市场蛋糕巨大 国产盾构机任重而道远
随着北京2008奥运会的临近以及上海世博会的即将召开，北京、上海、广州等地交通建设的步伐也在不断加快，特别是对大都市来说，解决交通堵塞最好的方式无疑于地铁或轻轨建设。盾构机－－可能很多人比较陌生，但是如果联系到地铁隧道建设，大家就应该有些了解，其实就是挖隧道的专用机械。而如今，随着北京、上海、广州等各大城市轨道交通建设投资不断加大，盾构机这个动辄几千万或上亿的大型设备国产化进程显得越发重要起来…
为深入了解国内外盾构机发展最新情况，了解盾构机国产化进程，特别采访了原地铁专业委员会秘书长、现任中国土木工程学会城市轨道交通技术推广委员会专家、北京城建设计研究总院有限责任公司顾问杜文库先生，他从事盾构机研究多年，对于世界盾构机发展有着非常深入的研究和独到的见解。
盾构机，全名叫盾构隧道掘进机，是一种隧道掘进的专用工程机械，现代盾构掘进机集机、光、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，涉及地质和水文地质、土木、力学、机械、液压、电气、控制、测量等多门学科技术。用盾构机进行隧道施工具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可控制地面沉降、减少对地面建筑物的影响和在水下开挖时不影响水面交通等特点，在隧道洞线较长、埋深较大的情况下，用盾构机施工更为经济合理。盾构机最重要的特点就是要按照不同的地质和水文地质条件进行“量体裁衣”式的设计和制造，每台配置都不一样，可靠性极高。
盾构机由不同部件组成，尤其大型轴承的制造，主密封、各变速箱机构、液压系统、监控量测元件和系统都需要事先分工生产，形成产品技术平台。特别是旋转刀盘部分技术含量高且造价最高，不同地质条件刀具的配置差别很大，包括液压泵和阀门在内的多个关键部件都要依靠国外进口。据业内人士分析，在北京、广州、南京、天津等地的地铁隧道建设中，90％以上的盾构都是从德国和日本公司购买的。杜文库向记者表示，因为盾构机研制技术含量高、制造工艺复杂，目前世界上只有极少数的厂商掌握盾构机研发制造技术。
据有关数字显示，目前国外盾构机由于其高附加值及精良制造工艺，直径为6米的盾构设备造价在400－700万美元之间。2007年南京长江隧道工程中将用到两台14.93米超大直径复合式泥水盾构机，是普通地铁施工盾构机的两倍多，重达4000吨，总长130多米，为世界第二大泥水盾构机（仅次于上海崇明岛隧道工程使用的盾构机），该盾构机价值约3亿元人民币，南京长江隧道工程需用两台，加上配套设施，总价值达7亿元。
调查显示，国产盾构机存在地质适应性较差、缺乏砂卵石和岩石地质使用的经验和业绩。同时，国产设备所需部件中包括大型轴承、液压马达、泵、检测元件、特殊刀具等关键件目前尚需通过进口，直接导致掘进机价格居高不下。据沈阳重型机械集团某位参与盾构机制造的负责人表示，当前必须加大盾构机制造的国产化比例，否则我国实现盾构机的自主创新战略无从谈起，价格永远是国外厂商说了算。
基础建设猛增市场需求巨大
杜文库对盾构机市场发展前景非常看好，“随着我国基础设施的大规模建设以及西部大开发战略的实施，铁路建设、水利建设等工程都将有大量的长、大隧道需要建设。现代化城市建设中的地铁工程、市政工程(排污水管、输水管)、越江隧道也在不断增加。越来越多的工程建设单位将首选隧道掘进机施工，因为它带来的是高效、安全、便捷。”据业内专家预测，截至2010年，我国隧道建设需要再购置直径3～9米岩石和盾构掘进机200余台，还不包括微型掘进机在内。据杜文库预估，随着城市立体化、管线入地化趋势的到来，2010年我国盾构掘进机数量将达到400台以上。
单就国内市场近几年来的需求来看，杜文库向记者列举了一些数字。现在国内应用盾构施工最多的城市是上海，借助上海隧道股份成熟的研发制造和良好的地质条件，当前已经达到了80多台，有望超过100台的需求量。地铁建设的活跃城市－广州目前已经保有量已经达到50台以上。伴随奥运的临近，北京地铁建设规模不断扩大，如果新建6条线全部开工的话，起码估计需要三四十台，这是近年来盾构机应用发展最快的机遇。
