吕腾波

三峡水电站全面竣工，锦屏二级水电站首台机组顺利发电，乌东德水电站全部机组投产发电，白鹤滩水电站首批机组投产发电……近年来，随着我国生产和科学技术突飞猛进，水利水电作为国家的基础产业得到飞速发展。数据显示，2020年我国水电总装机容量达到3.8亿千瓦，年发电量1.25万亿千瓦时，稳居世界第一。

作为水利水电工程建设中重要的一环，地质勘察工作直接影响到水电工程建设的质量、安全、工期和效率，关系到水电工程能否安全平稳投入使用。为了确保水电工程建成后的效果和质量，保障老百姓的生命财产安全，有一个人在35年的时间里，始终驻守在水电工程、岩土工程勘察和科研的第一线，用精湛的技术成功解决了多个国家重大水电工程建设中的工程地质关键技术难题。他，就是中国电建集团华东勘测设计研究院总地质师，锦屏二级水电站、白鹤滩水电站设计副总工程师单治钢……

助力两大水电站建设

6月28日，金沙江白鹤滩水电站首批机组安全准点投产发电。中共中央总书记、国家主席、中央军委主席习近平发来贺信，表示热烈的祝贺，他指出，白鹤滩水电站是实施“西电东送”的国家重大工程，是当今世界在建规模最大、技术难度最高的水电工程。全球单机容量最大功率百万千瓦水轮发电机组，实现了我国高端装备制造的重大突破。全体建设者和各方面发扬精益求精、勇攀高峰、无私奉献的精神，团结协作、攻坚克难，为国家重大工程建设作出了贡献。

“大国重器”白鹤滩水电站位于四川省宁南县和云南省巧家县交界的金沙江河道上，总投资2200亿元，总装机1600万千瓦，共安装16台我国自主研制的全球单机容量最大功率百万千瓦水轮发电机组，全部机组将于2022年7月投产发电。电站全部建成投产后，将成为仅次于三峡工程的世界第二大水电站，年均发电量约624亿千瓦时，每年可节约标准煤1968万吨，减排二氧化碳5160万吨，是推进我国绿色发展的强力引擎。

“在建设中，我们面临着库区地质环境条件复杂、区域构造稳定和高地震烈度、坝区不良地质作用发育、高拱坝坝基柱状节理玄武岩变形控制、高边坡、地下厂房洞室群、坝基渗漏处理等多项关键技术问题。”作为白鹤滩水电站建设工程项目勘察产品的核定人、副总工程师，单治钢对实施这一工程时面临的难题记忆犹新，为逐一解决这些相关地质难题，他带领团队通过30多年的深入创新研究，为工程的建设提供了扎实、科学的依据。该电站建成后，除了发电还兼顾防洪，具有拦沙、改善下游航运条件和发展库区航运等综合作用，并带动相关产业的发展，对地区社会经济发展将起到积极的带动作用。

除了白鹤滩水电站，于2011年7月全部机组投产发电的锦屏二级水电站也是单治钢负责的主要工程项目之一。中国十大水电站之一的锦屏二级水电站，是国家重点工程，拥有世界上规模和技术难度最大的水工隧洞群。该工程总装机容量4800MW，4条引水隧洞单洞长17km，埋深1500～2000m，最大埋深2525m，开挖洞径12.4～14.6m，总开挖土方量超过1320万m3，实测最大地应力113MPa，最高外水压力超过10MPa，最大单点突涌水量7.3m3/s，其建设规模和技术难度世界罕见。

“明知山有虎，偏向虎山行”，多年在一线摸爬滚打，练就了单治钢及其团队敢于直面困难的勇气和自信。针对超埋深隧洞中的关键技术问题，他们创新了高山峡谷岩溶水文地质勘察方法，首次实现了113.87MPa地应力实地测量，并在水电行业首次提出了“岩体地应力和高地应力条件下岩体破坏类型及判别”方法；建立了岩爆风险分区风险预测和隧洞突涌水灾害风险识别与预警方法。此外，他们还构建了突出高地应力及岩爆、高外水压力等因素的超深埋围岩分类体系，使得分类和预测结果实际吻合率超过90%，填补了国内外技术空白。

