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，錦屏二級水電站首臺機組順利發電，烏東德水電站全部機組投產發電，白鶴灘水電站首批機組投產發電……近年來，隨著我國生產和科學技術突飛猛進，水利水電作為國家的基礎產業得到飛速發展。數據顯示，2020年我國水電總裝機容量達到3.8億千瓦，年發電量1.25萬億千瓦時，穩居世界第一。

作為水利水電工程建設中重要的一環，地質勘察工作直接影響到水電工程建設的質量、安全、工期和效率，關系到水電工程能否安全平穩投入使用。為了確保水電工程建成后的效果和質量，保障老百姓的生命財產安全，有一個人在35年的時間里，始終駐守在水電工程、巖土工程勘察和科研的第一線，用精湛的技術成功解決了多個國家重大水電工程建設中的工程地質關鍵技術難題。他，就是中國電建集團華東勘測設計研究院總地質師，錦屏二級水電站、白鶴灘水電站設計副總工程師單治鋼……

助力兩大水電站建設

6月28日，金沙江白鶴灘水電站首批機組安全準點投產發電。中共中央總書記、國家主席、中央軍委主席習近平發來賀信，表示熱烈的祝賀，他指出，白鶴灘水電站是實施“西電東送”的國家重大工程，是當今世界在建規模最大、技術難度最高的水電工程。全球單機容量最大功率百萬千瓦水輪發電機組，實現了我國高端裝備制造的重大突破。全體建設者和各方面發揚精益求精、勇攀高峰、無私奉獻的精神，團結協作、攻堅克難，為國家重大工程建設作出了貢獻。

“大國重器”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1600萬千瓦，共安裝16臺我國自主研制的全球單機容量最大功率百萬千瓦水輪發電機組，全部機組將于2022年7月投產發電。電站全部建成投產后，將成為僅次于三峽工程的世界第二大水電站，年均發電量約624億千瓦時，每年可節約標準煤1968萬噸，減排二氧化碳5160萬噸，是推進我國綠色發展的強力引擎。

“在建設中，我們面臨著庫區地質環境條件復雜、區域構造穩定和高地震烈度、壩區不良地質作用發育、高拱壩壩基柱狀節理玄武巖變形控制、高邊坡、地下廠房洞室群、壩基滲漏處理等多項關鍵技術問題。”作為白鶴灘水電站建設工程項目勘察產品的核定人、副總工程師，單治鋼對實施這一工程時面臨的難題記憶猶新，為逐一解決這些相關地質難題，他帶領團隊通過30多年的深入創新研究，為工程的建設提供了扎實、科學的依據。該電站建成后，除了發電還兼顧防洪，具有攔沙、改善下游航運條件和發展庫區航運等綜合作用，并帶動相關產業的發展，對地區社會經濟發展將起到積極的帶動作用。

除了白鶴灘水電站，于2011年7月全部機組投產發電的錦屏二級水電站也是單治鋼負責的主要工程項目之一。中國十大水電站之一的錦屏二級水電站，是國家重點工程，擁有世界上規模和技術難度最大的水工隧洞群。該工程總裝機容量4800MW，4條引水隧洞單洞長17km，埋深1500～2000m，最大埋深2525m，開挖洞徑12.4～14.6m，總開挖土方量超過1320萬m3，實測最大地應力113MPa，最高外水壓力超過10MPa，最大單點突涌水量7.3m3/s，其建設規模和技術難度世界罕見。

“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隊敢于直面困難的勇氣和自信。針對超埋深隧洞中的關鍵技術問題，他們創新了高山峽谷巖溶水文地質勘察方法，首次實現了113.87MPa地應力實地測量，并在水電行業首次提出了“巖體地應力和高地應力條件下巖體破壞類型及判別”方法;建立了巖爆風險分區風險預測和隧洞突涌水災害風險識別與預警方法。此外，他們還構建了突出高地應力及巖爆、高外水壓力等因素的超深埋圍巖分類體系，使得分類和預測結果實際吻合率超過90%，填補了國內外技術空白。

該工程建設最終創造了8項世界紀錄，為世界地下工程建設從1500m級埋深到2500m級埋深的跨越做出了示范，為我國地下工程的建設處于國際領先地位提供了強有力的保障。2015年，該工程獲得世界工程組織聯合會“杰出工程建設獎”，4年后又獲得素有國際工程咨詢領域“諾貝爾獎”之稱的“菲迪克2019年工程項目獎”。