“为什么这么说呢，因为现在除了地铁建设用的比较多之外，铁路隧道也开始大量应用盾构机了，包括引水隧道已大量使用。除此之外，现在城市地下管网用盾构机施工的实例还不多，这方面我估计也会好起来。随着人们对环境保护意识的增强，城市地下管道建设不能总通过开挖地面解决，这种情况下，微型盾构的应用机会将逐步增多。”杜文库说到。“面对这样大的市场应用前景，盾构国产化替代进口是我们的目标和主要任务。”
据不完全统计，2015年以前，我国已建城市轨道的15座城市将新建轨道交通65条线，总长度为1700公里，还将有若干城市批准承建，投入施工的盾构约300台以上，而采用盾构掘进机施工将是必然的选择。加上大型的越江工程，我国的各类盾构未来潜在市场将有200亿元以上的产值。
盾构机迎来政策发展机遇
从国家发展十五规划开始，国家政府非常重视城市地铁隧道建设。为提高我国隧道掘进机技术水平，尽早形成支柱性产业，科技部“十五”863计划主题把研制开发直径6.3米的土压盾构机列为重点课题。上海隧道股份、中铁隧道集成各自在设计、制造、施工方面的优势，联合浙江大学、同济大学等成立产学研结合的课题组。经过两年时间，经历了引进与合作、消化与吸收、独立研发等几个阶段，我国第一台具有多项专利权的地铁盾构掘进机“先行号”在上海问世，并应用于上海地铁二号线西延伸隧道工程，各项性能指标均达到先进水平，初步实现了刀盘和液压驱动系统的国产化研制。
工程院院士王梦恕指出，伴随我国加入WTO、市场准入的逐步放开，如果不加强在盾构掘进机技术领域的研发、生产和应用，我国将失去更大的市场份额，错过掘进机早日实现产业化的时机，造成大量的外汇流失。如果不进行盾构掘进设备的自主创新，那么国内制造企业只能在低效率、高能耗的层次徘徊，相关产业更不可能取得长足进步。支持关键设备国产化，加强自主创新是增强装备制造业竞争力的关键。
2006年是十一五规划的第一年，《国务院关于加快振兴装备制造业的若干意见》也正式出台。《意见》提出，选择一批对国家经济安全和国防建设有重要影响，对促进国民经济可持续发展有显著效果，对结构调整、产业升级有积极带动作用，能够尽快扩大自主装备市场占有率的重大技术装备和产品作为重点，加大政策支持和引导力度，实现关键领域的重大突破。《意见》中第10条指出：“满足铁路、水利工程、城市轨道交通等建设项目的需要，加快大断面岩石掘进机等大型施工机械的研制，尽快掌握关键设备制造技术。”在2006年3月8日《意见》落实工作会议上，国务院副总理曾培炎认为，“要按照《若干意见》精神，抓住机遇，加快发展，力争到2010年发展一批有较强竞争力的大型技术装备制造企业集团、制造业集中地和工程研发中心，初步建立以企业为主体的技术创新体系，增强具有自主知识产权的重大技术装备制造能力，逐渐形成合理分工、相互促进、协调发展的装备制造业格局。”
“就政策支持力度方面讲，国家政府已经做出了明确的表态，科技部和国家领导非常重视。但是具体到盾构机上还需要一定的时间，而且还需要政策的继续扶持。例如盾构机关键部件进口免税的问题，前不久两税进行合并，进口关税由33％降为25％，过去免税是给用户的，现在是退税给制造商了，但是如何最终落实到用户特别是采购方值得考虑。”从用户角度考虑，杜文库有着自己的观点，设备高昂的价格成了众多施工单位采购决策的重点，他们必须通过采购谈判，选择性价比最合理的产品。谈到盾构机在北京地铁首次引进，他感触颇深。“当时北京地铁开始采用盾构做试验段工程施工的时候，有很多人士认为没必要，认为盾构机造价高，施工不经济。但是经过实践证明，盾构机施工安全可靠，速度快又经济。浅埋暗挖法经常出事故，每天挖1～2米就多了，而盾构施工一天几十米的速度有明显优势。当然，盾构施工也有局限性，它也不是万能的，盾构不能完成所有的地下工程施工，任何一种施工方法都有它的适用范围和优势。故各种施工方法都在不断发展，共同为地下工程所应用。”
国内大中型城市的数量和发展规模目前正在不断上升，为了更好的解决交通拥堵，地铁隧道建设正在被更多的市政部门所接受。杜文库表示，“就目前而言，特大城市地铁建设已经有15个之多了，处于前期立项阶段的还有十几个城市，以后国内各省会城市都要建地铁。所以，盾构机市场需求量是非常明显的，实践证明盾构施工是又快又好的又安全的方法。”
