从落后百年到世界第一，中国盾构机的逆袭之路
16万公里铁路、160万公里公路。
这是100年前，孙中山先生在他的著作《建国方略》中提到的建设计划。这些计划在当时被认为是天方夜谭，袁世凯还因此戏谑孙中山为“孙大炮”。
▲孙中山先生的建国方略
要知道，1912年清朝灭亡时，中国的铁路里程仅有9000公里，并且大多数还掌握在洋人手里。这对于当时孱弱的国民政府，流离失所的中国人民来说，不是可以指摘的梦想，而是虚无缥缈的幻想！
可曾想？100年过去了，幻想已成真。
如今，中国已经拥有13.9万公里铁路、6730公里城市轨道、501万公里公路，其中铁路隧道超过18000公里；公路隧道超过20000公里；地铁则达6000公里。100年了，孙中山先生的宏愿终于实现。
要想富，先修路。基建狂魔的我们是修路的排头兵，地铁更是遥遥领先。这些功绩最大的功臣就是本文的主角-盾构机。
盾构机的使用，使中国“跑”得更快、更稳。
▲盾构机全景图。
盾构机主要用于铁路、公路、地铁和水利等基建工程的隧道环节，被称为“工程机械之王”，有着“地下蛟龙”的美誉。
▲盾构机工作演示
盾构机在工作时，用前面的切削刀盘，把地下的泥沙、石头“吞”进嘴里，通过螺旋传送机输送到皮带传送机，再用渣土车运往后方。
为什么盾构机对工程进度、工程安全如此重要？
举个例子，1000名工人用传统爆破方式挖一条小型隧道，大概需要5年，并且很难避免人员伤亡。若使用一台盾构机挖此隧道，仅需5个月时间，由于工人是在盾构机内部作业，安全完全有保证。
因此，我国90% 以上的地铁都是采用盾构法施工。此外，通过黄河、长江等大河的隧道，大都是采用盾构法施工的。这些使我们解锁了“隧道及地下工程规模最大，修建技术发展速度最快的国家”称号。
可以说，没有盾构，就没有今天中国地铁、中国隧道建设的大发展。
上世纪90年代，国内盾构机几乎全部依赖进口，德日美三国企业的产品占据着90%以上的市场份额。
当时，一台大型盾构机，外商要价达7个亿，并且态度强硬地表示，不通融，不降价。此外，外国专家对设备进行检修的时薪要价竟然超过人民币5000元，为了技术保密，还禁止中国人观看。要知道，这可是20年前的一小时5000块。
没有技术，就得任人宰割。在盾构机领域，顾客并不是上帝。
这种亏，我们吃了20年。
南京纬三路隧道总工程师张伯阳对当时窘迫的情况记忆犹新。“这么贵的设备，我们的需求又这么大，外商能够制造，难道我们中国人不能制造自己的盾构机吗？”
这不仅仅是工程师的集体心声，更是一种被扼住咽喉的无奈。
在此背景下，我国盾构机制造经历了发展、追赶、竞争的20年，终于攀登到世界顶峰。从落后百年到世界第一，这一条路走得并不容易。在工匠精神、政策引导、市场驱动的引领下，这条逆袭之路大致可分为四个阶段：
一、筚路蓝缕：传统爆破方式修隧道
二、艰难攻关：核心技术完全被遏制
三、曙光乍现：政策引导下的大突破
四、进军海外：占全球七成市场份额
这四个阶段，何尝不是中国制造业崛起的缩影？大国重器，殊为不易。
一、筚路蓝缕：传统爆破方式修隧道
1974年，南疆铁路东段（吐鲁番至库尔勒）开工，该线路上有一座被称为新光3号的“灯泡”隧道，全程长3783米，是南疆铁路7座螺旋隧道中最险、最难凿的一座隧道。
这座隧道的修建，开启了有中国大盾构工程“首席顾问”之称的周先明的盾构之路。
当时，只有20多岁的周先明与4000多位战友，历时近四年完成了新光3号的修建。物质依然匮乏的新中国给这些铁道兵提供的工具极其简单且有限。
基本上没有机械化的设备，只有铁锹、钢钎、小推车等简单工具。因此，这些铁道兵主要采取人工挖掘的方式，是一种 “钢钎加大锤，打眼再放炮”的原始方法。
▲铁道兵在修建新光隧道
而早在1825年，由布鲁诺尔发明的盾构机就已经用于伦敦泰晤士河隧道的修建，并于1843年顺利完工。泰晤士河隧道是世界上第一条采用盾构技术挖掘的隧道，在隧道工程史上是一个具有重大意义的里程碑。
▲首次用于隧道的早期盾构机。
与100多年前的泰晤士河隧道修建相比，新光3号隧道的修建方式，称之为“刀耕火种”毫不为过。周先明戏称自己为“除渣工”。
