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与延寿需求，说明安全壳等土建结构在裂纹、变形、预应力损失和环境侵蚀等方面存在老化风险，必须通过有效监测支撑长期安全运行。演讲重点介绍了两项工程应用技术：基于无人机和图像识别的安全壳表面裂纹检测，以及基于表贴光纤传感器的安全壳应变监测，并进一步提出构筑物可视化数据管理平台的思路。
关键点
1. 报告主题与工作背景（00:23）
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，本次交流主题是核电厂构筑物长期服役中的老化监测技术研发与应用。
2. 核电机组长期运行已成国际趋势（00:46）
全球在运核电机组平均年龄已较高，美国、法国、俄罗斯等国家已有大量机组获准延寿，部分机组已推进至八十年运行目标。国内核电机组平均年龄较低，但结合国外经验和国内运行业绩，报告认为国内机组也将走向长期延续运行，并开始面向更长服役目标开展技术准备。
3. 构筑物老化是延寿中的关键问题（02:58）
除堆芯金属材料外，电缆绝缘材料和混凝土材料同样存在老化问题。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，可能面临地下水环境侵蚀、堆墙混凝土中子辐照损伤、表面裂纹扩展、耐久性退化、预应力损失和结构变形等问题。
4. 现有老化管理仍需针对延寿改进（04:22）
电厂日常老化管理已对化学侵蚀、外观缺陷和长期耐久性等老化机理采取检测手段，但面向延寿运行仍有改进空间。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。
5. 无人机裂纹检测用于替代高风险人工检查（05:00）
安全壳表面裂纹需要定期监测，传统地面远程人工观测精度较低、效率有限；打压期间某些位置人工难以到达，脚手架或吊篮方式存在安全风险、成本高且时间窗口紧。为此提出无人机自动拍摄、图像自动识别和定量检测的方法，以提高检测效率。
6. 无人机检测技术流程（06:19）
该技术先利用无人机远程扫描并构建构筑物外观模型，再基于模型设计抵近飞行路径，拍摄大量照片；随后通过图像解析和训练模型识别裂纹等缺陷类型，对不同缺陷进行定量测量，并将数据形成可视化三维管理信息系统，实现数字化检测。
7. 缺陷识别模型与识别效果（07:30）
缺陷识别采用YOLOv8训练模板，使用1553张图片，划分为训练、检验和验证数据。人工标记裂纹、锈蚀、孔洞、蜂窝麻面等类型后训练模型，结果显示缺陷类型识别准确率达到99.36%，裂纹数量识别率达到96.17%，缺陷定位精度约为13.29毫米。
8. 裂纹宽度定量测量与现场验证（08:47）
裂纹定量测量结合图像处理和U-Net神经网络提取裂纹信息，并用裂纹法线方向与两端交点之间的距离表征宽度；针对光照、对比度等影响因素，可通过少量人工参数调整后批量自动处理。实验室测量误差约0.15毫米，现场打压期间拍摄约800张照片并完成安全壳模型重建和宽度测量验证，能够跟踪裂纹在升压、最高压和泄压后的变化，满足工程需求。
9. 表贴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靠永久预埋传感器监测，但随着服役时间延长，预埋传感器失效比例上升且难以修复。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。
10. FBG光纤传感器的封装、精度与应用效果（11:44）
团队比较分布式光纤传感器与封装FBG传感器后选择FBG方案，其测量精度更高，灵敏度和应变精度满足现场工况要求。表面粘贴方式便于维护和更换，虽存在应力传递损失，但测试显示较稳定；现场打压监测中，该技术能反映升压过程和表面应变变化，误差满足规范要求。
11. 构筑物可视化管理平台（13:47）
