面向产业安全的中国隧道掘进机产业前景展望

王超，张立超，彭晴晴,3

(1.湖南工程学院 管理学院，湖南 湘潭 411104；2.中国科学院科技政策与管理科学研究所，北京 100190;3.中国科学院学部工作局，北京 100190)

当前，国际贸易向纵深发展，国际分工日趋全球化，产业投资活动跨越国界，区域间联系日益紧密。而生产的国际化、资本的全球化和投资贸易的自由化不仅推动了经济全球化进程，同时也加剧了全球范围内竞争的程度，因此从某种意义上来说，经济全球化的实质是竞争的全球化[1]。在当前全球化进程快速发展、国际经济格局再调整的大背景下，中国产业所面临的安全问题不容乐观，表现在外需萎缩出口受阻，贸易保护主义抬头摩擦加剧，外资垄断结构失衡，产能过剩重复建设，产业传统比较优势减弱等诸多方面，产业安全建设已成为当下中国必须面对和解决的迫切问题。

近30年来，中国城市化进程呈现加速发展的趋势，城市数量快速增多，城市人口的聚集效应日益明显。同时，由于经济活跃度的提升及关联性的增强，城市内及城市间人员、物资的流动呈现出快速增长的趋势，对城市交通提出大容量、快速的要求。国际经验表明，当一国城镇化率超过60%，城市轨道交通将实现高速发展以解决城市拥堵问题。2011年中国城镇化率已突破50%，面临的交通拥堵问题也日益严重[2]。大力发展准时、高效、快捷、客运量大、能耗低的轨道交通，成为中国当下优化交通结构，缓解交通供需矛盾的重要途径。隧道掘进机作为一种集机、电、液、光、计算机技术等为一体的隧道施工重大关键装备，被广泛应用于各种交通及市政工程，是国务院确定的振兴民族装备制造业的重大项目之一。但就目前来看，中国隧道掘进机行业重引进轻吸收、以市场换技术等问题依然存在，地方保护造就的外资垄断局面依旧严峻，外资凭借核心技术资源占有60%的市场，掌控行业近2/3的利润。中国隧道掘进机技术依赖性强、招投标过程不透明、市场化程度低、产业结构不合理、行业管理有待进一步规范和加强等问题，正制约着中国隧道掘进机行业持续健康发展。

一、中国隧道掘进机的行业特点与发展现状

(一)行业特点

隧道掘进机是用于交通隧道、市政隧道、水工隧洞等地下工程施工的大型机械化施工设备，一般可分为软土隧道掘进机(俗称“盾构机”)和硬岩隧道掘进机(即“全断面隧道掘进机”)[3]。其中，盾构机一般用于以土为围岩的隧道工程施工中，大型盾构机主要适用于地铁等软岩隧道的施工(造价约0.35亿元)，小型盾构机主要用于市政水利隧道(造价约0.25亿元)；硬岩掘进机一般用于以岩石围岩的隧道工程施工，主要适用于铁路山岭等硬岩隧道的掘进，产品造价约为1亿元(见表1)。由于采用隧道掘进机施工具有掘进速度快、隧道成型好、围岩扰动小、机械化程度高以及对周边环境影响小等优点，因此成为隧道施工的主要方式，广泛应用于世界各国的交通、城建、水利、能源等行业的地下工程建设[4]。

表1 盾构/TBM土质范围适应表

隧道掘进机行业的制造特点是以工程为依托，根据施工环境进行模块化设计和制造。隧道掘进机施工的特殊性决定了隧道掘进机价值链体系建立在以工程为依托，系统设计为核心，相关配件制造企业加盟生产，施工单位配合使用的基础上，其设计、制造必须与工程项目紧密结合(图1)。

图1 隧道掘进机价值链的一般模式

(二)发展现状

盾构技术自1823年应用于伦敦泰晤士河水底隧道工程以来，至今已有190多年的历史。20世纪初，盾构施工技术开始在英、美、德、日、法等国家推广应用。由于隧道掘进机的制造工艺复杂，技术附加值高，目前只有美国、加拿大、德国、法国、日本等少数几个工业发达国家能够设计制造盾构机，市场集中度相对较高，价格高昂，主要生产厂商有日本三菱重工、川崎重工、小松制作所、德国维尔特、德国海瑞克、加拿大罗法特、美国罗宾斯等，累计生产7000—8000台，基本处于德日主导的产业格局。从全球市场来看，大型隧道掘进设备处于发展中国家用不起，发达国家城市交通建设基本结束无大用的行业态势。在国际市场日渐萎缩的形势下，掌握核心技术的外资企业面对中国这样一个需求广泛的市场，加快其进军中国市场的步伐，开始了与中国本土制造企业的角逐。

