盾构及TBM刀具行业发展概况

盾构及TBM刀具行业发展概况破岩工具行业市场竞争格局目前国内工程破岩工具企业市场化程度较高，市场竞争激烈。行业内企业大多针对重点大客户，开发市场用量大或符合其产品发展方向的非标工程破岩工具产品。工程破岩工具行业产品需求和供应均较为分散，难以实现批量生产，产品具有种类多、规格丰富、非标化等特点，行业内规模效应不显著。盾构法施工建设隧道始于英国，发展于日本、德国，国外盾构技术已有近200年的发展历史，由于起步早、受重视，欧美、日等发达地区工程破岩工具在技术水平上具有一定先发优势。随着我国对盾构机及TBM研发制造的大力支持，下游应用领域的快速发展，工程破岩工具的研发、生产工艺得到深入挖掘，其生产规模、技术水平、研发设计能力不断提高。在产品特点上，国外产品主要为光面、标准化产品，对我国复杂多样的施工地层适应性较弱。国外产品精度较高、成本较高，但与国产盾构机及TBM的匹配度较弱。相比之下，国内企业能够根据施工地层提供本土化适应性更强的定制化刀具，并且对客户面临的技术、工艺难题及时响应，能够更贴近市场。目前我国工程破岩工具已成功实现了进口替代。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%；装载机产品销量为140509台，同比增长7．1%；平地机产品销量为6990台，同比增长55．9%；推土机产品销量为6914台，同比增长17%；压路机产品销量为19519台，同比增长0．2%；摊铺机销量为2377台，同比下降8．9%；叉车产品销量为1099382台，同比增长37．4%。2020年受疫情影响，工程机械出口有所下降，2021年经济恢复，工程机械出口金额为340亿美元，同比增长62．1%。据中国工程机械工业协会数据，2021年中国工程机械中叉车出口数量为315763台；挖掘机出口数量为68427台；升降工作平台出口数量为43742台。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。进入破岩工具行业的主要壁垒（一）破岩工具技术壁垒工程破岩刀具制造业属于技术密集型行业，行业内关键技术覆盖产品全生命周期，包括刀具配置方案、材料研发、制造加工、售后服务等，行业内企业需要掌握材料科学、机械加工、热处理、金属密封等技术，技术综合性要求较高，对行业内企业工艺流程规范能力、协调配合生产能力要求较高。同时，工程破岩工具多为盾构掘进系统的关键部件，对工程施工项目的安全性、经济性和施工效率起着重要作用，因此在其开发设计、制造装备等环节都有复杂的工艺参数要求及严格的质量控制。随着运用盾构法、顶管法等非开挖技术的工程施工项目的增多，盾构施工中的地层条件多样性和复杂度也相应增加，市场对工程破岩工具制造厂商的研发和制造能力提出了更高的要求，同时工程项目的应用需求也推动工程破岩工具技术水平的创新升级。因此工程破岩工具制造厂商需要根据不同地层破岩工具的破岩机理进行反复研究与试验，不断优化破岩工具性能指标，以保证其产品能够充分保障使用寿命和满足客户的需求。研发能力和技术水平成为潜在竞争者进入该行业的重要门槛。（二）破岩工具资金壁垒工程破岩工具制造企业一方面需要在前期投入大量资本进行厂房建设、生产设备购置和产品的研发，另一方面需要大量资金垫付运营资本，保障生产经营活动的正常运行。下游客户主要为大型工程施工单位和工程装备厂商，工程金额普遍较大，实施周期长，供应商需预先投入大量资金用于合同执行，因此供应商需要保持充足的流动资金来维持生产经营正常运营。因此，高额的前期资金投入以及较高的运营成本也是潜在竞争者进入该行业的重要门槛。