报告指出核电厂土建构筑物管理相对薄弱，检查和监测数据分散，不便于延寿分析与查阅。因此提出基于BIM和EU等模式的安全壳可视化管理平台，将底层数据、结构监测、老化检测和缺陷图片分析数据整合，实现三维展示、趋势分析和基于状态触发后续检查任务。
12. 总结与后续工作方向（15:53）
报告总结称，两项面向长期运行和延寿的土建监测技术已在工程问题中得到应用，但这只是构筑物长期运行监测的一部分。后续仍需围绕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方向继续开展工作。
时间线
00:00 - 主持人介绍报告人和报告题目，报告主题聚焦核电厂构筑物长期服役及老化监测技术。
00:23 - 报告人说明自身工作背景，并引出核电厂构筑物长期服役老化监测的交流内容。
00:46 - 报告从国际和国内核电机组寿命现状切入，说明长期运行和延寿需求正在增强。
02:58 - 报告转入构筑物和安全壳老化问题，梳理混凝土结构在长期服役中可能面对的主要退化机制。
04:22 - 在现有老化管理基础上，报告确定后续重点讨论安全壳表面裂纹检测和应变监测两项技术。
05:00 - 第一项技术围绕安全壳表面裂纹检测展开，先说明传统人工检查在精度、效率、安全和成本方面的不足。
06:19 - 报告介绍无人机检测路线，包括建模、飞行路径规划、抵近拍摄、图像识别、定量测量和三维数据管理。
07:30 - 报告进一步说明缺陷识别模型训练、裂纹宽度测量方法以及实验室和现场打压验证结果。
10:49 - 第二项技术转向安全壳表面应变监测，针对预埋传感器长期失效问题提出表贴光纤补充方案。
11:44 - 报告介绍FBG光纤传感器的封装、精度、维护特点和现场打压监测效果。
13:47 - 报告扩展到构筑物数据管理，提出可视化平台整合监测、检测、缺陷图片和历史趋势数据。
15:53 - 报告总结两项监测技术的工程意义，并指出未来仍需继续研究辐照损伤和结构承载能力等问题。
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中核武汉张锋：构筑物老化监测技术支撑核电厂长期安全服役
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，重点介绍了安全壳表面裂纹智能检测和安全壳表面应变监测两项关键技术的研发进展与工程应用情况。
张锋在报告中指出，全球在运核电机组平均年龄已处于较高水平，许多机组运行时间超过30年、40年，部分机组甚至已超过50年。美国、法国、俄罗斯等主要核电国家已开展或批准大量机组延寿工作，其中部分美国机组已获准延寿至80年，并开始面向百年服役进行技术准备。国际经验表明，核电机组长期运行和延寿已成为核能发展的重要方向。相比之下，我国在运核电机组平均年龄相对较低，但结合国际延寿经验和国内机组良好的运行表现，未来同样需要面向长期延续运行提前布局老化管理和监测技术。
在核电厂老化问题中，除堆芯金属材料外，电缆绝缘材料、混凝土材料等非金属材料的老化同样不容忽视。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机组安全运行。长期服役过程中，混凝土构筑物可能面临多种老化机制影响，例如地下部分受到地下水及化学介质侵蚀，堆墙等混凝土结构可能发生中子辐照损伤，混凝土安全壳表面可能出现裂纹、开裂及裂纹扩展，同时还存在碳化等耐久性劣化现象。对于预应力安全壳而言，长期服役还可能伴随预应力损失和结构变形问题。虽然核电厂日常老化管理已覆盖化学侵蚀、外观缺陷和耐久性等多类内容，但面向延寿运行，部分监测技术仍需进一步改进，尤其是安全壳表面裂纹检测和安全壳应变监测。
针对传统裂纹检查方式存在的不足，张锋介绍了安全壳表面裂纹智能检测技术。以往日常检查多采用地面设站远程观测和人工检查方式，容易受到人员视角、检测距离和现场条件限制，存在测量精度不高、检查效率偏低等问题。在打压试验期间，部分区域人工难以到达，往往需要搭设脚手架或吊篮，不仅安全风险较高，而且成本大、时间窗口紧张。为解决这些问题，研发团队提出利用无人机对构筑物开展远程扫描，建立外观模型，并基于模型规划抵近飞行路径，拍摄大量高分辨率照片，再通过图像解析和智能识别模型识别裂纹、锈蚀、孔洞、蜂窝麻面等缺陷类型，进而实现缺陷定量测量和三维可视化管理。
