深瞳工作室出品

科技日?qǐng)?bào)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(tái)身披“中國紅”的巨型裝備——“中鐵1459號(hào)”盾構(gòu)機(jī)在龍門吊的牽引下緩緩被裝入貨輪。這臺(tái)開挖直徑達(dá)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(jìn)任務(wù)。

這臺(tái)設(shè)備由中國中鐵工程裝備集團(tuán)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(jī)，集成了多項(xiàng)智能化技術(shù)。此次遠(yuǎn)征標(biāo)志著中國盾構(gòu)機(jī)正式邁入“全球定制化”時(shí)代。自此，中國盾構(gòu)機(jī)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(shí)現(xiàn)了從“跟隨”到“引領(lǐng)”的蝶變。

在輝煌成就背后，中國盾構(gòu)機(jī)產(chǎn)業(yè)也面臨著新的挑戰(zhàn)：主軸承等核心設(shè)備的瓶頸問題何時(shí)能徹底攻克，智能化水平如何實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍，人才短缺的困境又該如何彌補(bǔ)……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(gè)轉(zhuǎn)變、推進(jìn)制造強(qiáng)國”的標(biāo)語牌格外醒目。車間內(nèi)，4條盾構(gòu)機(jī)生產(chǎn)線正開足馬力運(yùn)轉(zhuǎn)，工人們有序地進(jìn)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(jìn)設(shè)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(jì)出廠超1700臺(tái)，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(gè)國家和地區(qū)。

“回望本世紀(jì)初，中國盾構(gòu)機(jī)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。”中鐵隧道局隧道掘進(jìn)機(jī)及智能運(yùn)維全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室總工程師李鳳遠(yuǎn)介紹，2002年，廣州地鐵2號(hào)線建設(shè)時(shí)，一臺(tái)進(jìn)口盾構(gòu)機(jī)價(jià)格高達(dá)1.5億元，這對(duì)當(dāng)時(shí)的中國工程建設(shè)而言，無疑是沉重的負(fù)擔(dān)。

“更令人無奈的是，在維修過程中，還需外國工程師‘貼身指導(dǎo)’，每小時(shí)服務(wù)費(fèi)高達(dá)5000元。”李鳳遠(yuǎn)說，核心技術(shù)被嚴(yán)格封鎖，中國工程師連設(shè)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(tuán)聯(lián)合中國科學(xué)院、清華大學(xué)等20余家科研機(jī)構(gòu)，組成了科研攻堅(jiān)隊(duì)伍。歷時(shí)6年，他們成功攻克了復(fù)合式刀盤設(shè)計(jì)、主軸承國產(chǎn)化等30余項(xiàng)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(dāng)時(shí)國內(nèi)連高精度滾珠都依賴進(jìn)口。

2008年4月，直徑6.3米的“中國中鐵1號(hào)”在河南新鄉(xiāng)下線，并成功應(yīng)用于天津地鐵項(xiàng)目。這一國產(chǎn)首臺(tái)復(fù)合式盾構(gòu)機(jī)的誕生，標(biāo)志著“洋盾構(gòu)”時(shí)代的終結(jié)，國產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)開始嶄露頭角。

2022年，總重2900噸的“中鐵1418號(hào)”盾構(gòu)機(jī)出口至意大利。這是中國超大直徑盾構(gòu)機(jī)首次進(jìn)入歐洲高端市場，標(biāo)志著“中國關(guān)節(jié)”已具備與國際巨頭同臺(tái)競技的實(shí)力。

過去17年的發(fā)展，是一場從“單兵突進(jìn)”到“集團(tuán)作戰(zhàn)”的技術(shù)躍遷。盾構(gòu)機(jī)直徑從“6米級(jí)”跨越至“16米級(jí)”，能夠適應(yīng)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(duì)國外技術(shù)的依賴；智能化工具從“輔助”升級(jí)為“核心驅(qū)動(dòng)力”，讓盾構(gòu)機(jī)更高效、精準(zhǔn)、安全。

“中國盾構(gòu)機(jī)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。”中國工程院院士錢七虎高度評(píng)價(jià)中國盾構(gòu)機(jī)的發(fā)展，“從最初的引進(jìn)、消化、吸收、再創(chuàng)新，到如今的自主創(chuàng)新引領(lǐng)發(fā)展，中國盾構(gòu)機(jī)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(jī)已占據(jù)全球70%的市場份額，產(chǎn)品出口至50余個(gè)國家和地區(qū)，在雅萬高鐵、海太長江隧道等超級(jí)工程中屢破世界紀(jì)錄。

