我國隧道掘進(jìn)機(jī)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展方向

　　1 隧道掘進(jìn)機(jī)產(chǎn)業(yè)化的意義

　　隧道掘進(jìn)機(jī)包含盾構(gòu)和TBM。一般來說，在歐洲，盾構(gòu)也稱為TBM；但在日本和我國，習(xí)慣上將用于軟土地層的隧道掘進(jìn)機(jī)稱為盾構(gòu)，將用于巖石地層的隧道掘進(jìn)機(jī)稱為TBM。其實(shí)，TBM就是隧道掘進(jìn)機(jī)的英文“TunnelBoringMachine”的縮寫，但通常定義中的TBM是指全斷面巖石隧道掘進(jìn)機(jī)，是以巖石地層為掘進(jìn)對象，它與盾構(gòu)的主要區(qū)別就是不具備泥水壓、土壓等維護(hù)掌子面穩(wěn)定的功能。

　　21世紀(jì)是地下空間的世紀(jì)，隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國城市化進(jìn)程不斷加快，今后相當(dāng)長的時期內(nèi)，國內(nèi)的城市地鐵隧道、水工隧道、越江隧道、鐵路隧道、公路隧道、市政管道等隧道工程將需要大量的隧道掘進(jìn)機(jī)。隧道掘進(jìn)機(jī)是一種高智能化，集機(jī)、電、液、光、計(jì)算機(jī)技術(shù)為一體的隧道施工重大技術(shù)裝備。在發(fā)達(dá)國家，使用隧道掘進(jìn)機(jī)施工已占隧道總量的90%以上。由于隧道掘進(jìn)機(jī)的制造工藝復(fù)雜，技術(shù)附加值高，目前國際上只有德國、美國、日本、法國、加拿大等少數(shù)幾個國家的企業(yè)具有能力生產(chǎn)，且造價(jià)高昂。隧道掘進(jìn)機(jī)在國內(nèi)尚處于起步階段，主要依賴進(jìn)口，在國內(nèi)的隧道建設(shè)中，德國和日本在中國的隧道掘進(jìn)機(jī)市場占有率高達(dá)95％以上，處于絕對壟斷地位。若不及早改變這一現(xiàn)狀，就會在相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，在地下工程建設(shè)中，面臨高額施工成本和技術(shù)上受制于外企的尷尬境地。實(shí)施隧道掘進(jìn)機(jī)產(chǎn)業(yè)化，既可打破外企在國內(nèi)市場一統(tǒng)天下的局面，又能促進(jìn)和帶動相關(guān)的機(jī)電、液壓、材料、傳感器等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，增強(qiáng)裝備制造業(yè)綜合實(shí)力，提高我國重大裝備在國際市場上的競爭力。

　　2 隧道掘進(jìn)機(jī)產(chǎn)業(yè)化成果

　　2.1 產(chǎn)業(yè)化基地建設(shè)

　　2002年8月，中鐵隧道集團(tuán)在河南建立了隧道掘進(jìn)機(jī)產(chǎn)業(yè)化基地，成立了以盾構(gòu)/TBM研究開發(fā)中心、盾構(gòu)/TBM組裝調(diào)試中心、盾構(gòu)/TBM制造維修中心為主要發(fā)展方向的隧道機(jī)械制造公司。2004年7月，上海隧道工程股份有限公司也在上海外高橋建立了盾構(gòu)產(chǎn)業(yè)化基地，成立了上海盾構(gòu)設(shè)計(jì)試驗(yàn)研究中心和上海外高橋隧道機(jī)械有限公司。

　　2.2 土壓平衡盾構(gòu)的自主設(shè)計(jì)與制造

　　2001年，國家科技部將6.3m土壓平衡盾構(gòu)的研究設(shè)計(jì)列入“863”計(jì)劃。通過公開招標(biāo)，課題由中鐵隧道集團(tuán)有限公司和上海隧道工程股份有限公司為主承擔(dān)。在國家“863”計(jì)劃的引導(dǎo)下，中鐵隧道集團(tuán)已經(jīng)完成了6.3m土壓平衡盾構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、盾構(gòu)控制原理流程圖設(shè)計(jì)、盾構(gòu)液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、流體輸送系統(tǒng)以及元器件的選型；完成了盾構(gòu)刀具的研究設(shè)計(jì)、開發(fā)與制造，完成了盾構(gòu)泡沫添加劑、盾尾密封油脂的開發(fā)應(yīng)用研究，并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品化。2004年7月，中鐵隧道集團(tuán)研制的刀盤及刀具、液壓系統(tǒng)成功用于上海地鐵2號線進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)掘進(jìn)2650m，平均月掘進(jìn)331m，最高月掘進(jìn)470m，達(dá)到了項(xiàng)目要求的各項(xiàng)指標(biāo)。2004年10月下旬，上海隧道工程股份有限公司成功制造了一臺具有自主知識產(chǎn)權(quán)的6.3m土壓平衡盾構(gòu)，并成功應(yīng)用于上海地鐵二號線西延伸隧道工程。2005年12月，中鐵隧道集團(tuán)又研制出了適用于北京地鐵砂礫復(fù)雜地層的土壓平衡盾構(gòu)刀盤，并成功應(yīng)用于北京地鐵4號線19標(biāo)頤和園～圓明園區(qū)間。