在缺陷识别方面，研发团队采用YOLOv8模型进行图像识别训练，使用1553张图片作为样本，并通过人工标注裂纹、锈蚀、孔洞、蜂窝麻面等缺陷类型训练模型。结果显示，该模型缺陷类型识别准确率达到99.36%，裂纹数量识别率达到96.17%，裂纹定位精度约为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神经网络方法提取裂纹信息，并根据裂纹法线方向及裂纹两侧焦点之间距离计算裂缝宽度。考虑到光照强度、对比度、拍摄时间等因素会影响测量结果，研发过程中还通过人工抽样调整参数提高准确性，实验室测量误差约为0.15毫米，可满足裂纹定量分析需求。
该技术已在某核电机组打压期间开展全范围观测验证，现场共拍摄约800张照片，实现了安全壳模型精细化重建、裂纹识别和宽度测量。研发团队还对5条典型裂缝开展了打压前、最高压力、泄压后的跟踪检测。结果显示，打压期间裂纹会出现少量扩展，部分区域由于应力分布不同也可能出现轻微闭合，相关检测结果能够较好支撑工程判断，整体满足现场应用需求。
除裂纹检测外，安全壳表面应变监测也是长期服役老化管理的重要内容。张锋表示，安全壳整体变形监测通常依赖永久性预埋式传感器，但随着服役时间延长，预埋式传感器失效率会逐渐升高。由于传感器预埋于安全壳内部，失效后难以修复，可能导致监测数据缺失。同时，监管要求和相关技术文件通常会规定传感器失效限值，机组长期运行后可能面临失效数量超限的问题。为此，研发团队提出在安全壳表面粘贴光纤传感器，以补充预埋式传感器失效造成的数据缺口。
在技术选型上，团队对不锈钢金属管封装的FBG光纤传感器和分布式光纤传感器进行了对比，最终选择测量精度更高、更适合现场应变监测需求的FBG传感器。封装后的FBG传感器具有较高灵敏度，温度灵敏度和应变测量精度能够满足现场工况要求。由于传感器采用表面粘贴方式布设在安全壳外表面，后期维护较为便利，失效后可拆除并更换。测试显示，封装和粘贴过程会造成一定应力传递损失，传递效率约为84%，偏差约1%，总体较为稳定。
现场应用中，光纤传感器被布设在失效预埋传感器对应位置的安全壳外壁面。打压过程中，监测数据能够较好反映升压平台变化，光纤应变数据与安全壳表面实际应变状态具有较好相关性。应用结果显示，该技术最大误差约13.5%，绝对误差约9.3微应变，能够满足规范对监测误差的要求，为解决长期运行中预埋式传感器失效后的数据缺失问题提供了可行方案。
针对土建构筑物老化数据分散、管理相对薄弱的问题，张锋还介绍了基于BIM和UE的构筑物可视化数据管理平台构想。目前，核电厂机械设备、电气设备的智能化诊断平台较多，管理体系相对成熟，而土建构筑物检查活动数据较为分散，延寿分析时不便查阅和综合利用。未来需要将老化监测、缺陷图片、结构变形等数据统一整合，形成面向构筑物长期运行管理的数字化支撑平台。
该平台以安全壳三维模型为基础，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片分析数据，支持三维展示、缺陷定位、数据趋势分析和监测信息关联。通过将EAU、CIM等监测传感器嵌入三维模型，平台可实现传感器位置与历史监测数据的对应关联，并在模型中展示结构监测和变形数据，支持查看历史变化趋势。同时，裂纹等老化缺陷图像数据也可与模型对应位置绑定，直观显示缺陷位置、尺寸及变化情况，并基于当前状态触发后续检查任务，为类似状态维修的预防性维护管理提供支撑。
张锋表示，无人机裂纹智能检测技术提升了安全壳表面裂纹检查效率和精度，光纤应变监测技术弥补了预埋式传感器失效后的数据缺失问题，可视化管理平台则为构筑物老化数据整合、趋势分析和延寿评估提供了重要支撑。面向核电厂长期运行和延寿需求，后续仍需持续开展长期中子辐照下堆墙混凝土损伤机理及性能退化研究，加强构筑物结构损伤后的极限承载能力分析，并进一步完善适用于核电厂长期服役的构筑物老化监测体系。
