盾構機往事：7.6億歐元-2000萬人民幣_風聞

國內自主研製、最大開挖直徑達16.64米的超大直徑盾構機“江海號”近日在湖南長沙下線，將被用於目前全國最長公路水下盾構隧道——海太長江隧道施工。

文/歐陽桃花  北京航空航天大學教授

曾德麟  北京交通大學副教授

盾構機作為世界上最先進的全斷面隧道施工特種專業機械， 已廣泛用於鐵路、地鐵、公路、市政、水電等隧道工程，號稱“世界工程機械之王”。中國盾構機同神舟飛船、高鐵一樣，被公認為世界級領跑產品、“國之重器”。

2005 年之前，中國絕大多數盾構機市場被國外品牌壟斷，基本來自德國海瑞克、日本川崎、美國羅賓斯等著名廠商。近年來，全球 70% 的市場以及中國的絕大部分市場都由鐵建重工、中鐵裝備等幾家中國頭部企業佔有。

日立造船為美國西雅圖開發的世界上最大型泥漿式盾構機

從全面依賴進口，到佔領全球70%的市場；把全球市場上盾構機的價格從7.6億歐元一把拉到2000多萬元人民幣，中國盾構機交出了漂亮的答卷。

本文摘編自中國人民大學出版社出版的《國之重器：如何突破關鍵技術》，書中講述了盾構機、長航時無人機、大飛機、支線客機、載人航天工程五個國之重器實現技術突破的故事。作者訪談了鐵建重工、中國商飛等的許多關鍵人，在書中再現了技術追趕的關鍵細節。

01. 悲慘往事

1996年10月，中國開始使用現代化大型盾構機。當時國家為提升施工效率，決定從德國維爾特公司引進兩台直徑8.8米的盾構機，用於西康鐵路秦嶺隧道的施工。由此，秦嶺隧道提前33天全線貫通，中國也拉開了頻繁買進盾構機的序幕。

從 20 世紀 90 年代至 21 世紀初，國內盾構機市場絕大部分被德、日、美三國企業壟斷，國內施工單位不僅需要支付高昂的成本，還處處受制於人。時任鐵建重工董事長兼首席科學家劉飛香回憶起當年的情形，依舊憤慨地説：“自己是搞工程出身的，常年用國外產品沒少受氣，價格貴，配件與服務都跟不上。中國的高端地下裝備不能受制於人。”

西康鐵路秦嶺隧道

當時一台普通的盾構機價格要數億元人民幣，如 20 世紀 90 年代秦嶺隧道使用的盾構機單台價格就高達 3 億元。

售後服務還非常糟糕。國外廠商為了保持技術壟斷，與中方簽署了極其嚴苛的買賣合同，維修保養盾構機時禁止中方人員在場，而且售後所需的配件採用預售制，即有了配件更換需求要先下單，再由外方生產配付。等一個配件有時甚至需要一兩年之久， 嚴重延誤施工進度。而外方派來的維修人員的工資，則以他從國外出發時間開始，以美元為單位進行計算，一個外方工程師一天的費用就高達幾千美元，這就額外增加了盾構機的使用成本。

更令人氣憤的是，國外盾構機制造商並不重視國內施工方的需求與反饋，在中方使用的盾構機出現故障時，回應速度緩慢，維修耗時漫長。中方常常焦急萬分卻又不得不忍氣吞聲。

進入21世紀，隨着我國的工程建設規模成倍增長，我國對盾構機的需求飆升至全球六成。面對中國施工企業對盾構機的海量需求與技術受制於人的尷尬局面，國家高層與相關企業對於自主研發、 突破盾構機關鍵核心技術封鎖的呼聲漸起。

02. 高度定製化

盾構機市場與一般複雜產品市場不同，具有非均勻性特徵，盾構機需要高度定製化。例如國外地鐵修建大多遇到的是硬巖硬土，不容易塌方與堵塞，而我國很多地方在修建地鐵時很容易出現塌方和泥沙傾瀉，從而造成盾構機堵塞的潛在威脅。

