晶片的榜樣「大型盾構機」,從被封鎖到壟斷全球

2020-12-19 互聯狗

自新中國成立70多年來,我國始終走在一條布滿荊棘的科技發展的道路上,科技水平正經歷著從無到有,從弱到強的過程。兩彈一星、載人航天、C919大型客機等一系列的科研成果,標誌著我國正逐漸發展為一個科技強國。隨著國際形勢的變化以及全球化進程的推進,我國在與其他國家的交流中不斷學習成長,突破了一個又一個的科技難關。

然而,國與國之間的交流是一柄雙刃劍。在我們不斷汲取營養成長的同時,也在逐漸向國外展示著我們蘊含的能量,引來了許多不懷好意的目光。正處於領先地位的國家自然希望能長久保持這種狀態,於是種種手段都向我們襲來:關稅政策、強制收購、合作禁令等。尤其是最近,川普下令封鎖大部分晶片相關企業與華為的合作,一石激起千層浪,網際網路上討論不斷。看衰華為、看衰我國晶片事業者大有人在。

誠然,對於目前的中國來說,晶片技術是一個短期內難以攻克的險關。就仿佛兩個高手同臺競技,結果我們上來就被人扼住了喉嚨。然而這並非是一個死局,無論是外部環境,還是我們自身素質,都有對於我們的有利環境。

從外部來說,「外國」並非只有一個國家,我們也並不是和「外國」為敵;國際半導體協會曾於9月19日發出警告,如果繼續對中芯國際進行封鎖,可能會影響世界半導體格局。姑且不論這個警告能帶來多少真實的幫助。但這起碼表示,我們並非是孤立無援的。

從內部來說,更加艱苦的環境我們都經歷過,歷史上這麼多「30年研發不出來」、「50年都研究不明白」、「中國根本造不出來」的科研難關,也都被我們一一攻克了,兩彈一星、載人航天這種國之重器姑且不論,原子筆筆芯這種太小家子氣的產品我們也略過不說,單就工業領域就有太多可以證明的案例。

接下來我要分享一個與如今情況差不多的案例,希望能給你帶來一些啟發。晶片的榜樣「大型盾構機」,從被封鎖到壟斷全球。

「大型盾構機」,從被封鎖到壟斷全球

我國現在有一款出口量佔世界3分之2的重工機械——盾構機,不僅能為我國帶來不菲的經濟收入,還能使我國收穫許多國家的友誼。然而在上世紀90年代,我國卻只能依賴國外進口,並且進口價格高達3.6億之多,是目前我國出口價格的數倍。我國在這樣的環境下,花了20年時間,突破了層層技術封鎖,並且大量進行技術創新,反奪了3分之2的國際市場,還在這個過程中收購了幾家國際巨頭企業。中國盾構機反敗為勝的傳奇,從被封鎖到壟斷全球,這一切究竟是怎麼做到的呢?

事情要從1953年說起,當時我國正處於第一個五年計劃,想要順利實施就必須先修路,而我國當時很多地方都是山路,幾乎沒有幾條真正的公路,因此要在山區修公路,就必須要開山劈動,而開山劈動就必須要挖掘隧道。在所有的解決方案裡,用機器修隧道是靠譜的做法,而當時只有我國沒有的盾構機是最靠譜最好用的機器。

在這裡給大家科普一下,挖隧道是一件巨大的工程,我們不可能像愚公移山一樣完全藉助人力,不然我們現在可能最發達的交通工具就是公交車了。挖隧道這樣的大工程是需要大型機器的,那就是隧道掘進機,而盾構機是隧道掘進機中的一種,我們國家將用於巖石地層的稱為TBM,用於軟土地層的稱為盾構機,只是大家習慣上都統稱為盾構機。

再回到我們盾構機的故事。我國在最開始挖隧道的時候,採用的是人海戰術,比如直接找人挖開山洞,比如採用鑽爆法等等。這一系列簡單粗暴的方法都沒有使得修公路變得快速高效,而且工人常常因工受傷。

直到20世紀90年代,我國意識事情的緊迫性,首次從德國以7.2億元人民幣的高價引進了兩臺掘進機,用於挖掘西康鐵路的秦嶺隧道。這份巨額的投入等價於當時144萬名教師的工資,3.6億斤豬肉,是我國一整年收入的千分之一。儘管經濟犧牲巨大,但卻給我們帶來了很大的價值。

只是在這個價值凸顯之前,我們也是一把辛酸淚。當時獲得這兩臺盾構機的時候,秦嶺隧道挖掘的工期已經比較緊張了,挖掘任務採用的是人歇機不歇的施工規劃,也就是工人採用8小時輪班制,但是機器要一天24小時都運轉。這樣做的直接後果導致盾構機不斷出現故障。

出現故障就必須要德國的專業維修工程師,不僅維修價格高,而且時間和路程都不方便。關鍵是德國維修工程師在維修的時候,是禁止我們的工程師在場,這嚴格的技術封鎖讓我們即尷尬又氣憤。最令人無奈的事情是派遣來的工程師如果有假期或者其他私人事情是不會及時過來維修的,這就會導致我們當時的工人時不時地被迫停工。

