深瞳工作室出品
科技日報記者 張毅力 策劃 趙英淑 滕繼濮 王菲
近日，在江蘇省太倉港國際碼頭，一臺身披“中國紅”的巨型裝備——“中鐵1459號”盾構(gòu)機在龍門吊的牽引下緩緩被裝入貨輪。這臺開挖直徑達15.7米的鋼鐵巨擘，將投身于澳大利亞西部港灣隧道的掘進任務。
這臺設備由中國中鐵工程裝備集團有限公司（以下簡稱“中鐵裝備”）自主研制，是我國出口海外最大直徑盾構(gòu)機，集成了多項智能化技術(shù)。此次遠征標志著中國盾構(gòu)機正式邁入“全球定制化”時代。自此，中國盾構(gòu)機產(chǎn)業(yè)從自力更生“拓荒”，到裝上“中國芯”，歷經(jīng)20余年磨煉，實現(xiàn)了從“跟隨”到“引領”的蝶變。
在輝煌成就背后，中國盾構(gòu)機產(chǎn)業(yè)也面臨著新的挑戰(zhàn)：主軸承等核心設備的瓶頸問題何時能徹底攻克，智能化水平如何實現(xiàn)質(zhì)的飛躍，人才短缺的困境又該如何彌補……這些難題亟待破解。
從“洋盾構(gòu)”到“中國芯”
在中鐵裝備盾構(gòu)車間外，一塊寫有“踐行三個轉(zhuǎn)變、推進制造強國”的標語牌格外醒目。車間內(nèi)，4條盾構(gòu)機生產(chǎn)線正開足馬力運轉(zhuǎn)，工人們有序地進行焊接、組裝、調(diào)試等工作。
作為國內(nèi)規(guī)模最大的隧道掘進設備研發(fā)生產(chǎn)企業(yè)，中鐵裝備擁有國內(nèi)最大的盾構(gòu)/TBM研發(fā)制造基地。在這里，盾構(gòu)/TBM產(chǎn)品已累計出廠超1700臺，產(chǎn)銷量連續(xù)8年穩(wěn)居世界第一，產(chǎn)品出口全球34個國家和地區(qū)。
“回望本世紀初，中國盾構(gòu)機市場幾乎完全被德國海瑞克、日本川崎重工等國際巨頭壟斷?！敝需F隧道局隧道掘進機及智能運維全國重點實驗室總工程師李鳳遠介紹，2002年，廣州地鐵2號線建設時，一臺進口盾構(gòu)機價格高達1.5億元，這對當時的中國工程建設而言，無疑是沉重的負擔。
“更令人無奈的是，在維修過程中，還需外國工程師‘貼身指導’，每小時服務費高達5000元?！崩铠P遠說，核心技術(shù)被嚴格封鎖，中國工程師連設備參數(shù)都無權(quán)查看，只能在一旁干著急，這激發(fā)了他們打破國外技術(shù)壟斷的決心。
2002年10月，中鐵隧道集團聯(lián)合中國科學院、清華大學等20余家科研機構(gòu)，組成了科研攻堅隊伍。歷時6年，他們成功攻克了復合式刀盤設計、主軸承國產(chǎn)化等30余項核心技術(shù)。其中，主軸承的研發(fā)尤為艱難：直徑2米的軸承需承受5000噸的推力，而當時國內(nèi)連高精度滾珠都依賴進口。
2008年4月，直徑6.3米的“中國中鐵1號”在河南新鄉(xiāng)下線，并成功應用于天津地鐵項目。這一國產(chǎn)首臺復合式盾構(gòu)機的誕生，標志著“洋盾構(gòu)”時代的終結(jié)，國產(chǎn)盾構(gòu)機開始嶄露頭角。
2022年，總重2900噸的“中鐵1418號”盾構(gòu)機出口至意大利。這是中國超大直徑盾構(gòu)機首次進入歐洲高端市場，標志著“中國關節(jié)”已具備與國際巨頭同臺競技的實力。
過去17年的發(fā)展，是一場從“單兵突進”到“集團作戰(zhàn)”的技術(shù)躍遷。盾構(gòu)機直徑從“6米級”跨越至“16米級”，能夠適應不同地質(zhì)條件和工程需求；國產(chǎn)核心部件占比從“0”突破至“98%”，徹底擺脫對國外技術(shù)的依賴；智能化工具從“輔助”升級為“核心驅(qū)動力”，讓盾構(gòu)機更高效、精準、安全。
