潘偉

伴隨著全國各重大工程建設(shè)的推進(jìn)和中國制造加快走向世界，近期，國產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)頻傳好消息。7月26日，江西首臺超小轉(zhuǎn)彎半徑礦用TBM“江銅一號”（中鐵1299號）成功下線，將用于江西貴溪銀珠山礦區(qū)鉛鋅銀礦；7月14日，我國自主研制的大直徑雙護(hù)盾土壓組合式盾構(gòu)機(jī)“鐵兵廣花6號”在廣花城際鐵路2號盾構(gòu)井始發(fā)；6月28日，國產(chǎn)最大直徑盾構(gòu)機(jī)“京華號”出洞，標(biāo)志著北京東六環(huán)改造工程西線隧道貫通；5月9日，世界首臺綠色盾構(gòu)機(jī)“中國中鐵1237號”下線，出口用于意大利西西里島高速鐵路隧道建設(shè)，等等。

據(jù)悉，盾構(gòu)機(jī)是一種使用盾構(gòu)法的隧道掘進(jìn)機(jī)，最早起源于19世紀(jì)的歐美，廣泛應(yīng)用于鐵路、公路、水利、城市地鐵等重大基礎(chǔ)設(shè)施工程建設(shè)，被譽(yù)為“工程機(jī)械之王”。

相關(guān)研究顯示，目前中國盾構(gòu)機(jī)占據(jù)了90%以上的國內(nèi)市場、近70%的全球市場。中國盾構(gòu)機(jī)行業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)形成中鐵裝備和鐵建重工雙雄并峙、中交天和等緊隨其后的市場格局。

要知道僅僅20年前，在重大工程建設(shè)施工過程中，中國使用的盾構(gòu)機(jī)完全依賴進(jìn)口。中國工程院院士、浙江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院院長楊華勇說，以前大噸位的起重機(jī)、挖掘機(jī)等大量進(jìn)口，沒有實現(xiàn)國產(chǎn)化，不是說中國做不出來，而是做出來可靠性不好，還不能批量生產(chǎn)。

以中鐵裝備、鐵建重工、中交天和等央企為代表的中國盾構(gòu)機(jī)，用了約20年的時間跨越了歐美200余年的發(fā)展歷程。從研制第1臺到全球銷量第1名，中國盾構(gòu)機(jī)從起步追趕到全球領(lǐng)跑，已然成為基建和高端裝備制造的一張中國名片，是當(dāng)之無愧的大國重器。

全球60%以上的市場，需求驅(qū)動自主研發(fā)

盾構(gòu)機(jī)最早可以追溯到19世紀(jì)初葉的英法。法國工程師M.l.布律內(nèi)爾受到船蛆鉆洞的啟發(fā)提出盾構(gòu)掘進(jìn)的原理，并在1825年修建英國倫敦泰晤士河水底隧道時，首次使用盾構(gòu)掘進(jìn)。

此后，英國、德國、法國、日本等研究改進(jìn)盾構(gòu)施工并應(yīng)用在地下隧道、管道建設(shè)。1846年，比利時工程師毛瑟設(shè)計名為片山機(jī)的挖掘機(jī)；1847年，英國人J.H.格雷特黑德首次采用氣動盾構(gòu)法施工；直到1994年，穿越英吉利海峽的英法海底隧道建成，盾構(gòu)機(jī)一戰(zhàn)成名，被更大范圍應(yīng)用。

我國盾構(gòu)技術(shù)和應(yīng)用長期以來發(fā)展緩慢。改革開放以來，我國鐵路、公路、水利、城市地鐵、海底隧道等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)如火如荼展開，對盾構(gòu)機(jī)的需求大增，國內(nèi)市場潛力巨大。

1996年底，建設(shè)西康鐵路時，我國以約7億元的昂貴價格從德國引進(jìn)兩臺盾構(gòu)機(jī)用于建設(shè)秦嶺隧道。隧道提前10個月貫通，這種挖掘施工效率極大展現(xiàn)了盾構(gòu)機(jī)的威力，而且極大提高了施工的安全性，國內(nèi)盾構(gòu)機(jī)的市場需求也越來越大。

據(jù)不完全統(tǒng)計，2009年以前，我國近85%的盾構(gòu)機(jī)依賴進(jìn)口。根據(jù)海關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2000年至2010年，我國10年間累計進(jìn)口以盾構(gòu)機(jī)為主的自走式巖石切割機(jī)或隧道掘進(jìn)機(jī)價值11.6億美元，其中德國、日本、美國設(shè)備分別占進(jìn)口總額的35.4%、20.8%和18%。

“我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)對盾構(gòu)機(jī)的需求占到了全球60%以上，自主研發(fā)生產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)，成為擺在中國面前的唯一出路。”中鐵裝備總經(jīng)理張志國說。