中国盾构技术的研究从20世纪50年代开始，但未能取得明显进步，直至20世纪90年代才取得一些进展，行业发展经历了2004年以前的基本依靠进口到2005年以后的合资合作阶段。目前，国内有近30家企业进入或准备进入隧道掘进机行业，形成了2个阵营，一类是国内隧道施工企业外延扩展成立的装备公司或合资公司，典型代表是中铁隧道和上海隧道，这些企业具有稳定客户资源并熟悉工程建设；另一类是专业装备制造企业或与外资的合资公司，以北方重工等传统机械制造企业为代表，主要是利用外资技术进行关联业务拓展。但是，这些国内企业大多还处在以市场占领为主的起步阶段，质量提升和种类拓展尚未提上日程，大部分企业还未投入到隧道掘进设备的基础研究，只有中铁隧道和上海隧道宣称拥有自主知识产权[5—6]。近几年，随着国内城镇化建设步伐的加快、地铁等工程建设项目的激增，隧道掘进机需求呈现较快增长，2010年市场销量达130台，市场容量为46亿元左右，市场保有量约在400台左右，成为当今世界最大的盾构机需求地之一(图2)

图2 近几年国内盾构/TBM市场销量和保有量变化资料来源：中国工程机械工业协会

二、中国隧道掘进机的行业发展与需求预测

(一)关键驱动因素分析

伴随着经济建设的快速发展以及城镇化进程的有序推进，中国已进入大量使用隧道掘进机的时期。近年来，包括地铁、铁路、公路、市政、水利水电等在内的企业相继进入盾构施工领域，对隧道掘进设备产生大量的需求。此外南水北调、西气东输等重大工程建设也需要大量的隧道掘进施工设备。从未来一段时期来看，中国隧道掘进机行业发展的关键驱动因素涉及以下这些：

1.地铁工程建设。中国城市轨道交通建设始于1965年开通的北京地铁1号线，此后相当长一段时间内，中国城市轨道交通发展较为缓慢。步入20世纪90年代及21世纪初中国先后出现两次城市轨道交通建设高潮，当时各个城市纷纷推出地铁、轻轨修建规划，投资热情一度高涨，但考虑到财政实力，国家批准的却并不多，批准建设项目基本集中在北京、上海、广州三地。从中国城市轨道交通建设历程可以看到，2000年以来中国每年新运行轨道交通里程都在50km以上，有多个年份(2003、2005、2007、2009、2010)通车里程在100km以上，显示出中国轨道交通建设正步入快速发展期[7]。2013年7月国务院总理李克强主持召开国务院常务会议，明确部署加强城市基础设施建设，并将加强地铁等大容量交通系统建设列为国家重大项目建设，优先安排发展基金[8]。根据现有城市地铁建设规划的整理，2011—2015年中国新增地铁里程2500km，2016—2020年新增地铁里程3200km，未来10年共将累计新增地铁里程5700km(见表2)；从区域上看，这些城市仍主要集中在环渤海、长三角、珠三角等经济发达区域，三个重点区域2020年新增里程占全部比重达65%以上，其中北京、上海、广州、深圳、南京等城市增量相对较大。

表2 截至2050年主要城市地铁营运里程规划

资料来源：根据各地方政府地铁/城轨规划整理。

2.铁路隧道工程。目前国内铁路隧道约有半数集中分布在川、陕、云、贵4省，尤其是成昆、襄渝两条铁路干线隧道总长分别为342km及282km，占线路总长的比重达到31.6%和34.3%。随着中国铁路建设的全面展开，“十二五”期间新建铁路隧道2700km(见表3)，铁路隧道的施工将在一定程度上拉动隧道掘进设备的需求。特别是，铁路隧道施工多为硬岩工程，相对而言，对硬岩全断面隧道掘进机的需求量相对更大。

表3 主要铁路隧道工程一览

3.越江公路隧道。随着城市化进程的逐步推进，中国越江公路隧道有望迎来新一轮增长。以上海为核心的长三角地区、渤海湾及港珠澳等越江隧道工程已逐步进入建设阶段，有望拉动相关设备需求。越江隧道涉及大连渤海海峡、长江口、钱塘江口等特长隧道；上海、杭州、南京、重庆等长江流域的主要城市越江隧道；连接青岛和黄岛的湾口海底隧道，连接辽东半岛和胶东半岛的渤海海底隧道，连接上海和南通的长江水底隧道，上海至宁波的杭州湾水底隧道等。

