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鐵建重工自主研發盾構機核心技術 “地下蛟龍”筑山海通途

2022-04-14 09:44:01 來源：經濟日報

在北京東六環入地改造工程中，長150米、重4300噸的國產最大直徑盾構機“京華號”成功穿越了首個特級風險源；在廣東東莞虎門鎮，我國最深海底隧道盾構機“深江1號”正在向珠江口106米的海底深處掘進……這些體形巨大、猶如“地下蛟龍”的施工利器，都來自中國鐵建重工集團股份有限公司。

十幾年前，我國盾構機主要依賴進口，甚至盾構施工都難以獨立完成。如今，國產盾構機在國內新增市場占有率達到了95%以上，并占據了全球三分之二的市場份額。在此期間，鐵建重工推動以盾構機為代表的地下工程裝備產業發展，在“強投入”的創新驅動下，充分用活“揭榜掛帥”機制，激活科技創新強勁動能。

通過做強地下工程裝備主導產業鍛長板、持續研發關鍵核心技術補短板，鐵建重工實現了技術從跟跑、并跑到部分領跑，產品從進口到出口的巨大跨越。

提升創新活力

“京華號”“深江1號”“錦繡號”……這些都是集開挖、支護、出碴等功能于一體的高端地下工程裝備。在鐵建重工長沙產業園的生產車間里，工人們駕起天車，或拉或頂，吊裝分塊盾體，一臺臺盾構機從這里組裝出廠，走向全國，走向世界。

在近期披露的鐵建重工2021年年報中，一組數據引人注目：2021年，企業研發投入達6.78億元，占營收比例7.12%；研發人員1413人，占總人數28.6%。

“企業一直以來都很重視科技創新資源投入，科技創新始終保持兩個比例不變，即每年研發經費投入占營業收入不低于5%，研發設計人員占員工總數的比例不低于20%。”鐵建重工科技發展研究院院長廖金軍說。從數據看，鐵建重工2019年、2020年、2021年研發投入占營收比例分別為6.43%、7.27%和7.12%，高于同行業企業研發投入水平。

企業想要獲得長遠發展，光有投入還不夠，還得用活機制。廖金軍介紹，盾構機技術十分復雜，涉及機、電、液、光、控制、智能、巖土、工程等多學科和多領域的高精尖技術，需要跨學科、跨部門、跨行業協同攻關。

近年來，鐵建重工顛覆了以往直接申報科研項目的模式，實施了“發布指南，征集難題，總師掛帥，組隊實施”的科研項目管理機制，充分發揮“揭榜掛帥”機制作用。鐵建重工根據產業規劃制定科研項目指南，明確指標張榜公布項目；實施總師公開競聘揭榜，“英雄不問出處”；打破部門墻、專業墻限制，不同研究院、不同專業人員通過自申報，與項目總設計師雙向選擇，形成研發團隊協同研發；放權賦能，總師掛帥，組織項目實施；每個項目評定總積分，項目總師負責實施過程積分分配。

廖金軍說，通過機制創新，大大提升了企業科研創新活力，實現變被動創新為主動創新，科研立項數量加倍增長。2021年，鐵建重工新增授權專利346件，累計專利總數為1554件，其中發明專利“敞開式掘進機”獲中國專利金獎。

強化技術優勢

在鐵建重工盾構機總裝車間里，一臺直徑6.87米的泥水平衡盾構機開始裝配。“這是一臺出口新加坡的盾構機，計劃6月工廠驗收。”鐵建重工泥水盾構研究所工程師王朝輝一邊比對圖紙一邊說。

在他們研制的設備中，直徑6.87米算是個“小個頭”。王朝輝所在的這個車間，自2020年以來，已陸續出廠了多個直徑14米及以上的“大個頭”盾構機，超大直徑盾構機打破了國外品牌的壟斷。

鐵建重工掘進機研究設計院副院長張帥坤告訴記者，相比6至8米常規直徑、8至14米大直徑盾構機，14米及以上超大直徑盾構機的系統集成更復雜，加工制造更困難，可靠性要求更高，工程應用風險更大，一直是國產盾構機技術研發和推廣應用的薄弱領域。以“京華號”為例，這是國內企業首次鍛造16米級超大直徑盾構機，研發與設計充滿挑戰。“我們潛心攻關2900多個日夜，陸續解決了多個關鍵系統設計、制造技術難題。‘京華號’無論是尺寸規模，還是技術應用，都達到世界領先水平。”張帥坤自豪地說。

據統計，2020年以來，鐵建重工已經成功研制6臺15米及以上超大直徑盾構機，分別應用在杭州艮山東路、下沙路項目，長沙湘雅路過江通道，安徽蕪湖過江隧道，北京東六環改造，珠海橫琴杧洲隧道工程跨海隧道等工程中，鞏固了國產超大直徑盾構機核心技術自主可控能力，推動中國高端地下工程裝備領先世界。

國產裝備提速重大工程，重大工程助攻國產裝備。目前，鐵建重工研制的盾構機在主驅動集成、變頻驅動和控制、高承壓主驅動密封、高精度隧道導向、設備姿態監控等方面，均已達到國際先進水平，其中常壓換刀、開挖艙作業機器人、永磁同步驅動、電液混合驅動、大埋深可變徑設計方法等技術已實現世界領先。

以電液混合驅動技術為例，傳統設備多為單動力驅動，在硬巖層開挖選擇轉速更高的電機驅動，軟巖地層開挖則選擇液壓馬達驅動。鐵建重工研制團隊通過創新運用液壓馬達和電機雙驅動，實現速度與馬力自如切換，破解了困擾隧道挖掘行業多年的世界級難題——“卡機”問題。

加快數字化轉型

當前，制造業數字化轉型升級已成為企業發展新趨勢。作為傳統制造企業，在產業升級的風口，鐵建重工圍繞數字化轉型升級進行了諸多摸索與嘗試，著力推進以研發設計數字化、產品機器人化、制造智能化、服務數智化、管理智慧化為技術方向的數字化轉型。

“簡單地說，就是要將產品塞進電腦、將車間搬上電腦、將隧道建在電腦。”鐵建重工黨委書記、董事長劉飛香比喻說，企業要構建產品設計、制造、施工全過程數字孿生系統，在虛擬空間中實現研發設計、模擬制造、模擬運行，滿足定制化、個性化、多樣化產品需求。

圍繞產業智能化升級，鐵建重工打造了具有智能感知和分析決策功能的地下工程裝備，并在高原鐵路、鄭萬高鐵等重點工程中實現應用，有力助推了地下工程建設的少人、無人作業。

隨著一批國家戰略性工程的開工建設，我國對高端地下工程裝備的需求與日俱增。“部分國產配套核心基礎件可靠性不足，性能指標不能滿足設計要求，產品智能化程度有待提高等問題，是今后亟待制造企業解決和攻克的難點。”劉飛香說，比如盾構機的一些核心零部件，由于應用工況惡劣、產品可靠性要求極高、規格尺寸巨大，對基礎設計理論、原材料、熱處理、制造加工工藝、裝配與試驗能力提出了近乎苛刻的要求。

“鐵建重工正依托多項國家和省級重大科技項目，開展盾構機關鍵技術攻關，推動我國地下工程裝備實現從關鍵零部件到整機的全面國產化，促進產業產品全面領先世界。”劉飛香說。（經濟日報記者劉麟謝瑤）

標簽：核心技術