深入地底十七米 盾构机国产化的十年荆棘路

 国产资源站     |      2021-05-08 22:17

  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。

  张志国向经济观察网表示:“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。

  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。”

  “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。

  “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。

  “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。”

  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。

  “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。

  中铁装备智能工程研究院副院长荆留杰向经济观察网介绍,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。

  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。

  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。

  “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。”