正在布局全球核電市場的中國核電企業(yè)，如果在出口自主品牌核電機(jī)組時(shí)安上國外“神經(jīng)系統(tǒng)”會(huì)怎么樣？答案是處處受限。這顯然不是價(jià)格有多高昂的問題。用美國、法國的軟件工具來設(shè)計(jì)中國出口的核電機(jī)組，這種配置無異于從一開始就被卡住脖子。

核電軟件的自主化是核電自主出口的必要條件。目前，美國、法國、俄羅斯等核電強(qiáng)國都擁有全套核電軟件，中國的核電軟件卻長期依賴進(jìn)口，制約核電技術(shù)及設(shè)備的創(chuàng)新與出口，成為幾代核電人的隱痛。五年磨一劍，12月21日，中國首套具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核電廠核設(shè)計(jì)與安全分析軟件——COSINE公開測試版在京發(fā)布，標(biāo)志著中國核電軟件自主化工作取得關(guān)鍵性突破，中國核電技術(shù)實(shí)現(xiàn)了從“從知其然”到“知其所以然”的跨越。

核電專業(yè)軟件的研發(fā)并非簡單編程，一旦計(jì)算工具出錯(cuò)，意味著后續(xù)核電站設(shè)計(jì)出的參數(shù)都是不可信的。按照慣例，國際上同類軟件開發(fā)周期一般需要8-10年，必須有海量數(shù)據(jù)支撐、不斷進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證才具有說服力。核電軟件開發(fā)有多難？開發(fā)周期又為何如此漫長？近日，國家能源核電軟件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、國家電投集團(tuán)中央研究院副院長、國家大型先進(jìn)壓水堆及高溫氣冷堆核電站科技重大專項(xiàng)“核電關(guān)鍵設(shè)計(jì)軟件自主化技術(shù)研究”課題首席科學(xué)家楊燕華向澎湃新聞（www.kxwhcb.com）講述了COSINE核電軟件開發(fā)背后的故事。

“1億多人民幣啊，就幾張光盤！”

核電站所有部件在多大的功率、壓力、溫度下是能承受住的？很顯然，在現(xiàn)實(shí)中，核電站不可能真的嘗試功率、壓力、溫度達(dá)到極值下的承受力，只能通過工具來驗(yàn)證，這些工具被稱作核電廠設(shè)計(jì)和安全分析的工具。楊燕華說，對(duì)核電軟件從業(yè)者而言，核電站超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故，不能是因“計(jì)算工具錯(cuò)誤”而引發(fā)，“這是絕對(duì)不可逾越的底線”。

中國核電軟件的自主化歷程起步并不晚，但出于種種原因，這場馬拉松持續(xù)了數(shù)十年。從1987年大亞灣核電站引進(jìn)法國軟件，1998年秦山核電引進(jìn)加拿大軟件，到1999年田灣核電引進(jìn)俄羅斯軟件，再到2009年三門、海陽核電引進(jìn)美國西屋軟件，中國的核電軟件長期受制于國外，成為一大軟肋。

“這么多年來一直依賴國外，比如引進(jìn)核電廠，就把對(duì)方的設(shè)計(jì)工具也買進(jìn)來了。盡管引進(jìn)后做了很多自主化的設(shè)計(jì)，包括硬件的自主化，但這部分核心技術(shù)還是用了別人的。從自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的完整性來看肯定是不完整的。核電要出口，沒這塊核心就很糟糕，風(fēng)險(xiǎn)很大。”楊燕華對(duì)澎湃新聞稱。

縱觀全球，目前具備核電技術(shù)輸出能力的國家，包括美國、俄羅斯、法國、日本、韓國、加拿大，各自都有一套成體系的核電軟件包。但在中國，自主核電軟件卻是缺失的。

在COSINE公開測試版發(fā)布會(huì)上，國家核電副總經(jīng)理、大型先進(jìn)壓水堆重大專項(xiàng)CAP1400總設(shè)計(jì)師鄭明光表示，中國目前在運(yùn)核電機(jī)組使用的軟件大部分是從法國、美國引進(jìn)，不僅代價(jià)高昂，很多關(guān)鍵領(lǐng)域還被“卡脖子”，比如說，核電燃料設(shè)計(jì)的關(guān)鍵公式，那可是美國公司的“命根子”，即便動(dòng)輒上千萬的價(jià)格買軟件，這些“寶貝”也不會(huì)轉(zhuǎn)讓給我們。

據(jù)《科技日?qǐng)?bào)》報(bào)道，中國從美國引進(jìn)三代核電技術(shù)AP1000之初，技術(shù)受讓方國家核電技術(shù)公司（下稱國家核電）在與AP1000核心設(shè)備之一屏蔽主泵的供貨商談判相關(guān)軟件源代碼轉(zhuǎn)讓時(shí)，被對(duì)方開價(jià)1700萬美金嚇了一跳，“1億多人民幣啊，就幾張光盤！”團(tuán)隊(duì)中兩位國內(nèi)頂尖軟件工程師評(píng)價(jià)，“即使它已經(jīng)摘掉了很多東西，但從搞軟件的角度，我們還是希望買，因?yàn)樗袃r(jià)值了；但我們張不了嘴，太貴了?！?/p>