在这样的条件下施工，伤亡无法避免。据统计，周先民参与挖掘的新光隧道，共牺牲了25名战士。此外，在建设南疆铁路的 5 年间，共有 268 名铁道兵长眠于天山脚下。周先明的腰部也受了重伤。
“我目睹了战友的牺牲，老连长也因公殉职，这让我暗暗想，什么时候我们挖隧道，能够不伤人、不死人？”周先明当时发出这样的渴望。
这种渴望让周先明见证了中国大盾构“梦之队”的形成，队员不少都是周先明修建新光隧道的战友，包括排长徐明田以及后来的北京地铁专家余秉文等。
如今，周先明在祭奠牺牲的战友时，可以告诉他们，现在用国产盾构机挖隧道，不会再伤人、死人了。好时代来了，战友却不在了。
与战争相比，和平年代的这种牺牲更让人悲痛。
其实，早在1953年，中国的盾构机就已经起步。那一年，东北阜新煤矿采用手掘式盾构修建疏水巷道，揭开了中国盾构机从无到有的历史。
什么是手掘式盾构机？世界盾构机发展历程分为四个阶段：
▲世界盾构机发展的四个阶段
挖掘泰晤士河的盾构机就是手掘式，被成为第一代盾构机。机械式盾构机采用了压缩空气，用机械开挖代替了人工开挖。因此，通常把机械式和气压式盾构机称为第二代盾构机。
▲世界上第一台机械式盾构机专利图
第三代盾构机则是以闭胸式盾构机为代表的盾构机，主要包括泥水式盾构机和土压式盾构机。
泥水平衡式盾构机是通过调节出泥舱的泥水压力挖掘前进，弃土以泥水方式排出的盾构机。土压平衡式盾构机是通过调节出泥舱的土压力挖掘前进，弃土从出泥舱排出的盾构机。
当前的大直径、大推力、大扭矩的智能化盾构机是第四代盾构机。
在物联网、人工智能等技术的支撑下，未来盾构机的发展方向是研制具备深度感知、智慧决策、自动执行功能的盾构机及其控制系统。
1825年世界上第一台盾构机就已经开始工作，1953年我国的盾构机才刚刚起步，起步就落后了世界120年。
20世纪中叶，盾构机在欧美日普及完毕。20世纪下半叶，欧美日的企业统治了全球盾构机市场，并对中国进行技术封锁，这对掉队的中国来说雪上加霜。
直到上世纪90年代，中国的盾构技术才开始取得阶段性成果。1990年，在上海地铁1号线工程中，采用的土压平衡盾构掘进机就是中法合作建造的。
▲上海地铁一号线施工现场
1992年邓小平同志南巡后，中国的开放力度由沿海城市增加到内陆，国内市场全面开发，促使中国的重工业高速发展，铁路隧道、地铁等项目大量上马，对盾构机的需求迅速增加。
1997年，中国从德国引进了两台盾构机，用在西康铁路秦岭隧道的项目上，这是国外现代盾构机第一次被引入到中国。
这两台盾构机的使用，使得隧道提前10个月贯通。这次项目让我们真正感受到了我们与国外的巨大差距。
但无奈在“造不如买、买不如租”的思潮影响下，国内设备几乎全部依赖进口，还出现了只进口设备不要图纸的荒唐情况。德日美三国的盾构机借此机会，几乎霸占了国内90%的市场。
高度依赖国外设备必然会被他们牵着鼻子走：价格昂贵、沟通低效、维修困难、技术封锁等问题层次不穷。
靠“买”来支撑中国的基建产业，只能继续挨打受气。自主研发生产盾构机，成为摆在中国面前的唯一出路。
二、艰难攻关：核心技术完全被遏制
在“兵改工”的政策影响下，1984年周先民及其所在部队4000余名官兵集体转业到中铁十四局，成为一名真正的铁道工。在2005年南京长江隧道建设之前，周先明参与的京九铁路、青藏铁路等国家重点建设项目隧道施工，大多仍然采用矿山法。
2005年，周先明被任命为中铁建十四局集团南京长江隧道项目指挥部常务副书记，指挥隧道施工。这条隧道是首次将大直径盾构技术用于水下隧道施工，从矿山法转为盾构法。飞机大炮终于替换了小米步枪。
▲大盾构“首席顾问”周先明现场指挥
这一年被称为中国大盾构元年，这条长达6042米的水下隧道开启了中国水下大直径盾构隧道施工穿江越海的纪元。南京长江隧道也被称为 “万里长江第一隧”。
修建南京长江隧道的盾构机及技术，全部从德国花高价引进。盾构机的刀片是消耗品，所以需要在刀片磨损后及时更换。
德国人为了躺在盾构机技术的功劳簿上攫取更高利润，除了卖给我们昂贵的设备之外，维护费用也高得吓人。他们派来的技术专家组换一把刀片需要两天，两天的费用为20万元。
