卡脖子→全球第一！研究破译中国“地下巨龙”的超越密码

“浙里洞见”

ZJUSOM

今年六月，黄河底下40米深处，一条总长163米、重5200吨、最大开挖直径达到17.5米的“钢铁巨龙”啃穿一道道岩层——这是中国自主研制的“山河号”盾构机，随着“山河号”平稳穿越黄河南岸大堤，济南市黄岗路穿黄隧道顺利完成黄河段掘进任务，标志着世界最大直径水下盾构隧道工程建设取得阶段性胜利，顺利攻克控制要求最高、风险持续性最长、水土压力变化最大区间。

涂有麒麟图案的“山河号”盾构机

图片来源：中国铁建

去年，中国自主研发的“深江1号”盾构机在珠江口水域下106米处完成3590米既定掘进任务，深江铁路珠江口隧道顺利抵达海底最深处。这是中国大盾构水下掘进的最深纪录，也是世界高铁盾构隧道海底掘进的最深纪录。工程建成后，中国高铁将在百米海底飞驰。

“深江一号”盾构机

图片来源：铁建重工

自1953年开始采用盾构修建隧道，中国在七十年间快速实现了盾构技术从追赶到领跑的历史大跨越，打破了国外的垄断限制，并成为全球盾构机市场的主要参与者和领导者之一，产销量自 2017 年始已经连续七年居世界第一。

谁能想到，二十多年前，我国在修建秦岭隧道时，不得不花7个亿从德国购买两台二手盾构机，还被嘲讽“100年都搞不定”。当时的中国盾构机市场几乎被德国海瑞克、日本小松等外企垄断，一台设备售价高达上亿元，维修时还要请外国专家，并且不允许中国工程师观摩。

从“天价进口”到如今的技术领跑、产销量世界第一，中国盾构机“凭什么”？浙江大学管理学院教授吴晓波、副教授吴东、博士研究生林福鑫和硕士研究生邵贻玥的一项研究基于中国盾构机从追赶到超越的纵向案例，探究了复杂产品系统技术追赶过程中的用户参与特征与创新运行规律，拓展了复杂产品系统技术追赶的路径参考与管理启示。

学者简介

吴晓波

浙江省特级专家

浙江大学求是特聘教授

浙江大学管理学院教授

吴东

浙江大学管理学院副教授、产业智库与案例中心副主任

本期【浙里洞见】，一起来看看他们如何探究中国“地下巨龙”的超越追赶之道。

01

“卡脖子”之痛：

盾构机是“工程界的珠穆朗玛”

盾构机被誉为“工程机械之王”，是典型的复杂产品系统，一台设备包含数万个零部件，随便拆开一个部件都是科技结晶：直径10米的刀盘要在硬岩中旋转切削，硬度必须超过花岗岩；液压系统需要精准控制上千个油缸，误差不超过0.1毫米；而控制系统里的2000多个传感器，要在潮湿黑暗的地下持续工作数年。2000年前后，中国企业只能买进口零部件拼装，核心技术如主轴承、控制系统完全依赖国外，一台设备的进口价十分高昂。

盾构机内部结构示意图

图片来源：新疆日报

2004年，上海隧道公司造出首台国产盾构机“先行号”，却在市场遇冷。成都地铁项目流传着一句话：“只有德国盾构机能进成都。”因为当地地质复杂如“豆腐里打洞”，国产机一旦故障，整个地铁线路可能报废。这种困境被称为“冷启动悖论”：新技术没应用场景就无法改进，没改进就更没人敢用，形成死循环。

转机出现在2008年。天津地铁项目中，中铁装备的“中国中铁1号”首次实现国产复合式盾构机应用——不是直接卖设备，而是和施工单位绑定：如果机器出问题，企业全额赔偿损失。这台机器在施工中暴露出刀盘磨损过快的问题，施工团队每天记录200多个数据点，反馈给研发团队，3个月内迭代了5版设计，最终让国产机效率提升40%。由此，国产盾构机得以逐渐摆脱“冷启动悖论”。

江海号盾构机

图片来源：央视新闻

02

“关键用户”登场：

施工单位如何成为创新核心？

传统认知里，用户只是产品的购买者，但中国盾构机的故事里，中铁隧道局、铁建重工等施工企业，却成了创新的核心驱动力。2011年辽西北供水工程，地质条件包含断层破碎带和突涌水，石家庄铁道大学的专家团队和施工单位直接把办公室搬进了隧道，白天监测数据，晚上和工程师开会改设计，最终让国产硬岩掘进机突破了“极硬岩”掘进难题，两项技术指标达到国际领先。

在长沙地铁项目中，铁建重工的“开路先锋19号”盾构机创下纪录：边施工边迭代，每掘进100米就优化一次参数。施工方每天提供厚厚的掘进数据报告，研发团队据此改进了刀盘布局、注浆系统，让机器效率提升30%。“用中学、学中用”，这种模式让中国盾构机在真实工程里完成成百上千次实战演练。

珠江口隧道盾构段内部

图片来源：中铁十四局

2017年，为攻克6米级大直径主轴承国产化难题，中铁装备联合洛阳LYC轴承、浙江大学组成“创新联合体”。施工单位直接把轴承装在盾构机上实测，发现润滑系统设计缺陷后，当场拉着轴承厂工程师改图纸。“用户牵头、产学研跟进”，关键用户的参与让原本需要5年的研发周期缩短到2年，最终使国产主轴承成本降低60%。

