國家盾構實驗室內的盾構機模型
盾構實驗室實操車間
科研人員通過大屏與遠在幾千公里外作業的盾構機“對話”
上海，長江入海口，全長14.25公里的上海崇明區到江蘇太倉的長江隧道正在穿江作業當中。
鄭州，高新區，隧道掘進機及智能運維全國重點實驗室，鼠標輕點，千里之外的“崇太長江隧道”的實時畫面和實時數據一屏盡覽。
大數據平臺猶如“千里眼”“順風耳”，全球各地接入平臺的盾構機的“一舉一動”盡在掌握之中。
2008年之前，中國使用的盾構機還只能依賴進口，短短十幾年時間，“中國制造”的盾構機已經頻頻亮相于世界各地的重大工程，完成從進口到出口的“逆襲”。
從無到有、從有到強、從強到優，中國盾構映射著中國從制造大國向制造強國的成長歷程，縮影著中國制造向“中國智造”的躍升軌跡。
從0到1
盾構機形似一條“蟲子”，最前端是刀盤，上面布有滾刀、刮刀、邊齒刀等各種類型的刀具，它們是破巖的“牙齒”——“牙口好，才能嚼得動”——泥土巖石經過“牙齒咀嚼”后，被運出地下，形成了貫通城市地下的地鐵隧道、穿山入海的隧道、飲水工程。
19世紀，法國工程師馬克·布魯諾爾以“蟲洞”為靈感，發明邊掘進邊修建支撐結構的1.0版本的盾構機。
此后百年里，盾構技術一直被西方壟斷。
2001年，中鐵隧道局集團決定自主設計和制造中國盾構。次年10月，18人組成的盾構機研發項目組“筑夢之隊”成立，科研人員圍繞盾構掘進“失穩、失效、失準”三大難題，攻堅盾構機自主制造的關鍵技術。
2008年4月，中國首臺具有自主知識產權的復合式盾構——直徑6.3米、每分鐘掘進8厘米的“中國中鐵1號”在河南新鄉下線，標志著中國盾構在關鍵核心技術、實驗平臺研制、重構產業發展方面取得了重大突破，實現從盾構機關鍵技術到整機制造的跨越。
此后，中國盾構一路高歌猛進——
2012年，中國盾構走出國門，成功應用于馬來西亞，此后頻繁亮相于新加坡、意大利、波蘭、澳大利亞、法國等世界各地的工程中。
2013年，成功研制超大斷面矩形盾構，首次將矩形盾構應用于城市下穿隧道和地下停車場項目。
2015年，研制出世界首臺馬蹄形盾構機“蒙華號”，項目榮獲2018年世界隧道協會“科技項目創新獎”，標志著中國在異形盾構領域領先世界。
2017年，中國自主研發的盾構產量和銷量雙雙躍升至全球第一。
…………
從盾構機對于不同地質條件的掘進能力，到掘進技術的千錘百煉，硬軟件優勢的疊加，成就了中國盾構從進口到出口的傳奇。
“全國市場占有率超90%，全球市場占有率超70%！”隧道掘進機及智能運維全國重點實驗室執行主任劉永勝說。
從1到N
從0到1，從1到強，背后是無數科學家夜以繼日的攻堅克難。
實驗室內，來自各大工程的巖石樣本依次排列，從高黎貢山到色季拉山，從汕頭蘇埃通道到深圳媽灣跨海通道……每一組被標注的石塊，代表的是一座座崇山峻嶺，一條條的江河湖海。
科研人員從工程現場采集巖石樣本，在這里接受巖石力學試驗，以找出刀具和巖石之間的磨損規律，通過千萬次的實驗對比，找到某一區域掘進的最優解。
這些實驗數據最終轉化為某一工程“量身定做”的掘進設備，“用什么刀頭，刀頭怎么布置，刀間距多遠，完全是科學實驗給出的最佳答案。”劉永勝說。
科研人員一次次地向“卡脖子”問題發起攻堅，一個個科學難題被攻克——
硬件上，自主研發的6米級主軸承，擺脫了國外的技術壟斷；軟件上，自主研發的運維系統可以實現對國外系統的功能替代。
尤其是“地質反演系統”，以最新的地質智能感知技術可以實現掘進前方一二十米地質狀況的“未卜先知”。
“中國盾構的逆襲得益于創新鏈和產業鏈的兩鏈融合。”劉永勝分析認為。
2022年，重組后的實驗室更名為隧道掘進機及智能運維全國重點實驗室，由中鐵隧道局集團、中鐵工程裝備集團、鄭州大學三家共建。
創新鏈上，鄭州大學提供智慧、中鐵裝備負責制造、中鐵隧道局負責施工，打通了研發到裝備到施工的鏈條；產業鏈上，研發出來的產品有兩個陣地，一個是中鐵裝備，一個是中鐵隧道局，零距離實現成果的轉化和應用。
“更重要的是，我們的創新選題是以具體的工程難點為選題目標，解決問題的過程就是創新的過程。”劉永勝認為，工程難題和創新破解的雙向奔赴才是中國盾構飛躍式發展的秘籍。
從制造到智造
實驗室二樓，大數據平臺，如同一個反向的煙花，全球各地接入平臺盾構機的現場畫面和實時數據匯聚到“鄭中心”。
2017年，實驗室開始研發大數據平臺，經過多次的迭代升級，已經形成4個主要板塊——
實時監控，接入平臺盾構機運行狀態的實時情況；綜合分析，直觀了解盾構機掘進位置及上方地質條件；協同管理，對施工項目進行全過程管控；智慧掘進，深度挖掘采集到的數據信息。
以智慧掘進為例，數據反演模型將掘進過程中參數進行“最強大腦”演算，在工程質量和安全“雙保障”的前提下，給出當前地質條件下最優的“掘進方案”。
“不但可以給現場工程技術人員提供參數調整指導，也為盾構機無人化操作奠定了基礎。”大數據中心科研工作人員王俊杰說，實現了盾構設備7×24小時智能運行，自動識別掘進過程中的異常變化，并進行第一時間預報預警。
在上海“崇太長江隧道”掘進的盾構機，直徑15米，相當于五層樓高的“巨型鋼鐵俠”，一個月平均掘進500多米，最高單月700米，不但創造了盾構行業的世界紀錄，而且已經實現“有人值守，無人操作”的智能施工場景。
“未來，實驗室主要聚焦新型和新一代中國盾構。”劉永勝說，新型主要解決深水、高壓、極端底層的高效掘進難題；新一代則是對傳統盾構的顛覆，以激光、微波等技術替代現有的機械破巖技術，開辟盾構的新賽道。
“5年以后，將實現掘進領域首家‘黑燈工廠’，掘進現場將實現物料、工序等全流程無人化管控，掘進設備實現地質風險的“自監控”和應對的“自決策”。”在劉永勝的講述中，智慧掘進的未來場景愈加清晰，“以后掘進現場就是“夾克領帶”，再也看不到“滿身泥巴”的工人。”
本報記者 王戰龍 陶然然/文 周甬/圖
《鄭州晚報》版面截圖
