領跑的密碼 盾構機：掘進中的逆襲
2022年05月16日08:14
制造業是一國經濟之本，也是國際競爭的焦點。近些年來，中國制造業有了很大進步，許多產品不僅占據了原本被進口產品主導的國內市場，還有很多在國際市場上也具備了競爭力。焦點訪談播出系列節目《領跑的密碼》，來關注我國制造業中那些悄然積蓄和發力、在國內國際市場成為領跑者的行業和產業。我們先來關注一個大裝備：盾構機。它的正式名稱叫作全斷面隧道掘進機，平時大家可能很少見到它，因為它一般都在地下或是山洞里工作，是建造地鐵、鐵路、公路、隧道等的利器。因為系統復雜、集成度高，也有人把它稱為機械制造皇冠上的明珠。20年前，在重大工程施工中，我國的盾構機一直依賴國外進口。但是去年，國產盾構機在國內市場占有率已超過九成，全球市場份額接近七成。從依賴進口到占領全球超過三分之二的市場，這個轉變是怎么發生的呢？
北京東六環入地改造工程中，在地面50米以下掘進的京華號是我國目前正在施工的最大的盾構機之一。就在今年4月，它成功下穿了北京城市副中心交通樞紐和京哈鐵路兩個特級風險源，現在正在以每天20米左右的速度穩穩地向前推進。
中鐵十四局北京東六環項目盾構副經理孫長松說：“我們盾構機開挖直徑是16.07米，到目前為止，已經掘進完成3600米，大概是完成隧道總體長度的50%，我們地表沉降基本上始終保持在3毫米以內。”
國際上盾構機施工的標準一般是沉降不超過30毫米，隆起不超過10毫米，這臺中國盾構機的控制精度遠高于國際標準。今天，中國隧道工程中使用的盾構機90%以上都是國產，在全球，中國盾構機的市場份額已接近70%。讓人難以想象的是，就在20年前，中國還沒有一臺自己的盾構機可以用于這樣的工程。一臺盾構機包含上萬個零部件，產業鏈涉及機械制造、電子元器件、液壓管路等多個工業領域，體型巨大、技術精密，需要強大的集成控制系統才能正常工作。
上世紀90年代末，中國城鎮化開始起步，基礎設施建設加速。1997年，為了建設西康鐵路秦嶺隧道，中國第一次進口了兩臺德國盾構機。相比傳統的隧道鉆爆法，盾構機施工不僅效率大幅提升，而且施工過程安全性大大提高。但是，在享受安全高效的同時，中國人也不得不接受高昂的設備費用，和并不順暢的售后服務。
中國工程機械工業協會副會長、中國中鐵盾構專家李建斌說：“兩臺盾構機將近七個億，外國人的服務費非常高，服務時間非常短，每天就是八小時，過了人家不上班，我們是三班制，他們是一班制，機器壞了我們就要等。這個對我們刺激非常大，你不掌握技術，處處受制于人。”
2006年之前，中國從國外進口了130多臺盾構機，花費金額上百億卻處處受制于人。當時國內許多工程機械設備都面臨這樣的困局。
中國工程院院士、浙江大學機械工程學院院長楊華勇說：“大噸位的起重機、挖掘機大量進口，咱們就沒有自己的，不是說中國做不出來，而是做出來可靠性不好，不能批量。”
關鍵技術買不來也等不來，面對日益迫切的建設需求，2002年，包括盾構機在內的一批工程機械裝備研發被列入國家高技術研究發展“863”計劃，校企聯合開始破解盾構機生產背后的密碼。
2004年，我國可以實現軟土作業的國產地鐵盾構機“先行號”在上海成功下線；2008年4月，我國第一臺可以在復雜地質中作業的“中國中鐵一號”在河南成功下線，2009年，它成功完成了天津地鐵3號線的相關路段施工。
李建斌說：“國外的設備在我們第一臺出來以后，就大幅降價，它再像過去那么貴，沒有市場。”
樣機順利下線、開工后，產業的發展需要一個契機。黨的十八大以后，一大批鐵路、公路基礎設施建設開始加速，多地引調水工程、地下管廊建設等開始動工，對各類工程機械的需求大幅增加，每年對盾構機的需求量也達到了上百臺。
跟普通機械設備不同的是，盾構機是定制化產品，每一臺設備都需要結合實際的工程單獨設計。不同的地質、不同的施工隊伍，會有不同的需求。
中鐵十五局集團有限公司黨委書記、董事長黃昌富說：“比如砂卵石地層，對刀具磨損是非常厲害的，所以我們就給刀具的配置提出我們的要求和建議。”
刀具刀盤的設計研發，一直是盾構機國產化的重要課題。
