卡脖子→全球第一！研究破譯中國“地下巨龍”的超越密碼

“浙里洞見”

ZJUSOM

今年六月，黃河底下40米深處，一條總長163米、重5200噸、最大開挖直徑達到17.5米的“鋼鐵巨龍”啃穿一道道巖層——這是中國自主研制的“山河號”盾構機，隨著“山河號”平穩穿越黃河南岸大堤，濟南市黃崗路穿黃隧道順利完成黃河段掘進任務，標志著世界最大直徑水下盾構隧道工程建設取得階段性勝利，順利攻克控制要求最高、風險持續性最長、水土壓力變化最大區間。

涂有麒麟圖案的“山河號”盾構機

圖片來源：中國鐵建

去年，中國自主研發的“深江1號”盾構機在珠江口水域下106米處完成3590米既定掘進任務，深江鐵路珠江口隧道順利抵達海底最深處。這是中國大盾構水下掘進的最深紀錄，也是世界高鐵盾構隧道海底掘進的最深紀錄。工程建成后，中國高鐵將在百米海底飛馳。

“深江一號”盾構機

圖片來源：鐵建重工

自1953年開始采用盾構修建隧道，中國在七十年間快速實現了盾構技術從追趕到領跑的歷史大跨越，打破了國外的壟斷限制，并成為全球盾構機市場的主要參與者和領導者之一，產銷量自 2017 年始已經連續七年居世界第一。

誰能想到，二十多年前，我國在修建秦嶺隧道時，不得不花7個億從德國購買兩臺二手盾構機，還被嘲諷“100年都搞不定”。當時的中國盾構機市場幾乎被德國海瑞克、日本小松等外企壟斷，一臺設備售價高達上億元，維修時還要請外國專家，并且不允許中國工程師觀摩。

從“天價進口”到如今的技術領跑、產銷量世界第一，中國盾構機“憑什么”？浙江大學管理學院教授吳曉波、副教授吳東、博士研究生林福鑫和碩士研究生邵貽玥的一項研究基于中國盾構機從追趕到超越的縱向案例，探究了復雜產品系統技術追趕過程中的用戶參與特征與創新運行規律，拓展了復雜產品系統技術追趕的路徑參考與管理啟示。

學者簡介

吳曉波

浙江省特級專家

浙江大學求是特聘教授

浙江大學管理學院教授

吳東

浙江大學管理學院副教授、產業智庫與案例中心副主任

本期【浙里洞見】，一起來看看他們如何探究中國“地下巨龍”的超越追趕之道。

01

“卡脖子”之痛：

盾構機是“工程界的珠穆朗瑪”

盾構機被譽為“工程機械之王”，是典型的復雜產品系統，一臺設備包含數萬個零部件，隨便拆開一個部件都是科技結晶：直徑10米的刀盤要在硬巖中旋轉切削，硬度必須超過花崗巖；液壓系統需要精準控制上千個油缸，誤差不超過0.1毫米；而控制系統里的2000多個傳感器，要在潮濕黑暗的地下持續工作數年。2000年前后，中國企業只能買進口零部件拼裝，核心技術如主軸承、控制系統完全依賴國外，一臺設備的進口價十分高昂。

盾構機內部結構示意圖

圖片來源：新疆日報

2004年，上海隧道公司造出首臺國產盾構機“先行號”，卻在市場遇冷。成都地鐵項目流傳著一句話：“只有德國盾構機能進成都。”因為當地地質復雜如“豆腐里打洞”，國產機一旦故障，整個地鐵線路可能報廢。這種困境被稱為“冷啟動悖論”：新技術沒應用場景就無法改進，沒改進就更沒人敢用，形成死循環。

轉機出現在2008年。天津地鐵項目中，中鐵裝備的“中國中鐵1號”首次實現國產復合式盾構機應用——不是直接賣設備，而是和施工單位綁定：如果機器出問題，企業全額賠償損失。這臺機器在施工中暴露出刀盤磨損過快的問題，施工團隊每天記錄200多個數據點，反饋給研發團隊，3個月內迭代了5版設計，最終讓國產機效率提升40%。由此，國產盾構機得以逐漸擺脫“冷啟動悖論”。

江海號盾構機

圖片來源：央視新聞

02

“關鍵用戶”登場：

施工單位如何成為創新核心？

傳統認知里，用戶只是產品的購買者，但中國盾構機的故事里，中鐵隧道局、鐵建重工等施工企業，卻成了創新的核心驅動力。2011年遼西北供水工程，地質條件包含斷層破碎帶和突涌水，石家莊鐵道大學的專家團隊和施工單位直接把辦公室搬進了隧道，白天監測數據，晚上和工程師開會改設計，最終讓國產硬巖掘進機突破了“極硬巖”掘進難題，兩項技術指標達到國際領先。

在長沙地鐵項目中，鐵建重工的“開路先鋒19號”盾構機創下紀錄：邊施工邊迭代，每掘進100米就優化一次參數。施工方每天提供厚厚的掘進數據報告，研發團隊據此改進了刀盤布局、注漿系統，讓機器效率提升30%。“用中學、學中用”，這種模式讓中國盾構機在真實工程里完成成百上千次實戰演練。

珠江口隧道盾構段內部

圖片來源：中鐵十四局

2017年，為攻克6米級大直徑主軸承國產化難題，中鐵裝備聯合洛陽LYC軸承、浙江大學組成“創新聯合體”。施工單位直接把軸承裝在盾構機上實測，發現潤滑系統設計缺陷后，當場拉著軸承廠工程師改圖紙。“用戶牽頭、產學研跟進”，關鍵用戶的參與讓原本需要5年的研發周期縮短到2年，最終使國產主軸承成本降低60%。

