2025年11月14日，中核武汉核设备可靠性与寿命评定中心老化管理技术部主任张锋在深圳核博会材料老化与服役安全论坛发表《核电厂构筑物长期服役老化监测技术研发与应用》主旨报告。
报告围绕核电厂构筑物长期服役中的老化监测技术研发与应用展开，指出全球核电机组延寿已成为重要趋势，国内机组也需要面向长期运行甚至百年服役目标开展技术准备。重点介绍了安全壳表面裂纹无人机智能检测和安全壳表面光纤应变监测两项技术，并进一步提出基于三维可视化平台整合土建结构监测与老化检测数据，以支撑延寿管理。
关键点
1. 报告主题与背景（00:00）
报告题目为核电厂构筑物长期服役、老化监测技术研发与应用。报告人长期从事核电厂延寿相关科研和工程总体策划工作，并参与过机组延寿及相关科研准备。
2. 全球核电机组延寿趋势明显（00:46）
截至报告所述时间，全球在运核电机组平均年龄已达三十二年，许多机组超过三十年或四十年。美国、法国、俄罗斯等主要核电国家已有大量机组获准延寿，美国部分机组已获准延寿至八十年，并开始进行百年服役相关技术准备。
3. 国内机组需要面向长期运行（02:25）
国内在运核电机组平均年龄相对较低，但结合国外经验和国内良好运行业绩，报告认为国内核电机组也必然要实现长期延续运行，并逐步考虑面向百年服役目标开展工作。
4. 构筑物老化影响核电厂安全运行（03:02）
除堆芯金属材料外，电缆绝缘材料、混凝土材料等也存在老化问题。作为第三道安全屏障的安全壳，其结构完整性和密封性能直接影响核电厂安全运行，可能面临地下水侵蚀、辐照损伤、表面裂纹扩展、混凝土耐久性下降、预应力损失和结构变形等问题。
5. 延寿管理需改进关键监测手段（04:22）
电厂日常老化管理已对许多老化机理采取检测手段，但面向延寿运行仍需改进。报告后续聚焦两个具体技术点：安全壳表面裂纹缺陷检测和安全壳应变监测。
6. 无人机智能检测安全壳表面裂纹（05:00）
传统地面设站人工远程观测存在精度低、视角受限、效率低等问题，打压期间人工检查还存在到达困难、安全风险高、成本大和时间窗口紧张等问题。报告提出利用无人机拍摄照片，并结合自动识别和定量检测，实现更高效的安全壳表面缺陷检测。
7. 无人机检测技术流程（06:20）
技术流程包括无人机远程扫描构筑物外观并建立模型，在模型基础上设计抵近飞行路径，拍摄大量照片后进行解析度分析，利用训练模型识别裂纹等缺陷类型，再进行定量测量，并形成可视化三维管理信息系统。
8. 缺陷识别模型与检测效果（07:30）
报告采用相关训练模型，对一千五百五十三张图片进行训练、检验和验证，人工标记裂纹、锈蚀、孔洞、蜂窝麻面等缺陷类型。验证结果显示，缺陷类型识别准确率达到百分之九十九点三六，缺陷数量识别率达到百分之九十六点一七，位置定位精度达到十三点二九毫米。
9. 裂纹宽度定量测量方法（08:47）
在识别裂纹后，报告采用图像处理和神经网络方法提取裂纹信息，并通过裂纹法线方向与裂纹两端交点之间的距离测量裂缝宽度。考虑光照强度、对比度等影响因素，现场会通过少量图片人工调整参数，再对整批照片进行自动化批量处理。
10. 现场应用验证达到工程需求（09:49）
该技术在现场打压期间进行了全范围观测，拍摄约八百张照片，完成安全壳模型精细化重建、裂纹测量和宽度测量验证。对五条典型裂缝在打压前、最高压和泄压后进行跟踪，结果显示打压期间裂纹会有少量变化，多数为少量扩展，部分因应力分布不同出现少量闭合，总体满足工程需求。
11. 表面光纤应变监测弥补预埋传感器失效（10:49）
安全壳整体变形通常依赖永久性预埋传感器，但服役时间延长后传感器失效比例会升高，且难以修复。报告提出在安全壳表面粘贴光纤传感器，提取应变数据，用于补充失效传感器造成的监测数据缺失。
12. FBG光纤传感器方案与现场表现（11:44）
报告对比了封装在不锈钢金属管中的FBG传感器和分布式光纤传感器，最终选择测量精度更高的FBG方案。表面粘贴方式便于维护和更换；现场应用中，传感器能够较好反映打压升压过程及表面应变状态，误差满足规范要求。