研發地質三維勘察設計系統

隨著我國水利水電事業的快速發展，工程地質勘察工作經常面臨著勘察任務重、技術難度高、工期短、質量要求高等挑戰。傳統地質圖編制主要依據地質科學理論，運用數學投影原理，將地質現象投影到一個平面上，從而對地質特征進行表達。當地質現象比較復雜時，三維解譯圖難以準確地表達地質構造情況，會出現勘察成果圖和實際地質情況不一致的問題，給工程設計和施工帶來巨大風險。

“在地質勘察中應用三維設計手段生成地質三維模型，不僅可以直觀地顯示地質體的空間形態與分布，還可以快速生成各類地質剖面，能有效解決上述問題。”對借助現代科技手段助力地質勘察，單治鋼一直持有積極的態度。早在數碼相機剛在國內興起的時候，他就率先在研究過程中引入數碼照相三維地質編錄系統，并積極探索其在水電地質勘查中的應用。

當時，國內外有不少可用于地質三維建模的軟件，但這些軟件都存在建模效率和出圖質量無法滿足工程實際需求及生成的模型無法直接用于下序專業的三維設計等問題。針對這些情況，單治鋼帶領團隊研發了基于MicroStation三維CAD平臺的地質三維勘察設計系統（以下簡稱“ GeoStation系統”）。該系統融合了三維設計有關的技術、方法和標準，實現了地質數據管理、數據驅動自動化建模、二維圖件自動編繪與動態更新、地質水工模型同切剖面等多項關鍵技術。

自2011年至今，GeoStation系統已成功應用于白鶴灘、錦屏二級、龍開口、績溪抽蓄等30余項大型水電水利工程，實現了地質數據庫集中式管理，先后完成上百個地質三維模型，抽取上萬件地質二維圖，極大地提高了工程地質勘察生產效率和產品質量。2012年3月，該系統成果通過行業科技鑒定，達到國際領先水平，并獲得2013年度中國電力科學技術獎一等獎。在浙江省工程數字化技術研究中心和ECD-Bentley中國工程軟件研究中心合作共享機制下，研究成果在行業內進行了廣泛的推廣應用，先后為10余家單位提供了相關技術咨詢與軟件培訓服務，進一步提高了工程行業計算機應用水平，促進了水利水電行業科技進步。

“GeoStation系統在水利水電行業應用成熟，將進一步加深在城市巖土、市政交通、工民建及海洋地質等領域的應用。”單治鋼認為，隨著地質勘察數據庫的不斷完善，地質勘察成果將實現高效的整合和共享，相關部門將可以通過地質數據服務快速獲取工作區域完整、可靠的歷史地質勘察資料，從三維數字化的模型和數據庫中挖掘更多價值。

用勇氣和智慧結出累累碩果

地質工作是水電工程的先行軍，面對的往往是了無人煙的崇山大川。單治鋼的工作對象總是繞不開陡坡、巖石和裂縫。跋山涉水、風餐露宿已是他的常態。“地質上要做到‘經驗豐富’不僅要有眼力，還要有體力和勇氣，因為越本質的現象往往越是隱藏在最危險的地方。”單治鋼說。

2005年，錦屏水電工程輔助洞涌水量巨大。為查明涌水原因，保證工程施工進度，單治鋼冒著危險第一時間蹚著齊腰深的冷水進洞觀察;2010年，卡拉水電站壩址邊坡的一條深裂縫引起了極大的關注，這條滄海巨變留下的痕跡形成原因一直存疑，且關乎國家上百億的投資，為了查明成因和影響，單治鋼在無法提供任何保護措施情況下，毅然第一個鉆進了這條僅有兩張A3紙寬，卻有10層樓深的裂縫，觀察大自然的“鬼斧神工”……這種樂觀執著、不畏艱險的精神，使他讀懂了大自然在這里“演繹”了億萬年的變遷，攻克了一個又一個技術難題。