世界盾构机发展水平日新月异
盾构机的问世至今已有180年的历史，尤其是欧洲盾构机技术最为领先，早在1818年，英国工程师布伦诺尔研制出最初的盾构机，同时也是他首次推出隧道盾构施工方法。1825年至1841年间，利用布仑诺尔设计的盾构凿通世界第一条水下隧道，长约1100米。谈到亚洲国家盾构机的发展历史，杜文库表示，中国和日本同时起步研发盾构机，但是日本生产量目前最多，总量累计近万台，日本很多工程包括下水道都用盾构施工，多领域的应用使得日本盾构机发展非常迅速。相比之下，中国最初只在上海市政建设和越江隧道中用了盾构机，地铁建设大量使用盾构是从90年代开始的，当时只有上海、广州、北京三地采用盾构机施工，极低的需求量也限制了我国盾构机研发、制造、推广的步伐。
早期的盾构主要是利用盾构机械所特有的盾壳作为支护，以保证在其内部进行开挖和衬砌等作业，开挖采用人工方式。随着隧道工程量的增加，为适应多种情况下的施工要求和提高施工效率，隧道掘进机才得以不断发展，除不断完善软土隧道掘进机及应用技术，又开发出能够适应岩石地层施工的岩石隧道掘进机及应用技术。现代盾构掘进机采用了类似机器人的技术，如控制、遥控、传感器、导向、测量、探测、通讯技术等。世界盾构机技术发展与我国形成明显对比的是，随着高新技术的发展，盾构机控制技术的科技含量越来越高，遥控控制技术、激光制导技术已普遍应用于盾构机中，使得盾构机的操作、地表沉降的控制更趋简易，隧道的施工质量也越来越好。
据介绍，盾构机发展到今天种类已经非常齐全，已生产了断面为圆形、矩形、双圆、三圆、球型盾构、子母盾构等，尺寸也从直径200毫米到15米多。虽然盾构机的种类较多，但其工作原理基本相同，主要由切削刀盘、动力机构、液压主轴顶进机构、液压纠偏机构、液压中继顶进机构、衬砌及岩土排运机构以及检测导向机构等几个部分。
据杜文库介绍，近30年来，在日本、欧美等工业发达国家发展很快，在城市隧道中使用盾构机施工的已经占到90％的市场份额，这也推动了各类盾构机及隧道施工技术的发展。当前，主要盾构机生产国家为日本、德国、美国、加拿大等，其中以日本、德国技术实力最为突出。相对高密度机械设备应用行业而言，盾构机行业门槛较高、技术附加值突出、制造工艺复杂成为制约盾构机厂商的主要因素。据悉，目前著名的盾构机制造商包括德国海瑞克，加拿大拉瓦特，德国维尔特，美国罗宾斯，日本三菱，日本石川岛等几家专业制造商。
国产盾构机发展的瓶颈不少
有分析称，我国大约有95％的盾构掘进机依赖进口或合作制造，欧洲和日本等公司的地铁盾构机基本上垄断了中国的盾构掘进机市场，而且价格居高不下。其中，占据欧洲大半市场份额的海瑞克、以产量1670台居世界首位的三菱重工、以及拥有多个品牌的德国维尔特的表现最为抢眼。据业内人士介绍，全国用于上海、北京、广州等地的地铁隧道及越江隧道施工的盾构机已进口150多台，用于各地引水隧道、铁路隧道施工的硬岩隧道掘进机进口了20多台，而在上海地铁施工中将要投入使用的国产盾构掘进机只有30多台。
我国政府对于盾构机的投入研发很早就已经开始了，并且小有成就。但是为何我国盾构机市场依然是外资品牌绝对控制呢？杜文库指出，众多地下隧道建设项目施工单位不相信国产设备。“德国海瑞克之所以取得很大的成功，是因为该公司总裁海瑞克先生是做盾构施工工程师出身，他善于把施工的需求与盾构性能密切结合，通过多年积累，现在海瑞克已能够研制多种不同地质环境下所需要的盾构设备，在中国市场销售的80多台盾构掘进机械更是明证。”同时，他指出，行业技术标准这个老毛病同样出现在盾构机上，现有标准已经不能为设备研发提供有力的帮助。中国重型机械工业协会理事长汪建业认为，国内众多企业在创新机制上存在问题，科研人员的创新鼓励经常不到位。