13. 构筑物三维可视化管理平台（13:45）
针对土建数据分散、查阅和延寿分析不便的问题，报告提出基于三维模型的安全壳可视化管理平台，将构筑物底层数据、结构监测、老化检测和缺陷图片分析数据整合起来，实现三维展示、缺陷定位、趋势分析和基于状态触发后续检查任务。
14. 总结与后续工作（15:53）
报告总结称，两项面向核电厂延寿和长期运行的土建监测技术已解决具体工程问题，但这只是构筑物长期运行所需工作的部分内容。后续仍需开展堆墙混凝土长期中子辐照损伤、结构损伤后的极限承载能力分析等工作。
时间线
00:00 - 主持人介绍报告人和报告题目，报告人说明自身单位、工作背景以及将交流的主题。
00:46 - 报告从国际核电机组运行年限与延寿现状切入，说明美国、法国、俄罗斯等国家的延寿实践，并引出国内核电机组长期运行需求。
03:02 - 内容转向核电厂构筑物老化问题，重点说明安全壳在长期服役中可能出现的侵蚀、辐照损伤、裂纹、耐久性下降、预应力损失和变形等风险。
04:22 - 报告说明现有老化管理已有一定基础，但面向延寿还需加强关键监测，并确定后续重点介绍裂纹缺陷检测和应变监测两类技术。
05:00 - 首先介绍安全壳表面裂纹检测需求，分析传统人工检查在精度、效率、安全和成本方面的不足，并提出无人机智能检测思路。
06:20 - 进一步展开无人机检测方案，包括建模、路径规划、抵近拍照、图像分析、缺陷识别、裂纹定量测量和三维可视化管理。
07:30 - 报告介绍缺陷识别模型训练、验证数据与识别效果，并说明裂纹宽度测量方法及实验室和现场验证结果。
10:49 - 第二项技术转向安全壳表面应变监测，先说明预埋传感器随服役失效的问题，再提出表面粘贴光纤传感器作为补充方案。
11:44 - 报告介绍FBG光纤传感器封装、灵敏度、表面粘贴工艺、应力传递修正以及现场打压过程中的监测表现。
13:45 - 在监测技术基础上，报告提出构筑物三维可视化管理平台，用于整合结构监测、老化检测、缺陷图片和历史数据，并支持趋势分析和检查任务触发。
15:53 - 最后总结两项监测技术的工程应用价值，并指出构筑物长期运行仍需在辐照损伤和承载能力分析等方面继续研究。
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中核武汉张锋：以智能监测支撑核电厂构筑物长期服役与延寿运行
2025年11月14日，在深圳核博会材料老化与服役安全论坛上，中核武汉核设备可靠性与寿命评定中心老化管理技术部主任张锋发表《核电厂构筑物长期服役老化监测技术研发与应用》主旨报告，围绕核电厂构筑物在长期服役和延寿运行中的老化监测需求、关键技术研发及工程应用进展进行了系统介绍。
张锋长期从事核电厂寿命管理、延寿科研和工程总体策划工作，曾参与或推进秦山一期延寿、坎杜机组和VVER机组延寿准备等相关工作。他在报告中指出，全球核电机组正普遍进入长期运行阶段，在运机组平均年龄约为32年，部分机组服役时间已超过50年，超过30年、40年服役期的机组数量持续增加。美国多数机组已获准首次延寿至60年，部分机组获准二次延寿至80年；法国通过定期安全评审等方式推动机组继续运行；俄罗斯也已有多台机组获准延寿，部分机组进入二次延寿阶段。相比之下，中国在运核电机组平均年龄较低，但运行基础良好，未来需要面向长期延续运行开展系统布局，并进一步探索更长周期服役目标。
在核电厂长期运行过程中，构筑物老化管理是保障机组安全的重要基础。张锋表示，安全壳作为核电厂第三道安全屏障，其结构完整性和密封性能直接关系到核电厂安全运行。随着服役年限增加，地下结构可能受到地下水及化学介质侵蚀，堆腔、堆墙等混凝土材料可能发生中子辐照损伤，安全壳表面可能出现裂纹、开裂及裂纹扩展，混凝土还可能面临耐久性退化、碳化、预应力损失、结构变形和承载能力变化等问题。现有老化管理已覆盖化学侵蚀、外观缺陷和部分耐久性问题，但面向延寿运行，仍需改进关键监测活动。报告重点介绍了安全壳表面裂纹检测和安全壳应变监测两项技术。