4.市政公用、水利水电隧道。20世纪日本的建设经验显示，随着大拆大建工程的逐步结束，以市政基础设施建设为核心的城市环境改造建设工程会进入大规模发展阶段，从而有望给小型盾构机械带来需求，其中3—5m以下的盾构机将占据主导地位。另外，水利水电工程建设涉及南水北调西线工程、新疆北疆调水工程、辽宁大伙房引水工程、新疆大板输水隧洞工程、惠州大亚湾引水工程、甘肃洮河引水隧道工程等，均在不同程度上采用盾构施工。据统计，到2015年中国市政公用、水利水电隧道施工量新增里程达到3750km。

(二)隧道掘进机行业需求的实证测算

结合隧道掘进机行业的关键驱动因素，引入经济学模型对隧道掘进机市场需求进行定量测算，综合考虑隧道掘进机市场保有量、使用寿命、单位造价并参考地铁、铁路、公路、市政水利水电等工程建设里程规划，可以判断在投资激增、基数低的条件下，“十二五”期间隧道掘进机行业正在有规划地快速增长，增速达16%左右，“十三五”期间仍将保持快速增长，2020年后将进入缓慢增长或持平的成熟发展阶段。通过中国地铁线网密度与世界其他国家的比较分析，如果2050年中国按规划新增地铁9000km，运营里程将达到美国平均地铁线网密度，隧道掘进机市场需求将出现萎缩，行业步入衰退期(图3)。预计“十二五”期间，城市隧道掘进设备新增市场需求量约为1085台左右，价值规模330亿，年均将近66亿元，复合增长16%左右(表4、图4)。

表4 “十二五”期间隧道掘进机行业需求预测

图3 中国隧道掘进机行业生命周期曲线

图4 隧道掘进机行业年度销售预测(单位：台)

三、中国隧道掘进机行业存在的问题

整体来看，中国隧道掘进机行业发育尚处在初级阶段，问题凸显。没有掌握核心技术，且行业管理严重缺失，导致地方保护主义与外资合谋刮分市场的现状。交易方式主要是以拉订单为目的，中方攻市场，换取小杯羹。而所谓的合资合作公司，实际上是合伙作“项目”，赚一把算一把的短期利益行为，当项目结束后，外资一撤，留下的是“一堆烂摊”，损害了整个行业的长期发展能力，具体表现在以下几个方面：

(一)行政管理体制不健全，产业政策缺位

目前来看，政策法规制度建设仍不完善，市场发展严重滞后，隧道掘进行业整体仍处在不健康发展的起步阶段。对发展高端装备制造业，国家在相关产业政策、制度建设上准备尚不充分。到底什么样的企业都可以进入，就目前了解到的情况是管理部门似乎很多，但谁都不知具体做什么，也不知如何做，仅于2012年在工程机械协会下成立了掘进机械行业分会[9]，与战略性新兴产业的本质要求相距甚远。就访谈了解，目前国内有近30家企业进入或准备进入该行业，企业总量已高于外国企业之和，平均每家企业分得不到8台的市场，而这些企业大多规模偏小，多而不强。行业管理制度缺失，无市场准入规定是造成这一问题的主要原因。

(二)招投标过程不透明，市场化程度低

盾构机的生产方式主要是典型的“订单式生产”，根据不同的地质和水文地质条件“量体裁衣”，由于隧道掘进工程的独特性，其产品开发不具有普遍性和通用性，需根据用户需求和隧道土质进行个性化定制。盾构产品量体裁衣的特点决定了盾构生产企业是专家型企业主导市场，需要以工程为依托、以施工单位为主体进行招投标采购。盾构产品量体裁衣的特点决定了盾构生产企业需要以工程为依托、以施工单位为主体进行招投标采购。但是，在招投标采购的执行过程不透明，市场化程度整体偏低，这在一定程度上助长了遍地开花的投资局面。

