先來看一組數據。
東京312公里，870萬人。
紐約380公里，450萬人。
倫敦408公里，500萬人。
廣州514公里，906萬人。
北京699公里，1250萬人。
上海732公里，1065萬人。
這串數字，是國外大都市和北上廣修建地鐵的總長度和每日客運量的對比，可以看出，在修地鐵這件事上，我國獨佔一檔。
但退回32年前，北京的第一條地鐵——一號線西單站工地上。
那時由於沒有先進的挖掘設備，幾百號工人們只能光着膀子，用手“一鍬一鏟”這樣拼人力挖地鐵。
這樣的土辦法，就算一天不吃不喝，累得半死，每天也最多向前掘進可憐的5米，而且只是挖一個洞而已，之後用磚砌成隧道，還要再耗費一倍的時間，這種局面一直持續了幾十年。
2001年，北京地鐵首次引入了一個專門挖隧道的裝備——盾構機。
就是這玩意。
別看它長得醜，它可號稱“工程機械之王”，是世界上最先進的隧道掘進機器。
它的“血盆大口”，是一個圓形刀盤，在千斤頂的推力下，刀盤會掘開土層，再通過殼內錯綜複雜的機械長廊，把刀盤削下的土排出去。
盾構機一面挖掘，工人一面在隧道內部堆砌磚頭，所以盾構機開過，隧道也就鋪好了。
2001年，北京挖掘5號線老城區東單——雍和宮區間，使用了這種技術，結果效果驚人。
之後，這項技術蔓延到全城的地鐵隧道挖掘中，在施工高峯期，有近百台盾構機在北京地下工作，而地面上，人們完全感受不到這些龐然大物的存在。
作為“入地”利器，盾構機是大國建設必不可少的核心裝備，而目前令人驕傲的是，我國是世界上當之無愧的第一。
目前，中國盾構機不僅在國內市場的佔有率達到90%，還出口到21個國家和地區，在全球市場佔據了2/3以上的份額，在最近3年，無論是產銷量還是施工里程，都穩居世界榜首。
但誰能想到，12年前偌大一箇中國，居然沒有一台屬於自己盾構機。
01
看人臉色
1997年，中鐵挖掘西康鐵路秦嶺18公里隧道。
按當時中國的技術水平，炸藥炸了再運出土石殘渣，再到隧道建成，可能需要至少8-9年之久。
為了縮短工期，我國第一次從德國引進了兩台盾構機。
在這兩台龐然大物的協助之下，秦嶺項目的挖掘效率大大提升，不僅施工安全問題減少了4倍，隧道還提前一年就貫通了。
嚐到甜頭之後，我國開始更頻繁的買入盾構機，進入21世紀後，隨着大基建時代的來臨，我國對盾構機的需求飆升至佔全球六成。
但是高度依賴國外設備，也帶來了許多問題。
首先，價格太貴。
盾構機還有一個外號叫做“地下航母”，聽這名就知道，肯定便宜不了。當時一台進口盾構機的價格要上億元，秦嶺隧道使用的盾構機，德國人一張口就要3.5億元一台。
當年買兩台機器，那就是7個億。
那可是1990年代的7個億，人家態度就那樣：愛買買，不買拉倒。
圖源：紀錄片《超級工程2》
更要命的是，買回來之後，修也要看別人臉色。
中方在出故障求助於國外廠家時，對方提出的解決方案就是兩個字：抬價。
1999年，在廣州二號線施工中，一台進口盾構機沒有抓牢“管片”，對方也不管具體情況是什麼樣，伸手就要300萬換修費用。
而且就這樣，外國專家們在檢修時還要拉起警戒線，不讓中國人靠近觀看，怕偷學技術。
2001年，外方甚至還提出，要把一台舊的盾構機按照新盾構的價格出售，並且對配件進行加價100%。
那一年，中鐵集團連買帶修，一年就花出去50多個億人民幣。
