從落后百年到世界第一，中國盾構機的逆襲之路

16萬公里鐵路、160萬公里公路。

這是100年前，孫中山先生在他的著作《建國方略》中提到的建設計劃。這些計劃在當時被認為是天方夜譚，袁世凱還因此戲謔孫中山為“孫大炮”。

▲孫中山先生的建國方略

要知道，1912年清朝滅亡時，中國的鐵路里程僅有9000公里，并且大多數還掌握在洋人手里。這對于當時孱弱的國民政府，流離失所的中國人民來說，不是可以指摘的夢想，而是虛無縹緲的幻想！

可曾想？100年過去了，幻想已成真。

如今，中國已經擁有13.9萬公里鐵路、6730公里城市軌道、501萬公里公路，其中鐵路隧道超過18000公里；公路隧道超過20000公里；地鐵則達6000公里。100年了，國父的宏愿終于實現。

要想富，先修路。基建狂魔的我們是修路的排頭兵，地鐵更是遙遙領先。這些功績最大的功臣就是本文的主角-盾構機。

盾構機的使用，使中國“跑”得更快、更穩。

▲盾構機全景圖。

盾構機主要用于鐵路、公路、地鐵和水利等基建工程的隧道環節，被稱為“工程機械之王”，有著“地下蛟龍”的美譽。

▲盾構機工作演示

盾構機在工作時，用前面的切削刀盤，把地下的泥沙、石頭“吞”進嘴里，通過螺旋傳送機輸送到皮帶傳送機，再用渣土車運往后方。

為什么盾構機對工程進度、工程安全如此重要？

舉個例子，1000名工人用傳統爆破方式挖一條小型隧道，大概需要5年，并且很難避免人員傷亡。若使用一臺盾構機挖此隧道，僅需5個月時間，由于工人是在盾構機內部作業，安全完全有保證。

因此，我國90% 以上的地鐵都是采用盾構法施工。此外，通過黃河、長江等大河的隧道，大都是采用盾構法施工的。這些使我們解鎖了“隧道及地下工程規模最大，修建技術發展速度最快的國家”稱號。

可以說，沒有盾構，就沒有今天中國地鐵、中國隧道建設的大發展。

上世紀90年代，國內盾構機幾乎全部依賴進口，德日美三國企業的產品占據著90%以上的市場份額。

當時，一臺大型盾構機，外商要價達7個億，并且態度強硬地表示，不通融，不降價。此外，外國專家對設備進行檢修的時薪要價竟然超過人民幣5000元，為了技術保密，還禁止中國人觀看。要知道，這可是20年前的一小時5000塊。

沒有技術，就得任人宰割。在盾構機領域，顧客并不是上帝。

這種虧，我們吃了20年。

南京緯三路隧道總工程師張伯陽對當時窘迫的情況記憶猶新。“這么貴的設備，我們的需求又這么大，外商能夠制造，難道我們中國人不能制造自己的盾構機嗎？”

這不僅僅是工程師的集體心聲，更是一種被扼住咽喉的無奈。

在此背景下，我國盾構機制造經歷了發展、追趕、競爭的20年，終于攀登到世界頂峰。從落后百年到世界第一，這一條路走得并不容易。在工匠精神、政策引導、市場驅動的引領下，這條逆襲之路大致可分為四個階段：

