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設計核電站反應堆涉及大量計算，從初步設計開始就需要啟動計算程序。中國核動力研究設計院（ 以下簡稱“核動力院 ”）所使用的設計程序是從核潛艇陸上模式堆開始逐步開發積累起來的，直到秦山二期核電站施工開始后啟用法國的設計程序和設計結果。

引進、消化、吸收、再創新，是很多領域需要走的路。中國自主化軟件之路也不例外。但這其中，藏著很多“暗礁”……

▲李慶在論壇上發言

藏在數據庫里的“秘密”

1997年的春天，25歲的李慶從清華大學碩士研究生畢業，進入核動力院設計所從事堆芯物理研究工作。這一年，正是核動力院開始著手自主核電設計的時候，制定了“華龍一號”前身——CNP1000包括177堆芯在內的重要技術參數。李慶的第一項工作就是參與177堆芯燃料管理系統研究。從此，他與中國自主核電研發和“華龍一號”深深牽絆在一起了。

“國內第一個177堆芯的燃料管理系統，有我的貢獻?！蹦贻p的李慶沒有想太多，接到任務就埋頭做，“177堆芯設計具有堆芯功率更高、線功率密度更低等優勢，是既能體現經濟性，又能保證安全性的優化選擇。”

“拿來用，可以。拿來改，太難了?！?/p>

自主三代核電技術起源于秦山二期，很多方面都參考了法國的設計。當時的技術手段有限，對設計理念理解也不深刻。177堆芯的燃料管理系統參考法方設計，但設計出來的結果卻不能滿足基本的物理要求。為了找出問題，只能用笨辦法——用當時的點陣打印機，把堆芯相關數據打印出來，鋪了整整一屋子，最后才發現關鍵的反應堆堆芯反射層數據以二進制的形式被隱藏在了數據庫，根本看不見。而沒有這個資料，從157堆芯到177堆芯的路，多了很多坎坷。

李慶團隊從源頭出發，按照反應堆堆芯反射層的幾何特征重新設計數據……

從know how 到 know why 的轉變

1999年，大亞灣核電站開始18個月換料論證工作。包括李慶在內，核動力院現在的一批中堅力量基本上都參加了這個項目。對于他們來說，這是一個完整轉變設計思想、設計理念的劃時代項目。在這以前，很多事情，他們知道怎么做，但不知道為什么這樣去做。

大亞灣換料論證工作，法方作為總包方，擔任了指導老師的角色，中方李慶團隊承擔具體的工作。每一項工作，他們都要尋根究底，不僅要知道know how ，還要知道 know why。每一項工作，都有設計規程手冊。但對每一項工作，出的每一份報告，李慶團隊都要同時出一份計算筆記。厚厚的計算筆記詳細地記錄了整個工作過程，從數據的輸入開始，包括在工作中的整理、反思。項目完成后，李慶積累了上千頁的筆記，更重要的是，搭建了較為完整的核電設計體系。

從know how 到 know why，這批中國核動力事業的中流砥柱也從“必然王國”走向了“自由王國”。

▲李慶（中）與同事們討論研發工作

缺失的“入場券”

“很長一段時間，我們沒有需求，也沒有動力去開發自主化核電軟件包?！崩顟c直言。

2010年，中核集團擬向巴基斯坦出口兩臺百萬千瓦級核電機組，也就是后來的卡拉奇2號、3號機組。

設計反應堆需要涉及大量計算，從初步設計開始就需要啟動計算程序。但當時的設計軟件都是從法國引進的，在技術轉讓協議中有一條非常明顯的條款：只能用于中國國內核電設計。

核動力院臨危受命，被要求解決這個問題。此時李慶也已成長為軟件自主化項目總師。

1991年，為了提高核電設計能力，中方向法國進行了設計咨詢，全套引進了法方的核電設計軟件?！爱敃r我們還花了非常大的資源和精力，將法國的設計軟件在我們自己的硬件上進行適應化匹配?！崩顟c從前輩那里得知了其中的艱辛。當時的核動力院，還沒有幾臺電腦，他們借用其他單位的電腦進行計算，為了保證完整的計算時間，大家都是帶著被褥去的。“當時的交通不是很方便，大家去一次最少要按48個小時計算?！敝钡浆F在，對此，李慶仍記憶猶新。

其實，早在參與秦山二期投標之時，核動力院用的是自己的設計軟件進行初步設計，那是從設計核潛艇陸上模式堆開始逐步開發積累下來的。只是在秦山二期施工開始后才開始啟用法方的設計程序和設計結果，其作用主要是校驗中方的設計程序和設計結果，差異不大。

