單治鋼：在工程勘察的道路上不斷前行

呂騰波

三峽水電站全面竣工，錦屏二級(jí)水電站首臺(tái)機(jī)組順利發(fā)電，烏東德水電站全部機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，白鶴灘水電站首批機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電……近年來(lái)，隨著我國(guó)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)，水利水電作為國(guó)家的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)得到飛速發(fā)展。數(shù)據(jù)顯示，2020年我國(guó)水電總裝機(jī)容量達(dá)到3.8億千瓦，年發(fā)電量1.25萬(wàn)億千瓦時(shí)，穩(wěn)居世界第一。

作為水利水電工程建設(shè)中重要的一環(huán)，地質(zhì)勘察工作直接影響到水電工程建設(shè)的質(zhì)量、安全、工期和效率，關(guān)系到水電工程能否安全平穩(wěn)投入使用。為了確保水電工程建成后的效果和質(zhì)量，保障老百姓的生命財(cái)產(chǎn)安全，有一個(gè)人在35年的時(shí)間里，始終駐守在水電工程、巖土工程勘察和科研的第一線，用精湛的技術(shù)成功解決了多個(gè)國(guó)家重大水電工程建設(shè)中的工程地質(zhì)關(guān)鍵技術(shù)難題。他，就是中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院總地質(zhì)師，錦屏二級(jí)水電站、白鶴灘水電站設(shè)計(jì)副總工程師單治鋼……

助力兩大水電站建設(shè)

6月28日，金沙江白鶴灘水電站首批機(jī)組安全準(zhǔn)點(diǎn)投產(chǎn)發(fā)電。中共中央總書(shū)記、國(guó)家主席、中央軍委主席習(xí)近平發(fā)來(lái)賀信，表示熱烈的祝賀，他指出，白鶴灘水電站是實(shí)施“西電東送”的國(guó)家重大工程，是當(dāng)今世界在建規(guī)模最大、技術(shù)難度最高的水電工程。全球單機(jī)容量最大功率百萬(wàn)千瓦水輪發(fā)電機(jī)組，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)高端裝備制造的重大突破。全體建設(shè)者和各方面發(fā)揚(yáng)精益求精、勇攀高峰、無(wú)私奉獻(xiàn)的精神，團(tuán)結(jié)協(xié)作、攻堅(jiān)克難，為國(guó)家重大工程建設(shè)作出了貢獻(xiàn)。

“大國(guó)重器”白鶴灘水電站位于四川省寧南縣和云南省巧家縣交界的金沙江河道上，總投資2200億元，總裝機(jī)1600萬(wàn)千瓦，共安裝16臺(tái)我國(guó)自主研制的全球單機(jī)容量最大功率百萬(wàn)千瓦水輪發(fā)電機(jī)組，全部機(jī)組將于2022年7月投產(chǎn)發(fā)電。電站全部建成投產(chǎn)后，將成為僅次于三峽工程的世界第二大水電站，年均發(fā)電量約624億千瓦時(shí)，每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤1968萬(wàn)噸，減排二氧化碳5160萬(wàn)噸，是推進(jìn)我國(guó)綠色發(fā)展的強(qiáng)力引擎。

“在建設(shè)中，我們面臨著庫(kù)區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜、區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定和高地震烈度、壩區(qū)不良地質(zhì)作用發(fā)育、高拱壩壩基柱狀節(jié)理玄武巖變形控制、高邊坡、地下廠房洞室群、壩基滲漏處理等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題?！弊鳛榘Q灘水電站建設(shè)工程項(xiàng)目勘察產(chǎn)品的核定人、副總工程師，單治鋼對(duì)實(shí)施這一工程時(shí)面臨的難題記憶猶新，為逐一解決這些相關(guān)地質(zhì)難題，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)通過(guò)30多年的深入創(chuàng)新研究，為工程的建設(shè)提供了扎實(shí)、科學(xué)的依據(jù)。該電站建成后，除了發(fā)電還兼顧防洪，具有攔沙、改善下游航運(yùn)條件和發(fā)展庫(kù)區(qū)航運(yùn)等綜合作用，并帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對(duì)地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展將起到積極的帶動(dòng)作用。

