盾构施工水平运输设备经营市场分析与研究

盾构施工水平运输设备经营市场分析与研究

孟,胜

中铁工程装备集团隧道设备制造有限公司 新乡 453000

摘要：当下，我国基建行业发展形势越来越好，已成为推动国家经济发展及社会建设的重要组成部分，其工程项目的类型也更加多样化，尤其是隧道工程，该工程作为目前工程施工的重点项目，在实际施工中，会运用到水平运输设备，通过这些技术设备的应用来提升实际施工效率及质量水平，以此来提升整个建筑工程施工质量。为更好的促进水平运输设备市场实现长期稳定的发展，还需重视对其经营市场的研究。基于此，文章重点从水平运输设备经营市场角度进行分析，以此为切入点来深入探究水平运输设备经营市场现状，为企业的发展提供一定的参考意见。

关键词：水平运输设备；新能源机车；机车改造；分析；研究

近年来，随着TBM技术在地铁、公铁隧道、引水工程、抽水蓄能等隧道施工中的应用，随之产生了多种隧道内外物料运输类设备以辅助TBM开挖施工。这些运输设备简称为水平运输设备，主要利用牵引机车对渣土、管片、浆料、人员等进行运输，为隧道内外联络和物质交换提供便捷的服务，其对于隧道工程建设施工来说，极其重要，为了更好的了解市场，为水平运输经营工作提供支持，就需高度重视水平运输的经营市场分析。研究通过结合国内外相关文献资料，简要概述水平运输设备市场的基本概况，从而提出相关改善策略。

1 概念

我国城市建设发展迅速，各大城市都在大力建设轨道交通网络：地铁作为轨道交通的主要形式，对提升城市交通能力，改善城市居民出行条件具有重要的作用，因此，为了保证地铁建设的顺利指进，必须不断提升地铁施的效率和安全。目前我国地铁建设基本为盾构法施工，而盾构配套的水平和垂直运输系统制约着整个盾构生产的效率和安全，在具体的施工中，因为后配套的故障或者不匹配影响施工的事例并不少见。现在隧道施工中水平运输编组根据项目的施工需要，主要由电机车、渣土车、砂浆车、管片车等组成(详见图1)。电机车是将浆料和管片运入隧道及将渣土从出土口运输至吊出井的动力设备，根据项目施工需求牵引力的大小不同，现在电机车具有不同的规格，比如45t、60t、75t等，渣土车是运输盾构机开挖过程中产生的渣土的设备，渣土车分渣斗和底盘两个相对独立的部分，以使龙门吊在吊运时只吊起渣斗，而底盘不同时吊起。考虑到渣土车在龙门吊吊出时需顺利倒渣，在渣土斗两侧分别设计了起吊轴和偏心翻转轴。浆车主要是将浆液从洞外运到盾构机后方台车上的储浆池内，满足每环同步注浆的最大注浆量的设备。管片车是将管片从洞外运到盾构机管片拼装机前的唯一载体，国内地铁施工用管片设计主要有两种，即1200mm和1500mm两种规格。

图1：整列水平运输设备编组图

2 宏观环境分析

现有国内水平运输编组应用领域广泛，但城市轨道交通建设施工仍是水平运输设备使用的主要领域，从我国城市轨道交通客运量来看，2016-2019年，随着城市轨道交通运营线路长度的增加以及城市人口的增多，城轨交通客运量在不断上升，增速均在10%以上。2019年，我国城市轨道交通客运量达到237.1亿人次，同比增长12.53%。随着我国城镇化的加快，城市人口数量和密度日益增加，交通压力也随之陡增，轨道交通是缓解交通拥堵问题的必然选择。城市轨道交通，包括地铁，轻轨铁路，发展城市轨道交通可以充分利用地下和地上的开发空间，提高土地资源利用效率，更能满足城市的交通运输需要，所以全国轨道交通建设项目持续增加，2020年春节开始，受新冠肺炎疫情及经济形势放缓的双重影响，轨道交通建设虽有所放缓，但2023年随着疫情逐步放开，经济形势转暖，轨道交通建设会迎来新一波的井喷式发展，水平运输编组的需求也将会迎来新一波快速增长。

