盾构机与刀具技术发展历程

盾构机与刀具技术发展历程盾构机与刀具技术发展历程盾构工法问世以前隧道施工主要靠开挖法。但就城市隧道施工而言，开挖法存在受地形、地貌、环境条件的限制；开挖法给城市交通带来极大不便；开挖产生的地层沉降较大；施工机械的噪声和振动；施工对环境构成的污染等诸多不利因素。1818年法国的布鲁诺首次提出用盾构施工法建设隧道，19世纪末到20世纪中叶盾构工法相继传入美国、法国、德国、日本、苏联等国，并得以不同程度的发展，20世纪60-80年代盾构工法继续发展完善，成绩显著。近40多年来，通过对土压平衡式、泥水式盾构机中的关键技术，如盾构机的有效密封，确保开挖面的稳定、控制地表隆起及塌陷在规定范围之内，刀具的使用寿命以及在密封条件下的刀具更换，对一些恶劣地质如高水压条件的处理技术等方面的探索和研究解决，使盾构机有了很快的发展。我国盾构机的研制始于20世纪60年代。盾构机国产化的发展经历了3个历史时期，概括为黎明期（1953~2002年）、技术创新期（2003~2008年）和跨越发展期（2009年~至今）。为满足国民经济建设对工程机械重大技术装备的需要，诞生了一批高端工程机械和重大技术装备，实现了对进口整机装备的替代、对大量人工作业的替代、对传统低效作业方式的替代、对环境有不利影响的施工方式的替代，实现了施工新工法和极端施工环境的技术突破，满足了我国重大建设项目的需求。十三五期间，我国实现了掘进机械整机系统集成技术的应用。通过高压密封技术、常压换刀技术、冷冻刀盘技术、泥水辐条刀盘技术、环流系统智能控制、高水压多溶洞地层盾构超前探测及加固技术、驱动伸缩摆动技术、可视化施工技术等关键技术、关键系统或部件的应用，诞生了一批适合各种施工环境的盾构施工技术与设备，有效拓展了盾构施工领域。此外，我国实现了15米以上超大直径泥水盾构和超小直径（≤4．5米）盾构施工应用，各类异形盾构机、大直径硬岩掘进机为各类城市建设、特殊地质条件下重大交通、水利建设提供了高水平的解决方案。盾构机的掘进性能很大程度上取决于刀盘的结构形式、刀具类型及布局方式等，盾构机的刀具按切削原理一般分为滚刀和切刀两类，其中切刀又分为刮刀、齿刀和先行刀等。国内刀具技术的发展主要分为初始阶段、引进消化吸收阶段和自主创新阶段。初始阶段以滚刀研发为主，其主要特点是直径小，承载能力低，全部安装在国产盾构上，刀圈材料差异很大，刀具非正常损坏较多。引进消化吸收阶段主要特点是国外施工企业使用国外盾构和刀具在我国施工或国内企业引进国外盾构及刀具施工；国内施工单位、科研院所和刀具制造企业联合对进口刀具进行攻关。自主创新阶段主要特点是国产或与国外联合制造的盾构大量涌现；盾构施工企业增加，遇到的刀具技术问题增多；刀具研发单位迅速增加；国家863计划、火炬计划、创新基金等大力支持；刀具制造与应用技术明显提高，刀具品种增加。工程机械行业发展机遇基建率先发力，拉动工程机械需求增加。新增政府债券加速发行、基建固定资产投资累计同比回升、基建项目开工数量增加、工程机械开工率和平均作业量同比增长，叠加国家十四五规划102像重大工程和各省基建项目逐步落实，基建行业景气度已逐渐回升，进一步反映基建投资稳增长预期，未来对工程机械需求有望逐渐增加。随着国家对农村建设规划，农村对小型挖掘机等灵活性较高的工程机械需求增加，成为工程机械销量的新增量。在地产持续低迷的大背景下，资本市场大力度支持有望助力地产行业持续回暖。稳增长预期持续增强，下游地产需求有望持续修复，利好工程机械行业向上。电动化已成为工程机械行业发展趋势。随着政策持续回暖，地产行业未来亦有望逐渐企稳，叠加前期高基数效应逐渐减弱，预计接下来挖掘机、装载机等工程机械销量降幅有望持续收窄，工程机械主机制造商经营有望改善。从出口看中国工程机械全球地位：中国常年处在贸易顺差地位（一）整体地位：行业进出口常年处在贸易顺差地位作为全球工程机械需求量最大国家，中国工程机械生产不仅可以满足国内市场需求，在国际出口层面，中国也具备相当大的优势，我国工程机械行业进出口常年处在贸易顺差领域。