先来看一组数据。东京312公里，870万人。纽约380公里，450万人。伦敦408公里，500万人。广州514公里，906万人。北京699公里，1250万人。上海732公里，1065万人。
这串数字，是国外大都市和北上广修建地铁的总长度和每日客运量的对比，可以看出，在修地铁这件事上，我国独占一档。
但退回32年前，北京的第一条地铁——一号线西单站工地上。
那时由于没有先进的挖掘设备，几百号工人们只能光着膀子，用手“一锹一铲”这样拼人力挖地铁。
这样的土办法，就算一天不吃不喝，累得半死，每天也最多向前掘进可怜的5米，而且只是挖一个洞而已，之后用砖砌成隧道，还要再耗费一倍的时间，这种局面一直持续了几十年。
2001年，北京地铁首次引入了一个专门挖隧道的装备——盾构机。
就是这玩意。
别看它长得丑，它可号称“工程机械之王”，是世界上最先进的隧道掘进机器。
它的“血盆大口”，是一个圆形刀盘，在千斤顶的推力下，刀盘会掘开土层，再通过壳内错综复杂的机械长廊，把刀盘削下的土排出去。
盾构机一面挖掘，工人一面在隧道内部堆砌砖头，所以盾构机开过，隧道也就铺好了。
2001年，北京挖掘5号线老城区东单——雍和宫区间，使用了这种技术，结果效果惊人。
之后，这项技术蔓延到全城的地铁隧道挖掘中，在施工高峰期，有近百台盾构机在北京地下工作，而地面上，人们完全感受不到这些庞然大物的存在。
作为“入地”利器，盾构机是大国建设必不可少的核心装备，而目前令人骄傲的是，我国是世界上当之无愧的第一。
目前，中国盾构机不仅在国内市场的占有率达到90%，还出口到21个国家和地区，在全球市场占据了2/3以上的份额，在最近3年，无论是产销量还是施工里程，都稳居世界榜首。
但谁能想到，12年前偌大一个中国，居然没有一台属于自己盾构机。
01看人脸色
1997年，中铁挖掘西康铁路秦岭18公里隧道。
按当时中国的技术水平，炸药炸了再运出土石残渣，再到隧道建成，可能需要至少8-9年之久。
为了缩短工期，我国第一次从德国引进了两台盾构机。
在这两台庞然大物的协助之下，秦岭项目的挖掘效率大大提升，不仅施工安全问题减少了4倍，隧道还提前一年就贯通了。
尝到甜头之后，我国开始更频繁的买入盾构机，进入21世纪后，随着大基建时代的来临，我国对盾构机的需求飙升至占全球六成。
但是高度依赖国外设备，也带来了许多问题。
首先，价格太贵。
盾构机还有一个外号叫做“地下航母”，听这名就知道，肯定便宜不了。当时一台进口盾构机的价格要上亿元，秦岭隧道使用的盾构机，德国人一张口就要3.5亿元一台。
当年买两台机器，那就是7个亿。
那可是1990年代的7个亿，人家态度就那样：爱买买，不买拉倒。
图源：纪录片《超级工程2》
更要命的是，买回来之后，修也要看别人脸色。
中方在出故障求助于国外厂家时，对方提出的解决方案就是两个字：抬价。
1999年，在广州二号线施工中，一台进口盾构机没有抓牢“管片”，对方也不管具体情况是什么样，伸手就要300万换修费用。
而且就这样，外国专家们在检修时还要拉起警戒线，不让中国人靠近观看，怕偷学技术。
2001年，外方甚至还提出，要把一台旧的盾构机按照新盾构的价格出售，并且对配件进行加价100%。
那一年，中铁集团连买带修，一年就花出去50多个亿人民币。
没有核心技术，还有巨大的需求，就得处处受制于人，让我国备受煎熬。
工欲善其事，必先利其器。于是中国决定，盾构机这项技术，一定要靠自己研发。
2002年，在经费拮据下，我国将土压平衡盾构关键技术研制列入“863计划”，研制总装的重任，落到了中铁隧道集团身上。
1个月后，中铁隧道集团成立了盾构机研发项目组，第一批投了4000万元，项目组总共18人。
