2024年,一位來自上海核工院的結構工程師榮獲中國核能行業協會2024年度“青年優秀創新人物”稱號。他用十六年的堅守與突破,為中國三代核電技術發展鑄就了新的里程碑。他牽頭創立的先進核電站大型鋼板—混凝土結構模塊工業化建造技術體系,推動中國核電結構工業邁入國際先進行列。談及成就時,他總是謙遜地表示:“這是團隊共同努力的結果。”他就是上海核工院土建與公用設施所總工程師——褚濛。
破局者:締造中國核電模塊化建造體系
從同濟大學畢業后,褚濛始終將學思踐悟相結合,不斷拓展知識儲備,凝成獨特的工程直覺;他的求索精神和專業素養,為日后深耕核電安全打下堅實基礎。
2016年,擔任土建公用設施所總工程師的褚濛擔負起了牽頭“國和一號”新型號研發的重擔。面對三代核電技術對安全性和經濟性的雙重需求,他決心推動傳統核電建造模式向模塊化技術體系升級,實現工程化落地應用。當時,國際核電領域雖已有模塊化概念,但如何將其轉化為可實施的工業化體系仍是空白。
傳統核電站施工如同“搭積木”,但核電結構的特殊性要求“積木”必須承受強震、飛機撞擊等極端荷載,核電結構模塊化建造從國內到國際無論是標準體系還是應用經驗都無跡可尋。
沒有標準體系,沒有成熟經驗,褚濛帶領團隊在技術荒漠中拓荒。他們系統梳理國內外技術規范,依托國家重大專項課題,最終將目光鎖定在“鋼板—混凝土組合結構”方案上。然而,質疑聲隨之而來:材料界面滑移如何控制?模塊拼裝精度如何保障?安全性如何保證?
面對爭議,褚濛選擇用實際行動來回應。他在模塊結構分析中引入鋼板和混凝土彈塑性理論,系統建立了空間受力狀態下單元層次的統一抗力模型和荷載效應計算模型,并首次提出“板單元的空間受力破壞準則”;針對多圍合、多錯層的核電鋼板—混凝土復雜結構模塊,構建了高抗震延性的鋼板—混凝土組合結構模塊體系;成功研制了能抗大飛機撞擊的穹頂模塊,有力打破了“模塊化建造對安全不利”的偏見。
為了進一步確保結構模塊的安全性,揭示其在復雜荷載下的受力機理,從而構建模塊化設計的完整體系,他又帶領團隊自主研發了全球首套“平面內雙向拉壓試驗裝置”,模擬模塊結構在復雜荷載下的受力狀態。54組全比例試驗,系統地揭示了模塊組合結構在雙向拉壓、界面滑移、圍合結構單元及連接節點的多層次受力機理。最終大型鋼板—混凝土組合結構從有限單元到整體模塊的一體化設計方法得以構建。這一重大突破解決了核電大型結構模塊無適用設計理論的難題,填補了國內空白,被行業內評價為“國際領先水平”。
理論突破僅是長征第一步,工程實踐的考驗接踵而至。近萬噸級的結構模塊,不僅體積龐大、重量驚人,而且在吊裝過程中極易受到風力、溫度等多種因素的影響。“我們要做的,是要將吊裝誤差控制在毫米級。我們一定可以做到。”褚濛堅定地說道。這句話不僅是對團隊的激勵,更是一份沉甸甸的責任。為了實現這一目標,褚濛帶領團隊再一次開展技術攻關。開發焊接數值模擬技術,發明可翻轉胎架和在線監測反饋系統,研發超高度自密實混凝土螺旋上升連續澆筑方法,甚至將航天領域的精密測控網絡引入施工現場……最終,當這個“千噸巨無霸”在空中精準就位時,10個設備支撐點的最大偏差還不到3毫米。
十年磨劍,終成重器。至此,這項名為“先進非能動壓水堆核電站模塊化建造關鍵技術及應用”的成果,使中國核電建設周期縮短20%,新增經濟效益超17億元,并榮獲2023年上海市科技進步二等獎。由褚濛主編的國家標準《核電站鋼板混凝土設計規范》(GB/T 51340-2018),更成為全球工程師的模塊化核電結構設計指南,標志著中國在該領域從“學習者”變為“規則制定者”。

