“浙里洞見”

ZJUSOM

今年六月，黃河底下40米深處，一條總長(zhǎng)163米、重5200噸、最大開挖直徑達(dá)到17.5米的“鋼鐵巨龍”啃穿一道道巖層——這是中國(guó)自主研制的“山河號(hào)”盾構(gòu)機(jī)，隨著“山河號(hào)”平穩(wěn)穿越黃河南岸大堤，濟(jì)南市黃崗路穿黃隧道順利完成黃河段掘進(jìn)任務(wù)，標(biāo)志著世界最大直徑水下盾構(gòu)隧道工程建設(shè)取得階段性勝利，順利攻克控制要求最高、風(fēng)險(xiǎn)持續(xù)性最長(zhǎng)、水土壓力變化最大區(qū)間。

涂有麒麟圖案的“山河號(hào)”盾構(gòu)機(jī)

圖片來源：中國(guó)鐵建

去年，中國(guó)自主研發(fā)的“深江1號(hào)”盾構(gòu)機(jī)在珠江口水域下106米處完成3590米既定掘進(jìn)任務(wù)，深江鐵路珠江口隧道順利抵達(dá)海底最深處。這是中國(guó)大盾構(gòu)水下掘進(jìn)的最深紀(jì)錄，也是世界高鐵盾構(gòu)隧道海底掘進(jìn)的最深紀(jì)錄。工程建成后，中國(guó)高鐵將在百米海底飛馳。

“深江一號(hào)”盾構(gòu)機(jī)

圖片來源：鐵建重工

自1953年開始采用盾構(gòu)修建隧道，中國(guó)在七十年間快速實(shí)現(xiàn)了盾構(gòu)技術(shù)從追趕到領(lǐng)跑的歷史大跨越，打破了國(guó)外的壟斷限制，并成為全球盾構(gòu)機(jī)市場(chǎng)的主要參與者和領(lǐng)導(dǎo)者之一，產(chǎn)銷量自 2017 年始已經(jīng)連續(xù)七年居世界第一。

誰能想到，二十多年前，我國(guó)在修建秦嶺隧道時(shí)，不得不花7個(gè)億從德國(guó)購(gòu)買兩臺(tái)二手盾構(gòu)機(jī)，還被嘲諷“100年都搞不定”。當(dāng)時(shí)的中國(guó)盾構(gòu)機(jī)市場(chǎng)幾乎被德國(guó)海瑞克、日本小松等外企壟斷，一臺(tái)設(shè)備售價(jià)高達(dá)上億元，維修時(shí)還要請(qǐng)外國(guó)專家，并且不允許中國(guó)工程師觀摩。

從“天價(jià)進(jìn)口”到如今的技術(shù)領(lǐng)跑、產(chǎn)銷量世界第一，中國(guó)盾構(gòu)機(jī)“憑什么”？浙江大學(xué)管理學(xué)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(xiàng)研究基于中國(guó)盾構(gòu)機(jī)從追趕到超越的縱向案例，探究了復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)技術(shù)追趕過程中的用戶參與特征與創(chuàng)新運(yùn)行規(guī)律，拓展了復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)技術(shù)追趕的路徑參考與管理啟示。

學(xué)者簡(jiǎn)介

吳曉波

浙江省特級(jí)專家

浙江大學(xué)求是特聘教授

浙江大學(xué)管理學(xué)院教授

吳東

浙江大學(xué)管理學(xué)院副教授、產(chǎn)業(yè)智庫與案例中心副主任

本期【浙里洞見】，一起來看看他們?nèi)绾翁骄恐袊?guó)“地下巨龍”的超越追趕之道。

01

“卡脖子”之痛：

盾構(gòu)機(jī)是“工程界的珠穆朗瑪”

