工人在中國建筑第二工程局有限公司盾構(gòu)基地維修盾構(gòu)機(jī)刀盤。
圖為盾構(gòu)基地再制造的盾構(gòu)機(jī)。受訪單位供圖
近日，中國建筑第二工程局有限公司（以下簡稱“中建二局”）盾構(gòu)基地開足馬力趕訂單。科技日?qǐng)?bào)記者在位于江蘇常州溧陽市的中建二局盾構(gòu)基地看到，高達(dá)22米的龍門吊高懸，直徑7米的盾構(gòu)機(jī)立于其下，工程師們正緊鑼密鼓進(jìn)行最后一輪檢測(cè)。
“今天這臺(tái)盾構(gòu)機(jī)必須出廠，為后續(xù)直徑12米的大盾構(gòu)改造騰出工位。”中建二局盾構(gòu)基地負(fù)責(zé)人魏軍說，“目前訂單已經(jīng)談妥五六臺(tái)，全年的生產(chǎn)目標(biāo)肯定都能實(shí)現(xiàn)。”
在國內(nèi)大型基建工程逐漸飽和之際，中建二局的訂單卻能“逆勢(shì)”增長，關(guān)鍵在于找準(zhǔn)了盾構(gòu)產(chǎn)業(yè)突破口——閑置盾構(gòu)機(jī)再制造。中建二局依靠科技創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)智能升級(jí)，拼上了盾構(gòu)產(chǎn)業(yè)的“最后一塊拼圖”。先進(jìn)的工程再設(shè)計(jì)和再制造技術(shù)，讓老舊或低效能的盾構(gòu)機(jī)煥發(fā)新生。
打造“超級(jí)工坊”
當(dāng)前，我國建筑工程市場(chǎng)正從增量時(shí)代進(jìn)入存量時(shí)代，盾構(gòu)機(jī)的需求量亦呈現(xiàn)縮減態(tài)勢(shì)。數(shù)據(jù)顯示，截至2021年，我國盾構(gòu)機(jī)數(shù)量已超4000臺(tái)，而每年新機(jī)需求量約700臺(tái)。
近年來，各地業(yè)主陸續(xù)推出盾構(gòu)設(shè)備準(zhǔn)入制度，要求掘進(jìn)超出一定里程和出廠超過一定年限的盾構(gòu)設(shè)備，須進(jìn)行必要升級(jí)改造方可繼續(xù)使用。
盾構(gòu)機(jī)作為“工程機(jī)械之王”，技術(shù)壁壘極高。施工企業(yè)受制于設(shè)備制造商，往往選擇采用成本更高的新機(jī)。據(jù)保守估計(jì)，目前，國內(nèi)閑置、待升級(jí)或擴(kuò)徑改造后可投入應(yīng)用的盾構(gòu)機(jī)超1500臺(tái)。
如何破局？2022年，中建二局在落實(shí)國資委科技創(chuàng)新“頭號(hào)工程”戰(zhàn)略部署中，以盾構(gòu)機(jī)再制造為抓手，補(bǔ)齊施工企業(yè)現(xiàn)有盾構(gòu)機(jī)再制造設(shè)計(jì)、再加工鏈條，開拓“盾構(gòu)+”業(yè)務(wù)，為盤活施工企業(yè)現(xiàn)有盾構(gòu)機(jī)資源尋得一片降本增效的“藍(lán)海”。
溧陽市占地100余畝的盾構(gòu)基地，正是“藍(lán)海”中的“試驗(yàn)田”。在這里，盾構(gòu)車間、維修再制造設(shè)備、遠(yuǎn)程運(yùn)維控制中心及高技能人才一應(yīng)俱全，基地可同時(shí)滿足8—10臺(tái)盾構(gòu)機(jī)再制造及維修任務(wù)，儼然一座盾構(gòu)機(jī)的“超級(jí)工坊”。盾構(gòu)基地盡量做到輕資產(chǎn)管理，但這并不妨礙其專業(yè)性，廠房可滿足直徑長達(dá)18米的盾構(gòu)機(jī)的組裝調(diào)試。
盾構(gòu)基地的核心競(jìng)爭力，既在于盾構(gòu)機(jī)再設(shè)計(jì)與制造的技術(shù)能力，也在于其成本控制能力。
在盾構(gòu)機(jī)的再制造與運(yùn)維過程中，運(yùn)費(fèi)昂貴。魏軍給記者算了一筆賬：一臺(tái)在東北作業(yè)的盾構(gòu)機(jī)，如果運(yùn)輸?shù)絻?nèi)陸運(yùn)維，僅運(yùn)費(fèi)就要百萬元。而將盾構(gòu)基地設(shè)置在位于長三角的常州，既有廉價(jià)海運(yùn)支撐，又能在200公里范圍內(nèi)輻射南京、寧波等15個(gè)城市，運(yùn)費(fèi)相對(duì)便宜。
實(shí)現(xiàn)“大小百變”
盾構(gòu)機(jī)是典型的非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)特殊產(chǎn)品，需要根據(jù)工程地質(zhì)需求量身定制。而且，一臺(tái)盾構(gòu)機(jī)的零部件多達(dá)上萬個(gè)，要讓盾構(gòu)機(jī)實(shí)現(xiàn)“大小百變”絕非易事，核心在于改造方具備再設(shè)計(jì)、再制造的能力。
目前，我國的盾構(gòu)尺寸劃分為3—4米級(jí)、6米級(jí)、8米級(jí)、10米以上級(jí)，中建二局對(duì)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行再制造，可根據(jù)其主驅(qū)動(dòng)的推力限制，在1米左右范圍內(nèi)進(jìn)行“大改小”“小改大”。
