刘飞香:敢为人先 创新引领中国盾构发展传奇

2019/12/24/9:30

    以地铁为代表的我国城市轨道交通进入前所未有的发展高峰期,成为最具发展潜力的交通基建项目。在这项堪称伟大却又充满未知的地下工程里,隧道掘进机发挥着举足轻重的作用。

    作为地铁和多种隧道专用工程机械,掘进机是世界上隧道施工效率最高、最安全、最先进的装备,可以实现掘进、岩渣装运、洞壁支护、一次开挖成洞,是衡量一个国家装备制造业水平和能力最具代表性的重大关键装备。2007年以前,我国所用盾构多从国外采购,欧、美、日等制造商几乎垄断我国盾构市场。外国品牌不仅价格昂贵,而且服务跟不上,交货周期也长,处处受制于人。

    我国自主品牌掘进机的成功崛起改变了现状。铁建重工成立后在不到一年的时间里,就自主研发生产出了拥有中国自主知识产权的盾构机,应用于长沙地铁建设,被命名为“开路先锋19号”。

    如今,铁建重工TBM和大直径盾构机被广泛应用于国内30多个省市的地铁、铁路、煤矿和水利等重点工程;轨道系统位列国际先进水平,产品远销美国、加拿大、非洲、西亚等30多个国家和地区;自主研制的全电脑凿岩台车、混凝土喷射台车助推中国隧道智能建造。

    12年时间,铁建重工成长为中国工程机械5强、全球工程机械50强(32位),是全球最大的高端地下施工装备制造商。之前完全被外国品牌垄断的掘进机械产业,如今90%市场被以铁建重工为代表的中国品牌牢牢掌控。

    作为一家从零起步打造了轨道系统、掘进机、特种装备等三大成熟产业板块,并布局多个新兴产业板块业的大型企业集团,铁建重工的发展轨迹上,还有另一项注脚令人瞩目:国内唯一一家没有与国外厂家合作、没有购买国外图纸和专利的掘进机研发制造主流企业;铁建重工自主研制的具有原创性、创新性、战略性、颠覆性的国内和全球首台(套)产品累计50余项:全球首台煤矿斜井TBM、全球首台永磁电机驱动盾构机、国产首台大直径敞开式TBM、国产首台单护盾TBM、国产首台双护盾TBM、国产首台最小直径TBM等,为我国乃至世界填补了产业空白,带动行业技术进步和产业发展。

    科技创新大潮澎湃,千帆竞发勇进者胜。从无到有,从小到大,从弱到强,从跟着跑到并着跑再到领着跑,是谁构建了铁建重工跨越式发展的内生动力和创新驱动发展的显性基因,又是谁绘就了发展传奇的成长轨迹?

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铁建重工党委书记、董事长,国家企业技术中心主任,西南交通大学兼职教授刘飞香

    8月29日,湖南省政府新闻办召开发布会,发布了2019年湖南“最美科技工作者”名单。铁建重工党委书记、董事长,国家企业技术中心主任,西南交通大学兼职教授刘飞香与袁隆平院士、官春云院士、印遇龙院士等十人获此殊荣。这是刘飞香先后获得“全国五一劳动奖章”、“全国优秀企业家”、“中国铁建杰出科技创新带头人”、“长沙市科技创新领军人才”、“第十一届湖南光召科技奖”等荣誉称号之后获得的又一项殊荣。

    与此同时,在全球工程机械产业大会上,格外引人注目的是刘飞香荣获“全球工程机械新兴交叉技术创新贡献奖”和铁建重工荣登营业利润率“全球第一”宝座。

    正是刘飞香,带领铁建重工缔造制造传奇,引领我国地下装备制造产业向中高端迈进,唱响高端装备自主创新的民族品牌和国家名片,成为高质量发展的典范。

    敢为人先:高铁道岔从零起步缔造创业传奇

    2006年夏天,刘飞香背起行囊,只身回到了株洲石峰山下,那是一片亟待开发的工业用地,刘飞香认定要在这里建起中国南方首个现代化高速道岔制造企业。

    时间回到2006年。《国家中长期铁路网规划》正逐步从梦想照进现实,规划提出到2020年建设提速铁路2万公里,客运专线1.2万公里……彼时中华大地高铁建设走上“快车道”。只不过,作为高铁主要技术装备的大号码高速道岔在国内尚不具备生产能力,成为高铁建设的关键瓶颈。

    当时在武汉中铁十一局担任副总经理的刘飞香面临一个人生选择,是继续在驾轻就熟的基建施工领域深耕,还是扛起构建中国铁建工业创效板块的重担?西南交大学机械工程出身的刘飞香果断选择了后者。