3 生产厂家分析

随着国内盾构法施工的不断成熟，盾构施工扩展到更多的领域，水平运输业务不断增长，国内水平运输制造企业也在不断的竞争中迅速发展壮大，市场份额也在不断增加，2022年有超过20家企业已进入或正准备进入水平运输行业，现在水平运输编组的主要生产厂家有湖北晨风轨道装备股份有限公司、中铁工程装备集团隧道设备制造有限公司、中铁隧道股份机械制造有限公司、中铁工程机械研究设计院有限公司、中铁长安重工有限公司、湖南湘牵工业有限公司、湘电重型装备有限公司、中车兰州机车有限公司。从企业性质进行分析，当前水平运输制造行业的企业主要有两类：第一类是具有隧道施工能力的企业组建的装备制造公司，这类企业原本就是有水平运输需求的企业，掌握着水平运输的市场，因此目前此类企业发展得最好，拥有较大优势，对国内市场的占领比较迅速。；第二类是由民营资本控股的的民营企业，该类企业凭借着强大的价格优势，灵活的销售策略及经营方式，迅速抢占市场，特别是在产品同质化严重，价格竞争白热化的今天，优势更为明显。

经过市场调研，得出了现有水平运输编组的市场总量大约在8000台左右，各厂家编组占比情况如下：

中铁工程装备集团隧道设备制造有限公司市场现有编组数量在2600列左右，中车兰州机车有限公司市场现有编组数量在1700列左右，中铁科工集团有限公司市场现有编组数量在1000列左右，湖南湘牵工业有限公司市场现有编组数量在900列左右，中铁隧道股份机械制造有限公司市场现有编组数量在700列左右，湖北晨风轨道装备股份有限公司市场现有编组数量在300列左右，中铁长安重工有限公司市场现有编组数量在300列左右，湘电重型装备有限公司市场现有编组数量在500列左右,详情见图二。

图二：水平运输编组市场各厂家编组占比情况

4 水平运输编组的发展历程

水平运输行业经过多年的发展，市场上现有编组根据电池的不同，可以分为蓄电池机车、超级电容机车和新能源机车三种机型。

4.1 铅酸蓄电池机车

铅酸蓄电池机车是采用铅酸电池作为设备电源。该电池优点是采购成本低，噪音污染小，无尾气排放，性能可靠稳定，自国内开始盾构施工已经开始使用，是水平运输编组使用最早的车型，有近20多年的施工经验。主要缺点是一般使用2-3天需要蓄电，每次更换蓄电池麻烦，一次充电时间需要8个小时以上，一般每两年就需要更换蓄电池，电池寿命相对较短，废旧电池处理困难，易造成环境污染，不符合环境保护要求，随着新能源机车的成熟，将来逐步被淘汰。国家对环保问题查处力度较大，生产成本不断增加，价格一直再涨，后期维护费用较高，现场需要布置充电房并安排专人充电，自中车兰州有限公司在1997年第一台铅酸蓄电池机车编组下线，迅速推广开来，但随着国内施工的要求不断提升，铅酸蓄电池机车编组市场需求量不断减少。

4.2 超级电容机车

超级电容机车是采用超级电容作为设备电源。该车型优点是超级电容功率密度大，短时大功率充放电能力强；充放电时间短，效率高；充电时间在20分钟左右既能完全充满；使用寿命较长充放电循环次数理论值可达5万次以上，具有温度特性好；清洁无污染、无腐蚀、使用安全又便于维护和日常管理，主要缺点是购成本高，是普通蓄电池的两倍以上，随隧道长度增加机车费用相应增加，国内施工案例很少，充电设备及配套设备成本较高，电容损坏后维修成本高。目前国内成熟超级电容供货厂家很少，售后服务令人担忧。通用性差，区间长度和坡度变化可能存在扩容问题和续航能力不足问题，2014年第一台超级电容机车由中铁工程机械研究设计院有限公司研发成功，但未能在市场得到广泛应用，仅在中铁二局、中铁上海局、中铁四局等部分企业应用。

4.3 新能源锂电池机车

新能源锂电池机车采用新能源电池作为设备电源。新能源锂电池变频牵引机车优点是性价比远远优于铅酸蓄电池牵引机车；该机车电池彻底免维护、免保养，整个充电过程由机车驾驶员即可完成，隧道施工无需额外配置专职充电员工和定期添加电解液等繁琐工作，可为施工生产节约成本；锂电池充电时间短，2小时左右既能完全充满，并且可即充即用；充满一次电可续航40-60Km，提高了施工效率；新型锂电池牵引机车符合国家环保清洁无污染、无腐蚀等环保政策，让隧道施工更好；更快；更环保。低能耗和高性价比是这款机车最大的优点，隧道内高温环境下运行安全可靠，可满足隧道施工全天候满负荷运行的需求，极大程度提高了隧道施工的生产效率。缺点是采购成本相对较高，但相对超级电容便宜很多，是普通蓄电池的1.3倍以上，前期投入较高。第一台新能源锂电池机车是由中铁工程装备集团隧道设备制造有限公司于2017年研发并成功下线，现已成为隧道施工应用最广泛的机型。经过市场的不断地淘汰与改造，目前全国市场水平运输编组保有量在8000列左右，其中铅酸蓄电池机车保有量3000列，超级电容机车保有量500列左右，新能源锂电池机车保有量4500列，原有的铅酸蓄电池机车也在逐步改造成新能源锂电机车，现有市场各种机型保有量情况见图三。

