2022年,一台印着“中铁1144号”字样的庞然大物,经过层层验收,发货运往德国汉堡。
那是国产盾构机第一次进入德国市场,用于汉堡热能隧道项目。
德国人买了。
就是那个1997年,把硬岩隧道掘进机卖给中国、当年让中国工程师围着看了半天、感叹“原来还有这种东西”的德国。
27年,从买进来到卖出去,卖回给最早卖给你的那个国家,走到这一步可不简单。
德国,可是老牌制造强国,对工业的要求极其严苛。
但真正让人想搞明白的,不是中国盾构机有多厉害——而是中国往外卖盾构机,为什么一点不怕被仿制?
盾构机是什么?
修地铁,打隧道,传统办法是挖开地面往下挖,再盖回去。
这办法在城市里没法用,挖开地面,地上的楼房怎么办,路上的车怎么办,底下的管道怎么办。
盾构机,解决的就是这个问题。
它像一条钢铁大虫子,头部是一个圆形刀盘,转起来。
同时切割土石,把碎料往后传,管片往前拼,边挖边撑一点一点往前推。
地上几乎没有动静,地下隧道已经成型了。
一台标准的盾构机,直径从几米到十几米不等,长度约百米,重量几百吨到两千吨,整机有一万多个零部件。
央视《新闻联播》2023年11月的报道里明确写道:全球每10台盾构机中有7台来自中国。
但这一切,距离1997年只有不到30年。
1997年,中国从德国买了两台硬岩TBM(敞开式隧道掘进机),用于西康铁路秦岭隧道建设。
那是中国工程师,第一次真正近距离看到硬岩隧道掘进机长什么样。
中国工程师看到这台机器的威力之后,开始研制自己的产品。
一台德国设备,点燃了一个决心
2002年,“盾构机关键技术研究”正式列入国家863计划。
863计划,全称国家高技术研究发展计划。
1986年3月由四位科学家向中央建议设立,是中国最顶级的科技攻关部署。
盾构机进了这个名单,意味着什么?
国家认定,这是一件没有外国人会主动帮你、必须自己啃下来的硬骨头。
一件东西,只有在别人不愿意教你、不愿意卖给你的时候,才会被郑重其事地列进国家战略。
六年后,2008年,中国第一台拥有自主知识产权的复合式土压平衡盾构机“中铁1号”在新乡正式下线。
从买进两台德国货,到造出自己的,六年。
但造出来,不代表人家信你。
隧道施工容错率极低,地下百米。
一旦设备出问题,人进不去水进来,代价是工程停摆、人员伤亡,损失用亿来算。
“中铁1号”刚出来那几年,国内很多人不敢用,宁愿多花钱买进口的,觉得国产品质没法保证。
这种处境难堪,但也没别的办法,只能一个工程一个工程地去证明。
2012年,机会来了
中铁装备,拿下了马来西亚的一个地铁隧道项目。
结果是什么?
使马来西亚隧道的贯通,提前了43天,创造了当地盾构施工纪录。
第一次出海,就打破了当地纪录。
从此,中国盾构机的海外口碑,就这么立起来了。
随后,新加坡、意大利、法国、韩国、阿联酋……
截至现在出口到30多个国家和地区的庞大市场陆续打开。
现在回到最关键的问题:卖出去,不怕被仿制吗?
