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組時安上國外“神經(jīng)系統(tǒng)”會怎么樣？答案是處處受限。這顯然不是價格有多高昂的問題。用美國、法國的軟件工具來設計中國出口的核電機組，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、俄羅斯等核電強國都擁有全套核電軟件，中國的核電軟件卻長期依賴進口，制約核電技術及設備的創(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產(chǎn)權的核電廠核設計與安全分析軟件——COSINE公開測試版在京發(fā)布，標志著中國核電軟件自主化工作取得關鍵性突破，中國核電技術實現(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，一旦計算工具出錯，意味著后續(xù)核電站設計出的參數(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、不斷進行實驗驗證才具有說服力。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實驗室主任、國家電投集團中央研究院副院長、國家大型先進壓水堆及高溫氣冷堆核電站科技重大專項“核電關鍵設計軟件自主化技術研究”課題首席科學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)實中，核電站不可能真的嘗試功率、壓力、溫度達到極值下的承受力，只能通過工具來驗證，這些工具被稱作核電廠設計和安全分析的工具。楊燕華說，對核電軟件從業(yè)者而言，核電站超設計基準事故，不能是因“計算工具錯誤”而引發(fā)，“這是絕對不可逾越的底線”。

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法國軟件，1998年秦山核電引進加拿大軟件，到1999年田灣核電引進俄羅斯軟件，再到2009年三門、海陽核電引進美國西屋軟件，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，比如引進核電廠，就把對方的設計工具也買進來了。盡管引進后做了很多自主化的設計，包括硬件的自主化，但這部分核心技術還是用了別人的。從自主知識產(chǎn)權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，風險很大。”楊燕華對澎湃新聞稱。

縱觀全球，目前具備核電技術輸出能力的國家，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)布會上，國家核電副總經(jīng)理、大型先進壓水堆重大專項CAP1400總設計師鄭明光表示，中國目前在運核電機組使用的軟件大部分是從法國、美國引進，不僅代價高昂，很多關鍵領域還被“卡脖子”，比如說，核電燃料設計的關鍵公式，那可是美國公司的“命根子”，即便動輒上千萬的價格買軟件，這些“寶貝”也不會轉(zhuǎn)讓給我們。

據(jù)《科技日報》報道，中國從美國引進三代核電技術AP1000之初，技術受讓方國家核電技術公司（下稱國家核電）在與AP1000核心設備之一屏蔽主泵的供貨商談判相關軟件源代碼轉(zhuǎn)讓時，被對方開價1700萬美金嚇了一跳，“1億多人民幣啊，就幾張光盤！”團隊中兩位國內(nèi)頂尖軟件工程師評價，“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，因為它太有價值了；但我們張不了嘴，太貴了。”

難以獲得源代碼、使用范圍被嚴格限制，意味著核電自主創(chuàng)新受阻。上述報道稱，這件事給時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的這一最大痛點：用于核電站研發(fā)和設計的所有平臺、軟件，都是國外的；用于驗證這些設計技術的所有軟件，也都是國外的。

很長一段時間，在核電自主化優(yōu)先序列上，軟件并不占據(jù)優(yōu)勢，僅是開發(fā)一些程序作科研所用，因國內(nèi)沒有驗證體系，故無法成為工程應用。“當時還有各種各樣其它的自主化需求，即使使用程序的人或設計人員說這個事，它也得不到重視。尤其在過去國內(nèi)整體上對軟件的自主知識產(chǎn)權還不是很重視的情況下，大家認為軟件就幾張光盤，硬件才是真正的實力。”楊燕華對澎湃新聞（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，想要建立相應的法規(guī)體系和驗證體系，進而開發(fā)出中國人自己的先進核電軟件，依然困難重重。

包括工信部信息化和軟件服務業(yè)司軟件產(chǎn)業(yè)處處長孫文龍也承認，在中國技術創(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，往往在一些關鍵環(huán)節(jié)增加了技術突破的難度，影響了持續(xù)創(chuàng)新和跨越發(fā)展的能力。”

從某種程度上而言，引進三代核電的過程，確實引發(fā)了國家層面對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專職核電軟件開發(fā)機構(gòu)——國核軟件技術中心，啟動COSINE研發(fā)計劃，拉開了核電軟件自主化工作的序幕。

在當時的揭牌儀式上，王炳華說：“引進AP1000核電技術，我們獲得了300多個軟件，滿足AP1000國產(chǎn)化的要求，但對國家核電而言不足以支持CAP1400和CAP1700技術的研發(fā)，如果我們用國外軟件研發(fā)設計CAP1400和CAP1700，還能叫自主知識產(chǎn)權么？所以我們要臥薪嘗膽，在國家支持下，計劃用十年時間開發(fā)自主軟件。”

