徐建軍，王 浩，楊 柳

（1.中廣核工程有限公司 核電安全監(jiān)控技術與裝備國家重點實驗室，廣東 深圳 518028；2.中廣核集團有限公司 研究中心，廣東 深圳 518100）

0 引言

核電企業(yè)是保障國家能源安全、環(huán)境安全的重要力量，擔負著推動國家經(jīng)濟和能源發(fā)展的歷史使命。根據(jù)國際原子能機構(gòu)（International Atomic Energy Agency，簡稱IAEA）發(fā)布的最新數(shù)據(jù)，截至2021 年年底，全球在運核電機組439 臺，其中中國大陸在運53 臺，僅次于美國的93 臺和法國的56 臺，在運機組數(shù)量位居全球第三，中國已成為全球核電利用大國。在數(shù)字化轉(zhuǎn)型的時代背景下，中國核電行業(yè)普遍認識到數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要性，數(shù)字化轉(zhuǎn)型成為創(chuàng)新發(fā)展的必然趨勢，越來越多核電企業(yè)將數(shù)字化轉(zhuǎn)型作為企業(yè)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型升級的重要方向，紛紛提出利用人工智能、大數(shù)據(jù)分析、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬仿真等為代表的先進數(shù)字化技術，以提升核電廠本質(zhì)安全和經(jīng)濟性，提高核電企業(yè)生產(chǎn)要素配置效率，促進核電產(chǎn)業(yè)緊密協(xié)同為目標的數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展思路。

1 核電企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的意義

1.1 提升核電廠廣泛智能互聯(lián)水平

物聯(lián)網(wǎng)、5G 等新一代信息通信技術開啟了萬物互聯(lián)的新時代，同樣也為核電廠重要設備的在線檢測、遠程診斷與集約控制等提供了必要的技術保障。通過對關鍵設備實時數(shù)據(jù)的采集與分析，再借助人工智能、大數(shù)據(jù)等先進技術，構(gòu)建廣覆蓋、低時延、高可靠性的核電廠互聯(lián)互通集成體系，實現(xiàn)廠區(qū)內(nèi)外部各個控制和管理單元的無縫鏈接，進而實現(xiàn)電廠生產(chǎn)場景、生產(chǎn)方式和管理模式的顛覆性變革，甚至重構(gòu)整個核電廠的時空體系。

1.2 驅(qū)動核電企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略變革

核電企業(yè)是保障國家安全、能源安全、環(huán)境安全的重要力量，承擔著推動國家能源安全和經(jīng)濟社會發(fā)展的雙重歷史使命。隨著數(shù)字化、智能化的普及與快速發(fā)展，核電企業(yè)數(shù)字化變革是行業(yè)發(fā)展的必然選擇，用數(shù)字技術驅(qū)動業(yè)務變革是核電企業(yè)必然發(fā)展戰(zhàn)略。核電企業(yè)實施數(shù)字化轉(zhuǎn)型，核心就是依托“大云物移”等數(shù)字化技術體系，在更寬、更深的技術層面挖掘和使用數(shù)據(jù)，推動數(shù)據(jù)的價值作用從工具層面上升為生產(chǎn)要素，成為企業(yè)的核心資產(chǎn)和戰(zhàn)略資源，借助數(shù)據(jù)模型引導要素向效率更高的生產(chǎn)環(huán)節(jié)集聚，進而推進要素配置效率提升，提高綜合利用效率，提升企業(yè)競爭力，甚至重構(gòu)企業(yè)生態(tài)圈。

1.3 促進核電產(chǎn)業(yè)鏈更為緊密合作

隨著網(wǎng)絡化、數(shù)字化的逐漸普及與快速發(fā)展，核電廠建設和運行各參與方的業(yè)務協(xié)同與協(xié)作方式將發(fā)生根本性改變，基于數(shù)字化的信息共享和業(yè)務協(xié)作將更為普遍[1]。同時，伴隨核電產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)作的深化，企業(yè)之間的信息系統(tǒng)集成將逐步成為常態(tài)，核電產(chǎn)業(yè)鏈的設計、設備制造、采購、工程建設和核電廠運行各環(huán)節(jié)互有數(shù)據(jù)信息的需求，大量數(shù)據(jù)通過有效組織、交換和聚集，最終將形成覆蓋核電產(chǎn)業(yè)各領域的全周期大數(shù)據(jù)體系，而通過對核電產(chǎn)業(yè)大數(shù)據(jù)的挖掘分析利用，又將不斷產(chǎn)生新的應用價值，促進核電產(chǎn)業(yè)鏈更加緊密的合作，并最終提升整體績效和智能化水平。