02从零开始
“对我们来说，别说研发盾构机了，很多人连见都没有见过。”
回忆起最初的境遇，王杜娟这样说。
项目组创立之初，她是18人中唯一一位女生。
王杜娟毕业于石家庄铁道学院机械工程学院的机械自动化专业，最初选专业时，她都不知道“自动化”是个什么东西，只觉得这个词听着高大上，就报考了这个专业。结果进去发现这个专业全都是男生。
大学毕业后，因为家庭困难，她放弃了继续读研的机会，被安排到中铁隧道集团工作，一干就是8年。
从小在农村长大的她，不怕苦，不怕累，什么拆零件、修机器、搬设备、开行吊这样的活，她比男孩子干得还卖力。
经常一天下来满手黢黑，一身油渍，要不是扎着马尾辫，根本就看不出来是个女员工。
有一次，她在给德国公司加工简单的拖车钢结构件时，发现对方图纸有错误，她去联系德国公司，结果却被告知：要派人过来修可以，但一天的咨询费要1万元人民币，并负责差旅食宿。
“图纸错误不但没有赔偿，还要收费”。最后无奈之下，他们请外方设计师来了15天，修改了中方提出的上千个错误。
这件事，就像耻辱一样记在王杜娟心里。
2002年初，王杜娟刚生完大女儿，正在家休产假，听说公司接到盾构机研发任务，她二话没说就报名了，按她的话说：“只是因为不甘心，希望能掌握核心技术造出中国人自己的盾构，扬眉吐气。”
但当时对中国盾构研发团队来说，别说研发，连见都没有见过，所以当研发启动后，做的第一件事，就是看盾构机。
王杜娟跟着研发团队钻隧道、爬高坡、下井坑，跑遍了所有有地铁施工的城市，一天从早到晚都在隧道里观察盾构机。“项目组没有技术指导，硬是从看实物和设计图纸干起。”
看懂构造之后，接着是制作零件。
拿刀盘来说。
刀盘属于大直径薄壁件，刚开始做的时候，一焊就变形，再一焊直接就开裂了，这让王杜娟始料未及。
她之后修改了十几版设计方案，不断改进焊接工艺，最终才解决了让刀盘不再开裂。
而光改进这刀盘你们猜花了多长时间？
5年。
盾构机是个极其复杂的装备，零部件多达一万多个，所有零件都靠自己研发制造不太现实，所以就要去外面采购。
而当时为了采购一个气阀，就把她难住了。
当时王杜娟要买的，是主轴承中的一个陶瓷球阀。
为此，她在全世界范围内地毯式搜索，找了一个多月都没找到，后来终于找到一家公司，没高兴多久，发现那是德国的一个企业，一查序列号，中国被人家列入了黑名单。
不给卖。
这把她急坏了，就在她不知所措时，在珠海找到了一家生产球瓷阀门的工厂，经过试用之后，发现这个球阀质量过关。
“当时找到以后，不知道有多开心，而且实验效果非常好，一直用到现在。”
而这个珠海工厂生产的球阀不仅质量好，价格还是进口阀门的十分之一。
这让王杜娟心里冒出个想法：“当时盾构机的零件都是进口的，很多都非常贵，如果像这个气阀一样，更多的使用国产零件，那整体的成本不就被拉下来了吗？”
03虎口夺食
和她想到一起的还有黄昌富。
黄昌富是中国铁建十六局集团副总经理兼北京工程指挥部指挥长，他清楚地记得第一台德国盾构机运来中国时的场景。
“那时，大家甚至不敢轻易拆包，生怕弄坏了，而厂家派来的技术人员则培训完规定课时，就当了甩手掌柜。如果请外国技术人员施工，每米造价达8万元。”
但在熟悉盾构机的构造后，他发现当时整体进口的盾构机并不完全由一家厂商制造的，而是由制造商设计后，在全世界选购各系统和零配件，再由制造商集成组装。
“能不能在采购盾构机时，去引导制造商选用国产的部件呢？”
一上来全部换成国产可能阻力会非常大，但可以先从一个小点去攻破，比如外部的钢结构，再到刀具，整机的生产，一步步慢慢过渡到使用国内设备上来。
这个想法，得到了上级的支持。