近年來，單治鋼先后主持和參加國家、省部、集團級科研項目10余項，包括國家原“973”計劃項目1項，國家自然科學基金重點基金2項、面上基金3項等。依托這些重大工程和項目，單治鋼成功解決了工程建設中有關壩基、地下工程、高邊坡、地質災害等工程地質關鍵技術問題，取得多項具有國際領先水平的科技成果。到目前，他累積獲國家級科技進步獎二等獎2項、國家級勘察獎2項，省部級科技進步獎21項，省部級勘察、咨詢獎15項，獲授權發明專利37項、美國專利4項，發表論文100余篇（其中SCI、EI檢索29篇），專著5部。

除此之外，單治鋼還有多項成果被納入國家、行業規范和行業工具書。他主持提出的“巖體地應力和高地應力條件下巖體破壞類型及判別”“移民集中安置點場地穩定性和適宜性分類”被納入了國家標準《水力發電工程地質勘察規范》，“工程地質勘察方法”“深埋地下洞室圍巖穩定性分析與評價方法”等被納入《水力發電工程地質手冊》行業工具書。近年來，他以第一主編的身份，出版了國家標準1部、行業標準5部;以第二主編的身份，出版了行業標準6部，并參編國家、行業標準8部。

由于貢獻突出，2015年，單治鋼被國家人力資源和社會保障部授予百千萬人才工程國家級人選、有突出貢獻中青年專家，2016年又獲國務院政府特殊津貼。近年來，他先后獲得“嚴愷工程技術獎”、全國電力勘測設計大師、浙江省工程勘察設計大師、省部屬企事業“能工巧匠”稱號、中國電建“改革開放40周年先進典型人物”、“首屆曾國熙巖土工程獎”等多項榮譽和獎項。

“把兩件事情做好”

面對所取得的成績，已經56歲的單治鋼并沒有止步不前。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電勘察工作。“海上風電是可再生能源發展的重要領域，是推動風電技術進步和產業升級的重要力量，是促進能源結構調整的重要措施。我國擁有漫長的海岸線，海上風能資源豐富，加快海上風電項目建設，對于促進沿海地區治理大氣霧霾、調整能源結構和轉變經濟發展方式具有重要意義。”單治鋼說。

由此，單治鋼在主持生物質、海上風電、潮汐發電等新能源工程的工程地質勘察技術研究工作的基礎上，帶領團隊創建了海洋巖土工程勘察技術與裝備浙江省工程研究中心。該中心現已承擔百余項海洋工程和全國85%的海上風電勘察任務，創造世界第一、亞洲第一和全國第一各2項，為我國新能源工程，尤其是海上風電工程勘察技術與裝備總體達到國際先進水平，打造國內外海洋工程領域有廣泛影響力的研發創新基地，引領海洋巖土工程產業發展，服務國家海洋經濟開發建設奠定了基礎，有效助力了“海洋強國”戰略的實現。

青年人才的培養是單治鋼掛心的另一件事。作為全面負責勘測專業的帶頭人，單治鋼一直重視年輕同志的培養和隊伍建設，尤其是現有工程規模與難度越來越大，要求越來越高，而現在的很多年輕人面對社會上的個別思潮難免有些急躁。單治鋼以身作則，堅持每年寫5～6篇論文或技術總結，并堅持抽出時間與青年員工進行技術交流。他提醒廣大青年技術人員在工作之余要重視總結，這既是對以往工作的歸納梳理，也是對勘探技術的成果轉化。作為華東勘測設計研究院博后工作站導師，他先后指導多名學生，瞄準國際前沿和水電工程需求，產生了一批具有較大應用和理論價值的成果。單治鋼對于年輕人的影響是巨大的，他嚴謹的治學態度，積極樂觀的工作心態，豐碩的技術學術成果，成為一大批年輕員工成長道路上的指明燈。

在我國政府提出“中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和”的今天，水電、新能源將起到極為重要的作用，作為該領域的工程地質技術和創新先進典型人物，單治鋼以敏銳的思想、求真的態度和勇于攀登、無私奉獻的精神，始終站在技術學術的最前沿，為實現我國政府提出的“碳中和”目標貢獻著力量。當一條條大江大河變成清潔的能源，一座座險山峻嶺變成安居的樂園，人們感慨于工程技術的偉大時，單治鋼總是虔誠地說：“我們只是摸清了山河的脾氣，遵循了山河的規律，讓人與自然更和諧相處罷了。”這位幾十年專情河川，閱讀高山的“大師”，以行者的姿態，依舊在工程勘察的道路上謹慎向前。

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