難以獲得源代碼、使用范圍被嚴(yán)格限制，意味著核電自主創(chuàng)新受阻。上述報(bào)道稱，這件事給時(shí)任國家核電董事長王炳華以極大刺激。此后在不同場合，他不止一次談到中國核電技術(shù)的這一最大痛點(diǎn)：用于核電站研發(fā)和設(shè)計(jì)的所有平臺(tái)、軟件，都是國外的；用于驗(yàn)證這些設(shè)計(jì)技術(shù)的所有軟件，也都是國外的。

很長一段時(shí)間，在核電自主化優(yōu)先序列上，軟件并不占據(jù)優(yōu)勢(shì)，僅是開發(fā)一些程序作科研所用，因國內(nèi)沒有驗(yàn)證體系，故無法成為工程應(yīng)用。“當(dāng)時(shí)還有各種各樣其它的自主化需求，即使使用程序的人或設(shè)計(jì)人員說這個(gè)事，它也得不到重視。尤其在過去國內(nèi)整體上對(duì)軟件的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)還不是很重視的情況下，大家認(rèn)為軟件就幾張光盤，硬件才是真正的實(shí)力。”楊燕華對(duì)澎湃新聞（www.kxwhcb.com）說，除了軟件本身研發(fā)難度極大之外，若缺少國家體系支撐、沒有國家意志推動(dòng)，想要建立相應(yīng)的法規(guī)體系和驗(yàn)證體系，進(jìn)而開發(fā)出中國人自己的先進(jìn)核電軟件，依然困難重重。

包括工信部信息化和軟件服務(wù)業(yè)司軟件產(chǎn)業(yè)處處長孫文龍也承認(rèn)，在中國技術(shù)創(chuàng)新的早期，許多單位并不重視核電軟件的開發(fā)工作。對(duì)此他曾感慨道：“短期內(nèi)可能加快了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度，但從長期看，產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新能力受到了限制，往往在一些關(guān)鍵環(huán)節(jié)增加了技術(shù)突破的難度，影響了持續(xù)創(chuàng)新和跨越發(fā)展的能力?！?/p>

從某種程度上而言，引進(jìn)三代核電的過程，確實(shí)引發(fā)了國家層面對(duì)核電軟件自主化的重視。2010年5月，國家核電成立了中國唯一一個(gè)專職核電軟件開發(fā)機(jī)構(gòu)——國核軟件技術(shù)中心，啟動(dòng)COSINE研發(fā)計(jì)劃，拉開了核電軟件自主化工作的序幕。

在當(dāng)時(shí)的揭牌儀式上，王炳華說：“引進(jìn)AP1000核電技術(shù)，我們獲得了300多個(gè)軟件，滿足AP1000國產(chǎn)化的要求，但對(duì)國家核電而言不足以支持CAP1400和CAP1700技術(shù)的研發(fā)，如果我們用國外軟件研發(fā)設(shè)計(jì)CAP1400和CAP1700，還能叫自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)么？所以我們要臥薪嘗膽，在國家支持下，計(jì)劃用十年時(shí)間開發(fā)自主軟件?！?/p>

2011年，國核軟件中心獲批建設(shè)“國家能源核電軟件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”，成為中國核電行業(yè)目前唯一一個(gè)核電軟件領(lǐng)域的國家級(jí)重點(diǎn)研發(fā)平臺(tái)。

從零開始啃硬骨頭

核電軟件究竟難在哪？在COSINE軟件包發(fā)布會(huì)上，楊燕華用“嚴(yán)、難、專、長”來形容長期制約核電軟件自主化的技術(shù)壁壘。

她解釋，“嚴(yán)”就是需滿足在所有安全生產(chǎn)領(lǐng)域最為嚴(yán)苛的核安全法規(guī)要求，對(duì)標(biāo)的是國際公認(rèn)最嚴(yán)的美國核管會(huì)（NRC）標(biāo)準(zhǔn)和國際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，具有“高可信”度；“難”體現(xiàn)在科學(xué)計(jì)算軟件涉及面寬、專業(yè)面廣，計(jì)算結(jié)果同時(shí)滿足科學(xué)性（準(zhǔn)確性）＋保守量（可靠性）要求，以確?！坝?jì)算包容了所有不確定性”；“?！笔侵负穗姀S專用，通用類少；“長”則是對(duì)此項(xiàng)研發(fā)長周期、高投入的描述：根據(jù)國外大型核電軟件研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)周期約需8－10年。

“一個(gè)研究生也可以做一套軟件，但做出來東西有沒有錯(cuò)誰都不知道。所以法規(guī)上必須定義：你用怎么樣的方式做我才承認(rèn)？包括開發(fā)中對(duì)過程的大量限定及跟蹤，用什么手段開發(fā)、選擇怎樣的模型、選擇怎樣的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、通過什么評(píng)估、要多少團(tuán)隊(duì)參與、出多少報(bào)告等等，都要給出規(guī)定?！?/p>