03

從追趕到超越追趕：

中國盾構機領跑全球的底層邏輯

為了從豐富的數據中得到結構化呈現和系統性闡釋，研究對中國盾構機的發展歷程進行劃分。將1953~2000年劃分為“探 索 階 段”，2001~2008 年為“追趕階段”，2009~2016 年為“超越追趕階段”，2017 年至今為“創新前沿階段”。研究主要關注盾構機產業在追趕、超越追趕與創新前沿各階段的復雜挑戰，并基于此解析用戶在創新體系中的驅動作用機制。

中國盾構機技術發展歷程

追趕期（2001-2008）：

用“首臺首用”破局冷啟動

這一階段的核心是“找信任”。2002年，科技部將盾構機關鍵技術列入“863計劃”，中鐵隧道局牽頭聯合浙江大學、中信重工，不是先搞研發，而是先和施工單位“對賭”：如果國產機在工程中出問題，企業承擔全部損失。也正是這樣的“背鍋式合作”，讓成都地鐵、天津地鐵等項目愿意給國產機機會，最終用實際工程數據證明了可靠性。

超越期（2009-2016）：

用“場景定制”突破技術壁壘

為什么中國盾構機在復雜地質領域能超越國外品牌？答案是“量體裁衣”的創新。當國產機進入北京、上海等一線城市地鐵項目后，施工單位開始提出更苛刻的需求。2010年，北京地鐵10號線遇到富水砂層地質，傳統盾構機容易發生噴涌。中鐵裝備的研發團隊和施工方連續72小時駐守現場，根據實時監測數據調整泥漿配比，最終發明了“雙模式盾構機”，既能在軟土中掘進，也能應對硬巖。

領跑期（2017至今）：

用“全球市場”倒逼創新前沿

2017年，中國盾構機產銷量首次位居世界第一，但新的挑戰又開始了。在“一帶一路”項目中，東南亞國家的復雜地質給國產機出了新難題：馬來西亞東海岸鐵路需要穿越熱帶雨林的高腐蝕性地層。怎么辦？中鐵隧道局聯合中交天和等企業，研發出耐酸堿的特種鋼材和智能監測系統，使盾構機壽命延長2倍。由此可見，正是“市場需求→技術攻關→標準輸出”的閉環，助力中國盾構機在全球市場占據80%以上份額。

04

關鍵用戶的“三板斧”：

為什么他們能驅動創新？

中國盾構機的發展迅速，但并非意味著過程輕易。在復雜產品系統創新網絡中，除政府、集成制造商、模塊制造商、高等院校、科研單位等主體外，用戶企業在扮演著越來越重要的角色。研究將關鍵用戶定義為對產品有明確且特定的需求，憑借其擁有的特定資源、能力和重要影響力參與產品創新全過程并具有重要決策權的用戶企業。

那么，他們為何能驅動創新？

圖片來源：中國盾構產業網

搭平臺：

把產業鏈“擰成一股繩”

在傳統創新模式中，企業、科研院所、用戶是割裂的，但中國盾構機的關鍵用戶扮演了“黏合劑”角色。2015年，中鐵裝備牽頭成立盾構產業技術創新戰略聯盟，成員包括20家高校、50家供應商和10家施工單位。聯盟定期開“技術診斷會”，施工單位帶著工程問題來，企業和科研院所帶著解決方案走，以問題為導向，大大提升了知識流動效率。

給場景：

用工程需求“喂”出技術迭代

相比實驗室里的模擬測試，真實工程場景才是技術的試煉場。2019年，深圳春風隧道需要穿越運營中的廣深鐵路，沉降控制要求小于2毫米。中鐵十四局的施工團隊和鐵建重工研發團隊合作，在盾構機上安裝了1000多個傳感器，每10分鐘采集一次數據，最終實現沉降控制在1.5毫米，這種精度讓國外同行驚嘆。施工單位的每一個“刁鉆需求”，都成了技術突破的方向。

建知識庫：

讓經驗從“個人大腦”到“產業云”

盾構機施工積累的經驗非常寶貴，但過去常存在老師傅的腦子里。關鍵用戶推動建立了“盾構工程大數據平臺”，把600多個項目的地質數據、設備參數、故障記錄都數字化，大大促進了知識共享?，F在，新工程師打開系統，輸入“北京砂卵石地層”，就能看到過去10個類似項目的解決方案。

央視十套《科幻地帶》播出《穿山遁地“鋼鐵俠”》

從盾構機的案例出發，這項研究的意義并不止于盾構機本身。研究團隊指出，雖然我國已具有盾構機、高速鐵路等全球領先的復雜產品系統產業，但在以光刻機為代表的部分領域仍面臨技術封鎖困境。而盾構機的“突圍路徑”，或可以為更廣泛意義上的中國創新提供啟示。

今天的中國盾構機，已經能在北極圈凍土、海底100米等極端環境作業，甚至出口到德國本土——這個曾經壟斷者的老家。

更重要的啟示在于：技術追趕不是簡單的研發投入比拼，也不是對于技術至上的迷信，而是能否構建“需求-研發-應用”的閉環。在未來，越來越多的“關鍵用戶”不再只是被動購買，而是主動定義需求、參與研發、驗證技術，從“技術接受者”變為“創新主導者”，繼續突破一個又一個的技術難關。

編輯排版：伍梁永

審核：佟慶、吳東