成績背后仍面臨多重挑戰(zhàn)

“盡管中國盾構(gòu)機(jī)有九成零部件實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)，但在高端核心部件領(lǐng)域，仍面臨困境?！崩铠P遠(yuǎn)介紹，以直徑12米以上盾構(gòu)機(jī)主軸承為例，其進(jìn)口成本占整機(jī)造價(jià)的15%，這一比例折射出技術(shù)依賴的嚴(yán)峻現(xiàn)實(shí)。而國內(nèi)已投運(yùn)的7.6米級(jí)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(biāo)項(xiàng)目招標(biāo)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(shí)時(shí)沉降預(yù)測算法，以15%溢價(jià)中標(biāo)，而我國設(shè)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(jī)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(jī)行業(yè)市場調(diào)研分析報(bào)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(yīng)”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(wù)”構(gòu)建高端市場“護(hù)城河”；日本陣營聚焦“高精度+定制化”路線，在微型盾構(gòu)機(jī)和特殊地質(zhì)領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位。

在2025年東南亞軌道交通招標(biāo)中，我國企業(yè)因缺乏數(shù)字孿生技術(shù)支持，在智能化評(píng)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(jī)+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(jìn)訂單，讓中國盾構(gòu)機(jī)企業(yè)感受到了前所未有的競爭壓力。

“盾構(gòu)機(jī)涉及30個(gè)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)、10項(xiàng)復(fù)雜工序、6項(xiàng)技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)計(jì)制造定制化、周期長、投資大，地區(qū)分布廣泛、應(yīng)用領(lǐng)域眾多、市場規(guī)模巨大，施工運(yùn)維技術(shù)密集、風(fēng)險(xiǎn)大、成本高?！敝需F裝備總工程師賈連輝介紹，盾構(gòu)機(jī)有上萬個(gè)零部件，涉及機(jī)電、光學(xué)等不同學(xué)科，存在多學(xué)科機(jī)理模型融合難、海量非標(biāo)數(shù)據(jù)挖掘難、知識(shí)經(jīng)驗(yàn)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(dòng)各行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的核心驅(qū)動(dòng)力，但我國盾構(gòu)機(jī)行業(yè)似乎仍未做好充分準(zhǔn)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。”曙光云計(jì)算集團(tuán)有限公司副總裁龍志中直言，盾構(gòu)行業(yè)應(yīng)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(yùn)營平臺(tái)迫在眉睫。

盡管中鐵隧道局建成行業(yè)首個(gè)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(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，跨平臺(tái)共享仍存障礙。某央企總工程師坦言：“各家數(shù)據(jù)庫像獨(dú)立王國，想調(diào)取其他項(xiàng)目的地質(zhì)參數(shù)，甚至難于申請(qǐng)科研經(jīng)費(fèi)。”2025年，某海底隧道項(xiàng)目，因參建單位數(shù)據(jù)格式各異，BIM模型整合耗時(shí)3個(gè)月，直接導(dǎo)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(shí)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(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等部門數(shù)據(jù)獨(dú)立存儲(chǔ)，金字塔式管理造成數(shù)據(jù)傳遞失真，決策時(shí)效性不強(qiáng)等。在打造“部門墻”過程中，還應(yīng)解決業(yè)務(wù)交叉地帶權(quán)責(zé)不清的問題。