“中國盾構(gòu)機的崛起，是中國制造業(yè)向高端化、智能化、綠色化轉(zhuǎn)型的典型代表?！敝袊こ淘涸菏垮X七虎高度評價中國盾構(gòu)機的發(fā)展，“從最初的引進、消化、吸收、再創(chuàng)新，到如今的自主創(chuàng)新引領發(fā)展，中國盾構(gòu)機產(chǎn)業(yè)走出了一條具有中國特色的發(fā)展道路?！?/p>
如今，中國盾構(gòu)機已占據(jù)全球70%的市場份額，產(chǎn)品出口至50余個國家和地區(qū)，在雅萬高鐵、海太長江隧道等超級工程中屢破世界紀錄。
成績背后仍面臨多重挑戰(zhàn)
“盡管中國盾構(gòu)機有九成零部件實現(xiàn)了國產(chǎn)，但在高端核心部件領域，仍面臨困境?！崩铠P遠介紹，以直徑12米以上盾構(gòu)機主軸承為例，其進口成本占整機造價的15%，這一比例折射出技術(shù)依賴的嚴峻現(xiàn)實。而國內(nèi)已投運的7.6米級主軸承，其使用壽命仍落后國際頂尖產(chǎn)品40%。
這一短板在2025年海外某高鐵招標項目招標中凸顯：德國海瑞克公司憑借“云端盾構(gòu)管家系統(tǒng)”提供的實時沉降預測算法，以15%溢價中標，而我國設備因智能化核心部件缺失而落選。一記警鐘，在高端市場敲響。
放眼全球企業(yè)，盾構(gòu)機市場正步入“三極競爭”新格局：中國、德國、日本三大陣營以差異化戰(zhàn)略重構(gòu)行業(yè)版圖。中研普華產(chǎn)業(yè)研究院《2025—2030年中國盾構(gòu)機行業(yè)市場調(diào)研分析報告》及行業(yè)公開數(shù)據(jù)顯示，這一競爭態(tài)勢在技術(shù)路徑、市場定位與產(chǎn)業(yè)鏈布局上呈現(xiàn)顯著分化。中國陣營，憑借“成本優(yōu)勢+快速響應”策略占據(jù)全球中高端市場70%份額；德國企業(yè)以“技術(shù)壟斷+全生命周期服務”構(gòu)建高端市場“護城河”；日本陣營聚焦“高精度+定制化”路線，在微型盾構(gòu)機和特殊地質(zhì)領域占據(jù)主導地位。
在2025年東南亞軌道交通招標中，我國企業(yè)因缺乏數(shù)字孿生技術(shù)支持，在智能化評估環(huán)節(jié)敗北；而日本三菱重工在東京地鐵工程中，通過“雙模盾構(gòu)機+本地化組裝”模式，將交付周期縮短40%，拿下東南亞80%的硬巖掘進訂單，讓中國盾構(gòu)機企業(yè)感受到了前所未有的競爭壓力。
“盾構(gòu)機涉及30個關聯(lián)系統(tǒng)、10項復雜工序、6項技術(shù)領域，設計制造定制化、周期長、投資大，地區(qū)分布廣泛、應用領域眾多、市場規(guī)模巨大，施工運維技術(shù)密集、風險大、成本高?！敝需F裝備總工程師賈連輝介紹，盾構(gòu)機有上萬個零部件，涉及機電、光學等不同學科，存在多學科機理模型融合難、海量非標數(shù)據(jù)挖掘難、知識經(jīng)驗傳承難、生產(chǎn)制造調(diào)度難等難題，急需利用AI等新技術(shù)解決高端制造難題。
數(shù)字化浪潮下，大數(shù)據(jù)技術(shù)已成為推動各行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的核心驅(qū)動力，但我國盾構(gòu)機行業(yè)似乎仍未做好充分準備。
“有的數(shù)據(jù)在業(yè)主，有的數(shù)據(jù)在施工單位，數(shù)據(jù)‘煙囪’林立，并沒有匯集成湖?！笔锕庠朴嬎慵瘓F有限公司副總裁龍志中直言，盾構(gòu)行業(yè)應打造全生命周期的數(shù)據(jù)資產(chǎn)治理模式，消除數(shù)據(jù)孤島，構(gòu)建數(shù)據(jù)資產(chǎn)運營平臺迫在眉睫。