2004年，在北京地铁采购盾构机时，黄昌富和他的团队经过与盾构机制造商的艰苦谈判，最终说服外国制造商将盾构机的钢结构不外包给国外企业，而是交给中国本地的厂家来加工。
这个新闻在当时默默无闻，但却是个历史性的转折点。
就在一个月前，深圳地铁的盾构机采购价是一台5500万元，而这次黄负责的北京地铁盾构机使用了国产钢结构，采购价变成了一台4000万元，一下子降低了1500万元，可以毫不夸张的说，这在零件上彻底打破了国外制造商的垄断。
除了采购成本，盾构机的使用、特别是刀具更换的成本也相当惊人。
2008年，北京10号线地铁施工，由于北京普遍存在砂卵石地层，对刀具磨损严重，本来盾构机每掘进600米更换一次刀具，但实际施工中刀具很快就被磨坏了，平均每300米就要更换一次刀具。
当时盾构机的刀具都是进口的，换一套就要上百万元，加上地基加固处理费用和一个月的停工换刀损失，至少要花300万元。
一条地铁动则二三十千米，要是每300米就要花300万元，黄认为这种巨大的成本明明是可以避免的，于是他去找德国制造商：“能不能让中方重新设计刀具，让刀具更耐磨一点呢？”
但可想而知，遭到了德方的严厉拒绝。
在当时盾构机制造被外国垄断，并且具有巨大利润的情况下，这种要求无异于虎口夺食。德方严厉地警告：“我们的产品是目前最先进的盾构机，不存在缺陷。”
之后还类似于威胁的说：”如果改变设计，施工方要承担一切责任。”
但黄昌富没有被这种阵势唬住，之后几周，他对国内装备生产厂家进行了详细调查，再次见面时他平静地对德方说：“只要按我们的要求改变设计，我们承担一切责任。”
在他的坚持下，德方不得不让步，让他对盾构机刀具进行了改进，并采用了部分国产刀具。
结果黄昌富负责的那一段北京地铁10号线项目，成本节约了5600万。
尤其在一段3.5公里长的隧道，国产刀具比原来节省了8盘刀具，少用了80天工期，还创造了砂卵石地层一次性掘进1500米不换刀的纪录。
在此之后，国内其他地方的地铁盾构工程造价也跟着被拉下来来，从每米8万多元降至3万多元。
以前德国人制定的一个管道安装流程需要一星期，现在中国工人们一个晚上就完工；以前德国专家认为组装最快也得5个月，中国工人却在南京长江隧道创下了58天的世界纪录。
以前盾构机在行驶途中因为刀片磨损、停滞不前，德国人一个组用一天的时间从盾构机上把一把刀抽出来，再用一天装回去，两天换一把刀就要收费20万元，现在中国工人们学会换刀后，一个组一天换了8把刀，节约了14天的宝贵工期。
“现在我们这些农民工技术骨干，技术水平要比当初我们请来的外国技师高”，黄昌富说。
自此，通过这种零件国产化的方式，进口企业漫天要价的时代过去了。
04夺回失地
与此同时，同一年，王杜娟那里也传来了好消息。
在经过6年艰苦钻研后，2008年4月，我国第一台拥有自主知识产权的复合土压平衡盾构机研制成功了。
这座中国第一台盾构机的首次投入使用，被安排在了在天津地铁3号线建设工地。
开工前几天，王杜娟提前来到现场勘测地形。
当地的规划人员告诉她，就在地铁施工点的正上方，正好是张学良的故居，周围还有很多精致的瓷瓦片盖的房子，当地规划人员说估了个价。
大约十个亿。
这把王杜娟吓坏了。
“我说我们一台设备才几千万，我们赔不起”。王杜娟如今回想起来都感到后怕，万一盾构机稍有不慎，造成地基受损，甚至地面塌方，那后果难以想象。
但硬着头皮也得上，随着盾构机开始运行，一米一米的往前挖掘，她的心都提到了嗓子眼。
果然，事故还是发生了。
盾构机的主轴承，有盾构机的“心脏”之称，承担着盾构机运转过程的主要载荷，当时为了确保万无一失，使用的是配置最高的进口轴承，结果万万没想到，正是那一颗轴承，竟然在掘地的过程中咔嚓一声裂开了。
当听到盾构机发出异响时，王杜娟脑子嗡了一下，她脑子出现两个字：“完了。”