盾構(gòu)機(jī)被譽(yù)為“工程機(jī)械之王”，是典型的復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)，一臺(tái)設(shè)備包含數(shù)萬個(gè)零部件，隨便拆開一個(gè)部件都是科技結(jié)晶：直徑10米的刀盤要在硬巖中旋轉(zhuǎn)切削，硬度必須超過花崗巖；液壓系統(tǒng)需要精準(zhǔn)控制上千個(gè)油缸，誤差不超過0.1毫米；而控制系統(tǒng)里的2000多個(gè)傳感器，要在潮濕黑暗的地下持續(xù)工作數(shù)年。2000年前后，中國(guó)企業(yè)只能買進(jìn)口零部件拼裝，核心技術(shù)如主軸承、控制系統(tǒng)完全依賴國(guó)外，一臺(tái)設(shè)備的進(jìn)口價(jià)十分高昂。

盾構(gòu)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

圖片來源：新疆日?qǐng)?bào)

2004年，上海隧道公司造出首臺(tái)國(guó)產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)“先行號(hào)”，卻在市場(chǎng)遇冷。成都地鐵項(xiàng)目流傳著一句話：“只有德國(guó)盾構(gòu)機(jī)能進(jìn)成都。”因?yàn)楫?dāng)?shù)?strong>地質(zhì)復(fù)雜如“豆腐里打洞”，國(guó)產(chǎn)機(jī)一旦故障，整個(gè)地鐵線路可能報(bào)廢。這種困境被稱為“冷啟動(dòng)悖論”：新技術(shù)沒應(yīng)用場(chǎng)景就無法改進(jìn)，沒改進(jìn)就更沒人敢用，形成死循環(huán)。

轉(zhuǎn)機(jī)出現(xiàn)在2008年。天津地鐵項(xiàng)目中，中鐵裝備的“中國(guó)中鐵1號(hào)”首次實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)復(fù)合式盾構(gòu)機(jī)應(yīng)用——不是直接賣設(shè)備，而是和施工單位綁定：如果機(jī)器出問題，企業(yè)全額賠償損失。這臺(tái)機(jī)器在施工中暴露出刀盤磨損過快的問題，施工團(tuán)隊(duì)每天記錄200多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，反饋給研發(fā)團(tuán)隊(duì)，3個(gè)月內(nèi)迭代了5版設(shè)計(jì)，最終讓國(guó)產(chǎn)機(jī)效率提升40%。由此，國(guó)產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)得以逐漸擺脫“冷啟動(dòng)悖論”。

江海號(hào)盾構(gòu)機(jī)

圖片來源：央視新聞

02

“關(guān)鍵用戶”登場(chǎng)：

施工單位如何成為創(chuàng)新核心？

傳統(tǒng)認(rèn)知里，用戶只是產(chǎn)品的購(gòu)買者，但中國(guó)盾構(gòu)機(jī)的故事里，中鐵隧道局、鐵建重工等施工企業(yè)，卻成了創(chuàng)新的核心驅(qū)動(dòng)力。2011年遼西北供水工程，地質(zhì)條件包含斷層破碎帶和突涌水，石家莊鐵道大學(xué)的專家團(tuán)隊(duì)和施工單位直接把辦公室搬進(jìn)了隧道，白天監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，晚上和工程師開會(huì)改設(shè)計(jì)，最終讓國(guó)產(chǎn)硬巖掘進(jìn)機(jī)突破了“極硬巖”掘進(jìn)難題，兩項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先。

在長(zhǎng)沙地鐵項(xiàng)目中，鐵建重工的“開路先鋒19號(hào)”盾構(gòu)機(jī)創(chuàng)下紀(jì)錄：邊施工邊迭代，每掘進(jìn)100米就優(yōu)化一次參數(shù)。施工方每天提供厚厚的掘進(jìn)數(shù)據(jù)報(bào)告，研發(fā)團(tuán)隊(duì)據(jù)此改進(jìn)了刀盤布局、注漿系統(tǒng)，讓機(jī)器效率提升30%。“用中學(xué)、學(xué)中用”，這種模式讓中國(guó)盾構(gòu)機(jī)在真實(shí)工程里完成成百上千次實(shí)戰(zhàn)演練。

