鐵建重工自主研發(fā)盾構(gòu)機(jī)核心技術(shù) “地下蛟龍”筑山海通途

來源：經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)

在北京東六環(huán)入地改造工程中，長150米、重4300噸的國產(chǎn)最大直徑盾構(gòu)機(jī)“京華號(hào)”成功穿越了首個(gè)特級(jí)風(fēng)險(xiǎn)源；在廣東東莞虎門鎮(zhèn)，我國最深海底隧道盾構(gòu)機(jī)“深江1號(hào)”正在向珠江口106米的海底深處掘進(jìn)……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(tuán)股份有限公司。

十幾年前，我國盾構(gòu)機(jī)主要依賴進(jìn)口，甚至盾構(gòu)施工都難以獨(dú)立完成。如今，國產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)在國內(nèi)新增市場(chǎng)占有率達(dá)到了95%以上，并占據(jù)了全球三分之二的市場(chǎng)份額。在此期間，鐵建重工推動(dòng)以盾構(gòu)機(jī)為代表的地下工程裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展，在“強(qiáng)投入”的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)下，充分用活“揭榜掛帥”機(jī)制，激活科技創(chuàng)新強(qiáng)勁動(dòng)能。

通過做強(qiáng)地下工程裝備主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)鍛長板、持續(xù)研發(fā)關(guān)鍵核心技術(shù)補(bǔ)短板，鐵建重工實(shí)現(xiàn)了技術(shù)從跟跑、并跑到部分領(lǐng)跑，產(chǎn)品從進(jìn)口到出口的巨大跨越。

提升創(chuàng)新活力

“京華號(hào)”“深江1號(hào)”“錦繡號(hào)”……這些都是集開挖、支護(hù)、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(chǎn)業(yè)園的生產(chǎn)車間里，工人們駕起天車，或拉或頂，吊裝分塊盾體，一臺(tái)臺(tái)盾構(gòu)機(jī)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(bào)中，一組數(shù)據(jù)引人注目：2021年，企業(yè)研發(fā)投入達(dá)6.78億元，占營收比例7.12%；研發(fā)人員1413人，占總?cè)藬?shù)28.6%。

“企業(yè)一直以來都很重視科技創(chuàng)新資源投入，科技創(chuàng)新始終保持兩個(gè)比例不變，即每年研發(fā)經(jīng)費(fèi)投入占營業(yè)收入不低于5%，研發(fā)設(shè)計(jì)人員占員工總數(shù)的比例不低于20%?！辫F建重工科技發(fā)展研究院院長廖金軍說。從數(shù)據(jù)看，鐵建重工2019年、2020年、2021年研發(fā)投入占營收比例分別為6.43%、7.27%和7.12%，高于同行業(yè)企業(yè)研發(fā)投入水平。

企業(yè)想要獲得長遠(yuǎn)發(fā)展，光有投入還不夠，還得用活機(jī)制。廖金軍介紹，盾構(gòu)機(jī)技術(shù)十分復(fù)雜，涉及機(jī)、電、液、光、控制、智能、巖土、工程等多學(xué)科和多領(lǐng)域的高精尖技術(shù)，需要跨學(xué)科、跨部門、跨行業(yè)協(xié)同攻關(guān)。

近年來，鐵建重工顛覆了以往直接申報(bào)科研項(xiàng)目的模式，實(shí)施了“發(fā)布指南，征集難題，總師掛帥，組隊(duì)實(shí)施”的科研項(xiàng)目管理機(jī)制，充分發(fā)揮“揭榜掛帥”機(jī)制作用。鐵建重工根據(jù)產(chǎn)業(yè)規(guī)劃制定科研項(xiàng)目指南，明確指標(biāo)張榜公布項(xiàng)目；實(shí)施總師公開競聘揭榜，“英雄不問出處”；打破部門墻、專業(yè)墻限制，不同研究院、不同專業(yè)人員通過自申報(bào)，與項(xiàng)目總設(shè)計(jì)師雙向選擇，形成研發(fā)團(tuán)隊(duì)協(xié)同研發(fā)；放權(quán)賦能，總師掛帥，組織項(xiàng)目實(shí)施；每個(gè)項(xiàng)目評(píng)定總積分，項(xiàng)目總師負(fù)責(zé)實(shí)施過程積分分配。

廖金軍說，通過機(jī)制創(chuàng)新，大大提升了企業(yè)科研創(chuàng)新活力，實(shí)現(xiàn)變被動(dòng)創(chuàng)新為主動(dòng)創(chuàng)新，科研立項(xiàng)數(shù)量加倍增長。2021年，鐵建重工新增授權(quán)專利346件，累計(jì)專利總數(shù)為1554件，其中發(fā)明專利“敞開式掘進(jìn)機(jī)”獲中國專利金獎(jiǎng)。

強(qiáng)化技術(shù)優(yōu)勢(shì)

在鐵建重工盾構(gòu)機(jī)總裝車間里，一臺(tái)直徑6.87米的泥水平衡盾構(gòu)機(jī)開始裝配?！斑@是一臺(tái)出口新加坡的盾構(gòu)機(jī)，計(jì)劃6月工廠驗(yàn)收。”鐵建重工泥水盾構(gòu)研究所工程師王朝輝一邊比對(duì)圖紙一邊說。