從0到1，政企校研協(xié)同發(fā)力

盾構(gòu)機(jī)從0到1的突破離不開國家的大力支持和平臺搭建，凝聚企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)的力量，協(xié)同發(fā)力，聚焦攻關(guān)。

2001年盾構(gòu)機(jī)研制被列入“863”計劃（國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃）；2006年6月，《國務(wù)院關(guān)于加快振興裝備制造業(yè)的若干意見》正式發(fā)布，盾構(gòu)機(jī)研制被列入16項重大技術(shù)裝備之一；2007年盾構(gòu)機(jī)又被列入“973”計劃（國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃）。

中鐵裝備黨委書記、董事長趙華表示：“依托國家‘863計劃 ， 2002年中國中鐵在河南省新鄉(xiāng)市建成以盾構(gòu)研發(fā)、組裝調(diào)試、制造維修為主的盾構(gòu)產(chǎn)業(yè)化基地，開啟了中國盾構(gòu)研發(fā)的新征程，這也是中鐵裝備的前身?！?/p>

2002年至2008年，中鐵裝備相繼參與和承擔(dān)了5項國家“863”計劃，主要在復(fù)合盾構(gòu)的設(shè)計與集成技術(shù)研究、六自由度管片安裝機(jī)技術(shù)研究等6個方面開展了科研攻關(guān)，突破了刀盤及刀具與液壓系統(tǒng)、盾構(gòu)控制系統(tǒng)等盾構(gòu)機(jī)系列關(guān)鍵技術(shù)。

同樣在國家重大科技計劃的引領(lǐng)下，中國鐵建在前期技術(shù)積累及工程應(yīng)用的基礎(chǔ)上，投入巨資在湖南省長沙市建立盾構(gòu)產(chǎn)業(yè)基地，自主研發(fā)國產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)/ TBM產(chǎn)品，逐步形成了具有自身特色的自主研發(fā)道路，此后鐵建重工應(yīng)運而生。

2007年，劉飛香（鐵建重工原黨委書記、董事長）牽頭創(chuàng)建鐵建重工，在各級政府的全力支持下，在巨大市場需求的有力拉動下，鐵建重工堅持科技自立自強(qiáng)，通過自主創(chuàng)新，逐步攻克多項關(guān)鍵核心技術(shù)，自主開發(fā)了一系列全球領(lǐng)先的定制化超級地下工程裝備。

多年耕耘結(jié)下碩果。在國家政策支持和經(jīng)費投入背景下，2008年4月，中鐵裝備成功研制了“中國中鐵1號”盾構(gòu)機(jī)，這是我國第一臺具有自主知識產(chǎn)權(quán)的復(fù)合式盾構(gòu)機(jī)，并在天津地鐵3號線營口道站順利始發(fā)。2010年，鐵建重工推出首臺土壓平衡盾構(gòu)機(jī)“開路先鋒19號”，其國產(chǎn)化率創(chuàng)造了當(dāng)時國產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)的最高紀(jì)錄，并在長沙地鐵工程得到了成功的應(yīng)用。

據(jù)了解，盾構(gòu)機(jī)研發(fā)涵蓋了機(jī)械、力學(xué)、液壓、電氣數(shù)等十個技術(shù)領(lǐng)域，精密零部件多達(dá)3萬多個，單單一個控制系統(tǒng)就有2000多個控制點。從0到1，中鐵裝備、鐵建重工突破核心技術(shù)的關(guān)鍵之一在于充分發(fā)揮產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)新體系作用，打造協(xié)同創(chuàng)新生態(tài)。

在攻克盾構(gòu)機(jī)關(guān)鍵部件“卡脖子”方面，中鐵裝備成立了重大專項研究院，聯(lián)合國內(nèi)相關(guān)高校、研究院所和企業(yè)，一年多時間即實現(xiàn)了國產(chǎn)大排量泵、主驅(qū)動密封、PLC等關(guān)鍵部件的核心技術(shù)突破，并實現(xiàn)多臺設(shè)備現(xiàn)場應(yīng)用。中鐵裝備近3年聯(lián)合承擔(dān)了13項國家科技項目，形成16項國際領(lǐng)先技術(shù)。

鐵建重工同樣努力打造產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新的典范。鐵建重工相關(guān)人員表示，科技部、發(fā)改委、工信部、國資委等部委先后在盾構(gòu)機(jī)整機(jī)、關(guān)鍵零部件技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)等方面給予了幾十個科研項目的支持，鐵建重工主機(jī)廠家牽頭，把頂尖高校、科研院所、上下游企業(yè)等聯(lián)合起來，持續(xù)進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)。