珠江口隧道盾構(gòu)段內(nèi)部

圖片來源：中鐵十四局

2017年，為攻克6米級(jí)大直徑主軸承國(guó)產(chǎn)化難題，中鐵裝備聯(lián)合洛陽LYC軸承、浙江大學(xué)組成“創(chuàng)新聯(lián)合體”。施工單位直接把軸承裝在盾構(gòu)機(jī)上實(shí)測(cè)，發(fā)現(xiàn)潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)缺陷后，當(dāng)場(chǎng)拉著軸承廠工程師改圖紙。“用戶牽頭、產(chǎn)學(xué)研跟進(jìn)”，關(guān)鍵用戶的參與讓原本需要5年的研發(fā)周期縮短到2年，最終使國(guó)產(chǎn)主軸承成本降低60%。

03

從追趕到超越追趕：

中國(guó)盾構(gòu)機(jī)領(lǐng)跑全球的底層邏輯

為了從豐富的數(shù)據(jù)中得到結(jié)構(gòu)化呈現(xiàn)和系統(tǒng)性闡釋，研究對(duì)中國(guó)盾構(gòu)機(jī)的發(fā)展歷程進(jìn)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(chuàng)新前沿階段”。研究主要關(guān)注盾構(gòu)機(jī)產(chǎn)業(yè)在追趕、超越追趕與創(chuàng)新前沿各階段的復(fù)雜挑戰(zhàn)，并基于此解析用戶在創(chuàng)新體系中的驅(qū)動(dòng)作用機(jī)制。

中國(guó)盾構(gòu)機(jī)技術(shù)發(fā)展歷程

追趕期（2001-2008）：

用“首臺(tái)首用”破局冷啟動(dòng)

這一階段的核心是“找信任”。2002年，科技部將盾構(gòu)機(jī)關(guān)鍵技術(shù)列入“863計(jì)劃”，中鐵隧道局牽頭聯(lián)合浙江大學(xué)、中信重工，不是先搞研發(fā)，而是先和施工單位“對(duì)賭”：如果國(guó)產(chǎn)機(jī)在工程中出問題，企業(yè)承擔(dān)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(xiàng)目愿意給國(guó)產(chǎn)機(jī)機(jī)會(huì)，最終用實(shí)際工程數(shù)據(jù)證明了可靠性。

超越期（2009-2016）：

用“場(chǎng)景定制”突破技術(shù)壁壘

為什么中國(guó)盾構(gòu)機(jī)在復(fù)雜地質(zhì)領(lǐng)域能超越國(guó)外品牌？答案是“量體裁衣”的創(chuàng)新。當(dāng)國(guó)產(chǎn)機(jī)進(jìn)入北京、上海等一線城市地鐵項(xiàng)目后，施工單位開始提出更苛刻的需求。2010年，北京地鐵10號(hào)線遇到富水砂層地質(zhì)，傳統(tǒng)盾構(gòu)機(jī)容易發(fā)生噴涌。中鐵裝備的研發(fā)團(tuán)隊(duì)和施工方連續(xù)72小時(shí)駐守現(xiàn)場(chǎng)，根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)調(diào)整泥漿配比，最終發(fā)明了“雙模式盾構(gòu)機(jī)”，既能在軟土中掘進(jìn)，也能應(yīng)對(duì)硬巖。

領(lǐng)跑期（2017至今）：

用“全球市場(chǎng)”倒逼創(chuàng)新前沿

2017年，中國(guó)盾構(gòu)機(jī)產(chǎn)銷量首次位居世界第一，但新的挑戰(zhàn)又開始了。在“一帶一路”項(xiàng)目中，東南亞國(guó)家的復(fù)雜地質(zhì)給國(guó)產(chǎn)機(jī)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(lián)合中交天和等企業(yè)，研發(fā)出耐酸堿的特種鋼材和智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，使盾構(gòu)機(jī)壽命延長(zhǎng)2倍。由此可見，正是“市場(chǎng)需求→技術(shù)攻關(guān)→標(biāo)準(zhǔn)輸出”的閉環(huán)，助力中國(guó)盾構(gòu)機(jī)在全球市場(chǎng)占據(jù)80%以上份額。

04

關(guān)鍵用戶的“三板斧”：

為什么他們能驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新？

中國(guó)盾構(gòu)機(jī)的發(fā)展迅速，但并非意味著過程輕易。在復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)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(yè)在扮演著越來越重要的角色。研究將關(guān)鍵用戶定義為對(duì)產(chǎn)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(chǎn)品創(chuàng)新全過程并具有重要決策權(quán)的用戶企業(yè)。