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 刘飞香(右二)带领科研团队攻坚克难,推动产业打破了国外技术和市场垄断,

实现从替代进口到走出国门的创新蝶变

    实现从替代进口到走出国门的创新蝶变

    2006年夏天,刘飞香背起行囊,只身回到了株洲石峰山下,那是一片亟待开发的工业用地,刘飞香认定要在这里建起中国南方首个现代化高速道岔制造企业。

    创业从零起步,无基础、无技术、无经验,怎么办?刘飞香也想过借鉴一些制造业企业通常的做法——“拿来主义”,即引进国外技术、与外资联合办厂,但是当时外资企业提出的要占49%的股份、外方人员工资800欧元/天的“霸王条款”深深刺痛了刘飞香的心,也挑战了他的民族自尊感。刘飞香决定放弃这条路,另起炉灶自己干,走自主创新的路子。

    正所谓立志容易成志难。在创业的前3年时间里,“5+2”、“8+X”、“白+黑”是刘飞香的工作常态,大年三十在岗位上边工作边过年。正是怀着这样一种破釜沉舟的决心和闯劲,从工厂的设计和方案论证、项目建设前期审批、3万多平米建筑物拆迁、建设项目用地处置出让、所需设备选型采购、技术骨干招聘培训,到首组时速350公里42号单开道岔试制成功、工厂完全具备自主生产高速、提速、普速道岔产品及配件和合金钢辙叉、高锰钢辙叉的能力,工厂生产的自主产品一度刷新了中国高铁最高速度和舒适度水平,目前铁建重工的道岔产品已经占据国内1/3的市场份额,成为业界的一段创新创业传奇。

    摘得明珠:一年造盾构三年走过三十年历程

    创业之路既要埋头苦干,也要抬头看路。10年前,在国家基建施工领域,大型施工装备长期依赖进口一直成为行业的卡脖子、扼咽喉之痛,进口设备价格昂贵、服务得不到保障,基础设施建设时时受制于人,尤其是以隧道掘进机为代表的高端地下施工装备,单台进口价格高达几亿元。

    据当时估算,未来10年内我国铁路、公路、地铁、水利、油气等非开挖建设工程将达6000公里以上,至少需要总价值320亿元的400多台盾构施工装备与之配套,这是亟待民族装备制造企业赢取自尊、开辟市场蓝海的新领域。

    当时刘飞香同样面临一道选择题:一方面,国内通用型工程机械产业风生水起,发展形势喜人,且进入门槛低;另一方面,专业型地下工程装备自主产品寥寥无几,核心技术受制于人,而且进入门槛高。在抉择面前,萦绕在刘飞香心中“为中国制造赢得尊严”的情愫不灭,湖南人“霸得蛮、不怕死”的精神不减,他瞄准了高端地下工程装备这个被誉为工程机械“皇冠上的明珠”的民族工业薄弱领域。

    盾构机,在制造业内被称为“皇冠上的明珠”。然而,摘取明珠又谈何容易。对于中国企业来说,一是自主创新能力薄弱,产业发展所需要的关键技术对外依存度高,拥有自主知识产权的技术与产品很少;二是对引进技术的消化吸收再创新能力不强,没有形成自主研发能力,重复引进现象依然存在。“高端装备高端定位,要成为盾构行业的领舞者,铁建重工要建设具有自主知识产权的盾构研发和生产基地。”刘飞香的话掷地有声。

    铁建重工投资建设的以盾构为核心的隧道施工重型设备项目于2008年8月28日正式落户长沙国家级经济技术开发区,立志打造集盾构研发、制造、改造、零配件供应等于一体的盾构产业基地,集机、光、电、液、传感、信息技术于一体,涉及60多门学科技术的盾构机是一种隧道掘进的专用工程机械,研制国产盾构机是一项极具挑战性的科研任务。仅仅10个月的时间,刘飞香带领科研团队完成了第一台复合式土压平衡式盾构机的调研、设计、制造和组装调试,打造了国际上最完备的一条盾构机生产线,盾构机国产化率已经在60%以上,很多关键部件实现了完全国产化。

    在长沙地铁盾构机的竞争中,铁建重工的盾构机设计制造方案针对性强、配置完善,而且每台盾构机的价格比国外同等配置的产品便宜约500万元。正是因为这些绝对优势,长沙地铁施工所需的盾构机全部与铁建重工签订订单。与此同时,在北京、昆明、福州等全国10多个城市,铁建重工盾构机顺利潜行。