在他們研制的設(shè)備中，直徑6.87米算是個(gè)“小個(gè)頭”。王朝輝所在的這個(gè)車間，自2020年以來，已陸續(xù)出廠了多個(gè)直徑14米及以上的“大個(gè)頭”盾構(gòu)機(jī)，超大直徑盾構(gòu)機(jī)打破了國外品牌的壟斷。

鐵建重工掘進(jìn)機(jī)研究設(shè)計(jì)院副院長張帥坤告訴記者，相比6至8米常規(guī)直徑、8至14米大直徑盾構(gòu)機(jī)，14米及以上超大直徑盾構(gòu)機(jī)的系統(tǒng)集成更復(fù)雜，加工制造更困難，可靠性要求更高，工程應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)更大，一直是國產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)技術(shù)研發(fā)和推廣應(yīng)用的薄弱領(lǐng)域。以“京華號(hào)”為例，這是國內(nèi)企業(yè)首次鍛造16米級(jí)超大直徑盾構(gòu)機(jī)，研發(fā)與設(shè)計(jì)充滿挑戰(zhàn)?！拔覀儩撔墓リP(guān)2900多個(gè)日夜，陸續(xù)解決了多個(gè)關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制造技術(shù)難題?！┤A號(hào)’無論是尺寸規(guī)模，還是技術(shù)應(yīng)用，都達(dá)到世界領(lǐng)先水平。”張帥坤自豪地說。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020年以來，鐵建重工已經(jīng)成功研制6臺(tái)15米及以上超大直徑盾構(gòu)機(jī)，分別應(yīng)用在杭州艮山東路、下沙路項(xiàng)目，長沙湘雅路過江通道，安徽蕪湖過江隧道，北京東六環(huán)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(chǎn)超大直徑盾構(gòu)機(jī)核心技術(shù)自主可控能力，推動(dòng)中國高端地下工程裝備領(lǐng)先世界。

國產(chǎn)裝備提速重大工程，重大工程助攻國產(chǎn)裝備。目前，鐵建重工研制的盾構(gòu)機(jī)在主驅(qū)動(dòng)集成、變頻驅(qū)動(dòng)和控制、高承壓主驅(qū)動(dòng)密封、高精度隧道導(dǎo)向、設(shè)備姿態(tài)監(jiān)控等方面，均已達(dá)到國際先進(jìn)水平，其中常壓換刀、開挖艙作業(yè)機(jī)器人、永磁同步驅(qū)動(dòng)、電液混合驅(qū)動(dòng)、大埋深可變徑設(shè)計(jì)方法等技術(shù)已實(shí)現(xiàn)世界領(lǐng)先。

以電液混合驅(qū)動(dòng)技術(shù)為例，傳統(tǒng)設(shè)備多為單動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，在硬巖層開挖選擇轉(zhuǎn)速更高的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，軟巖地層開挖則選擇液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。鐵建重工研制團(tuán)隊(duì)通過創(chuàng)新運(yùn)用液壓馬達(dá)和電機(jī)雙驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)速度與馬力自如切換，破解了困擾隧道挖掘行業(yè)多年的世界級(jí)難題——“卡機(jī)”問題。

加快數(shù)字化轉(zhuǎn)型

當(dāng)前，制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)已成為企業(yè)發(fā)展新趨勢(shì)。作為傳統(tǒng)制造企業(yè)，在產(chǎn)業(yè)升級(jí)的風(fēng)口，鐵建重工圍繞數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)進(jìn)行了諸多摸索與嘗試，著力推進(jìn)以研發(fā)設(shè)計(jì)數(shù)字化、產(chǎn)品機(jī)器人化、制造智能化、服務(wù)數(shù)智化、管理智慧化為技術(shù)方向的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

“簡單地說，就是要將產(chǎn)品塞進(jìn)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(yè)要構(gòu)建產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、施工全過程數(shù)字孿生系統(tǒng)，在虛擬空間中實(shí)現(xiàn)研發(fā)設(shè)計(jì)、模擬制造、模擬運(yùn)行，滿足定制化、個(gè)性化、多樣化產(chǎn)品需求。

圍繞產(chǎn)業(yè)智能化升級(jí)，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(diǎn)工程中實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，有力助推了地下工程建設(shè)的少人、無人作業(yè)。

隨著一批國家戰(zhàn)略性工程的開工建設(shè)，我國對(duì)高端地下工程裝備的需求與日俱增?！安糠謬a(chǎn)配套核心基礎(chǔ)件可靠性不足，性能指標(biāo)不能滿足設(shè)計(jì)要求，產(chǎn)品智能化程度有待提高等問題，是今后亟待制造企業(yè)解決和攻克的難點(diǎn)?！眲w香說，比如盾構(gòu)機(jī)的一些核心零部件，由于應(yīng)用工況惡劣、產(chǎn)品可靠性要求極高、規(guī)格尺寸巨大，對(duì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)理論、原材料、熱處理、制造加工工藝、裝配與試驗(yàn)?zāi)芰μ岢隽私蹩量痰囊蟆?/p>

“鐵建重工正依托多項(xiàng)國家和省級(jí)重大科技項(xiàng)目，開展盾構(gòu)機(jī)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，推動(dòng)我國地下工程裝備實(shí)現(xiàn)從關(guān)鍵零部件到整機(jī)的全面國產(chǎn)化，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品全面領(lǐng)先世界?！眲w香說。 （經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)記者 劉 麟 謝 瑤）

標(biāo)簽： 核心技術(shù)

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