那么，他們?yōu)楹文茯?qū)動(dòng)創(chuàng)新？

圖片來源：中國(guó)盾構(gòu)產(chǎn)業(yè)網(wǎng)

搭平臺(tái)：

把產(chǎn)業(yè)鏈“擰成一股繩”

在傳統(tǒng)創(chuàng)新模式中，企業(yè)、科研院所、用戶是割裂的，但中國(guó)盾構(gòu)機(jī)的關(guān)鍵用戶扮演了“黏合劑”角色。2015年，中鐵裝備牽頭成立盾構(gòu)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，成員包括20家高校、50家供應(yīng)商和10家施工單位。聯(lián)盟定期開“技術(shù)診斷會(huì)”，施工單位帶著工程問題來，企業(yè)和科研院所帶著解決方案走，以問題為導(dǎo)向，大大提升了知識(shí)流動(dòng)效率。

給場(chǎng)景：

用工程需求“喂”出技術(shù)迭代

相比實(shí)驗(yàn)室里的模擬測(cè)試，真實(shí)工程場(chǎng)景才是技術(shù)的試煉場(chǎng)。2019年，深圳春風(fēng)隧道需要穿越運(yùn)營(yíng)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(tuán)隊(duì)和鐵建重工研發(fā)團(tuán)隊(duì)合作，在盾構(gòu)機(jī)上安裝了1000多個(gè)傳感器，每10分鐘采集一次數(shù)據(jù)，最終實(shí)現(xiàn)沉降控制在1.5毫米，這種精度讓國(guó)外同行驚嘆。施工單位的每一個(gè)“刁鉆需求”，都成了技術(shù)突破的方向。

建知識(shí)庫：

讓經(jīng)驗(yàn)從“個(gè)人大腦”到“產(chǎn)業(yè)云”

盾構(gòu)機(jī)施工積累的經(jīng)驗(yàn)非常寶貴，但過去常存在老師傅的腦子里。關(guān)鍵用戶推動(dòng)建立了“盾構(gòu)工程大數(shù)據(jù)平臺(tái)”，把600多個(gè)項(xiàng)目的地質(zhì)數(shù)據(jù)、設(shè)備參數(shù)、故障記錄都數(shù)字化，大大促進(jìn)了知識(shí)共享。現(xiàn)在，新工程師打開系統(tǒng)，輸入“北京砂卵石地層”，就能看到過去10個(gè)類似項(xiàng)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(gòu)機(jī)的案例出發(fā)，這項(xiàng)研究的意義并不止于盾構(gòu)機(jī)本身。研究團(tuán)隊(duì)指出，雖然我國(guó)已具有盾構(gòu)機(jī)、高速鐵路等全球領(lǐng)先的復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，但在以光刻機(jī)為代表的部分領(lǐng)域仍面臨技術(shù)封鎖困境。而盾構(gòu)機(jī)的“突圍路徑”，或可以為更廣泛意義上的中國(guó)創(chuàng)新提供啟示。

今天的中國(guó)盾構(gòu)機(jī)，已經(jīng)能在北極圈凍土、海底100米等極端環(huán)境作業(yè)，甚至出口到德國(guó)本土——這個(gè)曾經(jīng)壟斷者的老家。

更重要的啟示在于：技術(shù)追趕不是簡(jiǎn)單的研發(fā)投入比拼，也不是對(duì)于技術(shù)至上的迷信，而是能否構(gòu)建“需求-研發(fā)-應(yīng)用”的閉環(huán)。在未來，越來越多的“關(guān)鍵用戶”不再只是被動(dòng)購(gòu)買，而是主動(dòng)定義需求、參與研發(fā)、驗(yàn)證技術(shù)，從“技術(shù)接受者”變?yōu)椤皠?chuàng)新主導(dǎo)者”，繼續(xù)突破一個(gè)又一個(gè)的技術(shù)難關(guān)。

編輯排版：伍梁永

審核：佟慶、吳東