    2011年,铁建盾构荣获中国工业论坛首台重大技术装备示范项目称号,标志着中国的盾构自主研发水平上了一个新的台阶。短短3年,铁建重工走过了国内盾构30年的发展历程,并成为中国隧道装备制造领域的领跑者。实现了中国制造到中国创造的梦想,不仅迫使国外盾构机大幅降价,也带动了盾构机相关配套产业的快速发展。

    顶天立地:中国动力从跟跑到领跑的蜕变

    科技创新既要“顶天”,面向世界科技前沿,致力于未来发展;又要“立地”,面向国家重大需求,实现关键核心技术安全、自主、可控。

    从技术难度角度来说,盾构比TBM要低。欧美发达国家从20世纪50年代开始大量使用盾构或TBM进行施工,在设计、制造、施工等各项技术方面已经相对较为成熟,形成了相对完整的技术体系。在TBM市场,国内企业仍然处于劣势,国内市场仍由国外企业垄断。拿下TBM,填补国内空白。唯其如此,铁建重工的国际竞争力才能更加凸显。

    在铁建重工,在整个行业,刘飞香是个出了名的“技术控”,执着于创新,他亲任国家级企业技术中心主任,每个重要的研发项目都亲自披挂上阵。他的逻辑非常清晰:铁建重工是科技型企业,创新是第一要务,也是铁建重工过去、现在和将来发展的核心动力,无论是作为董事长还是首席科学家,都必须亲临研发一线,带领研发团队攻坚克难,才能在未来的市场竞争中保持可持续的核心竞争力。

    实践反复告诉我们,关键核心技术是要不来、买不来、讨不来的。唯有以关键共性技术、前沿引领技术、现代工程技术、颠覆性技术创新为突破口,努力实现关键核心技术自主可控,把创新主动权、发展主动权牢牢掌握在自己手中。

    自2009年以来,刘飞香牵头自主研制全断面隧道掘进机系列装备,相继突破了高效破岩、连续掘进、电液同步驱动、围岩快速支护、姿态自动纠偏、常压换刀等100余项核心技术,推动产业打破了国外技术和市场垄断,实现从替代进口到走出国门的创新蝶变。

    2014年,在国家科技部“863”课题支持下,国产首台岩石隧道掘进机(TBM)在铁建重工下线。没想到,它下线之后的首秀就迎来一场恶战,要在吉林省引松供水工程中,与当时世界排名第一的掘进机正面比拼。2017年8月,依靠过硬的技术和贴心的服务,铁建重工的TBM提前半年贯通隧道,而同场竞技的外国品牌相比足足迟到了一年。这次“首秀”,铁建重工完胜。这标志着铁建重工隧道掘进机技术完成了从跟着跑、并着跑再到部分领着跑的蜕变。

    “加丽娜”号是铁建重工自主研制首次出口到欧洲地区、挑战世界极寒环境的国产盾构机。在俄罗斯使用盾构机最大的难点在于极寒的施工作业环境,“加丽娜”开发了可耐-30℃低温的主驱动,并增加液压泵站、变频器等辅助加热系统,使设备完全适应俄罗斯极寒施工作业环境,目前正在莫斯科地铁项目施工。2017年,铁建重工自主研制的5台国产品牌盾构机出口到俄罗斯,为一带一路沿线国家地铁建设注入“中国动力”。

    2018年12月,工业和信息化部、中国工业经济联合会在北京召开2018年制造业单项冠军经验交流会,发布了第三批制造业单项冠军企业和单项冠军产品。由铁建重工生产的全断面隧道掘进机摘获制造业单项冠军产品。

    树高叶茂,系于根深。刘飞香深知,只有强化战略导向和目标引导,强化科技创新体系能力,才能构筑支撑高端引领的先发优势。刘飞香为企业不断培植创新沃土,让科技创新生机勃勃。刘飞香提出科技创新始终坚持“两个不变”:研发人员占比员工总数20%以上不变,研发投入占比销售收入5%以上不变。目前,铁建重工构建了“八位一体”创新平台,聚集了超过1500名专业技术研发人才,累计培养了技术带头人与技术骨干100名以上,创造了平均每天研发出一项新技术新成果的创新速度。

    在科技创新中,刘飞香积极开展产学研用协同创新,依托国家重大科研课题及重点隧道工程,成功将铁建重工打造成全球生产规模最大、研发能力最强、制造水平最先进的国家隧道掘进装备智能制造新模式产业基地。如今铁建重工自主研制开发了50余项国内和全球首台套产品,攻克各类产业技术难题100余项;主持国家科技项目18项、省部级项目52项目,累计申请国家专利1400余件,累计授权发明专利245件。