除了白鶴灘水電站，于2011年7月全部機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電的錦屏二級(jí)水電站也是單治鋼負(fù)責(zé)的主要工程項(xiàng)目之一。中國(guó)十大水電站之一的錦屏二級(jí)水電站，是國(guó)家重點(diǎn)工程，擁有世界上規(guī)模和技術(shù)難度最大的水工隧洞群。該工程總裝機(jī)容量4800MW，4條引水隧洞單洞長(zhǎng)17km，埋深1500～2000m，最大埋深2525m，開(kāi)挖洞徑12.4～14.6m，總開(kāi)挖土方量超過(guò)1320萬(wàn)m3，實(shí)測(cè)最大地應(yīng)力113MPa，最高外水壓力超過(guò)10MPa，最大單點(diǎn)突涌水量7.3m3/s，其建設(shè)規(guī)模和技術(shù)難度世界罕見(jiàn)。

“明知山有虎，偏向虎山行”，多年在一線摸爬滾打，練就了單治鋼及其團(tuán)隊(duì)敢于直面困難的勇氣和自信。針對(duì)超埋深隧洞中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，他們創(chuàng)新了高山峽谷巖溶水文地質(zhì)勘察方法，首次實(shí)現(xiàn)了113.87MPa地應(yīng)力實(shí)地測(cè)量，并在水電行業(yè)首次提出了“巖體地應(yīng)力和高地應(yīng)力條件下巖體破壞類(lèi)型及判別”方法;建立了巖爆風(fēng)險(xiǎn)分區(qū)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)和隧洞突涌水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與預(yù)警方法。此外，他們還構(gòu)建了突出高地應(yīng)力及巖爆、高外水壓力等因素的超深埋圍巖分類(lèi)體系，使得分類(lèi)和預(yù)測(cè)結(jié)果實(shí)際吻合率超過(guò)90%，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外技術(shù)空白。

該工程建設(shè)最終創(chuàng)造了8項(xiàng)世界紀(jì)錄，為世界地下工程建設(shè)從1500m級(jí)埋深到2500m級(jí)埋深的跨越做出了示范，為我國(guó)地下工程的建設(shè)處于國(guó)際領(lǐng)先地位提供了強(qiáng)有力的保障。2015年，該工程獲得世界工程組織聯(lián)合會(huì)“杰出工程建設(shè)獎(jiǎng)”，4年后又獲得素有國(guó)際工程咨詢(xún)領(lǐng)域“諾貝爾獎(jiǎng)”之稱(chēng)的“菲迪克2019年工程項(xiàng)目獎(jiǎng)”。

研發(fā)地質(zhì)三維勘察設(shè)計(jì)系統(tǒng)

隨著我國(guó)水利水電事業(yè)的快速發(fā)展，工程地質(zhì)勘察工作經(jīng)常面臨著勘察任務(wù)重、技術(shù)難度高、工期短、質(zhì)量要求高等挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)地質(zhì)圖編制主要依據(jù)地質(zhì)科學(xué)理論，運(yùn)用數(shù)學(xué)投影原理，將地質(zhì)現(xiàn)象投影到一個(gè)平面上，從而對(duì)地質(zhì)特征進(jìn)行表達(dá)。當(dāng)?shù)刭|(zhì)現(xiàn)象比較復(fù)雜時(shí)，三維解譯圖難以準(zhǔn)確地表達(dá)地質(zhì)構(gòu)造情況，會(huì)出現(xiàn)勘察成果圖和實(shí)際地質(zhì)情況不一致的問(wèn)題，給工程設(shè)計(jì)和施工帶來(lái)巨大風(fēng)險(xiǎn)。