(三)外资垄断，地方保护主义色彩浓郁

目前各地隧道掘进机企业的投资几乎完全是政府行为，地方保护主义形成其市场割据。许多地方政府希望隧道掘进装备能由本地区的企业制造，用以带动该地方产业的发展；其他一些建设单位也希望能由本系统内企业制造，以此获得相关利益，这些都造就了中国隧道掘进市场的人为行政分割局面[10]。当前来看，地方保护已成为外资垄断中国盾构市场最有力的工具。许多地方政府出于吸引外资的政绩、拉动地方经济增长的需要，与国外跨国公司一拍即合。于是，大量的合资合作企业应运而生。这种投资合作行为基本上由地方政府主导，可以不受任何调控措施的影响限制而畅通无阻。其结果自然是外资品牌的中标概率极大提高，而国内自主装备则被人为边缘化。如德国海瑞克和广重的合资主要为的是广州地铁项目，在北京和首钢合资为的是北京地铁项目；其他几家外国公司也采取了同样的做法，促成外资掌控国内市场的局面，而这些十分不利于自主品牌的成长。

(四)重引进轻消化，以市场换技术，利润普遍偏低

隧道掘进机是集合机、光、电、液等多种技术的大型工程机械设备，而当前在一些关键零部件制造技术上，如刀盘设计、控制系统研发已成为中国隧道掘进机企业发展的短板，进口依赖度很高[11]。除北方重工、上海隧道、中铁隧道等几家起步较早的企业可单独承接项目外，大多地方企业本着“市场换技术”原则与国外企业合作。而所谓的“合作”，实际是由外资总承包及负责技术，国内企业只承担结构件制造及组装，往往很难掌握盾构机的核心技术。据调研了解，目前外资凭借关键技术、核心部件资源攥取行业70%—80%的利润，而国内企业因国产化率低、行业新进入者众多、前期研发投入和固定资产投入较高等原因，只能分到约20%—30%的行业利润。这导致国内盾构行业新进入者毛利水平普遍偏低。实际上，一些隧道掘进机企业这几年来一直实行低价策略，以低价中标，甚至亏本销售，本想以低价策略增加订单，但算下来并没有获得多少订单。事实证明，如果没有掌握核心关键技术，靠低价竞争很难赢得市场。整个隧道掘进机行业正上演着“自己搭台，他人唱戏；自己吆喝，别人赚钱”的局面[12]。

四、中国隧道掘进机行业的发展建议

(一)加强政策监管体系建设，出台相应的行业标准和法律法规

建议尽快建立适应高技术产业发展的产业政策监管体系，出台相应的行业标准和法律法规，提供良好的政策发展环境，维护国内掘进设备企业的合法利益，缩小与国外掘进设备产业的差距。针对基础标准和安全标准等缺位问题，可等效采用国外相关标准，建立健全与国际接轨的隧道掘进机行业标准体系，推广从设计—生产—交付—服务的全程质量监控。同时，进一步完善行业准入制度，对从事隧道掘进装备制造企业的研发设计能力、生产制造水平、资金厂房条件、售后服务状况等进行综合资质评审，规范市场竞争秩序，鼓励公平竞争，减少产业内部的无序竞争，使那些从事隧道掘进装备制造的企业能够集中精力，围绕市场提升技术与设计能力、产品制造质量和整体服务水平。

(二)规范招投标程序，积极探索掘进设备租赁市场

就目前来看，亟需对现行的盾构设备招投标办法做必要的修改和调整。比如对凡属财政支出工程项目的隧道掘进装备招标时，须要求以中方为投标主体，且装备的国产化率必须要求达到50%以上，这样国内自主品牌才能赢得更多的市场机会。当然，这需要今后招投标法规的不断完善和相关监管力度的进一步加强。此外，可探索、规划、培育、发展中国隧道掘进机租赁市场，让产品生产和租赁达到有效平衡。据访谈了解，中国的大多盾构设备在工程结束后大多直接作报废处理。而在日本，一些工程机械设备使用2—3年后往往会以租赁或售卖的形式转入到东南亚一些相对富裕的地区，使用几年后再转到其他相对落后地区，让资源得到了合理使用，延续了产品的生命周期，值得借鉴[13]。当前，在东南亚、南美、非洲等一些新兴市场，其日益增多的工程建设将对包括盾构机在内的工程机械产生需求，这无疑为隧道掘进设备的租赁市场带来新的发展空间。

(三)引入竞争机制，促进要素资源市场的合理流动

必须打破地方保护主义、行业垄断、权力寻租等隧道掘进设备市场人为分割的局面，未来十年国家基础设施建设仍然是以财政投入为主，尤其是中央投入为主，地方政府负责落实。鉴于当前工程项目的最低价中标制度被一些地市滥用，建议采取BT(建设—移交)模式，即设计施工总承包方式，由地方政府提供符合金融机构要求的土地担保条件，保障项目融资的顺利进行，规避相应回购风险；同时，由投资方对项目公司负责运作的BT项目实行工程概预算总承包。工程竣工并验收完毕后，在保证总承包单位合理收益的前提下，地方政府对该工程项目进行回购。这样一方面有利于吸收社会资本进入基础设施建设的投融资领域，实现投资主体的多元化，另一方面能有效规避“设租和寻租”问题，促进要素资源市场的合理流动。