自2010年至今，鐵建重工已與中南大學(xué)進(jìn)行科研項目研發(fā)合作10余項，突破多項關(guān)鍵技術(shù)，形成多項科研成果。

此外，中國工程院院士楊華勇作為流體傳動與控制領(lǐng)域?qū)＜?，是國產(chǎn)盾構(gòu)等高端裝備自主研發(fā)的產(chǎn)學(xué)研團(tuán)隊領(lǐng)頭人。兩家盾構(gòu)機(jī)龍頭企業(yè)中鐵裝備和鐵建重工都和楊華勇院士及其團(tuán)隊建立了長期合作關(guān)系，在戰(zhàn)略咨詢、技術(shù)攻關(guān)、成果轉(zhuǎn)化、人才培養(yǎng)等方面積極開展產(chǎn)學(xué)研深度協(xié)作。

創(chuàng)新能力根植于持續(xù)的研發(fā)投入、創(chuàng)新平臺和人才隊伍建設(shè)

習(xí)近平總書記指出：“關(guān)鍵核心技術(shù)是要不來、買不來、討不來的?！?/p>

國產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)實現(xiàn)從無到有，從有到優(yōu)，從優(yōu)到強(qiáng)，攻關(guān)突破一個又一個技術(shù)瓶頸，關(guān)鍵在于不斷夯實科技研發(fā)的基礎(chǔ)，增強(qiáng)自主創(chuàng)新的能力。

技術(shù)研發(fā)離不開持續(xù)的研發(fā)投入。從科技研發(fā)到成果產(chǎn)出通常是一個漫長的周期，需要充足且穩(wěn)定的資金支撐。據(jù)悉，中鐵裝備近3年，研發(fā)投入強(qiáng)度超過9%；2022年新成立了日本研究院，全年研發(fā)投入同比增長13.3%。2019年、2020年和2021年，鐵建重工研發(fā)投入分別占營業(yè)收入比例為6.43%、7.27%和7.12%。2022年，鐵建重工投入的研發(fā)費用已達(dá)9.8%，每年拿出10多億元研發(fā)經(jīng)費。

盾構(gòu)機(jī)研制另一個佼佼者——中交天和始終堅持走自主研發(fā)、科技創(chuàng)新之路，每年保持投入近2000萬元的科研經(jīng)費和近8%的研發(fā)投入比。

創(chuàng)新能力根植于創(chuàng)新平臺的搭建和人才隊伍的建設(shè)。中鐵裝備建立了“十院三站五中心”的創(chuàng)新體系，研發(fā)人員占員工總數(shù)的60%以上；建立了2個國家級創(chuàng)新平臺；成立了技術(shù)孵化中心，推動研發(fā)成果轉(zhuǎn)化運用。截至2021年末，中鐵裝備累計擁有各類國家級人才8人，省部級高層次人才10人，研發(fā)技術(shù)人員近1000人。

2007年，鐵建重工企業(yè)技術(shù)中心成立，2012年通過國家級企業(yè)技術(shù)中心認(rèn)定，中心致力于國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)的自主研發(fā)。目前，鐵建重工有研究設(shè)計院19個、研發(fā)設(shè)計人員2000余人；建立長期合作關(guān)系的大學(xué)或院士團(tuán)隊30余個；打造了十位一體的科技創(chuàng)新平臺，堅持“產(chǎn)、學(xué)、研、用”聯(lián)合創(chuàng)新模式。

工欲善其事，必先利其器?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)需要盾構(gòu)機(jī)這一利器，研制盾構(gòu)機(jī)同樣離不開先進(jìn)的工具和技術(shù)作為利器。

鐵建重工副總經(jīng)理劉丹表示，鐵建重工提出“研發(fā)設(shè)計數(shù)字化、產(chǎn)品機(jī)器人化、制造智能化、服務(wù)數(shù)智化、管理智慧化”的數(shù)智賦能戰(zhàn)略，引領(lǐng)了我國高端裝備制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

鐵建重工大力推進(jìn)裝備制造的數(shù)字化、信息化，例如鐵建重工推行的“將產(chǎn)品塞進(jìn)電腦”，就是構(gòu)建地下工程裝備產(chǎn)品數(shù)字模型、典型工況環(huán)境模型、行為規(guī)則模型等數(shù)字樣機(jī)，在虛擬空間中仿真模擬地下工程裝備與地質(zhì)環(huán)境、典型工況耦合的運行過程和裝備行為，以此分析并優(yōu)化產(chǎn)品功能與性能。此外，鐵建重工將5G、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、數(shù)字孿生、人工智能等前沿技術(shù)應(yīng)用于隧道裝備。