针对安全壳表面裂纹检测，张锋介绍，法规和老化管理要求对安全壳表面裂纹开展定期监测。混凝土表面裂纹较为常见，但必须防止裂纹深度发展和横向扩展超出验收标准。传统地面设站远程人工观测存在精度低、视角受限、效率不高等问题；在打压试验期间，部分区域人工难以到达，搭设脚手架或使用吊篮又面临安全风险高、成本高、时间窗口紧张等困难。为此，团队研发了基于无人机的智能检测方案，通过无人机远程扫描并重建构筑物外观模型，再基于模型规划抵近飞行路径，近距离拍摄大量表面图像，并对图像开展解析度分析、缺陷识别和裂纹定量测量，最终将裂纹数据接入可视化三维管理信息系统，实现数字化检测。
在裂纹与缺陷识别方面，团队采用YOLOv8训练模型对图像进行缺陷识别，使用1553张图片建立数据集，并划分为训练集、检验集和验证集，人工标注裂纹、锈蚀、孔洞、蜂窝麻面等缺陷类型。模型对缺陷类型识别准确率达到约99.36%，缺陷数量识别率达到约96.17%，裂纹位置定位精度约为13.29毫米。在裂纹宽度定量测量方面，团队采用图像处理和U-Net神经网络提取裂纹信息，并根据裂纹法线方向及裂纹两侧边界距离计算裂缝宽度。针对光照强度、对比度等影响因素，通过少量人工参数调整提升检测准确性，实验室测量误差约为0.15毫米。
该技术已在工程现场开展验证。团队在某机组打压期间进行了全范围观测，拍摄约800张照片，完成安全壳模型精细化重建、裂纹识别和宽度测量验证，并对5条典型裂缝开展打压前、最高压力、泄压后的跟踪检测。结果显示，打压期间裂纹存在少量扩展或局部闭合，整体检测效果能够满足工程应用需求。
在安全壳表面应变监测方面，张锋表示，安全壳整体变形通常依赖永久预埋式传感器监测，但随着服役时间延长，预埋式传感器会逐步失效，且失效率可能不断升高。由于预埋传感器失效后难以修复，容易造成监测数据缺失，因此需要采用补充监测手段弥补数据空白。团队提出在安全壳表面粘贴光纤传感器获取应变数据，并在对比FBG光纤传感器与分布式光纤传感器后，选择测量精度更高的FBG方案，同时采用不锈钢金属管封装FBG传感器，提高现场适应性。表面粘贴方式便于维护，传感器失效后也可较方便更换。
测试结果表明，封装后的传感器灵敏度较高，可满足现场工况要求。虽然表面粘贴和封装会带来一定应力传递损失，但应力传递效率约为84%，不同施工处理带来的偏差约为1%，整体性能较稳定，适用于安全壳表面应变补充监测。在现场应用中，团队在失效传感器对应位置的安全壳外壁布设光纤传感器，打压过程中监测数据能够较好反映升压平台变化，与表面应变状态具有较好一致性。相关分析显示，最大分析误差约13.5%，绝对误差约9.3微应变，监测精度满足规范要求，可用于工程应用。
围绕构筑物老化数据管理，张锋还介绍了基于BIM和三维可视化模式的安全壳管理平台。与机械设备、电气设备智能化管理平台相对成熟相比，土建构筑物管理仍较薄弱，检查和监测数据较为分散，而延寿分析需要完整、可追溯、便于查阅的数据支撑。该平台整合构筑物基础数据、结构监测数据、老化检测数据和缺陷图像分析数据，实现数据与缺陷在三维模型中的可视化展示，并支持监测数据趋势分析和状态评估。
在平台应用中，结构监测传感器可嵌入三维模型对应位置，并关联传感器历史监测数据，直观展示结构变形和监测趋势变化；裂纹、缺陷图片及定量数据也可映射到三维模型对应位置，显示缺陷位置、尺寸及变化情况，并支持结合老化检测数据开展模型分析。通过监测数据和缺陷状态触发后续检查任务，构筑物管理将逐步向基于状态的预防性维修和维护管理方向发展。
张锋表示，无人机智能裂纹检测技术解决了安全壳表面裂纹高效检测问题，光纤应变监测技术补充了预埋传感器失效后的监测数据缺失问题，可视化管理平台提升了构筑物老化数据的集中管理和分析能力。面向核电厂延寿和长期运行，堆腔混凝土在长期中子辐照下的损伤机制、结构损伤后的极限承载能力分析，以及构筑物综合老化管理体系完善等方向仍需持续深入研究。