“現在回頭看，當時引進的那套軟件，從理論上看并不先進?！崩顟c說，“但是他們有兩個我們無法比擬的優勢，一是計算結果精確。法國的核電站已經運行了上千個堆年，設計經驗豐富，可以對軟件進行大量的調試，使得計算數據和實際數據基本一致；二是功能全面。我院從核潛艇陸上模式堆積累的設計軟件，其設計參數和核電站設計有所區別。法國的軟件是完全根據核電站設計需求定制開發，核電設計所需的數據全部都有?！?/p>

“拿來”的軟件，比我們自己的軟件好用，算得精確，功能又全面。理所應當地，我們拋棄了自己的軟件，轉而使用更先進的法國軟件。

自秦山二期后，中國設計的所有核電站使用的都是法方的軟件包，一用就是近二十年。

“我們一直在用軟件，而沒有去開發軟件?！敝钡胶穗娦枰隹?，才發現核電設計所必需的軟件包——“走出去”的入場券，在國內已缺失很久。

臨危受命的艱難征程

2010年，核電出口巴基斯坦已成定局，軟件自主化迫在眉睫。

2011年，“華龍一號”正式立項之時，李慶已經成長為“華龍一號”副總師，負責堆芯核設計工作。同時，作為軟件自主化項目總師，李慶壓力很大。核動力院作為核動力技術設計單位，一直以來只是將設計軟件作為工具來應用。在2010年之前，根本沒有成套的軟件開發體系。沒有體系、沒有隊伍，也不知道軟件開發的工作方式。

在李慶團隊的努力下，用了不到5年的時間，完成了全套軟件的開發，形成了NESTOR1.0核電設計軟件包。至此，核動力院建立了一套完整的軟件開發體系，培養了一支能打硬仗的軟件研發團隊，保證了中核集團核電出口合法化。

2015年，我國首套自主核電軟件包和一體化軟件集成平臺NESTOR在京正式發布。發布的數十個軟件，已成功應用于核電站工程設計和運行管理。

2014年，李慶團隊又馬不停蹄地開始了軟件自主化二期的研發工作。NESTOR2.0的技術水平已經和國際主流核電設計軟件相當，局部達到國際先進水平。

追求完美的李慶認為，NESTOR2.0仍有需要完善的地方。2017年，他們乘勝追擊，又開始了軟件自主化三期研發工作。李慶團隊立志要研發出國際先進、滿足工程應用、成套成體系的核電設計軟件。

研發工具軟件一般要經歷兩個階段。首先需要理論模型和試驗模型，這是軟件研發成功的基本保障。其次是代碼的編寫工作。在軟件三期研發工作中，李慶團隊針對模型，開始了新的攻關。

軟件研發需要極大的基礎投入，研發過程中每一個公式都需要做大量的試驗進行驗證，而核電相關試驗動輒上億，代價巨大。

“軟件自主化最大的困難就是工程化應用?！被貞浧疬@十年軟件自主化走過的路，李慶感慨道。在“華龍一號”的設計過程中，李慶團隊使用法國的設計軟件和自主研發的NESTOR核電軟件包并行做了兩份報告，進行“背靠背設計”，在經歷了很長一段時間“備胎”后，有效推動了自主化軟件的工程化應用。

2019年，完全由我國自主設計的核電軟件包已經應用于軟件工程項目中。經過一年多的核電運行證明，實際數據和軟件計算結果基本一致，近萬個參數完全符合工程要求。這次大考，NESTOR軟件包交出了一份完美的答卷。

數字化的未來

對于未來的核電設計，李慶團隊拿出了“數字化反應堆”的解決方案。傳統核電設計軟件的主要思路是為了保證核電站的安全，設計原則保守，參數的安全裕量較高，經濟性有所欠缺。數字化反應堆采用高保真計算，真實模擬出核電站的所有情況。

數字化反應堆對于核電設計工作來說，是整個設計體系的變革。傳統的核電設計是串行模式，反應堆物理、系統、結構、熱工水力等專業計算結果是承接的過程，每個計算的誤差相加，對結果的影響比較大，不利于反應堆的經濟性和運行的靈活性。數字化反應堆是并行設計的，所有專業同時計算，計算結果共同收斂，集成耦合，可以有效地消除誤差，效率更高，同時使核動力性能有了跨越式的提升。

經過自主化軟件研發的艱難歷程，核動力院有了完整的設計團隊和完善的設計體系。同時，國內對科技創新越發重視，軟硬件技術日新月異，各種條件萬事俱備，數字化反應堆東風已來。“我們希望以后核電設計軟件和數字化反應堆可以合為一體，數字化反應堆里包含軟件，軟件也要發展到高精度高保真的程度。”通過先進的工具，工程師可以實現“所見即所得”。這種智能化、數字化的設計，可以提高設計能力、提升設計效率、提高設計質量、降低設計成本。對于未來，李慶充滿希望，并一直奔跑在逐夢的征途上。