中国工人会换刀片后，一个组一天可以换8把刀片，一天工资为5000元。换刀片费用，德国人比我们贵了640倍，工期比我们长了14天。
南京长江隧道建成通车后，中铁建十四局的大盾构业务呈井喷式增长。2016 年，国内在建的大盾构和水下隧道项目被十四局承建了六成。从南京长江隧道出来的工程师，大多都能完全胜任总工、项目经理职位。
正如周先明的期望一样，南京隧道工程成为了中国大盾构人才的“黄埔军校”。
▲南京长江隧道左线贯通现场
21世纪之前，中国没有能力自主研发盾构机。2000年，盾构机的主要部件还需要进口。这种状况一直持续到了2008年。这段时期，即使在欧美日的严防死守下，我们仍然取得了长足的进步：
2004年上海隧道研制出了国内首台全自主设计的土压式平衡盾构机“先行1号”样机。
2006年“先行2号”盾构机在上海下线，标志着中国具备了批量生产盾构机的能力。
曙光乍现，黎明将至。
三、曙光乍现：政策引导下的大突破
2008年，中国中铁1号盾构机下线。这是中国首台具有自主知识产权的复合式土压平衡盾构机。从此，中国告别了完全依靠“洋盾构”的局面。
2002年，中国科技部高新司把盾构机列入“863”计划。在国家专项资金支持，央企、国企牵头下，中国科研院所同多家企业，从基本原理的技术链层面，到实际应用的产业链层面协同作战，共克时艰。中国盾构机的设计和制造进入全面推进阶段。
2007年科技部基础司也将掘进装备的基础研究列入了“973”计划。
现任中铁高新工业股份有限公司总经理的李建斌，是中国盾构机产业化的主要参与者之一。2002年，中铁工程装备集团在河南新乡建成了盾构产业化基地。在国家“863”计划的支持下，李建斌带领的团队相继在盾构机技术上取得了重大突破。
▲中铁一号盾构机
中铁1号盾构机正是由李建斌的团队研制。从引进到自己造，李建斌的团队用了8年时间。
2009，李建斌带领他的团队开始了盾构机产业化的征程，设计团队由最初的18人，增加到了108人。
我国各个城市地质差异巨大，单一的盾构机难以满足实际需求。为了建造适合中国各种地质环境的盾构机，李建斌团队在研究了日本、德国、法国、加拿大等国家的设备后，根据实际情况，设计出了盾构机在不同地质条件下工作的应对方案。
最终攻克了超大直径、超小直径、极限工况下的装备设计、制造等关键技术，成功研制了一大批称得上世界首台或国内首台的产品：
2013年，中铁装备研制出了当时世界最大的矩形盾构机，2014年，矩形盾构成功应用于新加坡地铁项目，成为国产异形掘进机走向海外的首个成功案例。
2015年，中铁装备研制出了硬岩掘进机，让我国在硬岩掘进机领域进入世界前列；
……
截至2018年底，国产盾构机的设计制造及掘进施工技术已达到，甚至在个别领域超过了国际水平。
打开国际市场，是盾构机产业化的关键一步。这一步对于李建斌来说，充满了挑战性，也充满了期待。2012年，李建斌团队第一次参加国际竞标，即便占据了价格优势，国外业主单位仍然非常顾虑。
最终，只有马来西亚业主单位同意签下两台盾构机。李建斌带领团队针对马方的具体需求，设计并提升了盾构机性能，结果这两台设备将计划工期缩短了43天，创造了马来西亚盾构施工新纪录。
马来西亚项目的成功，大大提升了我们的盾构机信心。此后，中国的盾构机开启了海外市场的新篇章。
四、进军海外：占全球七成市场份额
当前，世界盾构机的主要玩家有中国的中铁装备、中国铁建重工、上海隧道股份、中交天和、北方重工、辽宁三三工业这六大王牌企业；
日本的小松制作所、三菱重工、日立、石川岛播磨重工、川崎重工、奥村;
德国的海瑞克和维尔特；
加拿大的罗法特；
美国的罗宾斯。
2009年之前，进口盾构机仍然占我国市场的85%左右。其中，德国海瑞克占据70%以上，日本三菱重工及德国维尔特也有一定占比。
2012年之后，借助马来西亚项目的成功经验，国产盾构机如雨后春笋般，纷纷走出国门，抢占世界市场。
2017年中国盾构机首次打入欧洲市场，出口俄罗斯五台。之前苏联为我们修铁路，如今我们给俄罗斯提供盾构。
