深入郑州市第六大街地底十七米，你能感受到扑面而来的现代工业气息——隧道内的轰鸣声使一侧用于通行的铁踏板都在震动，延绵五十余米的机器上附着着掌心粗的线路、数不清的仪表盘与各色按钮开关，35公分厚的钢筋混泥板将隧道与四周的砂石隔开，连空气都比地面要热上几度。


这里是4月28日郑州地铁七号线施工现场，而隧道的尽头是正在掘进的国产盾构机。


十三年前，这样的盾构机设备基本依靠进口。中铁工程装备集团有限公司(简称中铁装备)副总经理张志国介绍，2008年，国内首台拥有自主知识产权的复合式土压平衡盾构机才诞生。十三年后，中国市场基本以国产盾构为主，而且盾构机的关键部件、元器件已实现部分国产化，“卡脖子”现象得到很大程度的改善。


张志国表示：“以2020年为例，在充分竞争的国际市场上中铁装备占据了其中25%市场份额，我们海外的主要竞争对手是55%。而在7年前我们才实现国际市场零的突破，相比之下我们与主要竞争对手的差距越来越小。我们有信心能够做这个小众行业的全球领军者。”


回看过往，张志国说，在盾构机技术上，中国用十几年走过了国外近50年的发展历程，但当下依旧有很多难题等待着去国内企业去突破。


企业的崛起


中铁装备的前身颇具历史渊源。


2001年，由中国中铁承担的“土压平衡盾构关键技术研制”被列入“863计划”。2002年10月，中国中铁盾构机研发项目组成立。六年之后，中国第一台具有自主知识产权的复合式盾构机诞生。


2009年，在中国基础设建设狂飙猛进之时，彼时铁路、公路、水利、海底隧道等基础设施建设对盾构机的需求占全球的60%以上，而近95%的盾构机依赖进口且价格高昂。在这样的背景下，中铁装备应运而生。


张志国介绍，2010年，中铁装备开始量产盾构机，此时集团员工数300多人;十年后的现在，人数已上涨10倍达3000多人，盾构机的总产量突破1100台，走过了主要国外竞争对手近50年的发展历程。作为全断面隧道掘进机单项冠军企业，中铁装备盾构机已连续9年保持国内市场占有率第一，连续四年产销量世界第一。


在国际化方面，自2013年出口马来西亚实现中铁装备盾构机海外第一单的突破后，目前已销往马来西来、新加坡等25个国家和地区。国内，中铁装备在全国布局了18个生产基地，盾构年产能280台以上，产品遍布国内40多个省市地区。


对于能取得这样的成绩，张志国认为中铁装备有其独特的优势。“一方面，经过多年的技术和业绩的积累，中铁装备的品牌、技术已经被国际市场普遍认可，与国际的竞争对手相比我们在工期的灵活性、服务的灵活性及价格上有一定的优势;另一方面，中铁装备在国际化的过程中，逐步实现了属地化，吸收当地的资源，在发展过程中实现了持续的深耕和经营。”


在国内企业快速崛起的另一面，张志国也有着自己的担忧。


“目前，国际市场上的竞争对手已经逐渐减少，但绝大部分国内竞争对手在国际市场上以价格来驱动，很多的价格低到我们都没法想象，为此有些国外项目我们被迫放弃，我们也是希望这样的局面能够被约束”，张志国表示。


国产化进程


“前段时间我参加了国资委的一个活动，跟华龙一号机组的人同时接受采访。我发现，华龙一号的研发历程和我们类似”。


谈及盾构机的国产化路为什么不好走，中铁装备副总经理王杜娟表示，这是很多人曾向自己提出的问题，对于此，需要从用户层面和自身技术层面来看待。


从用户层面而言，王杜娟表示：“首先便是可靠性问题。华龙一号核电站对安全可靠的要求非常高。同样对于我们的盾构机而言，需要在地底下施工，甚至在房子底下穿梭，一旦导致楼塌了，代价谁来负责?所以最开始的问题是即使你掌握了相关技术，用户对你的设备可靠性存疑，不敢用。”


曾经的一个案例是，在成都地铁刚刚开始的时候，因为国产盾构也刚刚兴起，市场上主要都是国外品牌盾构，几经波折，中国中铁的盾构才中标进入市场。最终中国中铁盾构以更好的地质适应性和掘进效率的表现，才取得了客户、业主的认可，中铁装备盾构品牌才逐渐被接受。