楊燕華回憶稱，過去中國并沒有相關(guān)法規(guī)，所以第一件事就得根據(jù)國際上目前對(duì)核安全的最高要求，建立起核電軟件的相關(guān)導(dǎo)則。有了導(dǎo)則才有章法，才能構(gòu)建起核電軟件開發(fā)、評(píng)審和工程應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)體系。

一切從零開始?！皬拿總€(gè)代碼到程序的設(shè)計(jì)、架構(gòu)，我們從流程圖開始畫，每一個(gè)代碼每一個(gè)語句都和別人沒有一點(diǎn)相似的地方。”楊燕華說，由于核電軟件對(duì)可靠性要求極高，許多國外軟件一旦開發(fā)驗(yàn)證完就很少有大改動(dòng)，“既然要做新的軟件肯定要做最好，所以我們就不看別人的源代碼，也不采取老套的方法，只是基于公認(rèn)的方法論和數(shù)學(xué)模型，用最好的數(shù)學(xué)方式和最流行的計(jì)算機(jī)語言去開發(fā)，整個(gè)過程中沒有任何知識(shí)產(chǎn)權(quán)問題?！?/p>

采用了國際上通用的流程與方法論后，用來驗(yàn)證核電軟件的數(shù)據(jù)從何而來？“90%的數(shù)據(jù)從國外來。要驗(yàn)證核電廠軟件，靠一個(gè)國家的數(shù)據(jù)根本不可能。現(xiàn)在國內(nèi)做了很多試驗(yàn)臺(tái)架數(shù)據(jù)，但只是在別人成熟的軟件基礎(chǔ)上，針對(duì)核電廠改造導(dǎo)致的增量部分（做的試驗(yàn)）。這些改造在原來的設(shè)計(jì)里可能沒有，原有程序沒有驗(yàn)證過這部分?jǐn)?shù)據(jù)，所以才要增加實(shí)驗(yàn)。但這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。”

據(jù)楊燕華介紹，通過加入國際聯(lián)合團(tuán)隊(duì)和購買數(shù)據(jù)，目前除個(gè)別涉及商業(yè)保密的數(shù)據(jù)外，團(tuán)隊(duì)基本已獲得所有能夠驗(yàn)證COSINE軟件可靠性的數(shù)據(jù)?！坝辛藬?shù)據(jù)，你才有條件證明你的軟件是可靠的。拿到大量數(shù)據(jù)之后還需要大量的人力利用這些數(shù)據(jù)對(duì)軟件進(jìn)行計(jì)算，用來驗(yàn)證兩者差距究竟有多大。我們要確定它的不確定度到底有多大，用于核電廠設(shè)計(jì)的值，必須是所有計(jì)算種，在可信范圍里取最保守值?！?/p>

為了獲得國際認(rèn)可，COSINE軟件團(tuán)隊(duì)的另一個(gè)方法是加入許多相關(guān)國際團(tuán)隊(duì)，利用每一次國際會(huì)議和公開場合，介紹COSINE軟件究竟要做什么、開發(fā)進(jìn)度、加入了哪些團(tuán)隊(duì)、拿到了什么數(shù)據(jù)，“如果是一個(gè)突然冒出來的名字，對(duì)方怎么敢用你的程序呢？”楊燕華稱，“這種嚴(yán)格性也避免了知識(shí)產(chǎn)權(quán)問題，因?yàn)槲乙恢备嬖V你我們是怎么做的，你不可能說我們?cè)谡罩愕某?。?/p>

軟件研發(fā)完成，只意味著軟件自主化走完半程。根據(jù)法規(guī)要求，COSINE軟件后續(xù)將積極推動(dòng)工程應(yīng)用評(píng)估，啟動(dòng)國家核安全監(jiān)管部門的許可證申請(qǐng)，最終形成真正意義上的自主化核電軟件品牌。楊燕華表示，工程應(yīng)用評(píng)估就得持續(xù)兩三年，從國際經(jīng)驗(yàn)來看，許多國家核安全監(jiān)管部門對(duì)核電軟件的評(píng)審時(shí)間也要持續(xù)三年以上。

按照國際慣例，COSINE軟件還成立了用戶組（COSINE User Group），共同開展COSINE的驗(yàn)證與確認(rèn)。

鄭明光在發(fā)布會(huì)當(dāng)天表示，中國自主創(chuàng)新的CAP1400工程設(shè)計(jì)和全部設(shè)計(jì)的校核，都將用上COSINE，未來中國完全自主中國核電品牌CAP1700，全部設(shè)計(jì)和驗(yàn)證都將用COSINE軟件實(shí)現(xiàn)。

中廣核集團(tuán)公司總工程師趙華在會(huì)上表示，在“華龍一號(hào)”的研制過程中，將要把COSINE軟件融入進(jìn)去，做初始條件和邊界條件的設(shè)置，做一些局部模型的確定，做一些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的進(jìn)一步驗(yàn)證，要讓COSINE軟件隨著“華龍一號(hào)”走向國際。