钱七虎院士在谈及盾构隧道工程智能建造时明确表示：我国盾构机核心部件国产化率已突破90%，但真正的自主还要看主轴承；而实现“好用”需要经历“先能用、再敢用、才能好用”的爬坡过程。据新华社报道，2026年6月，首台软硬件100%国产化的智能盾构换刀机器人在厦金大桥投用，盾构智能建造正在从“有人值守”走向“无人化作业”。[1]
什么是盾构隧道智能建造？钱七虎为何强调“先能用，再敢用，才能好用”？
盾构隧道智能建造，是指以盾构机为核心，融合人工智能、物联网、机器人、大数据、数字孪生等技术，对隧道掘进全过程中的地质感知、刀盘控制、换刀作业、同步注浆、管片拼装等环节进行自动化、数字化和无人化管控的新型工程建造方式。它不是简单地把机器变成“遥控玩具”，而是让机器在复杂地下环境中像经验丰富的老师傅一样，自主判断、自主决策、自主执行。
要理解“智能建造”，先得看懂盾构机的工作原理。盾构机可以看作一条在岩土中穿行的“钢铁巨龙”：前端的刀盘高速旋转，用滚刀和刮刀切削土体；切削下来的渣土进入土舱，通过螺旋输送机排出；与此同时，盾体撑着刚刚挖出的洞壁，防止坍塌；后方的管片拼装机械手，则像拼积木一样把预制混凝土管片拼成隧道的永久结构。传统施工中，每个环节都依赖经验丰富的操作手和大量人力。
智能建造做的事，就是在这套体系中加入“感知、决策、执行”三个闭环：传感器实时采集地质参数、刀具磨损状态、注浆压力等数据；AI模型基于数据预测前方风险、调整掘进参数；机械臂和机器人接管高风险的换刀、拼装等任务。钱七虎院士是这个领域的长期推动者。2025年底，他在一次公开交流中提出了著名的“国产化三部曲”：“先能用，再敢用，才能好用。”[3]这句话之所以引发共鸣，是因为它戳中了很多国产高端装备的共同痛点——不是技术不行，而是没人敢用。
“技术不会一上来就光鲜，如果因为“怕出事”而把它锁在抽屉里，它就永远只能是“半吊子”。”钱七虎这样解释“敢用”的重要性。
国产盾构机核心部件国产化率目前多高？关键突破有哪些？
综合公开行业数据，我国盾构机核心部件国产化率已突破90%。[4]这意味着，从主轴承、刀盘、液压系统到减速机、密封系统，绝大部分关键部件都实现了国产化。国产盾构机单台价格仅为进口同类产品的约三分之一，极大降低了国家重大基建工程的成本。[4]
这一成绩的起点并不光彩。1997年以前，我国盾构机完全依赖德国、日本进口，单台造价高达3亿至7亿元，维修服务也受制于人。国外工程师曾断言：中国造不出整机盾构机。[4]2002年，国家将盾构技术列入“863计划”，启动核心技术自主攻关。2007年，首台拥有完全自主知识产权的“中铁一号”盾构机下线，实现了从0到1的跨越。[4]
从1到90，中国盾构机走过了近二十年。截至目前，我国盾构机产销量连续8年居全球第一，占据全球约70%的市场份额，出口覆盖50多个国家和地区。[4]全球每10台盾构机中，就有7台来自中国制造。[4]在机型上，土压平衡、泥水平衡、硬岩掘进等全品类均已覆盖，“京华号”等超大直径盾构机达到世界顶尖水平。[4]
其中最关键的突破来自主轴承。2023年，国产盾构机主轴承“破壁者”成功问世。钱七虎院士在现场直言：“只有主轴承国产了，才是真正的自主。”[3]据公开报道，国产8米级盾构机主轴承的疲劳强度、装配精度等关键参数，甚至已超过国外同类产品。[3]
主轴承为什么被称为“最后的堡垒”？国产化难在哪？
主轴承被称为盾构机“最后的堡垒”，因为它是整机中技术壁垒最高、国产化难度最大的部件。如果说盾构机是“心脏”，主轴承就是心脏里的“主动脉”。它要同时承受刀盘自重、岩石反力、推进油缸推力等多重载荷，还要在泥水、砂石、高湿高压等极端环境下连续运转数万小时，任何微小的疲劳裂纹都可能导致整机瘫痪。
主轴承的难度体现在从材料到工艺的全链条上。首先，轴承钢材需要极高的纯净度和均匀性，保证在超高接触应力下不易疲劳；其次，热处理工艺必须精准，让滚道表面既坚硬又耐磨；第三，数百个滚子的尺寸偏差要控制在微米级，装配游隙稍有偏差，就会导致受力不均、提前失效；最后，还需要大型试验台进行全生命周期验证，而这些试验台本身也是巨额投入。