當機器一旦停工一天,就會造成巨大的經費浪費。當時我國國力弱小,根本承擔不起這樣的浪費。只是奈何沒有這樣的技術,只能憋屈和心痛無比,但仍然無濟於事。真是技術封鎖讓人有了卡脖子的感覺。但也正是有了此次無比難受和心痛的經歷,必須要擁有一臺盾構機成了我國當時每個人的信念。

所以我國將土壓平衡盾構關鍵技術研製,列入了國家863計劃,而這個計劃為我國的盾構機自主之路奠定了基礎,儘管當時科研經費嚴重不足。

好在最後我們西康鐵路秦嶺隧道任務也是完成了,秦嶺隧道提前一年實現了通車。

故事講到這裡其實就差不多了。盾構機當時的現狀和今天晶片的情況差不多。那麼盾構機是如何實現逆襲之路的呢?在講述它的逆襲之路之前,我們先要弄明白盾構機當時的條件和背景:一個是和盾構機研發相關的盾構機研發難題,一個是和盾構機研發相關的政策背景——國家863計劃。

盾構機研發難題

盾構機是利用推進系統中的液壓設備提供動力,作用於最前端的刀盤,接著挖開土層或者堅石,等到挖開隧道後,再用襯砌拼裝系統,用於管道鋪設的管片升舉、平移等步驟放到預定的位置。這個襯砌拼裝系統就相當於工地的舉重機一樣好用。其掘進效率和速度都高於以往的鑽爆法。根據資料顯示,在當時的隧道平均日進尺率可以高出鑽爆法3到8倍。

盾構機的長度可達數百米。它可以簡單分成三個部分——切口環、支撐環和盾尾。而在每個部分內部,都有一個複雜的系統和設備支撐,這些系統和設備協同作用,可以讓盾構機從開挖到推進、到撐開、到鋪管等環節一次完成。所以,有了這臺機器以後,工人只需要在機器內施工,就可以把所有的前期流程都完成。

這樣好用的挖隧道神器好研發嗎?非常難!

首先,為了順利挖掘,工人必須要判斷出地下泥土的複雜程度,而不同的地方土質不一樣,這就導致了盾構機的功能多樣性,比如有泥水盾構機,有巖石盾構機等。

其次不同的地方面積空間不一樣,所以使用的盾構機的大小也是不一樣的,大的隧道使用小的盾構機會大大降低效率,不得不二次挖掘;而小的地方使用大的,估計山體就崩塌了。這樣看來,盾構機其實有點像一次性用品,除非有兩個完全一樣的地方,這肯定是有可能的。

但實際情況是。大部分的盾構機都是需要量身定做的,這其中涉及到的學科技術除了地質和測量,還有土木、機械、力學、液壓、電氣控制等等多門學科,比如雷射是測量導向以及糾正作用的,液壓是液壓系統用於運輸管片等物體使用的……這裡我men就不做過多贅述。畢竟像這樣無法模組化的大型機器,不能簡單地進行組裝,只能依照開挖隧道的直徑進行量身訂作。因此,它的研發難度是非常大的,而我國當時是零技術,零基礎,更是難上加難。

國家863計劃

國家863計劃全名:《高技術研究發展計劃(863計劃)綱要》,是王大珩、王淦昌、楊家墀、陳芳允四位科學家在1986年向國家提出的,目的是追蹤世界先進水平,發展中國高技術的建議,並且這個提議得到了國務院的正式批准。

這個計劃和《中國2025製造》有些相像,都是在我國高科技的發展上起到了很大的助推作用。由此看來,我們今天所有的科技成果,其實都是這些政策一步步引導過來的。

我們每一步的發展都是在國家和科學家長久堅持下來才能得以實現的。

盾構機的逆襲

有了國家863計劃,有了國家的支持,2003年10月,一支十八人組成的盾構機研發團隊成立了,這也是在向世界宣告——盾構機,我們來了!

這是令人熱血的時刻,讓人銘記的事情!因為有了這樣堅定的開端,才有了後來我們研發成功的盾構機。提到這裡不得不自豪一下,就算是目前為止,世界上只有美國、日本、德國以及我國5個國家才有能力研發這樣高端的盾構機!可見我國當時在一窮二白之下,研發盾構機的信心有多麼的堅定不移。

2008年我國成功研製出首臺複合式盾構機,實現了技術突破。

這臺盾構機的成功研製,打開了我國輝煌的盾構機逆襲之路,接著不到兩年時間,在2010年12月,中國又生產出大直徑斷面的盾構機,在當時已經是處於世界領先的位置。

隨後是我國在盾構機技術和創新上的不斷更新和突破。在2013年12月,我國研製出了首臺大型的矩形斷面盾構機,為我國城市隧道和地下停車場的建設立下汗馬功勞;2016年7月17日,世界首創的馬蹄形盾構機在鄭州經濟開發區成功下線,標誌著我國在異形盾構領域處於世界領先水平;2017年4月,我國成功研製出組合式盾構機,這種盾構機能夠適應複雜地層的掘進工作。此後更是不斷生產出越來越大型的矩形盾構機,屢創世界紀錄。