2 數(shù)字化轉(zhuǎn)型關鍵技術

2.1 智能設計

設計是核電產(chǎn)業(yè)的龍頭，不僅影響著核電產(chǎn)業(yè)的方向和行業(yè)水平，而且直接決定著核電工程建造效率、質(zhì)量及其經(jīng)濟性。由于核電廠系統(tǒng)復雜，布局緊湊，一臺百萬千瓦級核電機組擁有300 多個系統(tǒng)，近10 萬臺套設備裝置，且核電設計參與專業(yè)多，約束條件多，迭代過程復雜。而基于云架構(gòu)三維數(shù)字化協(xié)同設計體系，可以有效提升核電廠設計質(zhì)量和效率，主要體現(xiàn)在兩個方面：首先是云設計的協(xié)同設計能力，將設計流程、平臺、資源整合到云端數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)按核電廠系統(tǒng)、功能及方案開展協(xié)同設計，通過資源整合、流程優(yōu)化和協(xié)同創(chuàng)新，驅(qū)動設計業(yè)務流程創(chuàng)新、模式創(chuàng)新和功能創(chuàng)新，讓設備供應商、制造廠家和設計單位同步參與到前端設計中，顛覆傳統(tǒng)的設計模式。其次是設計平臺工具智能化，可以在較短時間內(nèi)完成大量復雜運算，實現(xiàn)快速建模，生成三維模型數(shù)據(jù)目標，提供模型數(shù)據(jù)自動校驗，電纜自動敷設，智能出圖等能力，甚至具備人工智能設計評價體系，利用大數(shù)據(jù)和人工智能學習算法，實現(xiàn)設計成果智能檢查、優(yōu)化和發(fā)布[2]。

2.2 數(shù)字孿生

數(shù)字孿生技術有助于精確地聯(lián)系實體世界和數(shù)字世界，近年來在核電領域應用迅速。5G 通信、大數(shù)據(jù)、先進仿真分析等技術組成的數(shù)字孿生技術體系，正加快推動核電廠數(shù)字化轉(zhuǎn)型。數(shù)字孿生技術是以快速在線檢測和建模仿真技術為基礎，融合了智能互聯(lián)、邊緣計算、人工智能等技術，通過對智能傳感數(shù)據(jù)實測、運維歷史數(shù)據(jù)分析，集成電、輻射、熱、振動、流體、壓力等多物理量的仿真過程，在虛擬空間中實現(xiàn)對實體核電廠機組、系統(tǒng)、設備的真實映射[3]，并進行實時更新與動態(tài)演化。數(shù)字孿生模型對物理實體的仿真預測準確度會隨著經(jīng)驗的不斷積累以及數(shù)據(jù)量的不斷增加而逐漸提高，能直觀、高效地洞悉核電廠系統(tǒng)的數(shù)字孿生體之間共享智慧、共同進化的孿生共智狀態(tài)，數(shù)字孿生技術可參與核電廠設備實體從早期概念設計到運維，再到退役拆解回收的全生命周期過程中。

2.3 大數(shù)據(jù)

大數(shù)據(jù)技術是數(shù)字時代下應運而生的一種新技術，內(nèi)涵非常豐富。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，中國核電企業(yè)積累了各種堆型的設計、采購、施工、調(diào)試、運行等產(chǎn)業(yè)鏈階段寶貴數(shù)據(jù)，收集了核電企業(yè)上百個堆年的運行經(jīng)驗和數(shù)據(jù)[4]。大數(shù)據(jù)技術的優(yōu)勢不僅是對海量數(shù)據(jù)信息的掌握，更是對企業(yè)所需數(shù)據(jù)的專業(yè)化、智能化處理，在有效運用數(shù)據(jù)采集、預處理、存儲、管理以及分析等功能的基礎上，利用大數(shù)據(jù)技術的“數(shù)據(jù)+算力+算法”核心要素，對海量歷史數(shù)據(jù)進行挖掘、分析和利用，為核電企業(yè)提供實時、準確、大量的高價值密度的數(shù)據(jù)信息服務，推動數(shù)據(jù)價值從工具層面上升為生產(chǎn)要素，甚至成為企業(yè)的核心資產(chǎn)和戰(zhàn)略資源。