“破壁者”的诞生，意味着中国已经啃下了这块最硬的骨头。钱七虎在评价这一突破时，特别提到了一个类比：三峡工程当年在攻克大功率水轮机技术时，也经历了从“不敢用”到“抢着用”的过程。他呼吁全行业为国产主轴承选取合适的工程试点，通过实际应用完成技术迭代。[3]这正是“敢用”的具体落地。
但也要清醒地看到，主轴承国产化不等于所有型号都已覆盖。目前国产主轴承主要覆盖8米级等主流规格，更大直径、更极端工况下的产品仍在验证中。[4]此外，轴承钢的批量稳定性、超大型试验台的数据积累，依然需要时间。这也是钱七虎强调“先能用，再敢用，才能好用”的原因——“破壁者”只是起点，距离全面替代仍需持续投入。
智能建造如何在盾构隧道中落地？从换刀机器人到“不换刀”世界纪录
智能建造在盾构隧道中的典型落地，是2026年6月正式投用的国产智能盾构换刀机器人。据新华社报道，这台机器人在厦金大桥（厦门段）环岛路隧道“厦金号”盾构机掘进现场投入使用，整机软硬件实现100%国产化，拥有完全自主知识产权。[1]
盾构机的刀盘上装有大量滚刀，就像鲨鱼的牙齿，切削岩石的同时也在快速磨损。传统换刀作业需要3名作业人员带压进舱，在高压环境下人工操作，耗时长、风险高，甚至可能危及生命。[1]据科技媒体报道，这台国产换刀机器人拥有11个独立可控活动关节，具备高避障能力与精细操作能力，凭借500公斤的负载能力，可覆盖10米至18米级超大直径盾构机的整个刀盘，轻松抓取重型滚刀，精准完成更换。[2]
这意味着，未来更换盾构机刀具可以像远程操作机械臂一样，在常压环境、监控大厅内完成，工人不再需要承受高气压伤害风险。钱七虎现场见证后表示，这为交通工程装备“自主化、无人化、智能化”探索了新路径。[1]
另一个智能建造的典型例子来自济南黄岗路黄河隧道。17米级超大盾构机“山河号”搭载了超前地质预报系统、同步注浆检测系统等智能装备，首次实现在黄河底复杂地层下连续3.3公里掘进不换刀，创造了17米级盾构施工的世界纪录。[4]这里面的逻辑是：超前地质预报让盾构机提前感知前方岩层变化，注浆检测系统保证管片背后填充密实，刀具磨损监测系统动态判断换刀时机，最终把“换刀”变成了“不换刀”。
当然，智能建造也有自己的适用边界和短板。它的优势在于降低高危作业风险、提高掘进效率、减少人工经验依赖；但限制也很明显：数据训练需要海量样本，算法对极端工况的适应性仍需验证，且系统越复杂，故障排查难度越大。因此，目前阶段智能建造更多是“人机协作”，而非“完全无人”。在超大直径、高水压、复杂地层的隧道中，工程师依然要坐在监控中心随时接管。
国产盾构机迈向“好用”还需跨过哪些坎？常见误区解析
尽管国产化率已超90%，但距离全面“好用”仍有三大坎：极端工况验证、核心基础材料、全生命周期数据积累。
第一大坎是极端工况验证。盾构机面对的可能是坚硬岩层、断层破碎带、高压涌水，甚至土洞、孤石等突发状况。实验室里“能用”不等于工地上“敢用”，必须通过大量真实工程把可能出现的问题都暴露一遍，才能迭代出“好用”的产品。第二大坎是核心基础材料。部分高强度轴承钢、特种密封材料、高端传感器芯片仍然依赖进口，这些“卡脖子”环节制约着下一代产品。第三大坎是数据积累。智能建造的根基是数据，但地质条件千变万化，需要更多盾构机在不同地层中运行，才能训练出更聪明的AI模型。
关于国产盾构机，公众和行业中还存在几个常见误区：
- 误区一：国产化率90%意味着所有环节都自主。实际上，“核心部件国产化率”统计的是按整机价值或关键部件数量计算的占比，仍有部分高档传感器、控制系统元件需要进口，但最关键的主轴承、刀盘等核心系统已实现自主。
- 误区二：国产设备便宜是因为质量差。国产盾构机价格约为进口的三分之一，主要源于产业链完善、制造成本降低和研发投入的长期积累，并非牺牲质量换来的低价。
- 误区三：智能建造等于“无人施工”。目前阶段更多是“少人化”和“无人化特定作业”。例如换刀机器人只负责换刀，盾构机掘进参数仍需工程师监控和决策。