盡管中鐵隧道局建成行業(yè)首個分布式盾構(gòu)TBM工程大數(shù)據(jù)中心，但企業(yè)間數(shù)據(jù)標準不統(tǒng)一，跨平臺共享仍存障礙。某央企總工程師坦言：“各家數(shù)據(jù)庫像獨立王國，想調(diào)取其他項目的地質(zhì)參數(shù)，甚至難于申請科研經(jīng)費?！?025年，某海底隧道項目，因參建單位數(shù)據(jù)格式各異，BIM模型整合耗時3個月，直接導致工期延誤、損失巨大。
在中國中鐵股份有限公司科創(chuàng)部部長伍軍看來，要實現(xiàn)盾構(gòu)/TBM工程大數(shù)據(jù)深度融合還需打破“部門墻”。傳統(tǒng)設計、施工、運維等部門數(shù)據(jù)獨立存儲，金字塔式管理造成數(shù)據(jù)傳遞失真，決策時效性不強等。在打造“部門墻”過程中，還應解決業(yè)務交叉地帶權(quán)責不清的問題。
此外，在某盾構(gòu)機企業(yè)人事部門工作人員看來，當前，復合型人才斷層，會編程的工程師不懂地質(zhì)，懂AI的又不懂施工。事實上，“培養(yǎng)一個既懂地質(zhì)又懂AI的工程師，成本相當于培養(yǎng)3個普通技術(shù)員，但產(chǎn)出效率是后者的5倍”。在人才培養(yǎng)端，盡管多所高校開設跨學科課程，但產(chǎn)學研脫節(jié)問題突出。
以“智”重構(gòu)產(chǎn)業(yè)生態(tài)
“目前，我國盾構(gòu)機大直徑主軸承、國產(chǎn)大中型PLC、大功率小體積減速機、高壓液壓泵與馬達、高精度控制元件及高水壓密封等‘卡脖子’環(huán)節(jié)，正通過集中攻關逐個擊破?！崩铠P遠介紹，在取得進步的同時，我們也要清醒地認識到，這些核心零部件的可靠性驗證仍需大量里程積累，研發(fā)應用生態(tài)與創(chuàng)新鏈、產(chǎn)業(yè)鏈的深度融合尚在爬坡過坎。
“我們聯(lián)合清華大學，基于AI打造智能機器人，把刀盤、主軸承等關鍵零部件加工誤差控制在微米級。”賈連輝介紹，企業(yè)已對盾構(gòu)制造的“四大工藝、五大管理”進行智能化重塑，升級八類生產(chǎn)設備，建成行業(yè)首座盾構(gòu)智能工廠，為產(chǎn)業(yè)裝上“智慧引擎”。
北京交通大學教授譚忠勝指出，智能盾構(gòu)機的核心是構(gòu)建“感知—決策—執(zhí)行”的閉環(huán)智能。這一轉(zhuǎn)變不僅體現(xiàn)在硬件性能的提升，更在于人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字孿生等技術(shù)的深度融合。傳統(tǒng)盾構(gòu)施工依賴人工經(jīng)驗判斷，而新一代智能盾構(gòu)機通過智能感知、數(shù)據(jù)驅(qū)動，實現(xiàn)施工過程的精準預測與自主優(yōu)化，大大提高了施工效率和質(zhì)量。
“中鐵隧道局2010年開始布局盾構(gòu)建造信息技術(shù)攻關，2016年建成了行業(yè)首個分布式集群盾構(gòu)TBM工程大數(shù)據(jù)中心，目前已在行業(yè)全面推廣。”中鐵隧道局隧道掘進機及智能運維全國重點實驗室主任洪開榮介紹，近日，中鐵隧道局攜手業(yè)界同仁，共同發(fā)起成立盾構(gòu)/TBM大數(shù)據(jù)挖掘共同體，開啟行業(yè)數(shù)據(jù)共創(chuàng)、共建、共享的新范式。發(fā)布的先鋒·隧道大模型，不僅提升隧道工程的安全與效率，更將推動整個行業(yè)向智能化、綠色化、可持續(xù)化的方向發(fā)展。