　　2.3 大直徑泥水盾構(gòu)消化吸收與設(shè)計(jì)

　　大直徑泥水盾構(gòu)消化吸收與設(shè)計(jì)是以中鐵隧道集團(tuán)為主、由上海隧道股份、浙江大學(xué)等單位協(xié)助的國家“863”計(jì)劃重大專項(xiàng)課題。目前已經(jīng)完成《國內(nèi)外大直徑泥水盾構(gòu)技術(shù)發(fā)展研究報(bào)告》；完成了泥水盾構(gòu)開挖面穩(wěn)定機(jī)理研究，掘進(jìn)系統(tǒng)、主驅(qū)動系統(tǒng)、管片拼裝系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和泥水輸送系統(tǒng)技術(shù)剖析研究；以武漢11.38m泥水盾構(gòu)為依托，完成了9m泥水盾構(gòu)設(shè)計(jì)工作；完成了泥水盾構(gòu)控制系統(tǒng)模擬試驗(yàn)臺的設(shè)計(jì)和制造，模擬盾構(gòu)的直徑為2.5m，是具有自主知識產(chǎn)權(quán)的國內(nèi)較大的實(shí)物模擬盾構(gòu)試驗(yàn)平臺。

　　3 產(chǎn)業(yè)化方式分析

　　3.1 外企與國企合作方式

　　目前，德國海瑞克、德國維爾特、美國羅賓斯等國外公司均已經(jīng)與國內(nèi)的重機(jī)廠合作生產(chǎn)隧道掘進(jìn)機(jī)，并已有實(shí)際制造業(yè)績，最具代表性的是德國海瑞克公司和維爾特公司。

　　海瑞克公司于2003年4月與廣重合資成立了廣州海瑞克隧道機(jī)械有限公司，生產(chǎn)能力已達(dá)到中國第一，形成了年組裝20臺隧道掘進(jìn)機(jī)的能力，至2005年，雙方已成功合作制造了16臺隧道掘進(jìn)機(jī)。除了與廣重合作外，海瑞克公司還與北京、成都、上海、武漢、大連等城市的制造企業(yè)廣泛加強(qiáng)了合作。

　　德國維爾特公司于2005年3月與沈陽重型機(jī)械集團(tuán)成立了合資公司，目前已成功制造了1臺5.93m雙護(hù)盾TBM，2臺11.38m泥水盾構(gòu)，1臺6.28m土壓平衡盾構(gòu)。目前正在制造的還有2臺11.97m和4臺11.17m泥水盾構(gòu)。

　　但這種外企與國企合作的產(chǎn)業(yè)化方式，不能使中國企業(yè)真正獲得核心技術(shù)，國外公司嚴(yán)格對核心技術(shù)保密，實(shí)質(zhì)上是國內(nèi)工廠成為了外企的廉價(jià)分包工廠和廉價(jià)的勞務(wù)市場，除了高額利潤被外企獲得外，且國企永遠(yuǎn)不可能擁有自主知識產(chǎn)權(quán)。

　　3.2 國企獨(dú)立制造方式

　　隧道掘進(jìn)機(jī)是根據(jù)隧道施工對象“度身定做”的，不同于常規(guī)的大型設(shè)備，其核心技術(shù)不在于設(shè)備本身的機(jī)電工業(yè)設(shè)計(jì)，而在于設(shè)備如何適用于各類工程地質(zhì)，需要在長期的從實(shí)踐到理論，再從理論到實(shí)踐的反復(fù)探索，才能形成一套針對不同地質(zhì)條件的隧道掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)理論、模擬試驗(yàn)方法和系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，因此需要幾十年以上的工程施工經(jīng)驗(yàn)和對地質(zhì)情況的理解。由于國內(nèi)制造工廠的工業(yè)設(shè)計(jì)人員具備地質(zhì)經(jīng)驗(yàn)需要相當(dāng)長的時間，在短期內(nèi)不能完成隧道掘進(jìn)機(jī)的總體設(shè)計(jì)。因此，國內(nèi)制造工廠獨(dú)立制造方式至少在10年內(nèi)不能制造出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的盾構(gòu)。