据海关总署数据整理，2020年我国工程机械进出口贸易额为247．22亿美元，同比下降12．7%。其中进口金额37．53亿美元，同比下降7．05%;出口金额209．69亿美元，同比下降13．6%，贸易顺差172．16亿美元。（二）出口地区/国家：美国为中国最大出口国，国外市场火爆2020年，各主要区域经济体和国家中，对日本出口11．44亿美元，同比下降15．6%。上述地区在主要目标市场中降幅较大，超过总体出口降幅。对韩国出口5．49亿美元，同比下降6．75%;对印度出口7．18亿美元，同比下降7．61%;对欧盟出口30．41亿美元，同比下降9．13%;非洲拉美出口32．84亿美元，同比下降10．3%;对俄罗斯出口11．65亿美元，同比下降11．3%;对美国出口24．41亿美元，同比下降11．6%，这几个地区降幅小于总出口降幅。从主要出口国别来看，在2021年第一季度对美、俄、日、印、澳、越、印尼、德等国的出口额均在2亿美元以上;从增速来看，前10企业均保持超过25%的高速增长水平，其中越南、德国和韩国的增速均超过70%。进入2021年，随着全球多地经济从疫情中逐渐复苏，全球范围内大宗商品和货物需求迅速反弹，受到疫情冲击，国外大多工程机械生产厂商产能受到冲击，行业产能跟不上经济复苏的步伐，因此中国各大企业海外业务增速明显，中国企业海外市场扩张趋势明显。从工程机械代表性企业海外营收增速来看，各大中国工程机械企业2020年H1和2021年同期同比增长速度均在40%以上（厦工股份除外），可以看出国产企业在海外市场表现强劲。从全球工程机械发展历程来看，中国在2008年取代美国成为全球工程机械需求量最大的国家。自此之后，为更好的助推国内基建发展，中国工程机械行业呈现较好的发展态势。从全球行业产销领域来看，我国工程机械销量处在全球第一梯队，2020年中国徐工在全球市场占比成功闯入全球前三，中国企业产销在2020年成功拯救了全球工程机械行业。从进出口角度来看，我国常年处在工程机械贸易顺差地位，工程机械产品出口全球。工程机械是装备制造业的重要组成部分，其发展水平是衡量一个国家工业化程度的重要指标。当前，工程机械行业正向自动化、数字化、智能化加速转型。以人工智能为代表的新兴技术为工程机械行业数字化转型持续注入创新活力。工程机械是装备制造业的重要组成部分，其发展水平是衡量一个国家工业化程度的重要指标。当前，工程机械行业正向自动化、数字化、智能化加速转型。以人工智能为代表的新兴技术为工程机械行业数字化转型持续注入创新活力。全球工程机械发展历程：2008年以后中国成为行业需求最大国家20世纪90年代，日美欧三地市场对工程机械的需求基本上占到了世界总需求的80%。在日本泡沫经济达到顶峰的1990年前后，仅日本就占了世界工程机械需求的40%，而当时日本的人口仅占世界的2%。当时日美欧对工程需求如此之高的原因在于当时日美欧的城镇化率迅速提升，伴随城镇化率的提升，基建和房产旺盛，因而催生对工程机械的需求，到1990年日本城镇化率已经达到63%，而美、英、德均超过70%。从2000年开始，我国工程机械需求伴随着工业化和城镇化急剧上升，相反日本和北美的需求呈下降趋势，尽管同时期欧洲的需求正在增长，但与我国和其他新兴市场的快速增长相比，增长速度非常缓慢。2008年后，我国首次超过美国成为世界上最大的工程机械需求国家。印度和拉美市场也不容小觑，根据WUP预测2030年我国城镇化率有望超过60%，而印度也有望超过40%，工程机械市场空间巨大。工程机械行业趋势分析《中国工程机械行业十四五规划》提出，到2025年，中国工程机械行业营业收入预计达9000亿元显然已经提前完成，未来几年增速仍有波动。新冠肺炎疫情仍在全球各地蔓延，行业出口将面临严峻的考验。电动化、智能化、节能环保将成为未来工程机械行业发展的主要趋势，工程机械行业也将致力于为碳排放清零做出巨大调整，未来，将会有更多的绿色环保的工程机械研发和生产出来。