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全国政协委员、中国工程院院士、浙江大学教授杨华勇:国产“穿山
发布时间:2019-10-08

  在新中国成立的70年里,一代代建设者们逢山开路、遇水架桥,不畏艰险、不甘人后,为国家前行贡献着智慧、汗水和力量,为新中国缔造了一个个人间奇迹般的超级工程,高等级公路、高铁、地铁……种种交通设施纵横交错,连接着城市与乡村,人们的生活因此更加美好。

  惟创新者强,惟创新者胜。装备制造业是一个国家制造业的脊梁,如果装备技术落后,产业总规模达158亿元,2018数码挂牌许多重大工程就难以顺利开展。随着科技创新,我国掘进装备技术水平逐渐迈入了世界前列,大国重器开始走出国门,活跃在许许多多国际超级工程中,盾构机就是一个典型的代表。

  梦想成线日,由中国铁建重工自主研制的一台直径11米级盾构机从上海启航,前往莫斯科参与地铁隧道挖掘施工,这是中国向欧洲出口的最大直径的盾构机。就在此前一个月,由中铁工程装备集团设计制造的两台土压平衡盾构机成功下线,也将出口丹麦,中国盾构机首次打入北欧市场。

  “梦想的这一天终于来了!我们已经成为盾构技术强国,可以和发达国家并跑了。”前方捷报频传,全国政协委员、中国工程院院士、国家重大基础研究(973)项目首席科学家杨华勇难掩内心的振奋。这些年,他与中铁装备、铁建重工等企业稳定精诚合作,使国产盾构机从无到有、从有到强,我们国家拥有了盾构机的自主知识产权。

  在新中国建设的起步阶段,盾构机的需求已经开始凸显了。上世纪50年代中期,中央批准北京修建地铁1号线。由于没有专业掘进设备,地铁隧道挖掘进度缓慢。得知这个情况后,周恩来总理指示科委立项研制盾构机。无奈当时的技术欠缺太多,尽管赶做出来一台样机,只是掘进了100米左右就停止了工作,12公里长、近10米深的隧道修建基本上全部依赖中铁建的前身——铁道兵战士夜以继日地人工挖掘。

  “比如,一台6.3米直径的进口地铁盾构机,从广州登陆5000万元人民币左右,一路北上,身价飙升,到北京就达到了6000多万元。为此,一些企业只好用二手盾构。”杨华勇说,不仅如此,由于外方设置了技术壁垒,不允许中方参与设备维修,维修工时也取决于外方。外方派来的专家,是从飞机离开家就开始计工时费,加上吃住行等费用,每天要花掉中国企业将近3000美金。板子打在施工企业的身上,疼到无法言语。

  一页翻过,换了人间。如今,仅中铁装备和铁建重工两家企业的盾构产品,就批量出口到20多个国家。从进口盾构一统天下,到仅中铁装备一家公司年产盾构就能达到180台,盾构机成为继高铁后中国企业走出去的又一张“金名片”。失去了中国这个最大的出口市场,曾经遥不可及的发达国家的盾构机公司,或破产或被中国企业收购。

  今非昔比。今年6月2日,在北京地铁的施工现场,国产“正阳一号”盾构机正在工作。这个庞然大物的启动,意味着贯穿北京城的“地下中轴线号线三期工程王府井到前门区开始掘进。从铁道兵到中铁建,不只是一个企业名号的更迭,更展示着大国奋进的腾腾足音和坚强实力。与此同时,中铁建莫斯科地铁项目施工也在进行中,这个项目是中国企业首次在海外市场实施大直径地铁盾构工程,在国际舞台上展示着中国机械工业的领先水平。

  盾构机100多年前诞生于英国,德国、日本等制造强国后来居上。杨华勇曾在英伦学习流体传动及控制专业,但他第一次接触到盾构机还是在浙江大学的实验室里。

  那是上世纪90年代的一天,正在黄浦江下开展隧道作业的一台进口二手盾构机突然停止不动了,面对这台笨重的“洋家伙”,施工人员面面相觑,不知道该怎么办。一想到要求助外方,那高昂的费用和不知要拖到多久的维修期限,他们就犯愁。在一位领导的提议下,机器上损坏的一个关键部位被运到了机械专家杨华勇面前“求医”。

  一番折腾后,机器修好了。从那以后,杨华勇也与盾构分不开了,他成了隧道里的“急诊医生”,不时参与“会诊”。而盾构机的昂贵维修费用和外方苛刻的条件也刺激了他,“我们要是有自己的盾构机,该多好啊!”他开始为国产盾构的立项论证奔走呼号,常常自费跑到北京参与各种研讨会。时间一长,反对声大,又没有经费着落,不少机构退出去忙别的事情了。