“我們正在和時間賽跑?！币晃患磳⑼诵莸亩軜?gòu)機設計專家感嘆，“據(jù)中國工程機械工業(yè)協(xié)會最新報告，到2030年，中國盾構(gòu)機產(chǎn)業(yè)技術(shù)人才缺口將達30萬人，相當于當前從業(yè)人員總數(shù)的1/3。而高端設計師的平均年齡已飆升至45歲。這些數(shù)據(jù)背后，是一場靜默卻緊迫的人才危機?！?/p>
廣東經(jīng)驗提供了破局樣板：把盾構(gòu)操作拆成掘進、維保、調(diào)度等7個模塊化崗位，建立標準化操作指引和差異化培養(yǎng)路徑。這種“拆解—重構(gòu)—優(yōu)化”的流程再造，使新員工培養(yǎng)周期縮短40%，同時為內(nèi)部人才晉升開辟多通道，為中國盾構(gòu)機產(chǎn)業(yè)的人才培養(yǎng)提供了新的思路。
日本三菱重工的“全球人才輪崗計劃”值得借鑒：每年選派20名工程師到德國、中國分公司研修，既促進技術(shù)交流，又培養(yǎng)國際化視野。這種“走出去+引進來”的雙向流動機制，為我國企業(yè)提供了人才國際化培養(yǎng)的范本，有助于提升中國盾構(gòu)機產(chǎn)業(yè)的國際競爭力。
從突圍到領跑，中國盾構(gòu)機產(chǎn)業(yè)已站在新的歷史關口。唯有以“智”重塑生態(tài)、以“數(shù)”貫通全鏈、以“才”決勝未來，方能向深地要未來，續(xù)寫中國盾構(gòu)機產(chǎn)業(yè)的輝煌篇章。
【延伸閱讀】
“掘”無止境
科技日報記者 張毅力
走進隧道博物館，鎮(zhèn)館之寶“中國中鐵1號”復合盾構(gòu)實體機巍然矗立。這臺直徑6.3米的鋼鐵巨龍，是我國首臺擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的復合式土壓平衡盾構(gòu)機，也是中國隧道裝備從依賴進口到自主創(chuàng)新的里程碑。
“中國中鐵1號”刀盤上每一道深刻的磨損痕跡，都如同年輪般無聲訴說著中國隧道裝備從依賴進口的窘迫，到自主創(chuàng)新的突圍，再到傲立世界之巔的壯闊歷程。
撫今追昔，專家眼含熱淚：1997年，秦嶺隧道工程現(xiàn)場，那臺從德國引進的盾構(gòu)機宛如一座難以逾越的高山。3億元的天價采購費用，德國方面嚴密的技術(shù)封鎖，讓中國基建人陷入“買得到設備，學不到技術(shù)”的困局。
隨后，從“跟跑”到“領跑”，中國盾構(gòu)人用了20年。
直徑23米級超大盾構(gòu)機宛如“地下航母”，在復雜的地下環(huán)境中披荊斬棘，創(chuàng)造了工程奇跡；“京華號”16米級盾構(gòu)機將掘進效率提升20%，讓世界看到了中國技術(shù)的飛躍。
如今，全球每10臺盾構(gòu)機中就有7臺來自中國，市場占有率突破70%，中國盾構(gòu)機用短短20年走完了發(fā)達國家百年的技術(shù)征程。這是自主創(chuàng)新的勝利，是中國基建人智慧與汗水的結(jié)晶，更是“中國制造向中國創(chuàng)造轉(zhuǎn)變”的生動詮釋。
在“中國速度”向“中國質(zhì)量”轉(zhuǎn)型的關鍵時期，盾構(gòu)機產(chǎn)業(yè)沒有滿足于規(guī)模的擴張，而是向著質(zhì)量躍升發(fā)起沖鋒。中國盾構(gòu)機實現(xiàn)了從價格競爭到標準輸出的華麗轉(zhuǎn)身，在國際舞臺上綻放出耀眼的光芒。
創(chuàng)新無止境。站在新的歷史起點，我們期待著更多像盾構(gòu)機這樣的“大國重器”涌現(xiàn)出來，以創(chuàng)新為魂，穿鑿出高質(zhì)量發(fā)展的時代通途，讓世界見證中國制造的強大實力和無限潛力。