中国工程机械行业市场发展现状近两年是中国工程机械行业实现五年新跨越的攻坚之年、转折之年，在国家基建投资力度加大、持续推进以及存量设备更新需求、环保升级等多重利好因推进下，市场整体保持稳中上升态势，国际化进程再提速，出口平稳增长。工程机械行业投入高，市场集中度较高，主要参与者有卡特彼勒、小松、徐工、三一、中联重科等几家。根据全球数据分析结果显示，2021年工程机械行业前十家企业市场份额总和为65．3%，卡特彼勒、小松、徐工、三一、中联重科的市场份额分别为13．0%、10．4%、7．9%、7．5%、4．9%。近十年，中国工程机械产业快速发展，产品研发、技术研发上不断突破，以徐工2600吨级全地面起重机、中联重科12000吨米塔式起重机为代表的大吨位、高技术、高附加值产品快速迭代，中国产品在海外市场得到广泛应用和认可，国际影响力进一步提升。目前，中国主流企业海外销售额平均占比为20%。2022年，中国工程机械产品海外销售额增幅超50%。中国工程机械行业营业收入走势工程机械零部件是工程机械的基础行业，零部件的质量水平关系工程机械的质量水平。经过多年的发展，我国工程机械零部件绝大多数已实现自给，并已出口，但部分关键液压元件和传动元件等仍依赖进口。2021年，我国工程机械出口金额达到340亿美元，2022年1-7月我国工程机械出口金额为242．33亿美元。自改革开放以来，我国工程机械企业数量从几百家发展到2000余家，企业规模从名不见经传的地方小企业发展到在国际上拥有重要影响力的跨国企业集团。随着我国科学技术的进步以及工程机械行业整体研发投入的增加，我国工程机械企业市场竞争力逐步提升，国产工程机械以其较高的性价比不断提升市场占有率，并抢占中高端市场，国内工程机械市场进口替代效应明显。国内涌现出如三一重工、徐工集团等具有全球竞争力的知名工程机械企业。根据《工程机械十四五规划》：十四五期间，工程机械市场集中度达到CR≥60%，CR8≥80%，市场集中度有望持续加速提升。随着基础建设项目的大力开展、存量设备的更新换代以及一带一路倡议对海外市场的开拓，预计我国工程机械产品销量将继续稳步提升。受新冠肺炎疫情影响，一些知名的线下工程机械展被暂停举办。国际买家转而在线上了解厂商的研发、制造和售后能力，线上交易渐成中国工程机械行业外贸转型新趋势。中国工程机械行业行业发展我国工程机械行业快速发展成为国民经济建设的重要支柱产业，如今，我国工程机械行业已经形成了完整的制造业体系，包括20大类、109组、450种机型、1090个系列、上万个型号的产品设备。我国已成为工程机械产品类别、产品品种最齐全的国家之一。同时市场销售量与销售额也赶超美、日，成为世界最大的市场。作为国家装备制造业的重点产业之一，工程机械行业一直是国家支持和鼓励的行业，国内工程机械行业的发展与国家的城镇化和工业化进程息息相关。近年来，为推动行业发展，国家出台了许多支持与鼓励政策。近十年来，我国工程机械行业在历经了发展低潮以及随后的快速恢复和增长后，于2019年迎来了全面发展。面对更加复杂的国际环境和国内经济下行压力较大的局面，工程机械行业借助稳定向好的宏观经济和持续稳定的固定资产投资，行业转型升级的成果进一步显现，二手设备的加快更新、大气污染防治环保政策对市场产生的积极作用、一带一路建设拉动出口增长，以及建设施工领域新技术、新工法的推广应用等众多因素叠加影响下，工程机械市场再现高速增长。根据工程机械协会统计显示，在扣除不可比因素、重复数据和非工程机械产业营业收入之后，201年我国工程机械行业实现营业收入约8000亿元，预计2022年有望达到8300亿元。工程机械产业链工程机械是装备的重要组成部分。概括地说，凡土石方工程、路面建设与养护、流动式起重装卸作业和各种建筑工程所需的综合性机械化施工工程所必需的机械装备，称为工程机械。工程机械主要用于建设工程、交通运输，能源工业建设和生产、等原材料工业建设和生产、农林水利建设、工业与民用建筑、城市建设、环境保护等。我国工程机械行业呈现稳步发展的态势，工程机械产品销量持续增加，营业收入首次突破8000亿元。其中2021年中国挖掘机产品销量342784台，同比增长4．6%；装载机产品销