2.4 人工智能

人工智能是核電廠數(shù)字化轉(zhuǎn)型應用的關鍵技術，融合云計算、大數(shù)據(jù)等前沿技術，利用數(shù)據(jù)、算力、算法三要素，提升核電廠智能化水平，賦能數(shù)字化轉(zhuǎn)型帶來生產(chǎn)方式變革和效率提升。人工智能基于計算機視覺、智能語音、自然語言處理等技術優(yōu)勢，可發(fā)揮在核電廠特殊場景環(huán)境應用上獨特優(yōu)勢，能夠極大提高核電廠運作效率和智能化水平。在設備安全領域，通過自動獲取設備相關信息，動態(tài)分析設備的整個生命周期、跟蹤設備性能，對風險源進行有效預警，最大限度減少因設備引起的故障。在安全生產(chǎn)領域，結(jié)合三維環(huán)境重建、視覺識別、運動控制等技術，實現(xiàn)各類機器人在特殊環(huán)境下的自動巡視、作業(yè)、處置等現(xiàn)場安全智能服務，提升核電廠人工智能技術應用水平。

3 核電企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型存在的主要問題

隨著數(shù)字化技術的發(fā)展進步，核電企業(yè)在數(shù)字化轉(zhuǎn)型已具備較好的基礎條件。但客觀看，大部分核電企業(yè)還是在原來信息化范疇之內(nèi)開展工作，與新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革背景下的數(shù)字化轉(zhuǎn)型展望目標還存在較大差距。理念認識方面，對核電企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型未有充分的理解認識，與時俱進的創(chuàng)新意識不足，對前沿數(shù)字化技術的看法尚停在工具層面，甚至還有數(shù)字化建設主要是IT 部門的觀念；規(guī)劃統(tǒng)籌方面，數(shù)字化轉(zhuǎn)型缺少戰(zhàn)略層面的規(guī)劃引導，數(shù)字化建設和業(yè)務發(fā)展缺少融合對接；企業(yè)總部層面，未建立有效的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)機制，核電廠等各家單位數(shù)字化工作共建共享不足，存在重復投入，各自為戰(zhàn)的情況，造成資源浪費。當前的信息化建設成果更多體現(xiàn)為提高工作效率，解放體力勞動，大數(shù)據(jù)、人工智能等前沿數(shù)字化技術尚未得到有效應用，數(shù)據(jù)挖掘在范圍、深度及歷史積累等方面都還不夠；產(chǎn)業(yè)協(xié)同方面，核電行業(yè)間、企業(yè)間、板塊間壁壘嚴重，信息系統(tǒng)林立，數(shù)據(jù)流、信息流的有效貫通存在諸多阻礙，而且主要受制于人員觀念、管理制度等非技術因素。

4 核電企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型實施策略

4.1 戰(zhàn)略導向，規(guī)劃先行

戰(zhàn)略導向規(guī)劃牽引屬核電企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的頂層建設，將數(shù)字化轉(zhuǎn)型作為企業(yè)總體戰(zhàn)略的重要組成部分。鑒于數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要意義，同時考慮到數(shù)字化轉(zhuǎn)型是一項長期性、系統(tǒng)性和艱巨性任務，核電企業(yè)必須要在戰(zhàn)略上予以高度重視，突出戰(zhàn)略引領，抓住數(shù)字化轉(zhuǎn)型時代的契機，實現(xiàn)企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展愿景目標。首先，在企業(yè)總部層面要做好數(shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略規(guī)劃，形成統(tǒng)一思路，提出三年或五年轉(zhuǎn)型計劃，規(guī)劃實現(xiàn)路徑，設立清晰而具體數(shù)字化轉(zhuǎn)型目標；其次，要成立數(shù)字化轉(zhuǎn)型專項組織，加強企業(yè)總部層面數(shù)字化工作的管控與牽引力量，統(tǒng)籌分層分級，協(xié)同多方實施，積極推動企業(yè)數(shù)字化、智能化技術全面落地。

4.2 問題牽引，技術保障

問題牽引是核電企業(yè)通過數(shù)字化轉(zhuǎn)型解決實際問題的現(xiàn)實初衷，而技術是解決實際問題必然保障。經(jīng)過數(shù)十年的快速建設發(fā)展，我們國家核電建設施工能力全球領先，核電自主創(chuàng)新能力顯著增強，核電設備國產(chǎn)化率快速已接近90%。雖然中國已是核電大國，但還存在核電關鍵技術“卡脖子”的短板，少量核電核心零部件、核心軟件，包括核燃料后端循環(huán)技術移交退役技術，仍受到國外技術限制與封鎖，國內(nèi)核電主體企業(yè)，已先后被美國列入“實體清單”。面對中國核電產(chǎn)業(yè)亟待解決的上述問題，核電企業(yè)要以問題為牽引，以技術為抓手，抓住數(shù)字化轉(zhuǎn)型的驅(qū)動契機，升級思路和路徑，利用數(shù)字化前沿技術，最終實現(xiàn)技術突破和彎道超車。