“在地質(zhì)勘察中應(yīng)用三維設(shè)計(jì)手段生成地質(zhì)三維模型，不僅可以直觀地顯示地質(zhì)體的空間形態(tài)與分布，還可以快速生成各類(lèi)地質(zhì)剖面，能有效解決上述問(wèn)題?！睂?duì)借助現(xiàn)代科技手段助力地質(zhì)勘察，單治鋼一直持有積極的態(tài)度。早在數(shù)碼相機(jī)剛在國(guó)內(nèi)興起的時(shí)候，他就率先在研究過(guò)程中引入數(shù)碼照相三維地質(zhì)編錄系統(tǒng)，并積極探索其在水電地質(zhì)勘查中的應(yīng)用。

當(dāng)時(shí)，國(guó)內(nèi)外有不少可用于地質(zhì)三維建模的軟件，但這些軟件都存在建模效率和出圖質(zhì)量無(wú)法滿足工程實(shí)際需求及生成的模型無(wú)法直接用于下序?qū)I(yè)的三維設(shè)計(jì)等問(wèn)題。針對(duì)這些情況，單治鋼帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研發(fā)了基于MicroStation三維CAD平臺(tái)的地質(zhì)三維勘察設(shè)計(jì)系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“ GeoStation系統(tǒng)”）。該系統(tǒng)融合了三維設(shè)計(jì)有關(guān)的技術(shù)、方法和標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)化建模、二維圖件自動(dòng)編繪與動(dòng)態(tài)更新、地質(zhì)水工模型同切剖面等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

自2011年至今，GeoStation系統(tǒng)已成功應(yīng)用于白鶴灘、錦屏二級(jí)、龍開(kāi)口、績(jī)溪抽蓄等30余項(xiàng)大型水電水利工程，實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)集中式管理，先后完成上百個(gè)地質(zhì)三維模型，抽取上萬(wàn)件地質(zhì)二維圖，極大地提高了工程地質(zhì)勘察生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。2012年3月，該系統(tǒng)成果通過(guò)行業(yè)科技鑒定，達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，并獲得2013年度中國(guó)電力科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。在浙江省工程數(shù)字化技術(shù)研究中心和ECD-Bentley中國(guó)工程軟件研究中心合作共享機(jī)制下，研究成果在行業(yè)內(nèi)進(jìn)行了廣泛的推廣應(yīng)用，先后為10余家單位提供了相關(guān)技術(shù)咨詢(xún)與軟件培訓(xùn)服務(wù)，進(jìn)一步提高了工程行業(yè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用水平，促進(jìn)了水利水電行業(yè)科技進(jìn)步。

“GeoStation系統(tǒng)在水利水電行業(yè)應(yīng)用成熟，將進(jìn)一步加深在城市巖土、市政交通、工民建及海洋地質(zhì)等領(lǐng)域的應(yīng)用?！眴沃武撜J(rèn)為，隨著地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)庫(kù)的不斷完善，地質(zhì)勘察成果將實(shí)現(xiàn)高效的整合和共享，相關(guān)部門(mén)將可以通過(guò)地質(zhì)數(shù)據(jù)服務(wù)快速獲取工作區(qū)域完整、可靠的歷史地質(zhì)勘察資料，從三維數(shù)字化的模型和數(shù)據(jù)庫(kù)中挖掘更多價(jià)值。

用勇氣和智慧結(jié)出累累碩果

地質(zhì)工作是水電工程的先行軍，面對(duì)的往往是了無(wú)人煙的崇山大川。單治鋼的工作對(duì)象總是繞不開(kāi)陡坡、巖石和裂縫。跋山涉水、風(fēng)餐露宿已是他的常態(tài)?！暗刭|(zhì)上要做到‘經(jīng)驗(yàn)豐富’不僅要有眼力，還要有體力和勇氣，因?yàn)樵奖举|(zhì)的現(xiàn)象往往越是隱藏在最危險(xiǎn)的地方。”單治鋼說(shuō)。