為了讓首次研製的盾構機走出實驗室，並快速實現關鍵零部件國產化的目標，鐵建重工首先將目標客户瞄向了同城的長沙地鐵施工項目。該項目招標負責人一方面特別期待有國產盾構機參與投標，另一方面也擔心國產盾構機的質量。鐵建重工深知，用户獨特的定製化需求是改進關鍵零部件技術的出發點，也是實現關鍵零部件技術進步的前提。

總部位於長沙市的鐵建重工，在悉心研究了長沙地鐵周邊的地質地貌後，提出了既要加固盾構機的盾以防止塌方，又要改造抽吸力度以防止泥沙堵塞的定製化方案。鐵建重工針對長沙地鐵項目特殊的土質環境，在實驗室條件下進行反覆試驗與技術調整，以確保首台土壓平衡盾構機“開路先鋒 19 號”在正式使用時能夠維持適配的倉壓。

長沙地鐵施工現場

相關技術人員還在現場隨時解決施工過程中出現的問題，保證快速響應客户需求，最終提高了長沙地鐵施工的穩定性與掘進速度。

“開路先鋒 19 號”的售價不到當時國外同類盾構機售價的一半，它的問世讓國際均價約 1.5 億元的國外盾構機被迫降價 30%。最終，首台國產化率達到87%的土壓平衡盾構機“開路先鋒 19號”，以優質的性價比與服務質量助力長沙地鐵施工。

03. 用户參與

2014年，鐵建重工聯合中鐵十八局中標“引松供水”工程。“引松供水”全長263.45公里，其中二期隧道長22.6公里，挖洞直徑達7.9米，需要穿過硬度不一的岩層，並經過多條斷裂帶，是吉林省有史以來投資規模最大、輸水線路最長、施工難度最高的引水工程。

在“引松供水”工程項目中，鐵建重工聯合項目施工方中鐵十八局，結合其在工程項目中收集的施工環境數據，運用已知數據設計盾構機的參數，使之與刀盤刀具、傳輸帶等部件相匹配，從而使交付的盾構機的最終功效達到與施工項目的最佳匹 配狀態，施工故障率和停機換件次數都大大減少。

今年4月，吉林中部城市“引松供水”工程正式向四平市供水  圖源：吉林省國資委

用户作為盾構機的使用方，有大量經驗數據以及未被滿足的潛在需求，而掌握這些數據與需求，將準確指引產品開發的方向，有效縮短技術創新從投入到產生可見績效的時間。

04. 複雜地貌帶來利好

我國盾構機行業的大發展始於2008年左右，此時正好是中國開啓新一輪大規模基礎設施建設的黃金時期，各地的地鐵等工程項目需要大量定製化的盾構機。這在客觀上堅定了國內企業自主研發盾構機的決心，鐵建重工也正是在此時進入盾構機行業。

“國之重器”的技術趕超需要能提供充足的要素供給與市場需求的營商環境。國家是市場繁榮的推動者，可以為複雜產品的終端應用提供足夠的市場需求。盾構機的終端用户就是承接國家或地方工程項目的施工企業。

中國幅員遼闊， 面對複雜的地質與施工環境，盾構機研發需要技術集成商與施工單位（用户）、關鍵零部件供應商一起合作攻關。鐵建重工通過創建用户共建的開發平台， 讓用户時時參與盾構機研發的每一個步驟，按週期需求交付， 而不是製造出整機再最終交付，這樣聯合施工單位（用户）參與價值共創。

今年2月，在深江鐵路深莞隧道（西段）施工現場，國內複合地層最大直徑土壓平衡盾構機“鯤鵬號”（深江3號）刀盤順利吊裝下井。

正是因為集成了用户的需求智慧， 與用户一同成立盾構機專項研究小組， 形成開發者與使用者的優勢資源互補，令用户需求的“大腦”指揮鐵建重工研發的“雙手”，才有了鐵建重工盾構機的成果。