    战略引领:非标个性定制,只做填补空白产品

    一个优秀企业家,有独到的战略眼光,善于发现潜在的市场,并且能迅速行动,用强大的执行力把公司战略落地。

    刘飞香敏锐地发现:机械化、智能化隧道施工将有广阔的发展前景和市场空间。于是,刘飞香率队成立特种装备事业部,仅仅用两三年的时间,包括凿岩台车在内的特种装备高端产品迅速占领市场,成为当之无愧的领头羊。正是企业清晰的战略定位和战略引领,才能将成功的模式快速复制至新业务板块,少走弯路,实现快速发展。

    刘飞香坦言,如今的铁建重工战略,并非是创业之初所设想的,而是在发展过程中,不断吸收、改变,再吸收、再改变,在不断迭代过程中总结出来的。最开始计划修盾构,后来觉得修不如造;刚开始想引进技术,后来决定自主研发;发展初期的创新是为了追上同行,后来的创新是为了填补空白,引领行业;最初做盾构机,由于市场需求和技术积累,又开始研发硬岩隧道掘进机,现在已经把业务拓展至特种装备、轨道系统、绿色建材装备、高端农机、新型材料等领域。

    “我们只研发填补国内空白的产品。”刘飞香说,“我们确定了产品开发的基本原则:一是专注于非标、个性化、定制化,且与施工工法密切关联的高端装备,‘一把钥匙开一把锁’;二是只开发能够填补国内空白的产品,甚至全球空白的产品;三是产品上市后其市场占有率和科技水平必须处于国内行业前三名,否则纳入淘汰范畴。”这也是铁建重工的产品产业定位。数字化智能化正成为高端装备制造迈向高质量发展阶段的创新引擎,刘飞香积极推进传统制造向智能制造转型。站在世界工程装备技术发展最前沿,他创造性地提出了“两型三化九力”企业发展战略,坚守“创新型、服务型”企业模式,坚持“差异化、智能化、全球化”发展道路,着力提升“‘数字化+’的转型升级能力”等9种核心能力,围绕客户价值链和产品生命链,推进数字化空间建设,建立以长沙为中心、辐射全国的指挥监控中心,打造了国内第一个盾构机绿色再制造示范项目,推动了“中国制造”与互联网的深度融合发展,提升了我国装备制造业水平和重大装备核心竞争力,引领盾构机行业智能制造新模式,受到国家工信部和湖南省主要领导的高度赞扬。

    工法革命:装备带动引领隧道智能建造

    在我国仍然有大量的铁路和公路隧道施工仍然采用传统人工钻爆法施工,这种方式施工速度慢、安全系数低、环境污染重。对此,刘飞香提出了隧道智能建造构想,即基于隧道施工机械化、信息化、智能化,工法创新、设计创新和管理创新等过程和手段,应用信息技术、先进制造技术、自动化技术和人工智能技术等先进技术,打造出隧道施工装备智能机群系统,让每一台装备都具有机器人特征,最终实现钻爆法施工隧道内数字化施工、黑灯作业、少人作业或无人作业。

    在这种以“装备带动工法革命”的颠覆性创新思想引导下,铁建重工的隧道特种施工装备产业形成了隧道机械化施工系列产品、特殊地质施工系列产品、煤矿机械化施工系列产品、绿色环保施工系列产品四大产品系列,正在引领一场中国隧道智能建造新模式的生动实践。

    2018年,全球首台全智能型混凝土喷射机在铁建重工推出,受到了媒体的广泛关注和竞相报道。一系列智能化高科技因素的加持,让其成为备受追捧的“网红”产品,实现了高效、高质、精准的全智能化湿喷作业,提升了湿喷支护作业的安全性和高效性,为实施隧道智能建造打下了坚实的基础,成为铁建重工创新发展的又一生动注脚。

    当前,正在筹备的川藏铁路是习近平总书记亲自部署的重点工程,对国家长治久安和西藏经济社会发展具有重大而深远的意义。建设超级工程,离不开超级装备,需要依靠装备制造业的高质量发展。川藏铁路能不能修建,怎么修建,需要多长的周期修建完成,很大程度上取决于施工装备。

    为此,铁建重工专门为川藏铁路国家重点工程成功研发了超级地下工程装备。超级地下工程装备,是铁建重工1500多人的研发队伍,夜以继日地持续创新的结果。可以说,超级地下工程装备研发成功,意味着我们在高端地下工程装备领域进一步确立了全球领先的位置。

    2019年是建国70周年,也是实现“两个一百年”目标的冲刺年。新时代,党中央对中国制造做优做大做强提出了更高目标。把核心技术牢牢掌握在自己手里,能够成为智能化时代大潮的弄潮儿,刘飞香和他的团队坚信中国制造一定会给全球基础设施建设贡献更多的“大国重器”“中国方案”和“中国智慧”。