一、篳路藍縷：傳統爆破方式修隧道

二、艱難攻關：核心技術完全被遏制

三、曙光乍現：政策引導下的大突破

四、進軍海外：占全球七成市場份額

這四個階段，何嘗不是中國制造業崛起的縮影？大國重器，殊為不易。

一、篳路藍縷：傳統爆破方式修隧道

1974年，南疆鐵路東段（吐魯番至庫爾勒）開工，該線路上有一座被稱為新光3號的“燈泡”隧道，全程長3783米，是南疆鐵路7座螺旋隧道中最險、最難鑿的一座隧道。

這座隧道的修建，開啟了有中國大盾構工程“首席顧問”之稱的周先明的盾構之路。

當時，只有20多歲的周先明與4000多位戰友，歷時近四年完成了新光3號的修建。物質依然匱乏的新中國給這些鐵道兵提供的工具極其簡單且有限。

基本上沒有機械化的設備，只有鐵鍬、鋼釬、小推車等簡單工具。因此，這些鐵道兵主要采取人工挖掘的方式，是一種 “鋼釬加大錘，打眼再放炮”的原始方法。

▲鐵道兵在修建新光隧道

而早在1825年，由布魯諾爾發明的盾構機就已經用于倫敦泰晤士河隧道的修建，并于1843年順利完工。泰晤士河隧道是世界上第一條采用盾構技術挖掘的隧道，在隧道工程史上是一個具有重大意義的里程碑。

▲首次用于隧道的早期盾構機。

與100多年前的泰晤士河隧道修建相比，新光3號隧道的修建方式，稱之為“刀耕火種”毫不為過。周先明戲稱自己為“除渣工”。

在這樣的條件下施工，傷亡無法避免。據統計，周先民參與挖掘的新光隧道，共犧牲了25名戰士。此外，在建設南疆鐵路的 5 年間，共有 268 名鐵道兵長眠于天山腳下。周先明的腰部也受了重傷。

“我目睹了戰友的犧牲，老連長也因公殉職，這讓我暗暗想，什么時候我們挖隧道，能夠不傷人、不死人？”周先明當時發出這樣的渴望。

這種渴望讓周先明見證了中國大盾構“夢之隊”的形成，隊員不少都是周先明修建新光隧道的戰友，包括排長徐明田以及后來的北京地鐵專家余秉文等。

如今，周先明在祭奠犧牲的戰友時，可以告訴他們，現在用國產盾構機挖隧道，不會再傷人、死人了。好時代來了，戰友卻不在了。

與戰爭相比，和平年代的這種犧牲更讓人悲痛。

其實，早在1953年，中國的盾構機就已經起步。那一年，東北阜新煤礦采用手掘式盾構修建疏水巷道，揭開了中國盾構機從無到有的歷史。

什么是手掘式盾構機？世界盾構機發展歷程分為四個階段：

▲世界盾構機發展的四個階段

挖掘泰晤士河的盾構機就是手掘式，被成為第一代盾構機。機械式盾構機采用了壓縮空氣，用機械開挖代替了人工開挖。因此，通常把機械式和氣壓式盾構機稱為第二代盾構機。

▲世界上第一臺機械式盾構機專利圖

第三代盾構機則是以閉胸式盾構機為代表的盾構機，主要包括泥水式盾構機和土壓式盾構機。

泥水平衡式盾構機是通過調節出泥艙的泥水壓力挖掘前進，棄土以泥水方式排出的盾構機。土壓平衡式盾構機是通過調節出泥艙的土壓力挖掘前進，棄土從出泥艙排出的盾構機。

當前的大直徑、大推力、大扭矩的智能化盾構機是第四代盾構機。

在物聯網、人工智能等技術的支撐下，未來盾構機的發展方向是研制具備深度感知、智慧決策、自動執行功能的盾構機及其控制系統。

1825年世界上第一臺盾構機就已經開始工作，1953年我國的盾構機才剛剛起步，起步就落后了世界120年。

20世紀中葉，盾構機在歐美日普及完畢。20世紀下半葉，歐美日的企業統治了全球盾構機市場，并對中國進行技術封鎖，這對掉隊的中國來說雪上加霜。

直到上世紀90年代，中國的盾構技術才開始取得階段性成果。1990年，在上海地鐵1號線工程中，采用的土壓平衡盾構掘進機就是中法合作建造的。

▲上海地鐵一號線施工現場

1992年鄧小平同志南巡后，中國的開放力度由沿海城市增加到內陸，國內市場全面開發，促使中國的重工業高速發展，鐵路隧道、地鐵等項目大量上馬，對盾構機的需求迅速增加。

