数字化技术在核电预应力工程中的应用与前景分析

前言：当下，全球能源需求持续上涨，能源结构也在加快转型。在这种大形势下，核电凭借自身清洁、高效这些明显优势，成为了保障能源安全、推动绿色发展的关键力量。核电预应力工程是确保核电设施结构安全、稳定运行的核心环节，其重要性不言而喻。近年来，数字化技术的发展势头锐不可当，从智能制造领域中生产流程的智能化变革，到智慧城市建设中城市管理的精细化升级，数字化技术的影响力广泛而深远，正逐步重塑着传统产业的格局。将数字化技术引入核电预应力工程，会带来诸多积极影响。它不仅能够显著提升工程设计与施工的精准度和效率，还能对工程全生命周期进行智能监测与管理，这对于推动核电行业朝着高质量方向发展，具有不可忽视的现实意义。

一、基于数据深度挖掘的预应力设计参数精准化确定策略

在核电预应力工程里，预应力设计参数准不准，直接关系到整个工程结构安不安全、稳不稳定。传统的设计方法，大多依赖经验公式和有限的数据样本，很难全面考虑到复杂多变的工程环境因素。数字化技术给解决这个问题提供了新办法，也就是基于数据深度挖掘来确定预应力设计参数。首先，要构建一个综合数据库，里面涵盖多维度信息，包括核电工程所在地的地质勘查数据，比如土壤的物理力学性质、地下水位变化等；还有气象数据，比如温度、湿度、风速等的长期监测记录；另外，过往类似核电预应力工程的设计参数、施工过程数据和运行反馈信息也得包含进去[1]。相关人员需把这些海量数据整合起来，形成一个全面又细致的数据集合，接着，运用先进的数据挖掘算法，像机器学习里的神经网络算法、决策树算法这些，对数据库里的数据进行深度分析。就说神经网络算法，它能模拟人脑的神经元结构，通过大量数据训练，自动学习数据之间的复杂非线性关系。在确定预应力设计参数时，相关人员可以把地质、气象等环境因素当作输入变量，过往成功工程的设计参数当作输出变量，对神经网络进行训练。经过反复迭代优化，让神经网络能准确预测在不同环境条件下合适的预应力设计参数。同时，为了保证数据挖掘结果可靠，还要建立严格的验证机制。把挖掘得到的设计参数用到模拟工程环境中，通过有限元分析等数值模拟方法，评估结构在不同工况下的应力、应变分布情况。要是模拟结果和预期目标有偏差，就分析偏差产生的原因，对数据挖掘模型进行调整和优化，直到得到精准可靠的预应力设计参数，给核电预应力工程的设计提供坚实的数据支撑。

二、依托虚拟仿真技术的施工过程动态优化策略

核电预应力工程，其施工过程绝非简单之事，复杂程度超乎想象。各个环节紧密相连，相互依存、缺一不可。一旦某个环节出现偏差，哪怕是细微的失误，都极有可能对整个工程质量产生连锁性的负面影响。然而，虚拟仿真技术的出现，为施工过程带来了全新的可能，它能够全方位、动态地对施工过程进行模拟与优化。借助这一技术，潜在问题能够提前暴露，相关人员就可以及时采取有效措施加以解决，避免在实际施工中陷入被动局面。施工前的准备工作至关重要，相关人员要依据设计图纸与施工方案，运用三维建模软件精心搭建核电预应力工程的虚拟模型。此模型不是简单的图形堆砌，而是要精确呈现工程结构的几何形状与尺寸，对预应力筋的布置、锚具的安装等关键细节进行细致模拟。同时，施工过程中的约束条件，如施工场地的空间大小、施工设备的性能状况等，都需融入虚拟模型之中。只有如此，才能确保模拟环境与实际施工环境高度相似，使模拟结果具有实际参考价值。有了虚拟模型，就可以用仿真软件对施工过程进行动态模拟。从预应力筋的张拉环节，到张拉力的精准控制；从混凝土的浇筑过程，到养护环节的细致处理，每一个步骤都需进行深入模拟分析。

通过模拟，施工过程中可能出现的问题便无所遁形。例如，预应力筋之间是否会发生碰撞、张拉力不均匀是否会导致结构变形等。一旦发现这些问题，相关人员就要立即对施工方案进行调整，优化施工流程。比如在模拟过程中，如果发现两根预应力筋在张拉时可能发生碰撞，就可以通过调整张拉顺序或改变预应力筋的位置来避免碰撞的发生。虚拟仿真技术的用途远不止于此，它还可用于施工人员的培训工作，让施工人员在正式施工前参与虚拟施工过程，提前熟悉施工流程与操作要点，有助于提升他们的技能水平与安全意识。此外，在施工过程中，虚拟仿真技术能够持续发挥作用，对施工进度进行实时监控与动态调整。将实际施工进度与虚拟模拟进度进行对比，如果发现偏差，需深入分析偏差产生的原因，并及时采取措施进行调整[2]。如此一来，施工过程便能按照预定计划顺利推进，施工效率与质量也将得到显著提升。

三、利用物联网技术的预应力结构健康实时监测策略

在核电预应力工程的长期运行过程中，诸多因素会对预应力结构产生影响。环境因素的变化、荷载的持续作用等，都可能导致预应力结构出现损伤，性能逐渐退化。一旦结构出现问题，将对工程的安全运行构成严重威胁[3]。因此，要利用物联网技术搭建一个预应力结构健康实时监测系统，这样相关人员就能够及时发现结构的异常情况，为工程的稳定运行提供有力保障。搭建这样一个系统并非易事，首先，需在预应力结构的关键部位，如预应力筋的锚固端、跨中位置等，安装各类传感器。应变传感器、温度传感器、振动传感器等，它们时刻坚守岗位，实时采集结构的应变、温度、振动等物理量信息。然后，通过无线通信模块将这些数据准确无误地传送到监控中心。监控中心在接收到各个传感器传来的数据后，需运用数据分析算法对数据进行实时处理与分析。将实时采集的应变数据与结构设计时的理论应变值进行对比，可判断结构是否存在过度变形的情况；分析温度数据的变化规律，能够评估温度对结构性能的影响程度；利用振动传感器的数据，通过模态分析等方法，还能检测结构是否出现损伤。同时，建立一个科学合理的结构健康评估模型必不可少。相关人员可以将数据分析结果与模型中的阈值进行对比，对结构的健康状况进行分级评估。若监测数据超出正常范围，系统就会自动发出预警信号，及时通知相关人员进行检查与维修。此外，通过对长期监测数据的积累与分析，能够总结出结构性能随时间的变化规律。这为结构的维护与加固提供了科学依据，有助于延长结构的使用寿命。

总结：整体来看，数字化技术在核电预应力工程中的应用前景相当广阔，潜力巨大。通过基于数据深度挖掘的设计参数精准化确定、依托虚拟仿真技术的施工过程动态优化、利用物联网技术的结构健康实时监测这些策略，核电预应力工程的设计水平、施工质量、运行安全性和管理效率都能得到全面提升，推动核电行业朝着数字化、智能化方向大步迈进。

参考文献：

[1]马国石,樊鹏飞,李宇明,等. 大型核电企业数字化运行规程全流程管理体系的构建与实施[J].中国核电,2025,18(03):399-405.

[2]赵丽,芶婕,舒寒芮,等. 核电装备全要素协同制造数字化场景研究及其实践应用[J].东方电气评论,2025,39(03):25-31.

[3]胡清仁,彭浩,郑媛媛,等. 核电厂安全级数字化控制系统危害分析研究[J].自动化仪表,2025,46(05):21-25.