该工程建设最终创造了8项世界纪录，为世界地下工程建设从1500m级埋深到2500m级埋深的跨越做出了示范，为我国地下工程的建设处于国际领先地位提供了强有力的保障。2015年，该工程获得世界工程组织联合会“杰出工程建设奖”，4年后又获得素有国际工程咨询领域“诺贝尔奖”之称的“菲迪克2019年工程项目奖”。

研发地质三维勘察设计系统

随着我国水利水电事业的快速发展，工程地质勘察工作经常面临着勘察任务重、技术难度高、工期短、质量要求高等挑战。传统地质图编制主要依据地质科学理论，运用数学投影原理，将地质现象投影到一个平面上，从而对地质特征进行表达。当地质现象比较复杂时，三维解译图难以准确地表达地质构造情况，会出现勘察成果图和实际地质情况不一致的问题，给工程设计和施工带来巨大风险。

“在地质勘察中应用三维设计手段生成地质三维模型，不仅可以直观地显示地质体的空间形态与分布，还可以快速生成各类地质剖面，能有效解决上述问题。”对借助现代科技手段助力地质勘察，单治钢一直持有积极的态度。早在数码相机刚在国内兴起的时候，他就率先在研究过程中引入数码照相三维地质编录系统，并积极探索其在水电地质勘查中的应用。

当时，国内外有不少可用于地质三维建模的软件，但这些软件都存在建模效率和出图质量无法满足工程实际需求及生成的模型无法直接用于下序专业的三维设计等问题。针对这些情况，单治钢带领团队研发了基于MicroStation三维CAD平台的地质三维勘察设计系统（以下简称“ GeoStation系统”）。该系统融合了三维设计有关的技术、方法和标准，实现了地质数据管理、数据驱动自动化建模、二维图件自动编绘与动态更新、地质水工模型同切剖面等多项关键技术。

自2011年至今，GeoStation系统已成功应用于白鹤滩、锦屏二级、龙开口、绩溪抽蓄等30余项大型水电水利工程，实现了地质数据库集中式管理，先后完成上百个地质三维模型，抽取上万件地质二维图，极大地提高了工程地质勘察生产效率和产品质量。2012年3月，该系统成果通过行业科技鉴定，达到国际领先水平，并获得2013年度中国电力科学技术奖一等奖。在浙江省工程数字化技术研究中心和ECD-Bentley中国工程软件研究中心合作共享机制下，研究成果在行业内进行了广泛的推广应用，先后为10余家单位提供了相关技术咨询与软件培训服务，进一步提高了工程行业计算机应用水平，促进了水利水电行业科技进步。

“GeoStation系统在水利水电行业应用成熟，将进一步加深在城市岩土、市政交通、工民建及海洋地质等领域的应用。”单治钢认为，随着地质勘察数据库的不断完善，地质勘察成果将实现高效的整合和共享，相关部门将可以通过地质数据服务快速获取工作区域完整、可靠的历史地质勘察资料，从三维数字化的模型和数据库中挖掘更多价值。

用勇气和智慧结出累累硕果

地质工作是水电工程的先行军，面对的往往是了无人烟的崇山大川。单治钢的工作对象总是绕不开陡坡、岩石和裂缝。跋山涉水、风餐露宿已是他的常态。“地质上要做到‘经验丰富’不仅要有眼力，还要有体力和勇气，因为越本质的现象往往越是隐藏在最危险的地方。”单治钢说。

2005年，锦屏水电工程辅助洞涌水量巨大。为查明涌水原因，保证工程施工进度，单治钢冒着危险第一时间蹚着齐腰深的冷水进洞观察；2010年，卡拉水电站坝址边坡的一条深裂缝引起了极大的关注，这条沧海巨变留下的痕迹形成原因一直存疑，且关乎国家上百亿的投资，为了查明成因和影响，单治钢在无法提供任何保护措施情况下，毅然第一个钻进了这条仅有两张A3纸宽，却有10层楼深的裂缝，观察大自然的“鬼斧神工”……这种乐观执着、不畏艰险的精神，使他读懂了大自然在这里“演绎”了亿万年的变迁，攻克了一个又一个技术难题。