1997年，中國從德國引進了兩臺盾構機，用在西康鐵路秦嶺隧道的項目上，這是國外現代盾構機第一次被引入到中國。

這兩臺盾構機的使用，使得隧道提前10個月貫通。這次項目讓我們真正感受到了我們與國外的巨大差距。

但無奈在“造不如買、買不如租”的思潮影響下，國內設備幾乎全部依賴進口，還出現了只進口設備不要圖紙的荒唐情況。德日美三國的盾構機借此機會，幾乎霸占了國內90%的市場。

高度依賴國外設備必然會被他們牽著鼻子走：價格昂貴、溝通低效、維修困難、技術封鎖等問題層次不窮。

靠“買”來支撐中國的基建產業，只能繼續挨打受氣。自主研發生產盾構機，成為擺在中國面前的唯一出路。 

二、艱難攻關：核心技術完全被遏制

在“兵改工”的政策影響下，1984年周先民及其所在部隊4000余名官兵集體轉業到中鐵十四局，成為一名真正的鐵道工。在2005年南京長江隧道建設之前，周先明參與的京九鐵路、青藏鐵路等國家重點建設項目隧道施工，大多仍然采用礦山法。

2005年，周先明被任命為中鐵建十四局集團南京長江隧道項目指揮部常務副書記，指揮隧道施工。這條隧道是首次將大直徑盾構技術用于水下隧道施工，從礦山法轉為盾構法。飛機大炮終于替換了小米步槍。

▲大盾構“首席顧問”周先明現場指揮

這一年被稱為中國大盾構元年，這條長達6042米的水下隧道開啟了中國水下大直徑盾構隧道施工穿江越海的紀元。南京長江隧道也被稱為 “萬里長江第一隧”。

修建南京長江隧道的盾構機及技術，全部從德國花高價引進。盾構機的刀片是消耗品，所以需要在刀片磨損后及時更換。

德國人為了躺在盾構機技術的功勞簿上攫取更高利潤，除了賣給我們昂貴的設備之外，維護費用也高得嚇人。他們派來的技術專家組換一把刀片需要兩天，兩天的費用為20萬元。

中國工人會換刀片后，一個組一天可以換8把刀片，一天工資為5000元。換刀片費用，德國人比我們貴了640倍，工期比我們長了14天。

南京長江隧道建成通車后，中鐵建十四局的大盾構業務呈井噴式增長。2016 年，國內在建的大盾構和水下隧道項目被十四局承建了六成。從南京長江隧道出來的工程師，大多都能完全勝任總工、項目經理職位。

正如周先明的期望一樣，南京隧道工程成為了中國大盾構人才的“黃埔軍校”。

▲南京長江隧道左線貫通現場

21世紀之前，中國沒有能力自主研發盾構機。2000年，盾構機的主要部件還需要進口。這種狀況一直持續到了2008年。這段時期，即使在歐美日的嚴防死守下，我們仍然取得了長足的進步：

2004年上海隧道研制出了國內首臺全自主設計的土壓式平衡盾構機“先行1號”樣機。

2006年“先行2號”盾構機在上海下線，標志著中國具備了批量生產盾構機的能力。

曙光乍現，黎明將至。

三、曙光乍現：政策引導下的大突破

2008年，中國中鐵1號盾構機下線。這是中國首臺具有自主知識產權的復合式土壓平衡盾構機。從此，中國告別了完全依靠“洋盾構”的局面。

2002年，中國科技部高新司把盾構機列入“863”計劃。在國家專項資金支持，央企、國企牽頭下，中國科研院所同多家企業，從基本原理的技術鏈層面，到實際應用的產業鏈層面協同作戰，共克時艱。中國盾構機的設計和制造進入全面推進階段。