（三）破岩工具客户认可及品牌壁垒目前工程施工单位和工程装备厂商主要通过招投标的方式选择供应商，供应商的企业管理能力、技术水平、产品质量、售后服务和市场声誉等综合实力是影响其是否中标的关键因素。工程破岩工具对施工进度、施工效率及工程质量等具有较大影响，对产品的可靠性、稳定性要求较高，客户往往会选择技术成熟、产品质量稳定、有良好的工程项目应用业绩以及服务体系完善的企业。通常行业内企业入围下游客户的合格供应商名录后，会形成长期稳定的合作关系，客户黏性较强。良好的品牌形象及客户的高度认可需要较长时间的积累，新进入者通常难以在短时间内获得市场认可，因此较难参与本行业的市场竞争。（四）破岩工具人才壁垒影响工程破岩工具使用寿命和性能的关键在于刀具的适应性，以满足客户的差异化需求。材料选配、刀具选型、轴承装配和密封技术是决定刀具适应性的关键所在，因此企业需要拥有众多具备丰富行业经验的人才，才能持续提高企业在刀具选配、定制化研发、生产等方面的实力。而高素质人才队伍需要企业投入时间、人力、财力、物力进行培养，行业新进入者通常难以在短期内建立起有竞争力的专业人才队伍。破岩工具行业发展的方向从技术层面上，破岩工具是隧道施工、地下管廊、油气输送等地下工程施工的关键零部件。为了应对地质结构的多样性和复杂性，破岩工具需要根据施工项目的地质环境等情况进行个性化定制，以达到项目施工的要求，同时在刀具的设计、材料和加工工艺等方面也需要进行升级和持续研发。从市场层面，破岩工具需要进一步拓展新的应用领域，以提高市场容量。另外由于盾构机及其刀具消耗量大、价值高，其循环利用的需求较高，国家也不断出台政策鼓励和支持相关行业的绿色节能发展，推动了行业的再制造服务的需求增长。（一）破岩工具行业技术发展趋势工程破岩工具的关键技术主要包括结构设计、材料研发、热处理、金属密封等，我国工程破岩工具行业整体技术水平随着盾构机及TBM等工程装备设备行业的发展取得明显的进步。国内工程破岩工具行业在发展初期主要靠跟踪、仿制国外同类产品，同时由国内施工单位、科研院所和破岩工具制造厂商联合对国外破岩工具进行技术攻关。行业发展至今，随着使用盾构机、TBM、顶管机等非开挖施工设备的工程施工企业大量增长，施工中遇到的地质情况及技术难题增多，工程破岩工具制造厂商也逐渐突破一系列关键技术，行业整体技术水平得到提升，与国外技术差距逐渐缩小。1、工程破岩工具定制化及非标化我国幅员辽阔，地质条件复杂多样，不同地区的地质状况存在差异，即使同一地区的不同区域，地质状况也会存在较大差异。因此在盾构、顶管施工过程中，可能会遇到各种不同地层，从淤泥、黏土、砂砾层到软岩及硬岩等地层，各种地层的岩土物理力学性能相差较大，对刀具的磨损机理也不同，相应的刀具配置也不相同，需要合理选择刀盘并配置刀盘上的刀具，提高刀盘刀具的地质适应性，减少刀具损坏和磨损。工程施工地质的多样性和复杂性决定了工程破岩工具的定制化和非标化，因此工程破岩工具制造厂商需要紧密结合刀具应用的盾构设备类型及地质条件，针对性地研发设计相应产品，提高刀具的适应性，精准满足客户的产品需求。同时，盾构及TBM刀具等工程破岩工具作为消耗品，对盾构施工进度产生直接影响。施工过程中刀具选择不当，会加剧刀具磨损或损坏，导致频繁更换刀具，从而延缓正常施工进度以及增加施工成本。因此，工程破岩工具制造厂商需要充分了解各类地层地质，通过与客户充分沟通各种刀具配置方案及刀具的性能指标要求，提供定制化的产品服务，提高施工效率，同时避免非正常损耗，降低工程施工成本。