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铁建重工自主研发盾构机核心技术 “地下蛟龙”筑山海通途
来源：贝博app体育下载安装 发布时间：2024-07-26 13:11:32
产品特点
左图 2021年12月，我国最深海底隧道盾构机“深江1号”刀盘吊装下井。（资料图片）
在北京东六环入地改造工程中，长150米、重4300吨的国产最大直径盾构机“京华号”成功穿越了首个特级风险源；在广东东莞虎门镇，我国最深海底隧道盾构机“深江1号”正在向珠江口106米的海底深处掘进……这些体形巨大、犹如“地下蛟龙”的施工利器，都来自中国铁建重工集团股份有限公司。
十几年前，我国盾构机主要依赖进口，甚至盾构施工都难以独立完成。如今，国产盾构机在国内新增市场占有率达到了95%以上，并占据了全球三分之二的市场占有率。在此期间，铁建重工推动以盾构机为代表的地下工程装备产业高质量发展，在“强投入”的创新驱动下，充分用活“揭榜挂帅”机制，激活科学技术创新强劲动能。
通过做强地下工程装备主导产业锻长板、持续研发关键核心技术补短板，铁建重工实现了技术从跟跑、并跑到部分领跑，产品从进口到出口的巨大跨越。
“京华号”“深江1号”“锦绣号”……这些都是集开挖、支护、出碴等功能于一体的高端地下工程装备。在铁建重工长沙产业园的生产车间里，工人们驾起天车，或拉或顶，吊装分块盾体，一台台盾构机从这里组装出厂，走向全国，走向世界。
在近期披露的铁建重工2021年年报中，一组数据引人注目：2021年，企业研发投入达6.78亿元，占营收比例7.12%；研发人员1413人，占总人数28.6%。
“企业一直以来都很重视科学技术创新资源投入，科学技术创新从始至终保持两个比例不变，即每年研发经费投入占据营业收入不低于5%，研发设计人员占员工总数的比例不低于20%。”铁建重工科技发展研究院院长廖金军说。从数据看，铁建重工2019年、2020年、2021年研发投入占营收占比分别是6.43%、7.27%和7.12%，高于同行业企业研发投入水平。
企业想要获得长远发展，光有投入还不够，还得用活机制。廖金军介绍，盾构机技术十分复杂，涉及机、电、液、光、控制、智能、岩土、工程等多学科和多领域的高精尖技术，需要跨学科、跨部门、跨行业协同攻关。
近年来，铁建重工颠覆了以往直接申报科研项目的模式，实施了“发布指南，征集难题，总师挂帅，组队实施”的科研项目管理机制，充分的发挥“揭榜挂帅”机制作用。铁建重工根据产业规划制定科研项目指南，明确指标张榜公布项目；实施总师公开竞聘揭榜，“英雄不问出处”；打破部门墙、专业墙限制，不同研究院、不同专业技术人员通过自申报，与项目总设计师双向选择，形成研发团队协同研发；放权赋能，总师挂帅，组织项目实施；每个项目评定总积分，项目总师负责实施过程积分分配。
廖金军说，通过机制创新，极大的提升了企业科研创新活力，实现变被动创新为主动创新，科研立项数量加倍增长。2021年，铁建重工新增授权专利346件，累计专利总数为1554件，其中发明专利“敞开式掘进机”获中国专利金奖。
在铁建重工盾构机总装车间里，一台直径6.87米的泥水平衡盾构机开始装配。“这是一台出口新加坡的盾构机，计划6月工厂验收。”铁建重工泥水盾构研究所工程师王朝辉一边比对图纸一边说。
在他们研制的设备中，直径6.87米算是个“小个头”。王朝辉所在的这个车间，自2020年以来，已陆续出厂了多个直径14米及以上的“大个头”盾构机，超大直径盾构机打破了国外品牌的垄断。
铁建重工掘进机研究设计院副院长张帅坤和记者说，相比6至8米常规直径、8至14米大直径盾构机，14米及以上超大直径盾构机的系统集成更复杂，加工制造更困难，可靠性要求更高，工程应用风险更大，一直是国产盾构机研发技术和推广应用的薄弱领域。以“京华号”为例，这是国内企业首次锻造16米级超大直径盾构机，研发与设计充满挑战。“我们潜心攻关2900多个日夜，陆续解决了多个关键系统模块设计、制造技术难题。‘京华号’无论是尺寸规模，还是技术应用，都达到世界领先水平。”张帅坤自豪地说。
据统计，2020年以来，铁建重工已经成功研制6台15米及以上超大直径盾构机，分别应用在杭州艮山东路、下沙路项目，长沙湘雅路过江通道，安徽芜湖过江隧道，北京东六环改造，珠海横琴杧洲隧道工程跨海隧道等工程中，巩固了国产超大直径盾构机核心技术自主可控能力，推动中国高端地下工程装备领先世界。
国产装备提速重大工程，重大工程助攻国产装备。目前，铁建重工研制的盾构机在主驱动集成、变频驱动和控制、高承压主驱动密封、高精度隧道导向、设备姿态监控等方面，均已达到国际领先水平，其中常压换刀、开挖舱作业机器人、永磁同步驱动、电液混合驱动、大埋深可变径设计方法等技术已实现世界领先。
以电液混合驱动技术为例，传统设备多为单动力驱动，在硬岩层开挖选择转速更高的电机驱动，软岩地层开挖则选择液压马达驱动。铁建重工研发团队通过创新运用液压马达和电机双驱动，实现速度与马力自如切换，破解了困扰隧道挖掘行业多年的世界级难题——“卡机”问题。
当前，制造业数字化转变发展方式与经济转型已成为企业未来的发展新趋势。作为传统制造企业，在产业升级的风口，铁建重工围绕数字化转变发展方式与经济转型进行了诸多摸索与尝试，着力推进以研发设计数字化、产品机器人化、制造智能化、服务数智化、管理智慧化为技术方向的数字化转型。
“简单地说，就是要将产品塞进电脑、将车间搬上电脑、将隧道建在电脑。”铁建重工党委书记、董事长刘飞香比喻说，企业要构建产品设计、制造、施工全过程数字孪生系统，在虚拟空间中实现研发设计、模拟制造、模拟运行，满足定制化、个性化、多样化产品需求。
围绕产业智能化升级，铁建重工打造了具有智能感知和分析决策功能的地下工程装备，并在高原铁路、郑万高铁等重点工程中实现应用，有力助推了地下工程建设的少人、无人作业。
随着一批国家战略性工程的开工建设，我国对高端地下工程装备的需求与日俱增。“部分国产配套核心基础件可靠性不足，性能指标不能满足设计的基本要求，产品智能化程度有待提升等问题，是今后亟待制造企业解决和攻克的难点。”刘飞香说，比如盾构机的一些核心零部件，由于应用工况恶劣、产品可靠性要求极高、规格尺寸巨大，对基础设计理论、原材料、热处理、制造加工工艺、装配与试验能力提出了近乎苛刻的要求。
“铁建重工正依托多项国家和省级重大科学技术项目，开展盾构机关键技术攻关，推动我们国家地下工程装备实现从关键零部件到整机的全面国产化，促进产业产品全面领先世界。”刘飞香说。 （经济日报记者 刘 麟 谢 瑶）