4.3 系統(tǒng)工程，產(chǎn)業(yè)協(xié)同

系統(tǒng)工程是核電企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型中所面臨的挑戰(zhàn)和現(xiàn)實特點，產(chǎn)業(yè)協(xié)同是解決系統(tǒng)工程等復雜問題總體思路。核電企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型是個非常龐大的系統(tǒng)工程，需要核電產(chǎn)業(yè)各個領域?qū)I(yè)有效協(xié)同才能實現(xiàn)。反過來，數(shù)字化轉(zhuǎn)型也是有效打破傳統(tǒng)核電產(chǎn)業(yè)壁壘之契機，利用“大云物移”等數(shù)字化技術打破產(chǎn)業(yè)之間、企業(yè)之間、專業(yè)之間已形成的數(shù)據(jù)信息孤島，有利于形成產(chǎn)業(yè)合力協(xié)同資源，解決企業(yè)共性問題和核電廠共模問題，形成共建共享，相對開放的核電生態(tài)體系。從行業(yè)整體、全局上認識問題，加強產(chǎn)業(yè)布局，推動企業(yè)間科學統(tǒng)籌和合縱連橫，全面推動、上下結(jié)合推進數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作。

4.4 創(chuàng)新驅(qū)動，由點帶面

自主創(chuàng)新是核電企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展必由之路。核電企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的本質(zhì)特征是擁有一套與自身相適應的自主創(chuàng)新機制，并在關鍵技術領域突破創(chuàng)新的能力，在局部領域?qū)崿F(xiàn)突破。在數(shù)字化轉(zhuǎn)型新形勢下，核電企業(yè)可通過局部來帶動整體技術水平提升，重點在智慧核電建設、新堆型設計等領域，加快數(shù)字化技術應用。智慧核電建設方面，安全化、智能化始終是未來核電廠需要突破的一個要點，核電企業(yè)可利用先進的數(shù)字傳感器技術對核電廠運行狀態(tài)進行智能識別和態(tài)勢感知，用大數(shù)據(jù)分析對運行狀態(tài)進行分析和優(yōu)化，還可借助邊緣計算、人工智能、機器人等前沿技術，對核電廠智慧值守、應急響應等進行無人化技術突破，實現(xiàn)核電廠安全風險可視化、安全監(jiān)督智能化、安全管理信息化、安全決策科學化。先進堆型設計方面，可在高溫氣冷堆等第四代核電技術，海洋核動力、空間核動力等小型堆技術設計研發(fā)，以及先進核燃料及循環(huán)利用等技術領域，加快數(shù)字化技術應用，實現(xiàn)局部領域的原創(chuàng)性自主創(chuàng)新和技術引領，再由點及面實現(xiàn)系統(tǒng)性突破，助力中國躋身世界一流核電技術強國。

5 結(jié)論

核電企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型是一個系統(tǒng)工程，也是一項戰(zhàn)略性、長期性目標任務。數(shù)字化轉(zhuǎn)型將有效提升核電廠的安全性和經(jīng)濟性，驅(qū)動核電企業(yè)戰(zhàn)略創(chuàng)新，促進核電產(chǎn)業(yè)深度融合。為此，核電企業(yè)需要進一步統(tǒng)一思想，提高對數(shù)字化轉(zhuǎn)型重要性的認識，主動求變，科學應變，重點圍繞怎么突破核心技術封鎖，提高核電本質(zhì)安全水平，提升運營管理效能，促進產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同等方向，做好頂層設計，上下協(xié)同推動數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作，最終實現(xiàn)重構(gòu)核電企業(yè)生態(tài)圈，提升企業(yè)核心競爭力的目標。鑒于核安全是核電企業(yè)的生命線，核電企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型需遵循大膽創(chuàng)新、謹慎驗證、逐步推廣原則，以數(shù)字化轉(zhuǎn)型推動核電企業(yè)融合創(chuàng)新，全面提升中國核電本質(zhì)安全水平，盡快實現(xiàn)中國由核電大國向核電強國轉(zhuǎn)變。