與此形成鮮明對照的是， 盾構機最早起源於英國，但英國盾構機卻沒有形成國際競爭力，為什麼？原因固然有很多，但其中至少包含與英國工程施工環境有關的因素。英國以岩石和硬土為主，施工環境相對簡單，用於隧道挖掘的盾構機功能也就比較單一。而中國擁有約960萬平方公里的國土，地質極其複雜， 可能是石頭，可能是黏土，也可能是沙粒，不同的地質影響工程施工環境，需要盾構機具備不同的功能。盾構機的刀盤硬度和扭矩設置、出渣時倉壓參數和排渣方式都需要因地質的複雜性而相應變化。

正是我國複雜的施工環境，使中國盾構機產品在設計之初便需要制定多種應對策略。而西方企業開發的盾構機多為一機多用，不適合中國獨特的施工環境。中國獨特的施工環境，為國產盾構機走向高度定製化發展提供了寶貴的機會，推動中國盾構機企業快速實現技術趕超。

05. 領跑世界

突破關鍵“卡脖子”技術是中國中長期重大戰略問題。鐵建重工盾構機的技術趕超實踐與創新模式，對國家制定創新政策與指導其他企業突破關鍵核心技術具有一定的啓示與借鑑意義。

國家作為創新者，能調和複雜產品的創新客體（技術） 與多元的創新主體不一致的深層次矛盾。關鍵核心技術是一個複雜的技術系統，系統與系統之間被“集成”以共同完成目標任務。比如盾構機的開發、建設、運營涉及政府、科研院所、集成商、零部件廠商、施工方等多個行動主體，但多元行動主體對技術創新的理論存在信息不對稱。

鐵建重工技術團隊  圖源：鐵建重工

例如：集成商不具備零部件的產品知識與創新能力；零部件廠商不清楚“剛剛好”的產品創新發力點；施工方雖然熟悉施工環境，最清楚自己想要什麼功能的盾構機，但不能用技術語言表達出來。而技術裝備產品因為技術含量高，其創新充滿着風險與不確定性，僅僅依靠集成商、施工方或零部件廠商某一方的力量，很難取得關鍵技術的突破。

國家作為創新者啓動“揭榜掛帥”（明確技術突破目標，落實具體的承擔主體）的攻關破冰，協調集成商（功能設計）、施工方（方向）、零部件廠商（功 能）、科研院所（知識）組建創新聯合體，推動技術從無到有的進步。這也是中國創新模式不同於西方創新模式的根本所在。

2022 年，在全球隧道工程裝備製造商 5 強榜單中，鐵建重工超越世界知名廠商德國海瑞克，位居榜首。這標誌着中國盾構機行業開始領跑世界。

簡介：《國之重器：如何突破關鍵技術》是北京航空航天大學歐陽桃花教授和北京交通大學曾德麟副教授基於多年在企業的調研和訪談寫成的新作，這本書源於作者所做的“國之重器”系列案例研究。他們在書中講述了盾構機、長航時無人機、支線客機、大飛機（幹線客機）、載人航天工程五個國之重器波瀾壯闊的技術追趕故事，展現五個領域實現技術突破的關鍵細節。

基於在中國商飛、鐵建重工、北京航空航天大學的訪談和調研以及大量珍貴的歷史資料，從中國工業人追求自主可控的實踐中，本書作者深刻總結中國特色的管理經驗，提出了一系列重要的管理理念：核心企業與上下游其他創新主體聯合的“雙循環創新模式”、國家需求與技術實現雙驅動、複雜系統管理、主製造商與國內外組件供應商合作的“主供模式”、國家重大工程基於中國“和而不同”倫理思想的決策過程、總體系統的穩健性和關鍵系統的創新性的對立統一。