方依文我願當鼴鼠用自己研製的盾構機挖洞

“總體設計，全球采購，自主研發，集成創新，你們在全球壟斷的盾構機產業裏做到這個地步，太了不起了！”4月28日，在實地考察了北京市市政路橋第四建設工程有限公司的盾構機作業現場和研發基地後，全國人大常委會委員、全國勞模許振超對該公司地下工程處經理方依文和他的研發團隊豎起了大拇指。
    盾構機是目前地下隧道開掘效率最高的係統裝備。因為巨大、複雜和精密，業界稱之為“地下航母”。它高度集成了控製、遙控、傳感器、導向、測量、探測、通訊信息等技術，是典型的重型機電一體化裝備。而方依文總喜歡叫它“大鼴鼠”。
    中國各類隧道開掘總裏程約為全球的五倍，然而，卻沒有有效帶動國產盾構機的自主研發，大大小小的隧道工地依然是全球盾構機巨頭的舞台。
    “作為重大裝備，盾構機的國產化是具有戰略意義的。你們好好總結完善，我一定幫你們推動。”許振超還有一個中國科協常務理事的頭銜。這些年，他一直在利用這個特殊身份熱心推動許多自主創新項目的技術協作。
    從地麵到地下，從小到大
    其實，方依文團隊真正和盾構機打交道迄今不到8年，去年底成功地自主研製出兩台盾構機。他告訴記者：“數據表明，這是目前北京地鐵工地施工效率最高的兩台裝備。”
    4月15日，記者在北京地鐵9號線豐管路工地看到，工人們正在9號線內線安裝調試方依文團隊最新研製的盾構機。
    方依文說，“根據外線設備積累的數據，針對這種特殊地層，我們改變了這台盾構機的刀盤結構，提高了開口率，對各種質地性能的刀頭進行了重新排列布置。這樣可以不用頻繁換刀頭，降低成本並提高效率。”
    在操控人員控製下，隧道前部的岩石和泥土不斷被盾構機頭部緩慢旋轉的堅硬刀盤切削下來，通過螺旋管道提升至傳送帶，送往盾構機尾部的出土鬥車。與此同時，重達數百公斤，用於支撐隧道洞壁的標準化預製鋼筋混凝土管片則被機械手自動抓取，在洞壁上拚裝、連接，同時灌漿、密封。當完成一個工作循環後，盾構機以安裝好的管壁為支撐，由巨型千斤頂推動掘進。整個作業流程有16道工序，交叉作業，一次完成。
    盾構機被業界比喻為“地下航母”，其用途不僅僅是挖掘地鐵隧道這樣單一，它能廣泛用於公路隧道，引水隧洞等工程，北京首都機場就曾用小盾構機挖掘位於機場跑道下方的共同管溝（安裝各種線纜）。
    開掘地下隧道外徑在3米以上的稱之為盾構機，北京地鐵洞外徑一般在6.14米，目前盾構機作業最大外徑16米。外徑小於3米的掘進裝備叫頂管機，作業原理和流程與盾構機相似。
    方依文很幸運。1995年，自北京信息科技大學機電一體化專業畢業後，他便拜在時任北京市政路橋四公司總經理關龍門下。關龍是全國勞模、國內頂管機的頂尖專家，上個月剛剛卸任北京市政路橋集團總工程師退休。
    “小方可是正經磕過頭的徒弟。”關總告訴記者：“他們這個團隊的技術能力的起點，就是頂管機。1998年，他們跟著我做汙水工程。盾構機這東西說複雜也複雜，但是通過施工檢修、持續改進，最後完全可以實現自主研發。改用變頻電機，就是小方的主意，這是全世界首創，有效解決了脫困時慢速啟動、加大扭矩的技術難題。現在，他們兩台全部改用變頻電機，整個裝備耗電節省60%，效率還高。”
    定製化擋住了國產化
    近年來，全國地鐵、水利工程、過江隧道、地下線纜隧洞等建設工程紛紛上馬。遺憾的是，這個大市場並沒有為我國盾構機的自主研發帶來便利。這種巨大、精密而複雜的工業產品依然是我國製造業的軟肋。