这个问题,中铁装备掘进机院关键部件分院院长叶超给出了一个答案,被新华社记录下来:
“中国有着最丰富的实际工程应用,我们可以得到大量的反馈来改进产品。”
他举了例子:中国的高铁里程、地铁里程、南水北调、青藏线,这些工程在世界上都创了纪录。
全世界没有哪个国家,能给盾构机提供中国这种体量的练兵场。
中国盾构机为什么越来越好,因为中国地下工程太多,打出来的经验太厚。
改进的迭代太快,别人根本追不上这个速度。
再说零部件。
一台盾构机有一万多个零部件,刀具和主轴承主要聚集在河南,电机主要在山西,齿轮主要分布在长三角和重庆。
10年前,这些关键零部件全部依赖进口。
现在全部国产化了。
一万多个零部件,背后是一万多个供应商,每一个都是一条独立的工业链。
你要仿制一台盾构机,需要同时仿制一万多个零部件的制造能力,以及把这些能力整合在一起的系统集成经验。
仅刀具这一件,就已经让人头疼了。
刀具是盾构机的牙齿,直接和岩石接触,对材料的要求极端矛盾:
要硬,耐磨,还要柔韧,不能脆,一旦脆了高速旋转下直接断裂,整台机器就废了。
这种材料当年中国没有,外国封锁不卖给你。
中铁装备和清华大学联合,对十几种添加元素进行了上千次试验。
最终解决了超硬材料高强、高韧的难题。
上千次。
十几种添加元素,一个一个试,一次一次记录数据,一次一次调整配比,试错成本全部自己扛。
试出来的那个配方,是独属于中国的工业秘密。
你把机器买回去,拆开来研究,能看到刀具形状,看不到那上千次试验里试出来的材料配方。
那些不在零件里,在人脑子里,实验室的数据库里。
仿制一台机器容易,仿制一段积累出来的经验,没有捷径。
还有一件事更绝
经过多年实践和改进,国产盾构机甚至在某些方面比西方同类机器更先进,也出现了只有中国才能造出的机型。
以前是外国有中国没有,现在是中国有外国没有。
什么是只有中国才造得出的机型?
举个例子——为了解决俄罗斯极寒天气下的施工难题,铁建重工专门研发了5台适应极寒地层的盾构机,2018年到2019年在莫斯科西南部完成掘进始发。
极寒地层盾构,这是中国工程师针对特殊地质条件做出的定制化方案。
别人没有这个需求积累,也就没有这个技术储备。
还有“永宁号”——能爬坡的盾构机,借鉴爬山虎的结构,加装了8条腿、16个脚能在斜坡地形作业。
研究、设计、试验,50多名专家研究了40个月才搞定。
还有世界最大直径高铁泥水平衡盾构机“领航号”,开挖直径15.4米。
“江海号”,2024年10月下线,直径16.64米,中国自主研制的超大直径盾构机。
这两台机器,是在2024年一年内先后下线的。
外国想仿,仿制品还没出来,中国已经出了下一代。
速度差就是护城河,这条护城河,靠的是几百个工程积累出来的实战经验,和一条完整的国内供应链在背后支撑。
“领航号”盾构机现在能做到什么程度?
盾构机有人值守、无人操作。
搭载超前地质预报系统,可对刀盘前方10米到40米的地质条件,进行精准探测。
智能感知系统实时分析地质,保证正常掘进。
平均月掘进距离可达600米。
月掘进600米,相当于每天推进20米,日夜不停自动挖,自动感应前面是什么,自动调整策略。
2023年5月下线的世界首台绿色盾构机“中铁1237号”,开挖直径9.16米,总重1900吨。
一台1900吨的钢铁大虫子,在地下20米自己决定往哪里挖,还能提前感知前面40米的地质变化。
这是机械制造加人工智能加材料科学的综合体。
仿一台机器,需要同时仿三个领域的顶端能力。
25年前,中国中铁95%的设备依赖进口,仅盾构机一项,每年要砸出去一大笔还得看别人脸色。
现在,全球市场70%是中国的,出口30多个国家,产销量连续六年世界第一,德国都在买。
2025年,中铁装备郑州车间四条生产线全速运转,准备出口新加坡、澳大利亚的盾构机赶在节前完成交付。
澳大利亚那台,是中铁装备出口最大直径的盾构机,搭载换刀机器人、自动运输系统。
换刀机器人——不用人钻进去,在地下自己换牙齿。
所以,有人说仿制?
欢迎来仿,仿得了算你厉害。
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