2007年科技部基礎司也將掘進裝備的基礎研究列入了“973”計劃。

現任中鐵高新工業股份有限公司總經理的李建斌，是中國盾構機產業化的主要參與者之一。2002年，中鐵工程裝備集團在河南新鄉建成了盾構產業化基地。在國家“863”計劃的支持下，李建斌帶領的團隊相繼在盾構機技術上取得了重大突破。

▲中鐵一號盾構機

中鐵1號盾構機正是由李建斌的團隊研制。從引進到自己造，李建斌的團隊用了8年時間。

2009，李建斌帶領他的團隊開始了盾構機產業化的征程，設計團隊由最初的18人，增加到了108人。

我國各個城市地質差異巨大，單一的盾構機難以滿足實際需求。為了建造適合中國各種地質環境的盾構機，李建斌團隊在研究了日本、德國、法國、加拿大等國家的設備后，根據實際情況，設計出了盾構機在不同地質條件下工作的應對方案。

最終攻克了超大直徑、超小直徑、極限工況下的裝備設計、制造等關鍵技術，成功研制了一大批稱得上世界首臺或國內首臺的產品：

2013年，中鐵裝備研制出了當時世界最大的矩形盾構機，2014年，矩形盾構成功應用于新加坡地鐵項目，成為國產異形掘進機走向海外的首個成功案例。

2015年，中鐵裝備研制出了硬巖掘進機，讓我國在硬巖掘進機領域進入世界前列；

……

截至2018年底，國產盾構機的設計制造及掘進施工技術已達到，甚至在個別領域超過了國際水平。

打開國際市場，是盾構機產業化的關鍵一步。這一步對于李建斌來說，充滿了挑戰性，也充滿了期待。2012年，李建斌團隊第一次參加國際競標，即便占據了價格優勢，國外業主單位仍然非常顧慮。

最終，只有馬來西亞業主單位同意簽下兩臺盾構機。李建斌帶領團隊針對馬方的具體需求，設計并提升了盾構機性能，結果這兩臺設備將計劃工期縮短了43天，創造了馬來西亞盾構施工新紀錄。

馬來西亞項目的成功，大大提升了我們的盾構機信心。此后，中國的盾構機開啟了海外市場的新篇章。

四、進軍海外：占全球七成市場份額

當前，世界盾構機的主要玩家有中國的中鐵裝備、中國鐵建重工、上海隧道股份、中交天和、北方重工、遼寧三三工業這六大王牌企業；

日本的小松制作所、三菱重工、日立、石川島播磨重工、川崎重工、奧村;

德國的海瑞克和維爾特；

加拿大的羅法特；

美國的羅賓斯。

2009年之前，進口盾構機仍然占我國市場的85%左右。其中，德國海瑞克占據70%以上，日本三菱重工及德國維爾特也有一定占比。

2012年之后，借助馬來西亞項目的成功經驗，國產盾構機如雨后春筍般，紛紛走出國門，搶占世界市場。

2017年中國盾構機首次打入歐洲市場，出口俄羅斯五臺。之前蘇聯為我們修鐵路，如今我們給俄羅斯提供盾構。

2019年1月，中國出口非洲大陸首臺盾構機“中鐵665號”下線，標志著非洲市場被打開。

不僅在亞洲、非洲市場上，就是在盾構機的“原產地”歐洲，也有我們的盾構機。2019年6月22日，“中國中鐵699號”出口到歐洲，這是我國高端隧道掘進裝備首次用于歐盟核心區域。

……

2020年，9月29日，對中國中鐵來說是一個十分重要的日子。

這一天，中國中鐵自主研制的第1000臺盾構機在鄭州下線。這一天，車間標語“造中國人自己的盾構，造中國最好的盾構，造世界最好的盾構”顯得格外醒目。

中鐵從1號盾構機到1000號盾構機，用了12年。若從李建斌團隊開始著手第一臺設備算起，從0到1000的突破，他們用了20余年。20載春秋，見證了以中鐵裝備為代表的中國企業艱苦攻關的奮斗史，更見證了國產盾構從無到有、從有到優、從優到強的逆襲歷程。