2018年,我國自主研製出最大直徑泥水盾構機——春風號,在深圳春風隧道始發並正式投入使用,這標誌著我國盾構的設計製造正式邁向高端化。2020年6月,世界最大土壓平衡矩形盾構機「南湖號」正式在嘉興市下線,並投入使用。

盾構機技術解封為我國帶來了蝴蝶效應,產生的影響力普遍且巨大,國際盾構機巨頭再也無法阻擋我們的腳步。

首先是國外的盾構機價格在這十幾年從最高的七億,直接降到現在的五千萬每臺,這是蝴蝶效應最直接的體現了。

其次,過去技術遠超我們的國際盾構機的巨頭們如今在面對這種現狀卻沒有了應對能力。

最後,我國盾構機企業開啟了國際併購路線,使我國的盾構機出口數量大幅提升。

2007年7月,國際上最優秀超前的完整系列隧道盾構機公司,同時擁有最超前核心技術和優秀品牌效應的法國NFM公司,被我國的北方重工集團董事長通過絕對控股的方式併購了。7年後,也就是2014年,我國再次併購了一家超強的盾構機企業,那就是世界五百強企業——美國卡特彼勒公司的全資子公司:卡特彼勒加拿大隧道設備有限公司。這家公司在國際隧道施工領域的地位不容小覷,是大家公認的機械化施工技術霸主,而併購它的是我國的遼寧三三工業。

《中國工程機械工業年鑑》數據顯示,在2012年的時候,我國盾構機出口量是69臺,在此之後,每年的出口數量不斷攀升,等到2019年的時候,我國盾構機的出口數量為160臺,在當時佔全球的三分之二市場份額。

在那些時候我國還沒有今天這樣強大,誰能想到一個沒有基礎沒有技術的國家會取得如此成就呢?因此我國盾構機企業這樣的發展速度是令外人瞠目、國人驚喜的。從中可見我國盾構機科研人員的實力和智慧是其他國家難以比擬的。

技術的進步使我們擺脫了技術封鎖,還能在國際貿易上獲得一定的地位,價格的優勢,使我們能夠徵伐全球,同時也提升了我們的全球競爭力,而這個過程只用了二十多年,如此短的時間有這樣的成就是令人刮目相看的。

盾構機逆襲的啟示

這艱苦奮鬥的二十多年,既是我國對高新科技孜孜不倦的追索,也是我國為加強國家實力克服重重困難的見證。在探索科學的道路上我們走得格外艱辛,但又格外充實。外部因素的阻礙給我們帶來了非常沉重的壓力,但是在壓力下,我們也得到了更好成長。如今,曾經阻礙我們的關卡被我們一一突破,我們,挺過來了!在我們仍未成長起來的時候,我們尚且不怕封鎖。如今,我們已成長為巨人,面對晶片以及其他科技的扼制,我們更不應該害怕和悲觀。

當然,如果我們面對的壓力和承受的痛苦僅僅來源於外部,也許會好一些,但我們也無法忽視來源於國內的壓力和痛苦。在國內,對於我國正被封鎖的多項科技技術,有一部分人不理解乃至吐槽,甚至故意帶節奏,尤其是最近晶片的壓力,這部分人的吐槽和帶節奏使得一部分不自信的人開始悲觀起來,總是覺得我國的高科技技術不行,不如西班牙,不如美國諸如之類的。其實這樣的做法很明顯是把我國的科技水平放到了全世界的對立面,這樣的做法本身就很不公平,因為任何一個國家的科技水平都無法對標全世界的科技水平。

關於晶片這樣的關鍵技術,我們總會突破的,就像盾構機技術一樣,在破開封鎖之後,發展非常迅速。還有之前被嘲笑的原子筆筆芯,我們不也是只花了幾年就做出來自己的筆芯了嗎?成長的過程是痛苦的,等這個過程結束後,我們再回頭看看,細細品味,這些都是寶貴的成長經歷。

只有理智的看待問題,才能更好解決問題。再回到盾構機上,我國依然是存在一些不足的,它的部分核心零件,比如刀盤、電機、輸送部件等都是進口的。然而這並不是說我國無法製造這些零件,只是出於性能和價格考慮,使用進口產品是更加高效的選擇。認真想一想,如果所有東西都國產化了,真的是一件好事情嗎?

怕是不見得吧?因為一個市場是需要很多人一起做,才能越做越大,自己一家獨大,市場只會越來越小,這也是為什麼國家一直反對壟斷市場的原因,放到國際上也是一樣的道理。所以事情要理智看待,冷靜對待。

況且現在是全球化時代,本身產業鏈都是互相的,我國在各個高科技領域也一直都是奮起追趕,從未停歇。我們要努力攻克核心的高科技技術,爭取做到不再被卡脖子。而在這個狀態實現之前,我們要學會放寬心,學會相信國家,學會相信默默奉獻的科學家們。這裡和大家共勉:不為外撼,不以物移,而後可以任天下之大事。

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