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

2022-04-14 09:44:01 來源：經(jīng)濟日報

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“京華號”成功穿越了首個特級風(fēng)險源；在廣東東莞虎門鎮(zhèn)，我國最深海底隧道盾構(gòu)機“深江1號”正在向珠江口106米的海底深處掘進……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股份有限公司。

十幾年前，我國盾構(gòu)機主要依賴進口，甚至盾構(gòu)施工都難以獨立完成。如今，國產(chǎn)盾構(gòu)機在國內(nèi)新增市場占有率達到了95%以上，并占據(jù)了全球三分之二的市場份額。在此期間，鐵建重工推動以盾構(gòu)機為代表的地下工程裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展，在“強投入”的創(chuàng)新驅(qū)動下，充分用活“揭榜掛帥”機制，激活科技創(chuàng)新強勁動能。

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

提升創(chuàng)新活力

“京華號”“深江1號”“錦繡號”……這些都是集開挖、支護、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，一臺臺盾構(gòu)機從這里組裝出廠，走向全國，走向世界。

在近期披露的鐵建重工2021年年報中，一組數(shù)據(jù)引人注目：2021年，企業(yè)研發(fā)投入達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)新始終保持兩個比例不變，即每年研發(fā)經(jīng)費投入占營業(yè)收入不低于5%，研發(fā)設(shè)計人員占員工總數(shù)的比例不低于20%。”鐵建重工科技發(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)想要獲得長遠發(fā)展，光有投入還不夠，還得用活機制。廖金軍介紹，盾構(gòu)機技術(shù)十分復(fù)雜，涉及機、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科研項目的模式，實施了“發(fā)布指南，征集難題，總師掛帥，組隊實施”的科研項目管理機制，充分發(fā)揮“揭榜掛帥”機制作用。鐵建重工根據(jù)產(chǎn)業(yè)規(guī)劃制定科研項目指南，明確指標張榜公布項目；實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，與項目總設(shè)計師雙向選擇，形成研發(fā)團隊協(xié)同研發(fā)；放權(quán)賦能，總師掛帥，組織項目實施；每個項目評定總積分，項目總師負責(zé)實施過程積分分配。

廖金軍說，通過機制創(chuàng)新，大大提升了企業(yè)科研創(chuàng)新活力，實現(xiàn)變被動創(chuàng)新為主動創(chuàng)新，科研立項數(shù)量加倍增長。2021年，鐵建重工新增授權(quán)專利346件，累計專利總數(shù)為1554件，其中發(fā)明專利“敞開式掘進機”獲中國專利金獎。

強化技術(shù)優(yōu)勢

在鐵建重工盾構(gòu)機總裝車間里，一臺直徑6.87米的泥水平衡盾構(gòu)機開始裝配。“這是一臺出口新加坡的盾構(gòu)機，計劃6月工廠驗收。”鐵建重工泥水盾構(gòu)研究所工程師王朝輝一邊比對圖紙一邊說。

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

鐵建重工掘進機研究設(shè)計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，14米及以上超大直徑盾構(gòu)機的系統(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)險更大，一直是國產(chǎn)盾構(gòu)機技術(shù)研發(fā)和推廣應(yīng)用的薄弱領(lǐng)域。以“京華號”為例，這是國內(nèi)企業(yè)首次鍛造16米級超大直徑盾構(gòu)機，研發(fā)與設(shè)計充滿挑戰(zhàn)。“我們潛心攻關(guān)2900多個日夜，陸續(xù)解決了多個關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)計、制造技術(shù)難題。‘京華號’無論是尺寸規(guī)模，還是技術(shù)應(yīng)用，都達到世界領(lǐng)先水平。”張帥坤自豪地說。

據(jù)統(tǒng)計，2020年以來，鐵建重工已經(jīng)成功研制6臺15米及以上超大直徑盾構(gòu)機，分別應(yīng)用在杭州艮山東路、下沙路項目，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)機核心技術(shù)自主可控能力，推動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)機在主驅(qū)動集成、變頻驅(qū)動和控制、高承壓主驅(qū)動密封、高精度隧道導(dǎo)向、設(shè)備姿態(tài)監(jiān)控等方面，均已達到國際先進水平，其中常壓換刀、開挖艙作業(yè)機器人、永磁同步驅(qū)動、電液混合驅(qū)動、大埋深可變徑設(shè)計方法等技術(shù)已實現(xiàn)世界領(lǐng)先。

以電液混合驅(qū)動技術(shù)為例，傳統(tǒng)設(shè)備多為單動力驅(qū)動，在硬巖層開挖選擇轉(zhuǎn)速更高的電機驅(qū)動，軟巖地層開挖則選擇液壓馬達驅(qū)動。鐵建重工研制團隊通過創(chuàng)新運用液壓馬達和電機雙驅(qū)動，實現(xiàn)速度與馬力自如切換，破解了困擾隧道挖掘行業(yè)多年的世界級難題——“卡機”問題。

加快數(shù)字化轉(zhuǎn)型

當前，制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級已成為企業(yè)發(fā)展新趨勢。作為傳統(tǒng)制造企業(yè)，在產(chǎn)業(yè)升級的風(fēng)口，鐵建重工圍繞數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級進行了諸多摸索與嘗試，著力推進以研發(fā)設(shè)計數(shù)字化、產(chǎn)品機器人化、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、制造、施工全過程數(shù)字孿生系統(tǒng)，在虛擬空間中實現(xiàn)研發(fā)設(shè)計、模擬制造、模擬運行，滿足定制化、個性化、多樣化產(chǎn)品需求。

圍繞產(chǎn)業(yè)智能化升級，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、鄭萬高鐵等重點工程中實現(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)，我國對高端地下工程裝備的需求與日俱增。“部分國產(chǎn)配套核心基礎(chǔ)件可靠性不足，性能指標不能滿足設(shè)計要求，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。”劉飛香說，比如盾構(gòu)機的一些核心零部件，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，對基礎(chǔ)設(shè)計理論、原材料、熱處理、制造加工工藝、裝配與試驗?zāi)芰μ岢隽私蹩量痰囊蟆?/p>

“鐵建重工正依托多項國家和省級重大科技項目，開展盾構(gòu)機關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，推動我國地下工程裝備實現(xiàn)從關(guān)鍵零部件到整機的全面國產(chǎn)化，促進產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品全面領(lǐng)先世界。”劉飛香說。（經(jīng)濟日報記者劉麟謝瑤）

標簽：核心技術(shù)