趙華則表示，憑借成功攻關(guān)的盾構(gòu)機(jī)基礎(chǔ)領(lǐng)域和再集成技術(shù)方面的關(guān)鍵核心技術(shù)，中鐵裝備給國產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)裝上“中國芯”。例如，中鐵裝備建成了世界首個TBM云計算平臺和大數(shù)據(jù)中心，開發(fā)了TBM掘進(jìn)智能控制軟件并成功應(yīng)用在吉林引松項目。

反向出口打入高端市場，憑借的是中國盾構(gòu)核心競爭力

我國盾構(gòu)機(jī)從20多年前依賴進(jìn)口，到今天實現(xiàn)國產(chǎn)化，甚至反向出口到海外，贏得海外客戶信任和認(rèn)可，打入高端市場，憑借的是前沿的技術(shù)創(chuàng)新和過硬的產(chǎn)品質(zhì)量。

超大直徑盾構(gòu)機(jī)代表著企業(yè)的技術(shù)實力和研發(fā)能力水準(zhǔn)?！熬┤A號”盾構(gòu)機(jī)就是國產(chǎn)超大直徑盾構(gòu)機(jī)杰出代表之一，由鐵建重工和中鐵十四局聯(lián)合打造，最大開挖直徑16.07米、長150米、重4300噸，這是我國超大直徑盾構(gòu)機(jī)技術(shù)躋身世界前列的重要標(biāo)志。

成功研制超大直徑盾構(gòu)機(jī)的不止鐵建重工。2017年，中鐵裝備成功研制國產(chǎn)首臺15米級超大直徑泥水平衡盾構(gòu)機(jī)，挑戰(zhàn)“世界級挑戰(zhàn)性工程”汕頭海灣隧道，取得了耗時更短、速度更快的成績；而中交天和同樣研制了諸多超大直徑盾構(gòu)機(jī)，從直徑15.03米的“振興號”到直徑16.07米的“運河號”，再到直徑16.09米的“聚力一號”。

對中鐵裝備來說，2012年進(jìn)軍海外市場東南亞成為其成功一戰(zhàn)，開始打開廣闊的海外市場，走向世界。當(dāng)時，中鐵裝備雖然面臨馬來西亞客戶的不信任，但是經(jīng)過10多次溝通協(xié)商，最終成功賣出兩臺盾構(gòu)機(jī)。而且，憑借這兩臺盾構(gòu)機(jī)的優(yōu)異表現(xiàn)，中鐵裝備創(chuàng)造了馬來西亞盾構(gòu)施工新紀(jì)錄，獲得了當(dāng)?shù)厥袌龅母叨日J(rèn)可。

“中鐵裝備從2012年出口馬來西亞第一臺盾構(gòu)機(jī)，到現(xiàn)在已經(jīng)出口丹麥、波蘭、澳大利亞、韓國等30多個國家和地區(qū)，其中包括法國、意大利等歐洲市場和制造強(qiáng)國。”張志國說。

“一帶一路”重點項目——印尼雅萬高鐵的隧道掘進(jìn)采用中交天和自主研發(fā)的盾構(gòu)機(jī)，刀盤直徑13.19米，是當(dāng)時東南亞地區(qū)最大直徑的泥水加壓平衡盾構(gòu)機(jī)。

憑借技術(shù)創(chuàng)新優(yōu)勢和亮眼的業(yè)績等，以中鐵裝備、鐵建重工、中交天和等為代表的中國盾構(gòu)機(jī)打出了世界知名度，贏得了國際市場認(rèn)可。

在全球經(jīng)濟(jì)下行和疫情的背景下，2022年中國中鐵盾構(gòu)出口銷量連續(xù)3年復(fù)合增長率30%，海外累計訂單已歷史性突破100臺，盾構(gòu)機(jī)產(chǎn)銷量連續(xù)11年國內(nèi)第一，市場占有率連續(xù)6年世界第一，是我國國內(nèi)企業(yè)出口盾構(gòu)機(jī)最多、市場占有率最高的企業(yè)。

根據(jù)鐵建重工2022年年報，以產(chǎn)量計算，自2017年以來，鐵建重工巖石隧道掘進(jìn)機(jī)裝備在國內(nèi)市場份額保持第一，水利水電市場占有率超過70%；盾構(gòu)機(jī)已連續(xù)兩年保持全球第一，大直徑及超大直徑盾構(gòu)機(jī)市場占有率超過50%，全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)領(lǐng)跑全球；鉆爆法隧道裝備技術(shù)水平與市場占有率處于國內(nèi)行業(yè)領(lǐng)先地位。

今天，憑借過硬的核心技術(shù)、優(yōu)良的品質(zhì)服務(wù)、良好的性價比等核心競爭力，中國盾構(gòu)機(jī)贏得了國際市場的認(rèn)可和歡迎，成功打造了響當(dāng)當(dāng)?shù)闹袊軜?gòu)品牌。