
更令人瞩目的是,他还在技术攻关之余,将隔震技术引入核电应急指挥中心。这项技术在“国和一号”示范项目的成功应用,使中国成为全球少数掌握核设施闭锁隔震技术的国家。褚濛用钢与混凝土为中国核电浇筑出新的时代坐标。
独木不成林。褚濛深知,保障核安全、推动中国核电可持续发展需要源源不断的人才支撑。作为80人结构设计团队的带头人,他创新性地推行“项目+人才”培养模式:让年轻工程师在重大专项中担任子课题负责人,同时邀请院士团队进行“师徒制”辅导。近几年入职的员工这样回忆:“褚总常和我们一起反复打磨分析报告,他说,‘核电容不得半点侥幸,每个数据都要经得起千年一遇的考验’。”
这种追求极致的精神,让他的团队在十年间斩获94项专利、90篇论文、11部国家标准,并荣获“核能行业创新团队奖”。更难得的是,褚濛始终保持着学术前沿敏感度。2023年,他率先将人工智能技术引入地基安全研究,牵头开展“退役火电厂改建小型堆”的课题研究,探索利用人工智能预测地质抗震可靠度,为实现“双碳”目标提供新路径。在他看来,创新不仅是突破技术瓶颈,更是为行业培养更多“硬核”力量。在他的蓝图中,未来五年,团队将攻克反应堆数字孪生健康监测技术,让核安全屏障“智慧化”。
有人问他:“天天和混凝土、地震波打交道,不觉得枯燥吗?”他笑着回答:“当你看到自己设计的结构经受住强震考验,当中国核电站在世界地图上点亮一个个坐标,那种成就感,胜过千言万语。”在他的世界里,每一组数据,都是为核电站筑起的安全屏障。他用最严谨的公式,书写最浪漫的守护。那些实验室不眠的灯火、工程现场纷扬的焊花,都化作反应堆穹顶上闪耀的星光,照亮着中国智造攀登世界巅峰的征程。
从黄浦江畔到全球核电舞台,褚濛用创新与匠心守护着核电站的“钢筋铁骨”,用十六年光阴将中国核电的“钢筋铁骨”锻造成世界级名片。这份对创新与安全的极致追求,正成为中国核电走向世界的底气。在他身后,新一代核电结构工程师正接过火炬,继续书写中国核能事业的壮丽篇章。