他们下去勘查，发现是轴承断裂，当天停工，连夜更换了轴承，修理后的机器运转恢复正常，万幸的是，机器随后也没有出现失控的状态。
最终，地面上所有珍贵建筑毫发无损，第一台国产盾构机经受住了考验，其余国产零件也没有出现任何问题，成功完成了作业。
这时，王杜娟和同事们才松了一口气，而这台功勋盾构机也被命名为“中铁一号”。
2014年，在郑州市的政策支持下，王杜娟和她的团队成功研制出当时世界最大断面矩形盾构机，开辟了地下空间开发新工法，随后又成功应用于天津、新加坡地铁项目。
2015年，国产首台铁路大直径盾构机在长沙顺利下线，拥有完全自主知识产权，打破了国外近一个世纪的技术垄断。
公开数据显示，这个大家伙总长100米，重约1200吨，装机功率超过4500千瓦，开挖直径达到8.8米。
光是让盾构机刀盘立起来这个看似简单的动作，就要耗费数小时。更重要的是，它每台的售价比进口同类产品便宜2000万元以上，性价比高，可靠性好，能够适用于多种复杂地层。
到了2017年，棘手的问题又来了。
云南省政府邀请中铁为大瑞铁路高黎贡山隧道设计一台盾构机。
高黎贡山隧道位于云南大理与瑞丽之间，是亚洲最长铁路山岭隧道，隧道施工需要穿越地热温泉上百处，断层破碎带十余条，大变形洞段超过3千米。
面对这样恶劣的地质条件，不少外国知名企业都拒绝了招标。
2015年下半年，王杜娟所在的中铁装备工程集团接受了这个挑战。如果这次成功，又将填补了我国盾构机在极端地质条件下作业的空白。
王杜娟暗下决心，一定要准备充分。
应对这么极端的地质，最怕发生的事叫做“卡机”。卡机是硬岩掘进机在山岭隧道施工中由于刀盘卡住而无法前进的情况，就好比越野车的轮胎陷进了泥泞里。
王杜娟和设计团队对隧道地质进行全面勘探后，专门针对卡机问题做了一系列改进和升级。
第一就是把挖掘的刀盘尽量往护盾里藏，让刀盘在外面的距离尽量短一点。
第二就是增设了大尺度扩挖设计，以应对围岩变形、断层破裂带和岩爆高低热等掘进中可能遇到的风险。
然而，尽管前期做了充足准备，还是遇到了意外。
有一次遇到了卡机，在隧道上方掏了一个大洞，直径大概一米，王杜娟看到事故发生后，她想去看看刀盘是怎么被卡住的，没等其他人反应过来，第一个就钻进去了。
就在这时，刚刚被钻漏的洞的上方砸下了几块大石，就砸在王杜娟身边不足半米，让同事们都惊出一身冷汗。
事后她说：“早进去半步，可能就被砸中了”。但当时她脑子里没顾得上这些，想的都是卡机了要尽早处理，否则机器会出现更大的问题。
现在，大瑞铁路仍在紧张施工中，通车后，从大理到瑞丽边界只需两个多小时，将结束云南西部地区不通火车的历史。
现在，中铁装备的盾构机已经出厂900多台，遍布国内各省区，连续七年国内市场占有率第一，研发实力第一。
在国内，国产盾构机的占有率已达到90%以上，并将同类的产品价格拉低了40%左右。
中国盾构机在国内稳住阵脚后，开始把眼光放到海外。
马来西亚，是出海的第一站。
2012年，马来西亚正在推进MRT项目（马来西亚捷运线），有人向马方推荐中铁装备生产的盾构机。
然而，马方一开始对中国盾构并不信任，直言不讳道：“中铁在中国做得好，但在海外市场没有经验，我们非常担心。”
为了获得信任，中方团队不停地往返于两国之间，向马方介绍中国盾构机，并邀请他们来华实地考察。
之后马方抱着“试一试”的心态，购买了两台中国盾构机：“中铁50号”和“中铁51号”。
结果施工后，两台盾构机不仅稳健地完成了任务，还创造了最高日掘进21米的马方新纪录。其间遇到一块20多米，硬度达到300兆帕的孤石，远远超出了地质报告中80兆帕的极限，但依旧顺利通过。
马来西亚项目的成功，为中国盾构机走向世界迈出了第一步。