近年来，单治钢先后主持和参加国家、省部、集团级科研项目10余项，包括国家原“973”计划项目1项，国家自然科学基金重点基金2项、面上基金3项等。依托这些重大工程和项目，单治钢成功解决了工程建设中有关坝基、地下工程、高边坡、地质灾害等工程地质关键技术问题，取得多项具有国际领先水平的科技成果。到目前，他累积获国家级科技进步奖二等奖2项、国家级勘察奖2项，省部级科技进步奖21项，省部级勘察、咨询奖15项，获授权发明专利37项、美国专利4项，发表论文100余篇（其中SCI、EI检索29篇），专著5部。

除此之外，单治钢还有多项成果被纳入国家、行业规范和行业工具书。他主持提出的“岩体地应力和高地应力条件下岩体破坏类型及判别”“移民集中安置点场地稳定性和适宜性分类”被纳入了国家标准《水力发电工程地质勘察规范》，“工程地质勘察方法”“深埋地下洞室围岩稳定性分析与评价方法”等被纳入《水力发电工程地质手册》行业工具书。近年来，他以第一主编的身份，出版了国家标准1部、行业标准5部；以第二主编的身份，出版了行业标准6部，并参编国家、行业标准8部。

由于贡献突出，2015年，单治钢被国家人力资源和社会保障部授予百千万人才工程国家级人选、有突出贡献中青年专家，2016年又获国务院政府特殊津贴。近年来，他先后获得“严恺工程技术奖”、全国电力勘测设计大师、浙江省工程勘察设计大师、省部属企事业“能工巧匠”称号、中国电建“改革开放40周年先进典型人物”、“首届曾国熙岩土工程奖”等多项荣誉和奖项。

“把两件事情做好”

面对所取得的成绩，已经56岁的单治钢并没有止步不前。他坦言，希望自己在退休前，把两件事情做好。其中之一便是做好海上风电勘察工作。“海上风电是可再生能源发展的重要领域，是推动风电技术进步和产业升级的重要力量，是促进能源结构调整的重要措施。我国拥有漫长的海岸线，海上风能资源丰富，加快海上风电项目建设，对于促进沿海地区治理大气雾霾、调整能源结构和转变经济发展方式具有重要意义。”单治钢说。

由此，单治钢在主持生物质、海上风电、潮汐发电等新能源工程的工程地质勘察技术研究工作的基础上，带领团队创建了海洋岩土工程勘察技术与装备浙江省工程研究中心。该中心现已承担百余项海洋工程和全国85%的海上风电勘察任务，创造世界第一、亚洲第一和全国第一各2项，为我国新能源工程，尤其是海上风电工程勘察技术与装备总体达到国际先进水平，打造国内外海洋工程领域有广泛影响力的研发创新基地，引领海洋岩土工程产业发展，服务国家海洋经济开发建设奠定了基础，有效助力了“海洋强国”战略的实现。

青年人才的培养是单治钢挂心的另一件事。作为全面负责勘测专业的带头人，单治钢一直重视年轻同志的培养和队伍建设，尤其是现有工程规模与难度越来越大，要求越来越高，而现在的很多年轻人面对社会上的个别思潮难免有些急躁。单治钢以身作则，坚持每年写5～6篇论文或技术总结，并坚持抽出时间与青年员工进行技术交流。他提醒广大青年技术人员在工作之余要重视总结，这既是对以往工作的归纳梳理，也是对勘探技术的成果转化。作为华东勘测设计研究院博后工作站导师，他先后指导多名学生，瞄准国际前沿和水电工程需求，产生了一批具有较大应用和理论价值的成果。单治钢对于年轻人的影响是巨大的，他严谨的治学态度，积极乐观的工作心态，丰硕的技术学术成果，成为一大批年轻员工成长道路上的指明灯。

在我国政府提出“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”的今天，水电、新能源将起到极为重要的作用，作为该领域的工程地质技术和创新先进典型人物，单治钢以敏锐的思想、求真的态度和勇于攀登、无私奉献的精神，始终站在技术学术的最前沿，为实现我国政府提出的“碳中和”目标贡献着力量。当一条条大江大河变成清洁的能源，一座座险山峻岭变成安居的乐园，人们感慨于工程技术的伟大时，单治钢总是虔诚地说：“我们只是摸清了山河的脾气，遵循了山河的规律，让人与自然更和谐相处罢了。”这位几十年专情河川，阅读高山的“大师”，以行者的姿态，依旧在工程勘察的道路上谨慎向前。