此外，在某盾構(gòu)機(jī)企業(yè)人事部門工作人員看來，當(dāng)前，復(fù)合型人才斷層，會(huì)編程的工程師不懂地質(zhì)，懂AI的又不懂施工。事實(shí)上，“培養(yǎng)一個(gè)既懂地質(zhì)又懂AI的工程師，成本相當(dāng)于培養(yǎng)3個(gè)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(shè)跨學(xué)科課程，但產(chǎn)學(xué)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(jī)大直徑主軸承、國產(chǎn)大中型PLC、大功率小體積減速機(jī)、高壓液壓泵與馬達(dá)、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(guān)逐個(gè)擊破。”李鳳遠(yuǎn)介紹，在取得進(jìn)步的同時(shí)，我們也要清醒地認(rèn)識(shí)到，這些核心零部件的可靠性驗(yàn)證仍需大量里程積累，研發(fā)應(yīng)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(xué)，基于AI打造智能機(jī)器人，把刀盤、主軸承等關(guān)鍵零部件加工誤差控制在微米級(jí)?！辟Z連輝介紹，企業(yè)已對(duì)盾構(gòu)制造的“四大工藝、五大管理”進(jìn)行智能化重塑，升級(jí)八類生產(chǎn)設(shè)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(xué)教授譚忠勝指出，智能盾構(gòu)機(jī)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(yàn)判斷，而新一代智能盾構(gòu)機(jī)通過智能感知、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)施工過程的精準(zhǔn)預(yù)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(guān)，2016年建成了行業(yè)首個(gè)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?！敝需F隧道局隧道掘進(jìn)機(jī)及智能運(yùn)維全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任洪開榮介紹，近日，中鐵隧道局?jǐn)y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(dòng)整個(gè)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(shí)間賽跑?！币晃患磳⑼诵莸亩軜?gòu)機(jī)設(shè)計(jì)專家感嘆，“據(jù)中國工程機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)最新報(bào)告，到2030年，中國盾構(gòu)機(jī)產(chǎn)業(yè)技術(shù)人才缺口將達(dá)30萬人，相當(dāng)于當(dāng)前從業(yè)人員總數(shù)的1/3。而高端設(shè)計(jì)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(jī)。”

廣東經(jīng)驗(yàn)提供了破局樣板：把盾構(gòu)操作拆成掘進(jìn)、維保、調(diào)度等7個(gè)模塊化崗位，建立標(biāo)準(zhǔn)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(shí)為內(nèi)部人才晉升開辟多通道，為中國盾構(gòu)機(jī)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(jì)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(jìn)技術(shù)交流，又培養(yǎng)國際化視野。這種“走出去+引進(jìn)來”的雙向流動(dòng)機(jī)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(jī)產(chǎn)業(yè)的國際競爭力。

從突圍到領(lǐng)跑，中國盾構(gòu)機(jī)產(chǎn)業(yè)已站在新的歷史關(guān)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(jī)產(chǎn)業(yè)的輝煌篇章。

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“掘”無止境

科技日?qǐng)?bào)記者 張毅力

走進(jìn)隧道博物館，鎮(zhèn)館之寶“中國中鐵1號(hào)”復(fù)合盾構(gòu)實(shí)體機(jī)巍然矗立。這臺(tái)直徑6.3米的鋼鐵巨龍，是我國首臺(tái)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，也是中國隧道裝備從依賴進(jìn)口到自主創(chuàng)新的里程碑。

“中國中鐵1號(hào)”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(jìn)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(tái)從德國引進(jìn)的盾構(gòu)機(jī)宛如一座難以逾越的高山。3億元的天價(jià)采購費(fèi)用，德國方面嚴(yán)密的技術(shù)封鎖，讓中國基建人陷入“買得到設(shè)備，學(xué)不到技術(shù)”的困局。

隨后，從“跟跑”到“領(lǐng)跑”，中國盾構(gòu)人用了20年。

直徑23米級(jí)超大盾構(gòu)機(jī)宛如“地下航母”，在復(fù)雜的地下環(huán)境中披荊斬棘，創(chuàng)造了工程奇跡；“京華號(hào)”16米級(jí)盾構(gòu)機(jī)將掘進(jìn)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(tái)盾構(gòu)機(jī)中就有7臺(tái)來自中國，市場占有率突破70%，中國盾構(gòu)機(jī)用短短20年走完了發(fā)達(dá)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(dòng)詮釋。

在“中國速度”向“中國質(zhì)量”轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時(shí)期，盾構(gòu)機(jī)產(chǎn)業(yè)沒有滿足于規(guī)模的擴(kuò)張，而是向著質(zhì)量躍升發(fā)起沖鋒。中國盾構(gòu)機(jī)實(shí)現(xiàn)了從價(jià)格競爭到標(biāo)準(zhǔn)輸出的華麗轉(zhuǎn)身，在國際舞臺(tái)上綻放出耀眼的光芒。

創(chuàng)新無止境。站在新的歷史起點(diǎn)，我們期待著更多像盾構(gòu)機(jī)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(shí)代通途，讓世界見證中國制造的強(qiáng)大實(shí)力和無限潛力。