03

从追赶到超越追赶：

中国盾构机领跑全球的底层逻辑

为了从丰富的数据中得到结构化呈现和系统性阐释，研究对中国盾构机的发展历程进行划分。将1953~2000年划分为“探 索 阶 段”，2001~2008 年为“追赶阶段”，2009~2016 年为“超越追赶阶段”，2017 年至今为“创新前沿阶段”。研究主要关注盾构机产业在追赶、超越追赶与创新前沿各阶段的复杂挑战，并基于此解析用户在创新体系中的驱动作用机制。

中国盾构机技术发展历程

追赶期（2001-2008）：

用“首台首用”破局冷启动

这一阶段的核心是“找信任”。2002年，科技部将盾构机关键技术列入“863计划”，中铁隧道局牵头联合浙江大学、中信重工，不是先搞研发，而是先和施工单位“对赌”：如果国产机在工程中出问题，企业承担全部损失。也正是这样的“背锅式合作”，让成都地铁、天津地铁等项目愿意给国产机机会，最终用实际工程数据证明了可靠性。

超越期（2009-2016）：

用“场景定制”突破技术壁垒

为什么中国盾构机在复杂地质领域能超越国外品牌？答案是“量体裁衣”的创新。当国产机进入北京、上海等一线城市地铁项目后，施工单位开始提出更苛刻的需求。2010年，北京地铁10号线遇到富水砂层地质，传统盾构机容易发生喷涌。中铁装备的研发团队和施工方连续72小时驻守现场，根据实时监测数据调整泥浆配比，最终发明了“双模式盾构机”，既能在软土中掘进，也能应对硬岩。

领跑期（2017至今）：

用“全球市场”倒逼创新前沿

2017年，中国盾构机产销量首次位居世界第一，但新的挑战又开始了。在“一带一路”项目中，东南亚国家的复杂地质给国产机出了新难题：马来西亚东海岸铁路需要穿越热带雨林的高腐蚀性地层。怎么办？中铁隧道局联合中交天和等企业，研发出耐酸碱的特种钢材和智能监测系统，使盾构机寿命延长2倍。由此可见，正是“市场需求→技术攻关→标准输出”的闭环，助力中国盾构机在全球市场占据80%以上份额。

04

关键用户的“三板斧”：

为什么他们能驱动创新？

中国盾构机的发展迅速，但并非意味着过程轻易。在复杂产品系统创新网络中，除政府、集成制造商、模块制造商、高等院校、科研单位等主体外，用户企业在扮演着越来越重要的角色。研究将关键用户定义为对产品有明确且特定的需求，凭借其拥有的特定资源、能力和重要影响力参与产品创新全过程并具有重要决策权的用户企业。

那么，他们为何能驱动创新？

图片来源：中国盾构产业网

搭平台：

把产业链“拧成一股绳”

在传统创新模式中，企业、科研院所、用户是割裂的，但中国盾构机的关键用户扮演了“黏合剂”角色。2015年，中铁装备牵头成立盾构产业技术创新战略联盟，成员包括20家高校、50家供应商和10家施工单位。联盟定期开“技术诊断会”，施工单位带着工程问题来，企业和科研院所带着解决方案走，以问题为导向，大大提升了知识流动效率。

给场景：

用工程需求“喂”出技术迭代

相比实验室里的模拟测试，真实工程场景才是技术的试炼场。2019年，深圳春风隧道需要穿越运营中的广深铁路，沉降控制要求小于2毫米。中铁十四局的施工团队和铁建重工研发团队合作，在盾构机上安装了1000多个传感器，每10分钟采集一次数据，最终实现沉降控制在1.5毫米，这种精度让国外同行惊叹。施工单位的每一个“刁钻需求”，都成了技术突破的方向。

建知识库：

让经验从“个人大脑”到“产业云”

盾构机施工积累的经验非常宝贵，但过去常存在老师傅的脑子里。关键用户推动建立了“盾构工程大数据平台”，把600多个项目的地质数据、设备参数、故障记录都数字化，大大促进了知识共享。现在，新工程师打开系统，输入“北京砂卵石地层”，就能看到过去10个类似项目的解决方案。

央视十套《科幻地带》播出《穿山遁地“钢铁侠”》

从盾构机的案例出发，这项研究的意义并不止于盾构机本身。研究团队指出，虽然我国已具有盾构机、高速铁路等全球领先的复杂产品系统产业，但在以光刻机为代表的部分领域仍面临技术封锁困境。而盾构机的“突围路径”，或可以为更广泛意义上的中国创新提供启示。

今天的中国盾构机，已经能在北极圈冻土、海底100米等极端环境作业，甚至出口到德国本土——这个曾经垄断者的老家。

更重要的启示在于：技术追赶不是简单的研发投入比拼，也不是对于技术至上的迷信，而是能否构建“需求-研发-应用”的闭环。在未来，越来越多的“关键用户”不再只是被动购买，而是主动定义需求、参与研发、验证技术，从“技术接受者”变为“创新主导者”，继续突破一个又一个的技术难关。

编辑排版：伍梁永

审核：佟庆、吴东