2019年1月，中国出口非洲大陆首台盾构机“中铁665号”下线，标志着非洲市场被打开。
不仅在亚洲、非洲市场上，就是在盾构机的“原产地”欧洲，也有我们的盾构机。2019年6月22日，“中国中铁699号”出口到欧洲，这是我国高端隧道掘进装备首次用于欧盟核心区域。
……
2020年，9月29日，对中国中铁来说是一个十分重要的日子。
这一天，中国中铁自主研制的第1000台盾构机在郑州下线。这一天，车间标语“造中国人自己的盾构，造中国最好的盾构，造世界最好的盾构”显得格外醒目。
中铁从1号盾构机到1000号盾构机，用了12年。若从李建斌团队开始着手第一台设备算起，从0到1000的突破，他们用了20余年。20载春秋，见证了以中铁装备为代表的中国企业艰苦攻关的奋斗史，更见证了国产盾构从无到有、从有到优、从优到强的逆袭历程。
今天，国产盾构机在国内市场的占有率达到90%以上，占到全球三分之二的市场份额，还顺便拉低了国外同类产品价格40%以上。据统计，2018年中国盾构机出口量为127台，出口金额为3.69亿美元。
市场占有率方面，铁建重工和中铁装备占据国内七成市场，出口到国外的盾构机数量，这两家企业同样独占一档，其次是中交天和与辽宁三三重工。欧洲头牌盾构机企业海瑞克是占据中国市场最多的外国企业，但也只有1%。
国产化之后，盾构机的国际市场均价降到了3000万每台，到了2018年，均价为2260万每台。
有了中国的盾构机，再也没有国家愿意当“冤大头”，发达国家为了维持市场，必须降价，几亿元一台的盾构机早已成为历史。
不如你，学习你，超越你，最后击败你。这中国盾，真是发达国家的“收割机”，中国人民的“争气机”。
三年前，中铁公司总工程师王杜娟曾在记者会上表示，“盾构机世界第一的品牌是德国的海瑞克，由于我们的技术积累有限，在轴承技术方面，还有差距。”
如今，这个最后的难关也被攻克了。2020年9月26日，我国首台使用国产3米级主轴承盾构机“中铁872号”在苏州始发，这是我国突破盾构主轴承自主技术研制瓶颈后，首次在轨道交通领域新机中执行地下掘进任务。
主轴承就是盾构机的“芯片”，其重要性不言而喻。主轴承的自产，让我们成为当之无愧的世界第一。
滔天巨浪方显英雄本色，艰难困苦铸造诺亚方舟。
五、修别人的路，让别人无路可修
引进国外先进技术，消化吸收再创新。中国盾构机的“反围剿”之路，形成了国企主导，政府支持，顺应时代，精准创新的“中国盾构模式”。
这种模式的典型特点是，前期用国内市场换技术平稳发育，持续攻关打破壁垒，后期攻占全球市场，收割发达国家。
这种模式可以称为中国制造业“翻身当家作主”的典范，已经或正在应用于中国制造业的多个领域：
港机设备。振华重工的港机设备目前在全球市场份额常年稳定在70%以上，中国大型挖泥船被列入禁止出口的名单。
高铁技术。中国的高铁技术，世界上没有对手。中国自主研发制造出的高速动车组创造了四个世界第一：运行速度第一、乘坐舒适度第一、节能环保第一、运量第一。中国中车是全球规模最大、技术最先进、品种最全的轨道交通装备供应商。
超级钢技术。我国是目前世界上唯一实现超级钢（微晶钢）的工业化生产的国家。
特高压输电技术。中国是世界上唯一的拥有该技术自主知识产权的国家。
超级桥梁建设。中国有着世界桥梁博物馆的称号，港珠澳大桥、贵州北盘江大桥、杭州湾跨海大桥等，都运用了中国最先进的桥梁建设技术，其中港珠澳大桥还使用了世界首创的桥-岛-隧集群方案。
……
尾声
装备制造业是一个国家制造业的脊梁，只有掌握核心技术才能推动中国制造向中国创造，中国产品向中国品牌，中国速度向中国质量的转变。
“我曾经跨过山和大海，也穿过人山和人海……”，正是当今四通八达、高效便捷的轨道交通写照。
▲北京地铁2020年规划图
你们的路我来修，你们的山我来挖，你们的桥我来搭；这些我们的民族已经做到了。我们曾经领先世界几千年，如今的“逆袭”只不过是复兴而已。实业兴邦，相信在更多领域，将会有无数个“中国盾”出现。
小米加步枪可以把美国遏制在三八线，却无法鞭及华盛顿，只有飞机加导弹才能御敌于海外。
即便道阻且长，也要征途不止。