2005年，錦屏水電工程輔助洞涌水量巨大。為查明涌水原因，保證工程施工進(jìn)度，單治鋼冒著危險(xiǎn)第一時(shí)間蹚著齊腰深的冷水進(jìn)洞觀察;2010年，卡拉水電站壩址邊坡的一條深裂縫引起了極大的關(guān)注，這條滄海巨變留下的痕跡形成原因一直存疑，且關(guān)乎國(guó)家上百億的投資，為了查明成因和影響，單治鋼在無(wú)法提供任何保護(hù)措施情況下，毅然第一個(gè)鉆進(jìn)了這條僅有兩張A3紙寬，卻有10層樓深的裂縫，觀察大自然的“鬼斧神工”……這種樂(lè)觀執(zhí)著、不畏艱險(xiǎn)的精神，使他讀懂了大自然在這里“演繹”了億萬(wàn)年的變遷，攻克了一個(gè)又一個(gè)技術(shù)難題。

近年來(lái)，單治鋼先后主持和參加國(guó)家、省部、集團(tuán)級(jí)科研項(xiàng)目10余項(xiàng)，包括國(guó)家原“973”計(jì)劃項(xiàng)目1項(xiàng)，國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)基金2項(xiàng)、面上基金3項(xiàng)等。依托這些重大工程和項(xiàng)目，單治鋼成功解決了工程建設(shè)中有關(guān)壩基、地下工程、高邊坡、地質(zhì)災(zāi)害等工程地質(zhì)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，取得多項(xiàng)具有國(guó)際領(lǐng)先水平的科技成果。到目前，他累積獲國(guó)家級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)2項(xiàng)、國(guó)家級(jí)勘察獎(jiǎng)2項(xiàng)，省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)21項(xiàng)，省部級(jí)勘察、咨詢(xún)獎(jiǎng)15項(xiàng)，獲授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利37項(xiàng)、美國(guó)專(zhuān)利4項(xiàng)，發(fā)表論文100余篇（其中SCI、EI檢索29篇），專(zhuān)著5部。

除此之外，單治鋼還有多項(xiàng)成果被納入國(guó)家、行業(yè)規(guī)范和行業(yè)工具書(shū)。他主持提出的“巖體地應(yīng)力和高地應(yīng)力條件下巖體破壞類(lèi)型及判別”“移民集中安置點(diǎn)場(chǎng)地穩(wěn)定性和適宜性分類(lèi)”被納入了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《水力發(fā)電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》，“工程地質(zhì)勘察方法”“深埋地下洞室圍巖穩(wěn)定性分析與評(píng)價(jià)方法”等被納入《水力發(fā)電工程地質(zhì)手冊(cè)》行業(yè)工具書(shū)。近年來(lái)，他以第一主編的身份，出版了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)1部、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)5部;以第二主編的身份，出版了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)6部，并參編國(guó)家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)8部。

由于貢獻(xiàn)突出，2015年，單治鋼被國(guó)家人力資源和社會(huì)保障部授予百千萬(wàn)人才工程國(guó)家級(jí)人選、有突出貢獻(xiàn)中青年專(zhuān)家，2016年又獲國(guó)務(wù)院政府特殊津貼。近年來(lái)，他先后獲得“嚴(yán)愷工程技術(shù)獎(jiǎng)”、全國(guó)電力勘測(cè)設(shè)計(jì)大師、浙江省工程勘察設(shè)計(jì)大師、省部屬企事業(yè)“能工巧匠”稱(chēng)號(hào)、中國(guó)電建“改革開(kāi)放40周年先進(jìn)典型人物”、“首屆曾國(guó)熙巖土工程獎(jiǎng)”等多項(xiàng)榮譽(yù)和獎(jiǎng)項(xiàng)。

“把兩件事情做好”

面對(duì)所取得的成績(jī)，已經(jīng)56歲的單治鋼并沒(méi)有止步不前。他坦言，希望自己在退休前，把兩件事情做好。其中之一便是做好海上風(fēng)電勘察工作?！昂Ｉ巷L(fēng)電是可再生能源發(fā)展的重要領(lǐng)域，是推動(dòng)風(fēng)電技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級(jí)的重要力量，是促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要措施。我國(guó)擁有漫長(zhǎng)的海岸線，海上風(fēng)能資源豐富，加快海上風(fēng)電項(xiàng)目建設(shè)，對(duì)于促進(jìn)沿海地區(qū)治理大氣霧霾、調(diào)整能源結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式具有重要意義?！眴沃武撜f(shuō)。