2014年，黎巴嫩宣布了开启大贝鲁特供水项目，在此之前，饮水一直是当地难以解决的问题。
“那味儿，是苦的”。当中国工程师刚到黎巴嫩用当地的自来水泡了一壶茶后，差点没一口喷出来。
当地的自来水都不能饮用，要想做饭、喝水，得跑去外面买油桶那么大的纯净水桶，一桶一桶储藏在家里，生活十分不便。
政府为了引水，决定从贝鲁特南部31公里的一个山区水库建设引水工程，其中需要打穿一条长达22公里的隧道，但引水隧洞只有3.5米的直径，全世界那时都没有那么小的盾构机。
为此，中国中铁成功研制出了全球最小直径的盾构机“中铁237号”和“中铁238号”，第二年就发货运往了黎巴嫩，应用在供水项目中。
2018年3月2日，随着工程2号隧洞最后一片岩块轰然碎地，在场的当地民众一片欢呼。
“我们再也不用购买桶装水喝了！”
2019年，整个引水隧洞项目投入使用，基本解决了贝鲁特用水问题，约160万人从中受益，与此同时，这也是中东地区首次使用来自中国的盾构机。
“国外过去以为中国制造是性价比高的代名词，而这次，合作的意大利公司已经在和中铁装备集团的德国分公司洽谈，打算多订购几台盾构机用在本国的工程中。”
此役过后，中国的盾构机打响了名号，开始一个个进入国外，势如破竹。
2018年9月20日，中国盾构机出口到以色列6台盾构机。
2019年1月，出口5台到新加坡。
2018年8月，出口5台到土耳其。
2019年1月，出口阿尔及利亚，首次出口到非洲。
2019年6月，出口意大利，首次进入欧盟国家。
2019年10月，出口印度。
2019年12月，“反向”出口到法国，将中国盾构机带到了世界盾构机的发源地和制造强国。
2020年5月5日，中国出口莫斯科欧洲最大盾构机“胜利号”，这款盾构机在零下30℃依旧能正常掘进。
目前，来自中国的盾构机已出口到全世界等21个国家和地区，累计出厂908台，参与到新加坡、波兰、土耳其、丹麦、澳大利亚等20个国家和地区的城市轨道、引水工程等基建项目。
不得不说，中国的盾构机打了个漂亮的翻身仗。
尾声
10多年前，我国使用的盾构机基本上都是外国产品。如今，盾构机不仅实现了国产化，而且还成了行业的领头羊。
不仅是地铁，国内隧道建设项目，如崇明岛越江隧道、南京长江隧道等，甚至是超大型大坝、引水工程，需要用到最先进盾构机型的，现在只能找国产品牌。
如今我们可以骄傲的说，我们有实力造出世界上最好的盾构机了。
盾构机已经成了新的"中国名片"。
中国盾构制造有6大王牌军：铁建重工、中铁装备、中交天和、上海隧道、三三工业、北方重工，个个能力爆表。 在国内的龙头，基本就是全球的龙头了。
就在上个月，苏州轨道交通6号线的现场，首台采用国产3米级主轴承盾构机“中铁872号”顺利始发，这是中国主轴承首次在轨道交通领域执行地下掘进任务。
这就意味着，最后一块拼图——盾构机最为重要的“主轴承”，好比盾构机的“芯片”，也能自主生产了。
9月29日，在位于河南的中铁装备的盾构总装车间，一台直径8.64米的土压平衡盾构机正式下线，这是中国中铁自主研制的第1000台盾构机。
从0到1000，我们用了整整12年。这一天，车间标语“造中国人自己的盾构，造中国最好的盾构，造世界最好的盾构。”
“中国盾构下一步将挑战18米直径的世界纪录，一个盾构机就有6层楼那么高”，当天采访中国工程院院士杨华勇时，他这样对着镜头说。
说实话，对于这么巨大的机械，我一时想不出它具体要用在何处，能用来挖什么，但这让我想起了《流浪地球》里直径30千米、喷射着蓝色光束的行星发动机，也许在可预见的未来，它们的归宿不再是暗无天日的地底，而是苍茫的星辰大海呢。
随着庞大的刀盘缓缓转动，我想这一天一定会来。