图三：现有市场各种机型保有量情况统计

5 行业分析

5.1新产品方面

隧道施工领域今年发展变化不大，整机设备方面主要有大吨位发展态势，尤其是65吨以上变频机车逐步要求配置转向架结构形式，比如中铁科工集团有限公司与中交一航局有限公司针对海外大坡度、大直径制造80吨转向机结构的机车，中铁长安重工有限公司结合广州地铁22号线制造65吨转向架结构的机车等。其余设备渣车、砂浆车、管片车整机升级革新不多，多是原结构加大配件规格，目前新开的城际铁路和机场线均采用8米级别以上盾构，75吨及以上大吨位水平运输设备近三年可能出现井喷式爆发，例如：深大城际、深惠城际、福州机场线、上海嘉闵线、宁扬城际等。

另外结合10米级以上大直径隧道建设逐步增多，胶轮运输车逐步增多，该市场领域主要有原来桥梁运输车进行技术变革而来，比如郑州新大方重工科技有限公司、中铁科工集团有限公司，他们均是在桥梁运输设备市场耕耘多年，在胶轮运输设备技术相对比较成熟，在隧道施工领域胶轮车市场中近几年郑州新大方独占鳌头。针对大于千分之五十以上的大坡度施工工况，国内仅有中部引黄TBM2标一项应用案例，该项目采用郑州新大方研制的钢轮导向胶轮运输内燃机车进行动力牵引，该项目物料运输设备对现场施工轨道要求较高。

煤矿和矿山市场设备较为定型，主要在于该类设备需要进行资质申请，比如煤安认证、矿安认证等，入门门槛较高，煤矿市场设备定型固化比例较高。矿安市场设备相对要求有所降低，设备信息化、智能化起步较早，智能化水平较高。地铁隧道施工领域今年也逐步在向信息化和智能化发现发展，比如新兴的深圳鸿鹏新能源科技有限公司、业超电气传动技术（上海）有限公司等企业，以设备结构外联合作，控制系统自主研发，自主引导隧道施工领域设备信息化、智能化发展趋势。

5.2 新技术方面

2011年湘潭牵引电机厂与中国恩菲工程技术有限公司联合研发20吨矿用架线式双机牵引无人驾驶变频调速电机车，用于安徽铜陵冬瓜山铜矿，经过四年的技术验证和完善，本次推广应用工作目前已经历了2015年5~7月和8~9月两个重要阶段，共计下井调试59天，取得了阶段性成果。无人驾驶运输电机车已实现在装矿站采用遥控方式移动编组完成装矿工作，完成双电机车前后牵引一列编组同步控制的目标，电机车集电弓升降全部采用自动控制。集控室控制设备和巷道通讯设备已经完成安装和测试。

2016年冬瓜山铜矿计划在-1000米深部开采全面使用无人驾驶电机车运输，于2018年10月29日，中国恩菲与铜陵有色金属集团股份有限公司冬瓜山铜矿签署-1000m无人驾驶电机车运输项目总承包合同。地下矿无人驾驶电机车运输技术是当今地下矿有轨矿石运输的关键技术，今后将被大多数矿山所采用。本项目是中国恩菲又一矿山无人驾驶系统项目，也是实现双机牵引技术的又一成功应用。本次合同的签订，体现了铜陵有色公司对恩菲无人驾驶电机车技术的认可。冬瓜山铜矿-1000m中段无人驾驶运输项目的顺利推进，必将巩固中国恩菲在无人驾驶技术领域的国内领先地位，拓展相应市场业务，引领行业技术进步。

在地铁隧道施工领域，中车兰州机车有限公司及中铁工程装备集团隧道设备制造有限公司已进行无人化设备研制及宣传工作，中铁工程装备集团隧道设备制造有限公司与兰州兴瑞驰机车有限公司在水平运输编组分散式动力方面也走在了行业的前列，其余设备生产厂家在信息化、智能化方面都处于观望状态，大部分央企和国企施工单位还没有看到信息化和智能化技术革新的重要性，同时也与地铁隧道施工成本造价有很大的关系。

5.3 新工法

大型水利工程隧道施工后，在进行隧道二次衬砌或采用钢管进行二次防护，比如武汉大东湖污水处理项目，采用盾构施工后再同步进行二次混凝土衬砌；珠江水资源项目配置工程试验段采用新型胶轮运输车辆进行钢管或铸铁管运输、对接等工作。