　　3.3 施工企業(yè)產(chǎn)業(yè)化方式

　　中鐵隧道集團(tuán)與上海隧道股份是國家“863”隧道掘進(jìn)機(jī)產(chǎn)業(yè)化基地，目前在隧道掘進(jìn)機(jī)產(chǎn)業(yè)化方面，特別是自主開發(fā)方面，已經(jīng)走在國內(nèi)其他企業(yè)的前面，掌握了一定的核心技術(shù)，積累了較豐富的經(jīng)驗(yàn)，形成了一套有效的運(yùn)作機(jī)制，并取得實(shí)質(zhì)性的成果。這些成果得益于科研、設(shè)計(jì)、制造和施工有機(jī)結(jié)合的機(jī)制和條件。追溯世界最早掘進(jìn)機(jī)技術(shù)的起源，設(shè)計(jì)者同時也是施工者，在經(jīng)歷無數(shù)次失敗和探索之后才使隧道掘進(jìn)機(jī)技術(shù)不斷的成熟和發(fā)展起來。隧道掘進(jìn)機(jī)的生產(chǎn)特點(diǎn)是以工程為依托，由于工程的特殊性，因此隧道掘進(jìn)機(jī)的開發(fā)不具有普遍性，只有具備科研設(shè)計(jì)制造和施工一體化的企業(yè)才有獲得較大成功的可能。

　　4 產(chǎn)業(yè)化模式探討

　　4.1 產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈分析

　　隧道掘進(jìn)機(jī)是根據(jù)隧道施工對象“度身定做”的，正如裁縫根據(jù)具體的人進(jìn)行“量體裁衣”一樣。隧道掘進(jìn)機(jī)的制造特點(diǎn)是以工程為依托，根據(jù)施工環(huán)境（基礎(chǔ)地質(zhì)、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、地貌、地面建筑物及地下管線和構(gòu)筑物等特征）進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)和制造。隧道掘進(jìn)機(jī)的特殊性決定了隧道掘進(jìn)機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈體系建立在以工程為依托，系統(tǒng)設(shè)計(jì)為核心，相關(guān)配件制造企業(yè)加盟生產(chǎn)，施工單位配合使用的基礎(chǔ)上，其設(shè)計(jì)、制造必須與工程項(xiàng)目緊密結(jié)合。

　　4.2 歐美模式

　　歐美模式在產(chǎn)業(yè)鏈上的主要特征是自主設(shè)計(jì)，自主組裝，同時為用戶提供技術(shù)服務(wù)，部件制造則采取全球采購或采取和相關(guān)重型制造企業(yè)結(jié)成戰(zhàn)略聯(lián)盟的形式。其產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈見圖6，其核心是以系統(tǒng)設(shè)計(jì)為主。

　　4.3 日本模式

　　和歐美模式不同，日本企業(yè)都是制造企業(yè)，企業(yè)本身就有較強(qiáng)的大型機(jī)械設(shè)備制造能力，并把先進(jìn)制造技術(shù)作為核心競爭力加以保護(hù)。日本模式在產(chǎn)業(yè)鏈上的主要特征是自主設(shè)計(jì)、自主采購、自主制造（關(guān)鍵部件自主制造，通用部件分包）、自主組裝，并為客戶提供技術(shù)服務(wù)。其產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈見圖7，其核心是以制造業(yè)為主。

　　4.4 中國模式

　　按照中國的國情，隧道掘進(jìn)機(jī)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)該走設(shè)計(jì)、制造、施工一體化道路，走施工企業(yè)產(chǎn)業(yè)化方式。施工企業(yè)實(shí)現(xiàn)隧道掘進(jìn)機(jī)產(chǎn)業(yè)化的模式，既不同于歐美企業(yè)最初源于設(shè)計(jì)公司，也不同于日本企業(yè)源于重型制造工廠，施工企業(yè)隧道掘進(jìn)機(jī)產(chǎn)業(yè)化以施工為核心，是一個邊施工、邊反饋、邊制造、邊提升的過程，其產(chǎn)業(yè)化模式是從產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈的末端向前延伸，見圖8，其核心是以施工為主。

　　4.5 產(chǎn)業(yè)化實(shí)現(xiàn)途徑

　　施工企業(yè)實(shí)現(xiàn)隧道掘進(jìn)機(jī)產(chǎn)業(yè)化的途徑關(guān)鍵在于如何實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造能力，其重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)的自主能力，有效地利用國內(nèi)、國外兩種資源和兩個市場，實(shí)現(xiàn)隧道掘進(jìn)機(jī)最佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。