今天，國產盾構機在國內市場的占有率達到90%以上，占到全球三分之二的市場份額，還順便拉低了國外同類產品價格40%以上。據統計，2018年中國盾構機出口量為127臺，出口金額為3.69億美元。

市場占有率方面，鐵建重工和中鐵裝備占據國內七成市場，出口到國外的盾構機數量，這兩家企業同樣獨占一檔，其次是中交天和與遼寧三三重工。歐洲頭牌盾構機企業海瑞克是占據中國市場最多的外國企業，但也只有1%。

國產化之后，盾構機的國際市場均價降到了3000萬每臺，到了2018年，均價為2260萬每臺。

有了中國的盾構機，再也沒有國家愿意當“冤大頭”，發達國家為了維持市場，必須降價，幾億元一臺的盾構機早已成為歷史。

不如你，學習你，超越你，最后擊敗你。這中國盾，真是發達國家的“收割機”，中國人民的“爭氣機”。

三年前，中鐵公司總工程師王杜娟曾在記者會上表示，“盾構機世界第一的品牌是德國的海瑞克，由于我們的技術積累有限，在軸承技術方面，還有差距。”

如今，這個最后的難關也被攻克了。2020年9月26日，我國首臺使用國產3米級主軸承盾構機“中鐵872號”在蘇州始發，這是我國突破盾構主軸承自主技術研制瓶頸后，首次在軌道交通領域新機中執行地下掘進任務。

主軸承就是盾構機的“芯片”，其重要性不言而喻。主軸承的自產，讓我們成為當之無愧的世界第一。

滔天巨浪方顯英雄本色，艱難困苦鑄造諾亞方舟。

五、修別人的路，讓別人無路可修

引進國外先進技術，消化吸收再創新。中國盾構機的“反圍剿”之路，形成了國企主導，政府支持，順應時代，精準創新的“中國盾構模式”。

這種模式的典型特點是，前期用國內市場換技術平穩發育，持續攻關打破壁壘，后期攻占全球市場，收割發達國家。

這種模式可以稱為中國制造業“翻身當家作主”的典范，已經或正在應用于中國制造業的多個領域：

港機設備。振華重工的港機設備目前在全球市場份額常年穩定在70%以上，中國大型挖泥船被列入禁止出口的名單。

高鐵技術。中國的高鐵技術，世界上沒有對手。中國自主研發制造出的高速動車組創造了四個世界第一：運行速度第一、乘坐舒適度第一、節能環保第一、運量第一。中國中車是全球規模最大、技術最先進、品種最全的軌道交通裝備供應商。

超級鋼技術。我國是目前世界上唯一實現超級鋼（微晶鋼）的工業化生產的國家。

特高壓輸電技術。中國是世界上唯一的擁有該技術自主知識產權的國家。

超級橋梁建設。中國有著世界橋梁博物館的稱號，港珠澳大橋、貴州北盤江大橋、杭州灣跨海大橋等，都運用了中國最先進的橋梁建設技術，其中港珠澳大橋還使用了世界首創的橋-島-隧集群方案。

……

尾聲

裝備制造業是一個國家制造業的脊梁，只有掌握核心技術才能推動中國制造向中國創造，中國產品向中國品牌，中國速度向中國質量的轉變。

“我曾經跨過山和大海，也穿過人山和人海……”，正是當今四通八達、高效便捷的軌道交通寫照。

▲北京地鐵2020年規劃圖

你們的路我來修，你們的山我來挖，你們的橋我來搭；這些我們的民族已經做到了。我們曾經領先世界幾千年，如今的“逆襲”只不過是復興而已。實業興邦，相信在更多領域，將會有無數個“中國盾”出現。

小米加步槍可以把美國遏制在三八線，卻無法鞭及華盛頓，只有飛機加導彈才能御敵于海外。

即便道阻且長，也要征途不止。