在盾構(gòu)基地廠房內(nèi)，記者看到，一臺(tái)高達(dá)數(shù)米的盾構(gòu)機(jī)臥伏在地，十多位技術(shù)人員沿著刀盤、管筒、拖車等部件分布在30多米長的生產(chǎn)線上，各司其職，進(jìn)行改裝作業(yè)。
“不要小看1米范圍的變化，哪怕只是改動(dòng)0.1米，盾構(gòu)機(jī)的受力結(jié)構(gòu)都將大有不同。”魏軍告訴記者，油缸的分布、管片拼裝的受力調(diào)整、盾構(gòu)刀具的匹配，都需要再設(shè)計(jì)與驗(yàn)證。
核心裝備的再制造能力是中建二局開展業(yè)務(wù)的底氣。在盾構(gòu)基地的遠(yuǎn)程運(yùn)維控制中心，墻面大屏上顯示著中建二局所有在建項(xiàng)目的實(shí)時(shí)情況。“看，1小時(shí)的進(jìn)度達(dá)1.8米！這臺(tái)在廣州白云機(jī)場(chǎng)城際項(xiàng)目掘進(jìn)的盾構(gòu)機(jī)，正是由業(yè)主的‘1189號(hào)’改造而來。”魏軍說。
“1189號(hào)”盾構(gòu)機(jī)直徑13.46米、整機(jī)長度約133米、總重量約3200噸，在盾構(gòu)機(jī)家族中堪稱“巨無霸”。經(jīng)過天目山隧道項(xiàng)目的使用及長期存放，盾構(gòu)機(jī)性能下降。為“變廢為寶”、繼續(xù)投用，受業(yè)主委托，中建二局對(duì)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行“小改大”擴(kuò)容升級(jí)。
“我們新制盾體結(jié)構(gòu)，讓直徑擴(kuò)大0.85米；維修并使用原盾構(gòu)機(jī)的主驅(qū)動(dòng)、人倉、鉸接油缸、推進(jìn)油缸、SAMSON系統(tǒng)等盾體內(nèi)所有元器件，并根據(jù)新盾體結(jié)構(gòu)重新排布，降低改造成本。”魏軍說，本著物盡其用的理念，再制造讓閑置盾構(gòu)機(jī)華麗變身。
建廠不到3年，中建二局盾構(gòu)基地目前已完成20余臺(tái)盾構(gòu)機(jī)的再制造。僅2024年，就完成3臺(tái)盾構(gòu)機(jī)變徑改造、2臺(tái)雙螺旋機(jī)升級(jí)改造和4臺(tái)盾構(gòu)機(jī)整機(jī)維修，總合同金額達(dá)3000余萬元。
插上“智能翅膀”
要讓再制造盾構(gòu)機(jī)的性能達(dá)到或超過新機(jī)，需要實(shí)施系統(tǒng)性技術(shù)升級(jí)：要將控制系統(tǒng)由總線式改為分布式，同時(shí)改造泡沫單管單泵，并將管片吊機(jī)由單梁改為雙梁、新增五小項(xiàng)系統(tǒng)等，還要更新智能裝備，實(shí)現(xiàn)智能化升級(jí)。
“這臺(tái)盾構(gòu)滾刀智能換刀機(jī)器人有7個(gè)自由度，具備刀具磨損自動(dòng)化監(jiān)測(cè)、刀具搬運(yùn)、新刀具安裝等功能，能實(shí)現(xiàn)毫米級(jí)定位，確保每次換刀都準(zhǔn)確無誤。”中建二局智能裝備研究所所長孫風(fēng)伯告訴記者，去年12月18日，中建二局自主研發(fā)的國內(nèi)首臺(tái)（套）工業(yè)級(jí)盾構(gòu)換刀機(jī)器人一下線，便在廣州白云機(jī)場(chǎng)城際項(xiàng)目上大展身手。
盾構(gòu)換刀機(jī)器人不僅將換刀時(shí)間縮短至原來的三分之一，更重要的是減少了對(duì)人力的依賴，降低了作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，為城市地下空間開發(fā)提供了有力技術(shù)支持。
廣東東莞地鐵2號(hào)線三期工程是中建二局參建的軌道交通工程。這里地表河網(wǎng)密布，水量豐沛，穿越富水地質(zhì)時(shí)，傳統(tǒng)單螺旋土壓平衡盾構(gòu)機(jī)易引發(fā)噴涌、地面沉降等風(fēng)險(xiǎn)。
為破解這一難題，中建二局采用模塊化設(shè)計(jì)理念，對(duì)單螺旋土壓平衡盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行雙螺旋改造升級(jí)，并對(duì)筒體、螺桿、液壓及電氣控制系統(tǒng)等裝置進(jìn)行適配性改造設(shè)計(jì)。在雙螺旋機(jī)及其PID算法技術(shù)的加持下，盾構(gòu)機(jī)可以有效控制二級(jí)螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速、方向，增加土塞阻力，提升連續(xù)穩(wěn)定出渣能力，實(shí)現(xiàn)土壓平衡目的。
目前，中建二局與上海大學(xué)成立了盾構(gòu)產(chǎn)學(xué)研合作基地，在強(qiáng)化盾構(gòu)擴(kuò)徑及刀盤改造等業(yè)務(wù)的同時(shí)，搭建盾構(gòu)掘進(jìn)施工管控“智慧大腦”系統(tǒng)，積極攻關(guān)智能駕駛等新技術(shù)，為盾構(gòu)機(jī)插上“智能翅膀”，將盾構(gòu)機(jī)再制造推廣應(yīng)用到礦山、能源、水利等更多領(lǐng)域。