由此，單治鋼在主持生物質(zhì)、海上風(fēng)電、潮汐發(fā)電等新能源工程的工程地質(zhì)勘察技術(shù)研究工作的基礎(chǔ)上，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了海洋巖土工程勘察技術(shù)與裝備浙江省工程研究中心。該中心現(xiàn)已承擔(dān)百余項(xiàng)海洋工程和全國(guó)85%的海上風(fēng)電勘察任務(wù)，創(chuàng)造世界第一、亞洲第一和全國(guó)第一各2項(xiàng)，為我國(guó)新能源工程，尤其是海上風(fēng)電工程勘察技術(shù)與裝備總體達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，打造國(guó)內(nèi)外海洋工程領(lǐng)域有廣泛影響力的研發(fā)創(chuàng)新基地，引領(lǐng)海洋巖土工程產(chǎn)業(yè)發(fā)展，服務(wù)國(guó)家海洋經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)建設(shè)奠定了基礎(chǔ)，有效助力了“海洋強(qiáng)國(guó)”戰(zhàn)略的實(shí)現(xiàn)。

青年人才的培養(yǎng)是單治鋼掛心的另一件事。作為全面負(fù)責(zé)勘測(cè)專(zhuān)業(yè)的帶頭人，單治鋼一直重視年輕同志的培養(yǎng)和隊(duì)伍建設(shè)，尤其是現(xiàn)有工程規(guī)模與難度越來(lái)越大，要求越來(lái)越高，而現(xiàn)在的很多年輕人面對(duì)社會(huì)上的個(gè)別思潮難免有些急躁。單治鋼以身作則，堅(jiān)持每年寫(xiě)5～6篇論文或技術(shù)總結(jié)，并堅(jiān)持抽出時(shí)間與青年員工進(jìn)行技術(shù)交流。他提醒廣大青年技術(shù)人員在工作之余要重視總結(jié)，這既是對(duì)以往工作的歸納梳理，也是對(duì)勘探技術(shù)的成果轉(zhuǎn)化。作為華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院博后工作站導(dǎo)師，他先后指導(dǎo)多名學(xué)生，瞄準(zhǔn)國(guó)際前沿和水電工程需求，產(chǎn)生了一批具有較大應(yīng)用和理論價(jià)值的成果。單治鋼對(duì)于年輕人的影響是巨大的，他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，積極樂(lè)觀的工作心態(tài)，豐碩的技術(shù)學(xué)術(shù)成果，成為一大批年輕員工成長(zhǎng)道路上的指明燈。

在我國(guó)政府提出“中國(guó)將提高國(guó)家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”的今天，水電、新能源將起到極為重要的作用，作為該領(lǐng)域的工程地質(zhì)技術(shù)和創(chuàng)新先進(jìn)典型人物，單治鋼以敏銳的思想、求真的態(tài)度和勇于攀登、無(wú)私奉獻(xiàn)的精神，始終站在技術(shù)學(xué)術(shù)的最前沿，為實(shí)現(xiàn)我國(guó)政府提出的“碳中和”目標(biāo)貢獻(xiàn)著力量。當(dāng)一條條大江大河變成清潔的能源，一座座險(xiǎn)山峻嶺變成安居的樂(lè)園，人們感慨于工程技術(shù)的偉大時(shí)，單治鋼總是虔誠(chéng)地說(shuō)：“我們只是摸清了山河的脾氣，遵循了山河的規(guī)律，讓人與自然更和諧相處罷了?！边@位幾十年專(zhuān)情河川，閱讀高山的“大師”，以行者的姿態(tài)，依舊在工程勘察的道路上謹(jǐn)慎向前。

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