　　產(chǎn)業(yè)化的前期采取“自主設(shè)計(jì)，國際采購，國內(nèi)制造、國內(nèi)總裝”的產(chǎn)業(yè)化理念，走具有中國特色的“引進(jìn)－消化－仿制－創(chuàng)新”的研發(fā)路線，通過不懈努力和技術(shù)攻關(guān)，研制出擁有核心技術(shù)和自主知識產(chǎn)權(quán)的隧道掘進(jìn)機(jī)。

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)可采取自主研發(fā)或技術(shù)并購的方式，生產(chǎn)制造可以在國內(nèi)組建區(qū)域性產(chǎn)業(yè)化戰(zhàn)略聯(lián)盟，關(guān)鍵部件通過合作伙伴生產(chǎn)，或通過控股合作伙伴進(jìn)行關(guān)鍵部件生產(chǎn)。

　　5 “十一五”產(chǎn)業(yè)化方向

　　“十一五”期間，在全國范圍內(nèi)形成2～3個隧道掘進(jìn)機(jī)產(chǎn)業(yè)化基地，每個基地具備年產(chǎn)20臺隧道掘進(jìn)機(jī)的能力。全面提升我國隧道掘進(jìn)機(jī)制造業(yè)的技術(shù)水平，土壓盾構(gòu)系列化、產(chǎn)業(yè)化研究成果達(dá)國際先進(jìn)水平；泥水盾構(gòu)、復(fù)合型盾構(gòu)和TBM研究成果填補(bǔ)國內(nèi)空白，使中國隧道掘進(jìn)機(jī)的總體水平步入國際先進(jìn)行列。
5.1 土壓平衡盾構(gòu)產(chǎn)業(yè)化、系列化

　　完成土壓平衡盾構(gòu)的產(chǎn)業(yè)化、系列化，在“十一五”末期，在國內(nèi)新增土壓平衡盾構(gòu)中，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)土壓平衡盾構(gòu)的市場占有率達(dá)到30%。

　　5.2 泥水盾構(gòu)和復(fù)合盾構(gòu)的研制

　　完成泥水盾構(gòu)技術(shù)的消化吸收、系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)、制造、安裝和調(diào)試技術(shù)研究，并研制出樣機(jī)，掌握泥水盾構(gòu)的自主知識產(chǎn)權(quán)關(guān)鍵技術(shù)。

　　完成地鐵用復(fù)合盾構(gòu)的系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)、制造、安裝和調(diào)試技術(shù)研究，并初步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，在“十一五”末期，在國內(nèi)新增復(fù)合盾構(gòu)中，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)復(fù)合盾構(gòu)的市場占有率達(dá)到20%。

　　5.3 TBM關(guān)鍵技術(shù)研究

　　通過消化吸收，進(jìn)行TBM的系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)，完成TBM的總體設(shè)計(jì)。

　　6 結(jié)束語

　　國務(wù)院國發(fā)[2006]8號《國務(wù)院關(guān)于加快振興裝備制造業(yè)的若干意見》文件將“滿足鐵路、水利工程，城市軌道建設(shè)項(xiàng)目的需要，加快大斷面巖石掘進(jìn)機(jī)等大型施工機(jī)械的研制，盡快掌握關(guān)鍵設(shè)備制造技術(shù)”列入16項(xiàng)重大技術(shù)裝備之一。因此，加速發(fā)展我國隧道掘進(jìn)機(jī)的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化勢在必行。隧道掘進(jìn)機(jī)產(chǎn)業(yè)化宜以施工企業(yè)為主，通過組建施工、設(shè)計(jì)、制造、科研四位一體的隧道掘進(jìn)機(jī)產(chǎn)業(yè)化聯(lián)盟，建立和完善產(chǎn)業(yè)化基地，實(shí)現(xiàn)隧道掘進(jìn)機(jī)的自主開發(fā)和成套提供的總體目標(biāo)，提高我國重大技術(shù)裝備的國際競爭力。同時，國家應(yīng)予以政策支持，確定隧道掘進(jìn)機(jī)國家定點(diǎn)企業(yè)，定點(diǎn)企業(yè)享受關(guān)鍵配套件免征進(jìn)口稅優(yōu)惠政策及其它國家重大技術(shù)裝備開發(fā)優(yōu)惠政策，將隧道掘進(jìn)機(jī)的開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目列為國債項(xiàng)目，給予定點(diǎn)企業(yè)技改貼息重點(diǎn)支持，以推動隧道掘進(jìn)機(jī)的產(chǎn)業(yè)化。