2011年，國核軟件中心獲批建設“國家能源核電軟件重點實驗室”，成為中國核電行業(yè)目前唯一一個核電軟件領域的國家級重點研發(fā)平臺。

從零開始啃硬骨頭

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

她解釋，“嚴”就是需滿足在所有安全生產(chǎn)領域最為嚴苛的核安全法規(guī)要求，對標的是國際公認最嚴的美國核管會（NRC）標準和國際原子能機構(gòu)（IAEA）相關標準，具有“高可信”度；“難”體現(xiàn)在科學計算軟件涉及面寬、專業(yè)面廣，計算結(jié)果同時滿足科學性（準確性）＋保守量（可靠性）要求，以確保“計算包容了所有不確定性”；“專”是指核電廠專用，通用類少；“長”則是對此項研發(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，開發(fā)周期約需8－10年。

“一個研究生也可以做一套軟件，但做出來東西有沒有錯誰都不知道。所以法規(guī)上必須定義：你用怎么樣的方式做我才承認？包括開發(fā)中對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、選擇怎樣的實驗數(shù)據(jù)、通過什么評估、要多少團隊參與、出多少報告等等，都要給出規(guī)定。”

楊燕華回憶稱，過去中國并沒有相關法規(guī)，所以第一件事就得根據(jù)國際上目前對核安全的最高要求，建立起核電軟件的相關導則。有了導則才有章法，才能構(gòu)建起核電軟件開發(fā)、評審和工程應用的標準體系。

一切從零開始。“從每個代碼到程序的設計、架構(gòu)，我們從流程圖開始畫，每一個代碼每一個語句都和別人沒有一點相似的地方。”楊燕華說，由于核電軟件對可靠性要求極高，許多國外軟件一旦開發(fā)驗證完就很少有大改動，“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，只是基于公認的方法論和數(shù)學模型，用最好的數(shù)學方式和最流行的計算機語言去開發(fā)，整個過程中沒有任何知識產(chǎn)權問題。”

采用了國際上通用的流程與方法論后，用來驗證核電軟件的數(shù)據(jù)從何而來？“90%的數(shù)據(jù)從國外來。要驗證核電廠軟件，靠一個國家的數(shù)據(jù)根本不可能。現(xiàn)在國內(nèi)做了很多試驗臺架數(shù)據(jù)，但只是在別人成熟的軟件基礎上，針對核電廠改造導致的增量部分（做的試驗）。這些改造在原來的設計里可能沒有，原有程序沒有驗證過這部分數(shù)據(jù)，所以才要增加實驗。但這遠遠不夠。”

據(jù)楊燕華介紹，通過加入國際聯(lián)合團隊和購買數(shù)據(jù)，目前除個別涉及商業(yè)保密的數(shù)據(jù)外，團隊基本已獲得所有能夠驗證COSINE軟件可靠性的數(shù)據(jù)。“有了數(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)對軟件進行計算，用來驗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，用于核電廠設計的值，必須是所有計算種，在可信范圍里取最保守值。”

為了獲得國際認可，COSINE軟件團隊的另一個方法是加入許多相關國際團隊，利用每一次國際會議和公開場合，介紹COSINE軟件究竟要做什么、開發(fā)進度、加入了哪些團隊、拿到了什么數(shù)據(jù)，“如果是一個突然冒出來的名字，對方怎么敢用你的程序呢？”楊燕華稱，“這種嚴格性也避免了知識產(chǎn)權問題，因為我一直告訴你我們是怎么做的，你不可能說我們在照著你的抄。”

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)將積極推動工程應用評估，啟動國家核安全監(jiān)管部門的許可證申請，最終形成真正意義上的自主化核電軟件品牌。楊燕華表示，工程應用評估就得持續(xù)兩三年，從國際經(jīng)驗來看，許多國家核安全監(jiān)管部門對核電軟件的評審時間也要持續(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的驗證與確認。

鄭明光在發(fā)布會當天表示，中國自主創(chuàng)新的CAP1400工程設計和全部設計的校核，都將用上COSINE，未來中國完全自主中國核電品牌CAP1700，全部設計和驗證都將用COSINE軟件實現(xiàn)。

中廣核集團公司總工程師趙華在會上表示，在“華龍一號”的研制過程中，將要把COSINE軟件融入進去，做初始條件和邊界條件的設置，做一些局部模型的確定，做一些實驗數(shù)據(jù)的進一步驗證，要讓COSINE軟件隨著“華龍一號”走向國際。