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归国情·创业梦

给国产盾构铸心为产学结合添翼

——浙江大学机械工程学院院长杨华勇的故事

2017年09月04日10:11    来源:光明日报

1818年,法国工程师布鲁诺尔受到船板上蛀虫利用分泌物涂抹在孔洞周围蛀孔的启发,发明了盾构。20世纪90年代以来,中国的盾构市场一直被外国公司垄断,中国企业只承担了“施工队”与“加工装配队”的角色。德国、美国等少数跨国公司掌握着盾构的核心技术,不但在我国赚取高额利润,还依靠技术垄断制约我国重大工程建设的速度,直到浙江大学机械工程学院院长杨华勇教授和他的产学研团队九年磨一剑,才一举打破了“洋盾构”在中国一统天下的局面。

“我们的目标是不再受制于人”

1998年,杨华勇到广州参观德国海瑞克公司的盾构产品,适逢海瑞克公司有个工程师要到现场指导盾构的应用情况,这个一天要价3000美元、住五星级酒店的德国工程师,竟然只是一个二十多岁的阿根廷小伙子,他是德国公司派驻台北的工作人员,在台北工作一年半后来广州“指导工作”。

“盾构是大型复杂工程装备,因为我们不懂使用和维护,所以请国外专家费用很大。我受了很大的刺激,我们必须做出属于自己的盾构。”杨华勇说。

“中国当时是具备盾构的制造能力的,很多船厂、重型机械厂都可以制造,但设计和图纸在别人手里。所以当时在中国贴牌制造的盾构,中国人赚不到工程师的工资,只有工人的工资。”基于悲愤和气恼,杨华勇义无反顾,带领产学研团队踏上了艰难的研发之路。“我们已经能制造、安装和使用,我们的挑战,是设计。我们的目标是改变长期依赖国外的局面,争取掌握自主设计制造盾构的能力,不再受制于人。”

但这个项目遇到了重重阻力。

“首先遭到了业内专家的反对,因为他们看到的、使用的都是国外做了几十年的设备,做装备、机械、工程行业的专家都不相信中国短期能自己做出来。”几年里,杨华勇各处奔走呼吁,直到2002年,“863计划”机器人主题启动了对盾构项目的支持,多家企业和高校联合攻关。杨华勇领衔的浙江大学团队负责液压系统,中铁隧道做刀盘刀具,上海隧道做控制系统和后配套系统。

2004年,杨华勇的产学研团队研发出液压驱动和控制系统。系统做好了,下一个问题也接踵而至——没有地方装主机试验。他们多方联系,屡屡碰壁。“当时的环境,一般认为大学能说不能做,只能在实验室做事,大家不相信设计出来的东西能在施工现场派上用场。”后来几经周折,联系到上海地铁二号线延长段的工程队。杨华勇想把他们研发的液压驱动和控制系统并行到德国盾构上试验,但工程部并不信任他们。“施工方都有工期的,提前通了隧道有奖金;拖后了进程,是要挨罚的。所以他们觉得我们是在干涉他们,觉得我们在添乱。”杨华勇说破了嘴皮,施工方才给他们通上了电。

“试用100米,效果和德国盾构完全一样,信任感就产生了。”杨华勇回忆,当时他的团队适时将产学研实地结合了一把,做出了中国盾构第一台样机。“我们教会合作方的工程师液压控制,把他们从应用者变成了设计者,尽管经费申请很难,但国家最后还是批了三千万的经费,用来做了样机。”这台样机就是“中国中铁一号”。

把中国盾构市场的“八国联军”挤出去

“我的科研团队主要从事电液驱动和控制系统的研发,这是盾构的‘心脏’,是国外技术封锁最严的部分,也是盾构隧道工程施工中,解决失稳、失效、失准三大国际难题的核心所在。”杨华勇和他的团队围绕“三失”难题,攻克了压力稳定性、载荷顺应性、多系统协调性三大关键技术,突破了装备内部密封舱压力动态平衡控制、载荷顺应性系统设计、功率自适应电液驱动、姿态测量与实时预测、推进纠偏与复合控制5个技术难点,研制了密封舱压力控制、机构和驱动、推进与纠偏三大系统。2012年,杨华勇及其产学研团队凭借“盾构装备自主设计制造关键技术及其产业化”项目,一举摘得国家科学技术进步一等奖桂冠。

“中国中铁一号”作为我国第一台自主设计与制造的复合式盾构样机,在天津地铁3号线营口道-和平站标段中,穿越了瓷房子、渤海大楼等对地面变形特别敏感的标志性建筑,局部地表变形小于2毫米,地面建筑完好无损,圆满完成了该标段的掘进任务。“中国中铁一号”的成功,为国产盾构打开了市场。“结果这个标段一完成,‘中国中铁一号’就出名了,一下拿到八台订单”。

国产盾构研制成功,正好赶上中国各大城市发展地下轨道交通的大潮,国产盾构凭借质优价廉的特性一下子在国内市场扬眉吐气了。“因为需求大了,技术又不差。所以后来把中国盾构市场的‘八国联军’全部挤出去了,下一代的盾构技术和硬岩掘进技术也应该属于中国,因为市场最大、产业最大,未来产品的发展最有竞争力,中国一定会成为国际市场的风向标。”

杨华勇,这位当年公派去英国巴斯大学读硕士,结果4年拿到博士学位的人;这位为德国盾构“出急诊”,结果开启了盾构国产化之路的人,他的视野一直在学科的前沿,产业的远方。“我们要培养一批可以仰望星空的人,由他们来探索,做国际上从无到有的事;同时,我们在相关产业配合企业做研发、做新技术、做从有到多的事。”(记者 刘华东 见习记者 常莹)

(责编:沈王一、王金雪)

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