1隧道掘進機產(chǎn)業(yè)化的意義

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

21世紀是地下空間的世紀，隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國城市化進程不斷加快，今后相當長的時期內(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機。隧道掘進機是一種高智能化，集機、電、液、光、計算機技術(shù)為一體的隧道施工重大技術(shù)裝備。在發(fā)達國家，使用隧道掘進機施工已占隧道總量的90%以上。由于隧道掘進機的制造工藝復雜，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)，且造價高昂。隧道掘進機在國內(nèi)尚處于起步階段，主要依賴進口，在國內(nèi)的隧道建設中，德國和日本在中國的隧道掘進機市場占有率高達95％以上，處于絕對壟斷地位。若不及早改變這一現(xiàn)狀，就會在相當長的一段時間內(nèi)，在地下工程建設中，面臨高額施工成本和技術(shù)上受制于外企的尷尬境地。實施隧道掘進機產(chǎn)業(yè)化，既可打破外企在國內(nèi)市場一統(tǒng)天下的局面，又能促進和帶動相關(guān)的機電、液壓、材料、傳感器等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，增強裝備制造業(yè)綜合實力，提高我國重大裝備在國際市場上的競爭力。

2隧道掘進機產(chǎn)業(yè)化成果

2.1產(chǎn)業(yè)化基地建設

2002年8月，中鐵隧道集團在河南建立了隧道掘進機產(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)設計試驗研究中心和上海外高橋隧道機械有限公司。

2.2土壓平衡盾構(gòu)的自主設計與制造

2001年，國家科技部將6.3m土壓平衡盾構(gòu)的研究設計列入“863”計劃。通過公開招標，課題由中鐵隧道集團有限公司和上海隧道工程股份有限公司為主承擔。在國家“863”計劃的引導下，中鐵隧道集團已經(jīng)完成了6.3m土壓平衡盾構(gòu)的結(jié)構(gòu)設計、盾構(gòu)控制原理流程圖設計、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)刀具的研究設計、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)應用研究，并實現(xiàn)了產(chǎn)品化。2004年7月，中鐵隧道集團研制的刀盤及刀具、液壓系統(tǒng)成功用于上海地鐵2號線進行工業(yè)試驗，實現(xiàn)連續(xù)掘進2650m，平均月掘進331m，較高月掘進470m，達到了項目要求的各項指標。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，中鐵隧道集團又研制出了適用于北京地鐵砂礫復雜地層的土壓平衡盾構(gòu)刀盤，并成功應用于北京地鐵4號線19標頤和園～圓明園區(qū)間。

2.3大直徑泥水盾構(gòu)消化吸收與設計

大直徑泥水盾構(gòu)消化吸收與設計是以中鐵隧道集團為主、由上海隧道股份、浙江大學等單位協(xié)助的國家“863”計劃重大專項課題。目前已經(jīng)完成《國內(nèi)外大直徑泥水盾構(gòu)技術(shù)發(fā)展研究報告》；完成了泥水盾構(gòu)開挖面穩(wěn)定機理研究，掘進系統(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)設計工作；完成了泥水盾構(gòu)控制系統(tǒng)模擬試驗臺的設計和制造，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)較大的實物模擬盾構(gòu)試驗平臺。

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)的重機廠合作生產(chǎn)隧道掘進機，并已有實際制造業(yè)績，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械有限公司，形成了年組裝20臺隧道掘進機的能力，至2005年，雙方已成功合作制造了16臺隧道掘進機。

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)廣泛加強了合作。

德國維爾特公司于2005年3月與沈陽重型機械集團成立了合資公司，目前已成功制造了1臺5.93m雙護盾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)，國外公司嚴格對核心技術(shù)保密，實質(zhì)上是國內(nèi)工廠成為了外企的廉價分包工廠和廉價的勞務市場，除了高額利潤被外企獲得外，且國企永遠不可能擁有自主知識產(chǎn)權(quán)。

3.2國企獨立制造方式

隧道掘進機是根據(jù)隧道施工對象“度身定做”的，不同于常規(guī)的大型設備，其核心技術(shù)不在于設備本身的機電工業(yè)設計，而在于設備如何適用于各類工程地質(zhì)，需要在長期的從實踐到理論，再從理論到實踐的反復探索，才能形成一套針對不同地質(zhì)條件的隧道掘進機設計理論、模擬試驗方法和系統(tǒng)的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，因此需要幾十年以上的工程施工經(jīng)驗和對地質(zhì)情況的理解。由于國內(nèi)制造工廠的工業(yè)設計人員具備地質(zhì)經(jīng)驗需要相當長的時間，在短期內(nèi)不能完成隧道掘進機的總體設計。因此，國內(nèi)制造工廠獨立制造方式至少在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