2、工程破岩工具结构设计工程破岩工具作为掘进系统的关键组成部件，直接承担外部土体切削任务，其结构设计也要针对每个项目的工程地质条件及施工需求进行专门设计。在结构设计方面，工程破岩工具制造厂商需要根据工程项目施工地质构造、施工用途以及切削原理等进行破岩工具适应性分析，保证刀具及相关附件等结构设计强度、刚度、使用寿命等技术参数符合施工要求，针对性地设计开发出各种型号、规格、尺寸的破岩工具。施工地层为较软岩石时，通常采用齿刀；施工地层为软土或破碎软岩时，通常采用切刀或刮刀；施工地层为硬质岩时，通常采用滚刀。近年来，随着超硬地层、大埋深隧道工程建设越来越多，对工程破岩工具的承载力、抗冲击性等提出更高的要求，有必要通过工程破岩工具结构优化进一步提高工程破岩工具的性能。3、工程破岩工具材料研发材料的韧性与耐磨性是发挥工程破岩工具作用的关键，因此在刀具设计开发阶段的材料研发及选择至关重要。如盘形滚刀在破岩时刀圈不仅承受较大的径向破岩力，同时又受到岩石硬矿物的剧烈磨损，因此刀圈材料必须具有高硬度、高强度及良好的冲击韧性；硬质合金具有较高的硬度和强度，耐磨性好，可镶嵌在滚刀刀圈上，增加刀具的耐磨性。同时，为了克服在工程破岩过程中硬质合金材料表面可能出现的热疲劳裂纹，也可以选择韧性、耐磨性、导热性更好的粗晶粒硬质合金。4、工程破岩工具关键制造工艺工程破岩工具关键的制造工艺主要包括机加工、焊接、装配等。工程破岩工具的机加工主要是车、铣、钻、磨等多道工序，加工精度是破岩工具达到设计要求的关键因素。合理的加工工艺、高精度机床以及熟练操作人员是实现产品制造性能的重要保证。装配工艺技术对工程破岩工具的性能和质量稳定性至关重要，其中涉及的重要技术有轴承及密封技术、检测技术。目前，我国常规密封已完全满足市场需要，高端密封技术也有了明显进步，在密封的关键加工工艺、试验研究等方面都有了不同程度的突破。（二）破岩工具行业市场发展趋势1、破岩工具行业应用领域拓展盾构/TBM等设备主要应用于城市轨道交通工程、引水工程、公铁路隧道工程等领域，除了对城市轨道交通工程的渗透率较高外，其他领域的渗透率均不高。我国城市轨道交通建设将进入平稳期，市场增长趋缓，但未来，随着相关技术的进步、各种异型盾构机的出现以及市场对盾构机认识的深入等，盾构/TBM等设备在引水工程、公铁路隧道、城市综合管廊、矿山建设工程等领域将进一步发挥其安全、环保等优势，进而增加市场对盾构/TBM刀具的需求，推动行业的发展。2、破岩工具行业再制造服务拓展我国出台了多项政策，鼓励和支持盾构机及关键零部件的再制造，但由于市场对盾构机再制造的认识不足、盾构机再制造关键技术储备不够及相关技术标准体系不完善等原因，再制造出来的盾构机及其关键零部件的市场接受度较低。随着再制造技术、工艺等的不断进步，再制造的相关产品必将进一步渗透至整个市场，占据一定的市场份额，盾构机及关键零部件的生产厂商也将成为受益对象，形成行业新的增长点。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。全球工程机械行业发展现状（一）全球工程机械销量：2020年达到近140万台，中美日处在第一销量梯队从全球工程机械产品销量来看，2010-2020年全球工程机械设备市场销量呈现周期波动的态势，2010-2012和2016-2018年全球工程机械市场处在上升周期，2012-2014年市场则处在下降周期。2020年受到疫情冲击，全球工程机械设备销售数量出现些许下降，为1064．6千台，同比下降5．74%。整体来看，目前，中国、日本、美国三个国家位列第一梯队;德国、瑞典、法国位列第二梯队。2019-2020年，从区域占比来看，工