(四)培育核心竞争力，建立产学研互动的行业价值链体系

国外隧道掘进设备企业在长期的实践探索过程中，逐步建立了一整套针对本国地质特点、土体结构、工况环境的设计制造理论、模拟实验方法和系统安装调试的经验数据。国内企业十分有必要借鉴国外的成功经验，因地制宜，加强液压电控等关键技术特别是主轴承、减速机、液压泵和变频器以及控制系统的攻关，着力解决自主设计制造过程中的数字化、精准化与智能化问题。结合用户使用习惯，有针对性地设计制造多规格、多用途的隧道掘进产品，注重市场客户资源、商业模式经验的积累，培育自身的核心竞争力。同时，进一步以国家自然科学基金、973、863和支撑计划以及其他重大项目为桥梁和纽带，整合国内从事盾构技术研发的科研单位、高等院校和高技术企业的优势资源，搭建创新孵化平台，形成以核心技术攻关、试验平台研制、产业资本培育为重点任务的动态产学研联盟。

五、结语

总的来看，高端装备制造业是国家重点支持发展的战略性新兴产业，隧道掘进设备作为高端装备制造业典型代表，其未来的发展前景广阔。预计未来10年仍是隧道掘进机行业发展的最佳时期，发展呈现上升趋势。但由于产业管理制度缺失、无行业准入规定、非透明化的招投标办法以及严重的地方保护主义等因素的存在，大量的国内地方性企业涌入盾构市场，但都不具有长期发展性，基本上是以订单为目的、项目为依托的短期策略性进入，而非从战略性考虑出发，缺少市场竞争力和长远发展动力，行业发展滞后于市场发展，行业管理状态和行业组织形态基本处于初级阶段，外资垄断局面依旧凸显，蕴藏着潜在行业风险。

因此，从国家产业安全的角度来看，中国隧道掘进机企业有无作为的最大制约因素来自内部制度体系。在没有从根本上解决产业准入、地方保护、招投标办法等深层次问题的条件下，现有格局短期内难有实质性改变。笔者认为，高端装备制造业是国家高度关注的战略性新兴产业，而隧道掘进机是高端装备制造业中最具代表性产品。从国家层面，必将做出扭转目前混乱现象的相应努力。近1—2年相关部门已着手探讨行业制度体系建设问题并采取一些行动，但显著改善尚需时日，至少需要3—5年，值得进一步关注。

参考文献：

[1]张立超,房俊民,高士雷.全球产业竞争视角下竞争情报的风险预警机制[J].情报理论与实践,2010,33(11):23-27.

[2]牛文元.中国新型城市化报告2013[M].北京：科学出版社，2013.

[3]Bernhard Maidl,Martin Herrenknecht,Ulrich Maidl,et al.Mechanised Shield Tunnelling [M],John Wiley & Sons,2013.

[4]彭琦.隧道掘进机技术的发展和研究现状[J].隧道建设,2013,33(6):443-448.

[5]和讯网.中铁装备“双胞胎”盾构机成民族工业骄傲[OL].http://news.hexun.com/2011-06-22/130775068.html,2011-06-22.

[6]陈睿.上海城建隧道股份：“多核发展”推动创新转型[N].文汇报,2012-11-06(4).

[7]World Metro Database [OL].http://mic-ro.com/metro/table.html,2011.

[8]新华网.李克强：加强城市基础设施建设的六大重点任务[OL].http://news.xinhuanet.com/2013-07/31/c_125097596.htm,2013-07-31.

[9]中国市政工程网.中国工程机械协会掘进机械分会在上海成立[OL].http://www.zgsz.org.cn/2012/0727/2670.html,2012-07-30.

[10]司宁博,李辽.龙行地下盾构机行业梦圆何处[J].今日工程机械,2013(5):40-47.

[11]刘宣宇,邵诚.盾构机自动控制技术现状与展望[J].机械工程学报,2010,46(20):152-160.

[12]中国工业新闻网.盾构行业的水究竟有多深？[OL].http://www.cinn.cn/wzgk/wy/244197.shtml,2011-09-19.

[13]新浪网.盾构机市场兴隆难掩孱弱身体[OL].http://finance.sina.com.cn/chanjing/cyxw/20111012/150510608328.shtml,2011-10-12.