小于3米直径系列的污水处理、引水等工程项目物料运输配套在近两年也在逐步增多，麻雀虽小五脏俱全，该类配套设备尺寸要求限制性更大，是水平运输市场扩展的有一个方向。

5.4 智能化和信息化

以中铁装备为首的行业龙头一直在致力于水平运输设智能化和信息化的研究工作，智能化能最大限度降低因司机误判或疲劳带来的隐患；自动化能最大限度减少司机的操作，避免误动作及未动作。具体包括以下几个方面：

• 机车靠近盾构机台车时具备自动警示声光报警；

• 机车在司机疲劳瞌睡时自动降速停车；

• 机车具备零速悬停功能，避免坡道起步机车倒溜；

• 轨道坡度检测，一定坡度下自动降速行驶；

• 停车后自动刹车，防止因忘记手刹发生溜车事故；

• 变频器扭矩限制，防止过电流报警机车失控而溜车；

• 智能型边缘计算终端：边缘计算终端采用通用底板、SBA软件定义技术和模块化设计，可以根据不同应用场景灵活选择增减不同的功能模块，以满足不同场合和需求的需要。分为基础版、扩展板、顶配版等。

• 主动安全3D智能避障：行车遇障碍物，机车自动降速停车，通过激光雷达、毫米波雷达等方式，及时发现车辆周边人员和障碍物距离信息，结合车辆运行视频状态判断可能存在的安全风险，在必要时强制控制车辆停车，以避免车辆损坏和人身伤害。

• 视距遥控：100m以内有效的无线遥控方案，减少由于沟通效率引发的窝工以及沟通不畅引起的意外。

• 基于RFID技术的定位：使用RFID标示卡标记隧道内关键位置，设备携带读写设备，可以实现设备的绝对位置定位。根据位置信息车辆可以实现制动限速、自动停止等功能。

• 云端管理监控平台：具备数据总览、数据管理、状态监控、车辆运行日志、车辆运行数据、报表、用户管理等功能。主要用于产品生命周期内的数据管理，包含：质检、维保、运行数据等信息。同时方便公司对水平运输的运行监控、总体调度。

• 隧道内网络搭建及项目部端管控平台：采用WIFI网络用于信息传输、采用UWB网络用于设备及人员的定位。项目部管控平台完成本隧道内设备数据监测、管理以及监控。

6 目标客户分析

水平运输设备主要客户群体是各工程局的隧道施工单位，随着国内部隧道施工项目竞争白热化，各工程局为了施工项目中标，不断压缩利润，为了挣取利润，轻资产施工成为了主流，施工单位由原来的采购设备转为租赁水平运输编组，未来短距离隧道，水平运输编组的租赁将是未来的趋势，现在购买的客户大部分都是第三方私人租赁公司，随着城市地铁发展的需要，6米级盾构使命接近尾声，大盾构市场越来越多，各施工局在大吨位水平运输编组会有一定量的爆发，各工程局相配套45t等水平运输编组也将闲置待命。目前保守估计市场45t编组6000余列。旧车改造再利用即是各工程局面临的问题也是行业的一个新的市场契机。以中铁一局城轨公司为例，有80余列45t水平运输编组，迫切希望改造后应用到更大直径盾构施工项目中，未来水平运输编组的改造升级前景广阔。在激烈的市场竞争中，如果想长期站稳市场，必须在保证产品质量与良好售后服务的同时，加大降本的力度，加快新产品的研发力度，才能保证企业在水平运输市场长期占有较高的市场份额。

7 结语

目前常规水平运输编组产品制造门槛低，基本都是拿来主义，没有任何改动或者创新，近两年个别私有企业打价格战让市场格局在发生变化，私有企业市场占有份额逐渐增加。国有企业的出路应该是加大设备的技术开发及创新，利用国企的人才和技术优势建立新的技术壁垒，做私企无法做到或者领先市场的产品，这样在市场上才有定价权或者议价权，企业利润也能保障。水平运输的未来必须向无人驾驶和5G新技术方向发展，只有引领技术，才能引领行业，未来几年要注重65吨以上大吨位水平运输编组和25吨以下小断面隧道水平运输编组的研发投入和经营力量的布局，同时水平运输后市场电机车的改造升级业务有较大的市场开发空间，旧车改造未来是一个不错的经营方向。

参考文献

[1]陈馈，杨延栋.中国盾构制造新技术与发展趋势【J】.隧道建设，2017.

[2]李建斌.掘进机未来技术【M】.北京：人民交通出版社，2020（4）.