世界最大規模樁-土-結構相互作用試驗裝置(左二為褚濛)
守護者:守護核安全的最后防線
“核島結構是守護核安全的最后屏障。”前輩工程師的告誡深深烙印在他的職業生涯中。核電安全,抗震為先。沿海廠址地質條件復雜,傳統抗震方案難以滿足新一代核電站的超高安全標準,國內核電結構在抗震安全領域缺乏自主技術體系。褚濛曾被公司選派至美國西屋公司擔任合作設計工程師,深入參與AP1000核島抗震分析項目。如今,他再次臨危受命,主導“國和一號”核島主廠房抗超強地震技術攻關。“核心技術必須掌握在我們自己手中”,他如是說。
褚濛決心不僅要構建“國和一號”核島抗震分析技術,還要帶領團隊構建一整套彈塑性抗震分析方法體系。面對這一巨大挑戰,他和他的團隊一步一個腳印:完成國內首次大型設備、管道與結構的耦合地震試驗,提出兼顧設備運行功能與結構極限狀態的設計準則,構建“國和一號”核島廠房的精細化抗震模型,研發基于損傷塑性理論的本構模型,建立核島結構全流程非線性分析方法,終于形成了具有自主知識產權的完整抗震技術體系。為了驗證理論模型可靠性,他還推動建設了世界最大規模的土箱振動臺試驗裝置,通過大比例模型試驗揭示了樁基的抗震規律。當首次大比例深埋小堆試驗成功時,中國核電團隊又一次走在了時代前列。
更令人矚目的是,他還在技術攻關之余,將隔震技術引入核電應急指揮中心。這項技術在“國和一號”示范項目的成功應用,使中國成為全球少數掌握核設施閉鎖隔震技術的國家。褚濛用鋼與混凝土為中國核電澆筑出新的時代坐標。
獨木不成林。褚濛深知,保障核安全、推動中國核電可持續發展需要源源不斷的人才支撐。作為80人結構設計團隊的帶頭人,他創新性地推行“項目+人才”培養模式:讓年輕工程師在重大專項中擔任子課題負責人,同時邀請院士團隊進行“師徒制”輔導。近幾年入職的員工這樣回憶:“褚總常和我們一起反復打磨分析報告,他說,‘核電容不得半點僥幸,每個數據都要經得起千年一遇的考驗’。”
這種追求極致的精神,讓他的團隊在十年間斬獲94項專利、90篇論文、11部國家標準,并榮獲“核能行業創新團隊獎”。更難得的是,褚濛始終保持著學術前沿敏感度。2023年,他率先將人工智能技術引入地基安全研究,牽頭開展“退役火電廠改建小型堆”的課題研究,探索利用人工智能預測地質抗震可靠度,為實現“雙碳”目標提供新路徑。在他看來,創新不僅是突破技術瓶頸,更是為行業培養更多“硬核”力量。在他的藍圖中,未來五年,團隊將攻克反應堆數字孿生健康監測技術,讓核安全屏障“智慧化”。
有人問他:“天天和混凝土、地震波打交道,不覺得枯燥嗎?”他笑著回答:“當你看到自己設計的結構經受住強震考驗,當中國核電站在世界地圖上點亮一個個坐標,那種成就感,勝過千言萬語。”在他的世界里,每一組數據,都是為核電站筑起的安全屏障。他用最嚴謹的公式,書寫最浪漫的守護。那些實驗室不眠的燈火、工程現場紛揚的焊花,都化作反應堆穹頂上閃耀的星光,照亮著中國智造攀登世界巔峰的征程。
從黃浦江畔到全球核電舞臺,褚濛用創新與匠心守護著核電站的“鋼筋鐵骨”,用十六年光陰將中國核電的“鋼筋鐵骨”鍛造成世界級名片。這份對創新與安全的極致追求,正成為中國核電走向世界的底氣。在他身后,新一代核電結構工程師正接過火炬,繼續書寫中國核能事業的壯麗篇章。