    “盾構機作業法是日本最先應用的，上世紀六七十年代地鐵、共同溝工程大建設時期，其培育了十幾家具有國際競爭力的盾構機公司。”北京市盾構機專委會秘書長阮霞稱，由於盾構機製造工藝複雜，技術附加值高，歐洲的海瑞克、日本的三菱重工等外資品牌盾構機長期占據著我國95%的市場份額。
    關龍告訴記者，“由於盾構機的‘定製化’特點，其製造需要根據不同的地質條件，對盾構機進行不一樣的配置，而且自動化、智能化程度非常高，這些核心技術都牢牢掌握在外資企業手裏。市場不僅換不來技術，反而使企業淪為外資品牌的組裝車間。”
    截至2011年，全國約30家盾構機生產廠。阮霞表示，一些本土盾構機廠在拿項目時，采取與海瑞克為代表的外商合作、承接項目，簽約的合作主體一般都由海瑞克等外商出麵，幾乎沒有國內地方廠商作為主體的例子。在技術研發、加工工藝等眾多核心領域中，國內盾構機企業失去了“參與權”。“由於他們的努力，在很多技術方麵都有突破，最早合作的日本公司現在反過頭來向小方學習”。
    許振超很感慨：“中國裝備工業很多瓶頸無法突破，就是設備采購總是傾向於外商，國產裝備沒有足夠試錯、改錯的機會。這個觀念必須改變，招投標市場環境也要改善。”
    想要啥自己最清楚
    “作為一名盾構機的作業者，我最清楚啥樣的地層需要啥樣的盾構機。都說國外的機器好，我們一前一後兩個標段也都用的是國際知名品牌的盾構機，但是，同樣的無水礫石層地層，那兩台盾構機都幹不了，改用傳統方法施工。而我們的機器好使得很。”方依文說。
    北京地鐵9號線南段，豐台東大街站至七裏莊站區間是世界罕見的高難度盾構區段，位於古永定河的衝積扇，地下是堅硬的無水礫石層，卵石含量高達80%，而且最大粒徑達到90厘米。方依文說，“這樣的地質條件如果采用普通盾構機強行掘進，刀片破損會非常嚴重，需要頻繁更換刀盤影響工程進度，甚至可能因無法推進。換刀頭好貴的，一次至少200萬元。”
    最初，北京市政路橋集團向頂尖的盾構專家和國外知名盾構設備廠家谘詢，都拿不出很好的解決方案。方依文團隊決定對現有盾構設備進行有針對性的改造，與日本HMI公司聯合設計，獨立製造部分擁有自主知識產權的盾構機。
    方依文將兩台盾構機的刀盤改良，雙線同時掘進，單日最快掘進速度達到42米，一次掘進550米不用換刀。“受施工條件限製，03標段盾構區間是開工最晚的，卻提前一年完成雙線洞通，這標誌著自主研發的盾構機成功攻克無水大粒徑礫石層盾構的世界性難題。”關龍表示。
    目前，9號線兩台盾構機正在做穿越豐台鐵路線的作業準備。方依文告訴記者：“內線的這台準備始發。據我們檢測，外線那台已經完成作業量的三分之一，刀頭綜合磨損不到15%，估計1083米長的標段能一刀到頭。全世界任何品牌的盾構機是做不到的。”
    截至2010年底，國務院共計批複準許28個國內城市開建地鐵，2011年北京地下正有80餘台盾構機在6條地鐵線路上掘進。專家估計，按照一台盾構機使用壽命為掘進5千米～15千米計算，中國大陸盾構市場每年的需求約80台，每台至少6000萬元，再乘以50年，多大的市場。他介紹，此外還有通訊、電力線纜隧洞，地下雨水搜集涵洞，盾構機市場未來大到無法估算。
    “如此大的市場，如果培育不起自主的盾構機產業，那我們就太說不過去啦。”方依文說，“未來50年，中國與世界的競爭在地下。我屬鼠，願意當鼴鼠，用自己設計的盾構機挖洞。”