  在共和国的故事里,人们常常能听到科学家们为了国家的建设发展展示出的赤子之心。正当杨华勇一筹莫展时,契机出现了。知道各大城市的建设都受制于进口盾构后,“中国近代力学之父”钱伟长高瞻远瞩,看到未来盾构市场的巨大潜力,致信党和国家领导人,呼吁尽快结束大笔费用拱手让给发达国家,中国没有自己的隧道掘进机产业的尴尬局面。

  2002年,科技部将盾构关键技术研发列入“863”计划,具体负责论证可行性的工作由杨华勇负责。杭州、上海、广州、北京……每个月,相关机构都要变换地方做进一步的调研,寻找自主研制可行的技术路线。“照葫芦画瓢很简单,但我们的目标是掌握核心技术,做自主研发。”杨华勇说。盾构机的电液驱动和控制系统是核心关键部分,被称为盾构机的“心脏”。在最初的科研中,科学家们化整为零,由三家企业牵头,俄罗斯航空登记自有嗅探犬品种 约50只犬在岗执勤。联合几家高校分别承担一部分难题,杨华勇承担的就是“心脏”部分。从拆德国旧盾构机做起,把液压和电控系统、刀盘一一改装。在夙兴夜寐研发出自主知识产权的盾构机的电液驱动和控制系统后,改装好的盾构机在上海地铁2号线延长线掘进试验成功。

  随后,我国自主研发盾构机开始推进。以中铁隧道集团和上海隧道股份公司为牵头企业,致力于盾构机的国产化和产业化。2007年,浙江大学杨华勇团队与中铁隧道集团等多家单位开展合作,推出第一台自主知识产权的复合盾构机“中铁一号”。中国中铁股份公司网站于2009年4月10日发布了一则消息,“中国中铁一号”盾构机在天津地铁三号线盾构工地成功始发,通过天津市建委组织的验收,标志着该台盾构机的各项技术指标和性能均达到国际领先水平。

  一件事情成功后,回首向来萧瑟处,总是多有感触。杨华勇笑着说,感触最多的,可能就是那些“不相信”了——

  “当时有一种说法,超过百万元的机电设备,中国不太可能做出来。即使做出了样机,也不可能量产。”杨华勇说。要打消人们的疑虑,只能用产品实力说线年,“中铁一号”在天津地铁的施工中与进口盾构“同台竞技”,结果证明国产样机安全性和工作效率等技术指标不输于进口盾构机,一战成名后,一下子换来8台订单。

  在重庆、青岛等一些城市,建隧道碰到岩石多,土压平衡盾构机已经满足不了这种硬岩地质结构,硬岩掘进机的研制应运而生。2014年末和2015年初,在南非买枪真的很简单,铁建重工和中铁装备分别自主研制的国产首台大直径全断面岩石隧道掘进机(敞开式TBM)分别在长沙和郑州成功下线年,我国自主研制的首台TBM硬岩掘进机参与了国家“十三五”水利建设重点项目——吉林省中部城市引松供水工程的施工,为其如期在2019年年底建成通水奠定了基础。自此,十多年的持续努力结出了硕果,性能不变、造价降低近40%的国产硬岩掘进装备放量全面占领超过全球70%的市场;同时,中国TBM还出现在国外的黎巴嫩供水、老挝水电站、伊朗引水等工程中。

  杨华勇还记得,10多年前,与铁建重工开始合作研制盾构机时,他应邀到长沙考察,入眼只有推土的景象,连一个像样的车间都没有。可时隔不到一年他再去时,一系列现代化标准的盾构机生产车间已经成体系正式使用了。从盾构机到硬岩掘进机,铁建重工热忱的渴望,高效的执行力,令他对中国隧道装备的未来充满信心。

  凡是过往,皆为序章。眼下,杨华勇领着产学研团队着眼于智能盾构的研究。“因为掘进装备市场在中国企业手上,技术未来的发展当然应该由我们自己来引领。”盾构机在掘进运行中遇到各种各样地质与装备的问题,都需要司机及时做出很多决策,因此司机的培养周期很长。未来,随着技术进步,数据实时直接抵达总部各部门。“例如一个远在以色列特拉维夫的工地在盾构施工中遇到问题,工作人员不必到现场,在办公室就可以做出正确的决策,实时协助司机解决万里外的问题。不久的将来,还可以让机器人去换盾构机已损坏磨损的刀头。可期的未来,司机可以被部分替代或完全替代。”

  ●1969年,中国首条地铁——北京地铁一期工程正式通车。如今,一号线仍然是北京城市交通的主力军,每年运送着上千万的旅客。

  ●2016年,中铁装备研制的世界首台马蹄形盾构机成功下线,这标志着我国的异型掘进技术走在了世界前列。中铁重工自主研制的首台高铁大直径泥水盾构和首台铁路双线超大直径泥水盾构在长沙正式下线。两台国产大直径泥水平衡盾构的成功研制,标志着我国已经打破了国外企业在大型隧道掘进机装备领域的技术和市场垄断地位。



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