中鐵工程裝備集團有限公司總經理張志國說：“隧道掘進機的滾刀，特別關鍵的是滾刀的刀圈，它是掘進破巖的一個關鍵零部件，原來質量好的滾刀刀圈多采用進口。”
高質量的滾刀刀圈，既要有一定的硬度，也要有足夠的韌性，產品要達到高標準，最關鍵的是要研發合格的材料和成熟的加工工藝，這不僅需要先進技術研發，更涉及基礎的科學研究，由企業承擔有些困難。國家重大科研項目對盾構機國產化的研究，一直沒有停止，十八大以后，盾構機相關技術研發又入選了國家重點基礎研究發展“973”計劃中。
在國家科研項目的推進下，高校著力基礎技術的研究，企業將最新研究成果應用到實際工程中并積極反饋效果，繼續協同研發和創新。
張志國說：“我們在研究這個刀圈的時候和清華大學等大院校、專業院校進行合作，經過試驗以后，2018年實現了國產化，目前整個中國市場上，國產的刀具占到了90%。”
一臺盾構機，類似這樣的核心技術有上百個，包括液壓系統、控制系統都在國家級科研項目中得到了攻關。同時，中國巨大的工程市場給盾構機關鍵技術的研發和迭代提供了最好的試煉場。
2012年，成都地鐵2號線、4號線開工建設，國產地鐵盾構機成功掌握了我國西部富水砂卵石地層盾構機施工的技術；2014年，廣州地鐵7號線建設中，國產盾構機成功穿越我國華南復雜斷層地質，攻克世界級難題；2017年，松花江引水項目中，我國當時直徑最大的硬巖隧道掘進機首次完成水底作業。
十八大以來，我國不斷以供給側結構性改革作為主線，推動經濟發展，這對包括盾構機在內的機械裝備制造業指明了新的發展方向。中國盾構機從實際需求出發，逐漸發展出了人無我有，人有我優的新技術。
在新的需求下不斷創新，這不僅是盾構機產業發展的另一重要密碼，也是我國機械裝備制造業發展的一個縮影。十八大以來，許多工程項目都不斷推動我國機械工程裝備的轉型升級，整體制造業水平的提升也讓這些轉型更加順利。
楊華勇說：“大噸位的起重機，以前中國只能做幾十噸，過不了百噸。現在核電起來了，還有大型石化項目，大的風電需要大型起重機。這個需求上來，我們在國內就開始挑戰大噸位的，最大的到了三千噸，咱們工程機械原來都在中低端，現在開始走向中高端，開始小批量出口了。”
2012年，馬來西亞吉隆坡地鐵項目開始招標，中國施工企業將中國盾構機推薦給了業主，馬來西亞方面的專業團隊特意飛到中國考察中國盾構機在本國工作的情況，在確認了中國企業的能力后，同意先進口一臺中國盾構機。
張志國說：“工程當中，設備通過了一個大的球一樣的巖石，這個是當時在地質勘查階段沒有發現的，但就是因為盾構機設計的性能比較好，整個項目掘進非常成功。”
一傳十、十傳百，在隧道掘進這個行業里，中國設備不僅跟著中國施工力量走出國門，更是逐漸被外國施工團隊所認可。
中國鐵建重工集團股份有限公司董事長劉飛香說：“我們針對性設計強，性能可靠，價格優惠，服務快捷。形成了在價格、性能、質量、服務等方面的綜合優勢，比國外的盾構機更有競爭力。”
2013年后，隨著共建“一帶一路”的推進，中國盾構機迎來了新的發展契機，如今已經遠銷30多個國家和地區。
中國盾構機和它背后的技術服務、中國施工力量一起走出國門，構成了完整的中國盾構品牌，贏得了國際市場的信任。
目前，中國已成為世界上工程機械門類最齊全、產業鏈最完整的國家。2020年我國機械出口額首次成為世界第一，2021年保持了這一優勢。在盾構機、港口機械、起重機等世界市場細分領域，成為主流參與者，甚至在技術上領先世界，成為新的中國制造名片。
中國盾構產業的發展，首先是得益于新型舉國體制對核心技術攻堅的有力支撐，啃下了核心技術的硬骨頭，而在攻克技術難關后，產品又在國內大市場中被不斷打磨，在實際應用中不斷升級優化。等到走出國門、面向國際競爭時，中國盾構已經磨礪出了過硬的品質、優質的服務和良好的性價比，因此才能在國際市場上贏得良好的口碑，打造出響當當的中國品牌。這也是中國工程機械裝備的進步密碼。結合需求，創新求變，中國制造才能逐漸完成由大到強的轉變。
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