- 误区四：国外品牌一定比国产好。这需要回到具体型号和时间点来看。在8米级主轴承等核心部件上，国产参数已经反超；但在部分高端传感器和超大型盾构机整机稳定性上，国外品牌仍有积累优势。
在舆论场上，钱七虎关于“敢用”的言论也引发了两面讨论。有工程师在社交媒体上感慨，“国产高端装备最缺的不是技术，而是敢用的担当”；也有施工方担心，如果在重大工程中贸然使用未充分验证的国产部件，一旦故障可能导致工期延误甚至安全事故。这两种声音都有道理。钱七虎的回应不是“盲目自信”，而是“科学敢用”——像三峡工程当年为大功率水轮机选择试验机位一样，为国产主轴承挑选合适的工程试点，在可控风险中完成迭代。[3]
对普通公众来说，盾构机看似遥远，但城市的地铁、公路隧道、穿江越海通道，都是由盾构机掘进而成。国产化最直接的价值是降低造价——过去动辄数亿元的进口设备，如今只需三分之一的价格，意味着更多城市修得起地铁，更多民生工程能够落地。而智能换刀机器人和“不换刀”纪录的背后，则是无数隧道工人从高风险的带压作业中解放出来，这是工程伦理和产业文明的共同进步。
从国产盾构机的发展，还能看到一个更大的转型逻辑：中国制造正在向中国创造加速转变，中国速度正在向中国质量加速转变，中国产品正在向中国品牌加速转变。[4]这种转变不仅在盾构机身上发生，也在高铁、核电、大飞机等高端装备上同步上演。钱七虎的“三部曲”之所以听起来像大白话，是因为它道出了技术追赶的朴素真理——没有一种核心装备是造出来后直接完美的，好用的产品都是在工地上“磨”出来的。
概念解释表
| 概念 | 通俗解释 | 例子 | 优势 | 限制 | 适用场景 |
|---|---|---|---|---|---|
| 盾构机 | 穿江越海的“钢铁巨龙”，一边挖洞一边铺隧道的大型设备 | “京华号”超大直径盾构机 | 掘进速度快、安全、对地面影响小 | 造价高、运维复杂 | 地铁、铁路、公路、水利隧道 |
| 主轴承 | 盾构机的“心脏”，连接动力与刀盘 | 2023年国产“破壁者”主轴承 | 决定整机寿命与可靠性 | 材料、工艺要求极高 | 大直径、长距离、复杂地层掘进 |
| 智能盾构换刀机器人 | 能自动更换盾构机磨损刀具的机械臂 | 厦金大桥“厦金号”所用机器人 | 避免人员带压进舱，效率高、安全 | 负载有限，需针对大直径机型定制 | 超大直径盾构隧道的刀具更换 |
| 盾构隧道智能建造 | 用AI、机器人、物联网“武装”盾构施工 | 济南黄河隧道“山河号” | 降低风险、提高效率、积累数据 | 数据依赖强，算法需迭代 | 高难度、高风险、长距离隧道工程 |
| 国产化率 | 国产部件在整机价值或数量中的占比 | 盾构机核心部件国产化率超90% | 降低成本、供应链安全 | 不代表全部自主，尖端部件仍需追赶 | 大型装备制造业的通用衡量指标 |
关于盾构隧道智能建造，你可能还想问
Q1：盾构机核心部件国产化率目前达到多少？
综合公开行业数据，已突破90%。其中主轴承、刀盘、液压系统等关键部件已实现自主，主轴承“破壁者”在2023年问世。国产盾构机价格约为进口同类产品的三分之一，全球市场份额超过70%。据公开报道，具体数据需以官方实时统计为准。
Q2：智能盾构换刀机器人为什么重要？
传统换刀需要3名作业人员带压进舱，耗时长、风险高。国产智能换刀机器人拥有11个独立关节、500公斤负载能力，覆盖10米至18米级超大直径盾构机，整机软硬件100%国产化，可远程精准换刀，提升安全性和效率。据新华社报道，该机器人已在厦金大桥投用。
Q3：钱七虎的“能用、敢用、好用”是什么意思？
这是国产技术成熟的三阶段。先解决从无到有的“能用”问题；再通过实际工程大规模试用，积累数据、发现不足，做到“敢用”；最后经过反复迭代，真正达到国际一流水平，实现“好用”。钱七虎强调，不敢用才是国产装备最大障碍。
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