装备制造业在我国的发展除了自身研发之外，众多尖端机械设备更多的是采取“市场换技术”，以取得最快的核心技术掌握速度。杜文库指出，盾构机的技术优势更是明显，关键部件技术掌握在世界少数厂家手中，我国机电设备，钢材材质都不是很过关，特别是大轴承的研制生产依然不是很成功。上海、北京、广州等很多地方企业曾经在“市场换技术”原则下与国外企业合作，但据业内人士透露，所谓的合作，实际是由外商总承包及技术负责，国内合作企业只承担结构件制造及组装。杜文库认为：“中国市场诱人的商机吸引了大量的外资企业进入，合资不过是一种形式。盾构机的核心技术、关键零部件、控制系统，国内合作方并不了解，更谈不上掌握。因为盾构机的制造是根据地质条件进行的，地质情况不一样盾构机配置也不相同，刀具也不尽相同。盾构机是机电、土木相结合的产物，自动化、智能化程度非常高，这些核心技术外资企业是不可能拱手相让的。”
国产盾构机自主创新之路
随着我国城市化进程的加快，国内对盾构的市场需求巨大。随着“863”计划以及“九五”、“十五”等科技项目的完成，我国在机、电、液、测量、控制技术和岩土施工技术等方面取得了长足的进步，相关技术基本满足现代盾构技术发展的需要。经过我国40多年的努力，已经初步形成了掘进机科研、设计、制造、施工专业队伍，只有打造好盾构机发展的前提基础，在国家大环境、市场需求、技术攻关等的支持下，才能促进整个盾构机产业的发展。
对于如何尽快提升盾构机的自主研发水平，中国重型机械协会汪建业提出四点政策建议：首先是管好市场，就是管好进口，给国内企业一个自主创新的机会，同时对重大技术装备进口实行高关税政策；其次是改革标准管理体制，新产品标准应由企业提出，最好由行业协会这样的中介机构来发布；第三是重大装备的首台首套必须实行国内采购，而且要提前订货，不能2010年需要的设备到2009年才订货；第四是产品的科技开发应集中管理，建议集中在国家发改委。中国工程院院士、隧道及地下工程专家王梦恕指出：“必须规范施工方的崇洋媚外行为，部分重大建设项目在允许的情况下需要做出表率作用，为国产化开好头。针对盾构机关键部件，例如变速器机构、液压系统、监控量测元件等需要分厂家重点攻关，建议有关方面先从小型掘进机械的国产化研发制造入手。”
上海隧道股份是我国研制隧道掘进机的专业化公司，2004年10月，上海隧道股份研制出中国第一台具有自主知识产权的地铁盾构掘进机，并成功地投入到上海轨道交通网的建设。之后，上海隧道股份积极投入巨资，积极研发盾构掘进机械，目前已经在上海地区得到大范围推广应用，该公司正在转型成为全球唯一的集施工经营、资产运作和现代制造产业并重的复合型企业。据悉，在2010年前，上海隧道股份预备“扩场增能”，在隧道机械制造分公司内打造年产30台盾构的生产能力线，同时将打造国内盾构制造基地，形成掘进机产业链，将国内盾构市场的占有率扩张至30%以上，并力争用“国”字号盾构产品率先敲开东南亚市场大门。
此外，盾构机主要制造商之一――沈阳重型机械，该企业作为我国大型装备制造排头兵，近年来在盾构机产品上的发展屡有建树。经过先后100多名技术人员到国外培训，学习盾构机前言技术，迅速掌握了全断面掘进机制造技术，并能制造出世界目前最大直径15米多的盾构机。北方重工已经生产制造出了适用于岩石地层、软土地层及复合地层的三种主要类型的6台全断面隧道掘进设备，累计生产订单达19台，合同额超过18亿元。据了解，沈阳重机今年已经制定全断面掘进机国产化规划，按照这一规划，到2010年，沈阳重机在盾构机制造的国产配套率将达到60%，实现年产值约20亿元。
近日，北方重工将收购世界级盾构机制造商法国NFM公司，此举将实现北方重工技术重大突破，从而加快向世界级全断面掘进机制造基地迈进步伐。值得注意的是，上述并购完成之后，将使沈阳重机成为我国在盾构机领域惟一具有参与国际竞标资格的企业。
杜文库向记者透露，铁道部有关领导已经明确指示，今后长、大铁路隧道都要使用盾构掘进机械施工，特别是北京后期即将开建的几条地铁隧道建设项目将主要通过盾构施工来完成主体工程。据悉，在引进国外盾构设备方面，最近北京城建集团有限责任公司将引进加拿大拉瓦特盾构设备进入北京地铁隧道建设市场，这样就使得世界各国著名盾构厂家在中国市场形成共同竞争的格局，为我们选择性价比最合理的产品提供更多的机会。最后，杜文库表示，“盾构机实现国产化发展并不是一朝一夕的事情，需要政府部门的进一步政策支持，更需要国内企业的积极进取，中国盾构机市场需求量庞大，实现国产化实在是任重而道远。”
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