中鐵隧道集團與上海隧道股份是國家“863”隧道掘進機產(chǎn)業(yè)化基地，目前在隧道掘進機產(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，形成了一套有效的運作機制，并取得實質(zhì)性的成果。這些成果得益于科研、設計、制造和施工有機結(jié)合的機制和條件。追溯世界早掘進機技術(shù)的起源，設計者同時也是施工者，在經(jīng)歷無數(shù)次失敗和探索之后才使隧道掘進機技術(shù)不斷的成熟和發(fā)展起來。隧道掘進機的生產(chǎn)特點是以工程為依托，由于工程的特殊性，因此隧道掘進機的開發(fā)不具有普遍性，只有具備科研設計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)價值鏈分析

隧道掘進機是根據(jù)隧道施工對象“度身定做”的，正如裁縫根據(jù)具體的人進行“量體裁衣”一樣。隧道掘進機的制造特點是以工程為依托，根據(jù)施工環(huán)境（基礎地質(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）進行模塊化設計和制造。隧道掘進機的特殊性決定了隧道掘進機產(chǎn)業(yè)鏈體系建立在以工程為依托，系統(tǒng)設計為核心，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上，其設計、制造必須與工程項目緊密結(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計，自主組裝，同時為用戶提供技術(shù)服務，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)價值鏈見圖6，其核心是以系統(tǒng)設計為主。

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)本身就有較強的大型機械設備制造能力，并把制造技術(shù)作為核心競爭力加以保護。日本模式在產(chǎn)業(yè)鏈上的主要特征是自主設計、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。其產(chǎn)業(yè)價值鏈見圖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，隧道掘進機產(chǎn)業(yè)化應該走設計、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)實現(xiàn)隧道掘進機產(chǎn)業(yè)化的模式，既不同于歐美企業(yè)初源于設計公司，也不同于日本企業(yè)源于重型制造工廠，施工企業(yè)隧道掘進機產(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)化實現(xiàn)途徑

施工企業(yè)實現(xiàn)隧道掘進機產(chǎn)業(yè)化的途徑關(guān)鍵在于如何實現(xiàn)系統(tǒng)設計和生產(chǎn)制造能力，其重點是實現(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，實現(xiàn)隧道掘進機佳的技術(shù)經(jīng)濟性。

產(chǎn)業(yè)化的前期采取“自主設計，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－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)的隧道掘進機。

系統(tǒng)設計可采取自主研發(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個隧道掘進機產(chǎn)業(yè)化基地，每個基地具備年產(chǎn)20臺隧道掘進機的能力。全面提升我國隧道掘進機制造業(yè)的技術(shù)水平。

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)的市場占有率達到30%。

5.2泥水盾構(gòu)和復合盾構(gòu)的研制

完成泥水盾構(gòu)技術(shù)的消化吸收、系統(tǒng)集成設計、制造、安裝和調(diào)試技術(shù)研究，并研制出樣機，掌握泥水盾構(gòu)的自主知識產(chǎn)權(quán)關(guān)鍵技術(shù)。完成地鐵用復合盾構(gòu)的系統(tǒng)集成設計、制造、安裝和調(diào)試技術(shù)研究，并初步實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，在“十一五”末期，在國內(nèi)新增復合盾構(gòu)中，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)復合盾構(gòu)的市場占有率達到20%。

5.3TBM關(guān)鍵技術(shù)研究

通過消化吸收，進行TBM的系統(tǒng)集成設計，完成TBM的總體設計。

6結(jié)束語

國務院國發(fā)[2006]8號《國務院關(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，城市軌道建設項目的需要，加快大斷面巖石掘進機等大型施工機械的研制，盡快掌握關(guān)鍵設備制造技術(shù)”列入16項重大技術(shù)裝備之一。因此，加速發(fā)展我國隧道掘進機的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化勢在必行。隧道掘進機產(chǎn)業(yè)化宜以施工企業(yè)為主，通過組建施工、設計、制造、科研四位一體的隧道掘進機產(chǎn)業(yè)化聯(lián)盟，建立和完善產(chǎn)業(yè)化基地，實現(xiàn)隧道掘進機的自主開發(fā)和成套提供的總體目標，提高我國重大技術(shù)裝備的國際競爭力。同時，國家應予以政策支持，確定隧道掘進機國家定點企業(yè)，定點企業(yè)享受關(guān)鍵配套件免征進口稅優(yōu)惠政策及其它國家重大技術(shù)裝備開發(fā)優(yōu)惠政策，將隧道掘進機的開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化項目列為國債項目，給予定點企業(yè)技改貼息重點支持，以推動隧道掘進機的產(chǎn)業(yè)化。