当下，正在实施的盾构机关键部件国产化同样遇到这样的现实问题。


“如果一个核心部件使用国产的，出了问题怎么办?外界都有这样的疑问，隧道施工不比其他，出了问题都是大问题，所以很多人会认为明明有可替代的、成熟的国外产品，为什么要选择新研发出来的国产设备”，王杜娟表示。


在可靠性之外，地质适用性同样是一大阻碍。王杜娟介绍，盾构机需要根据不同地质来量身定造。“我们也需要更多的试验找到属于这个地质最适应的机型。”


对于产品自身技术的突围，王杜娟认为关键的难题在于盾构机的核心部件。


王杜娟表示，“研发初期，技术难题在于盾构的选型和部件的选择。比如一台盾构设计好后要买其中一个阀，一开始我们不知道从哪买，需要在全球范围内找供货商，供货商因为定制的原因可能还不卖给你。这样的供应链完整也是一种竞争力。”


在王杜娟看来，经历十余年的发展，国内的部件供应链已经很成熟——从盾构机大部件上看，并不会被完全卡脖子，核心部件有国产替代产品;对于控制系统的控制器而言，虽然是从国外引进的，但国内也有企业的产品可做替代，可能可靠性略差一点点但问题也不大，成本受小批量生产的制约，比进口贵一点。


中铁装备还在向更小的核心部件进发。


“减速机、泵等部件我们都能实现国产化，但这些部件里还有一些小控制器是需要进口的，现在我们正在往这一步深入研究。从大部件来说，基本没有卡脖子的技术，无非一些可靠性、寿命与价格的问题”，王杜娟表示。


用户数据分割难题


走过国产化路后，智能化成为业界对下一代盾构机的期待。


中铁装备智能工程研究院副院长荆留杰介绍，盾构机掘进时经常碰到一些断层和破碎带，可能会导致塌方，最终导致设备被卡住。而一旦发生卡机，工期就会出现延误，并且需要依靠人工去打洞清理卡机的部分。为此，对隧道前方地层的掌握(如地层是否完整，水含量是否高等)成为最强烈的需求。


目前来看，市场主要有两条发展方向来解决此需求——一是超前探测，即通过多图像识别、地震波等技术去探测前面的地层;二是通过历史大数据的繁衍循环，能智能的实时判断下一步地层情况。


荆留杰表示，即使前期已经做了很详细的勘测，具体实践过程中仍然可能地质会有一些突发情况。为此中铁装备当前在走第二条智能化的路径，智能化本质上是让没有“眼睛、皮肤”的盾构机拥有实时感知功能。


在研发盾构机智能化近十年的荆留杰发现，智能化发展路并不好走。


荆留杰介绍，智能化最需要的就是收集大量的数据。一方面，如果拥有大量的掘进实验数据，就能根据掘进后排出来的各种渣土数据来智能的判断前方的地质;另一方面，如果能把工人的施工操作用数字化记录下来，当数据积累足够多，人工智能模型就能学习司机的驾驶经验，最终实现智能化操作。


只是，设备制造商苦于数据来源久矣。


荆留杰面临的问题是，盾构机制造商只是丙方，施工方为乙方，投资机构为甲方，很多时候施工方不让制造商装数据采集盒。“施工方最大的顾虑可能是如果出现设备故障或一些安全事故，责任到底归谁。如果有相应施工数据，就能断定责任。”


这种情况不只发生在国内。王杜娟介绍，在产品的智能化起跑上，中铁装备跟国际竞争对手处在同一起跑线。但在数据的共享问题上，国际竞争对手面临的问题更严重——他们的工程量更小，同时涉及国家和国家之间的数据共享。


现在，中铁装备正采取两方面举措来解决数据来源问题。


“一是和施工单位加强合作，通过数据实时共享或者其他方式获得他们的施工数据。比如给他们做数据异常分析、危险预警、参数优化等实时的指导和帮助，施工单位就可能愿意提供数据”，荆留杰表示。


其次，中铁装备也在向制造商兼具施工方的方向发展。荆留杰介绍，这样的方式能直接获得大量施工数据。其实，真正智能化做的比较好的，在国外反而是一些施工单位而不是盾构机制造商，因为施工单位有着能收集大量数据的独特优势。


在智能化发展路上，王杜娟同时预警：“智能化其实还涉及盾构机的生产过程，作为离散制造业，前两年很多企业大量的上智能化设备。而现在大家有一个初步的共识是，生产过程的智能化更多要提升效率、降低成本，不能为了智能化而智能化。比如实现车间的关灯化是不现实的，成本与收益不成正比。我们现在在管控软件等一些点上做智能化从而提升整体效率。可能看起来并不是很高大上，但能起实际的效果。” 来源：经济观察报
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