沒有核心技術，還有巨大的需求，就得處處受制於人，讓我國備受煎熬。
工欲善其事，必先利其器。於是中國決定，盾構機這項技術，一定要靠自己研發。
2002年，在經費拮据下，我國將土壓平衡盾構關鍵技術研製列入“863計劃”，研製總裝的重任，落到了中鐵隧道集團身上。
1個月後，中鐵隧道集團成立了盾構機研發項目組，第一批投了4000萬元，項目組總共18人。
02
從零開始
“對我們來説，別説研發盾構機了，很多人連見都沒有見過。”
回憶起最初的境遇，王杜娟這樣説。
項目組創立之初，她是18人中唯一一位女生。
王杜娟畢業於石家莊鐵道學院機械工程學院的機械自動化專業，最初選專業時，她都不知道“自動化”是個什麼東西，只覺得這個詞聽着高大上，就報考了這個專業。結果進去發現這個專業全都是男生。
大學畢業後，因為家庭困難，她放棄了繼續讀研的機會，被安排到中鐵隧道集團工作，一干就是8年。
從小在農村長大的她，不怕苦，不怕累，什麼拆零件、修機器、搬設備、開行吊這樣的活，她比男孩子幹得還賣力。
經常一天下來滿手黢黑，一身油漬，要不是扎着馬尾辮，根本就看不出來是個女員工。
有一次，她在給德國公司加工簡單的拖車鋼結構件時，發現對方圖紙有錯誤，她去聯繫德國公司，結果卻被告知：要派人過來修可以，但一天的諮詢費要1萬元人民幣，並負責差旅食宿。
“圖紙錯誤不但沒有賠償，還要收費”。最後無奈之下，他們請外方設計師來了15天，修改了中方提出的上千個錯誤。
這件事，就像恥辱一樣記在王杜娟心裏。
2002年初，王杜娟剛生完大女兒，正在家休產假，聽説公司接到盾構機研發任務，她二話沒説就報名了，按她的話説：“只是因為不甘心，希望能掌握核心技術造出中國人自己的盾構，揚眉吐氣。”
但當時對中國盾構研發團隊來説，別説研發，連見都沒有見過，所以當研發啓動後，做的第一件事，就是看盾構機。
王杜娟跟着研發團隊鑽隧道、爬高坡、下井坑，跑遍了所有有地鐵施工的城市，一天從早到晚都在隧道里觀察盾構機。“項目組沒有技術指導，硬是從看實物和設計圖紙幹起。”
看懂構造之後，接着是製作零件。
拿刀盤來説。
刀盤屬於大直徑薄壁件，剛開始做的時候，一焊就變形，再一焊直接就開裂了，這讓王杜娟始料未及。
她之後修改了十幾版設計方案，不斷改進焊接工藝，最終才解決了讓刀盤不再開裂。
而光改進這刀盤你們猜花了多長時間？
5年。
盾構機是個極其複雜的裝備，零部件多達一萬多個，所有零件都靠自己研發製造不太現實，所以就要去外面採購。
而當時為了採購一個氣閥，就把她難住了。
當時王杜娟要買的，是主軸承中的一個陶瓷球閥。
為此，她在全世界範圍內地毯式搜索，找了一個多月都沒找到，後來終於找到一家公司，沒高興多久，發現那是德國的一個企業，一查序列號，中國被人家列入了黑名單。
不給賣。
這把她急壞了，就在她不知所措時，在珠海找到了一家生產球瓷閥門的工廠，經過試用之後，發現這個球閥質量過關。
“當時找到以後，不知道有多開心，而且實驗效果非常好，一直用到現在。”
而這個珠海工廠生產的球閥不僅質量好，價格還是進口閥門的十分之一。
這讓王杜娟心裏冒出個想法：“當時盾構機的零件都是進口的，很多都非常貴，如果像這個氣閥一樣，更多的使用國產零件，那整體的成本不就被拉下來了嗎？”
03
虎口奪食
和她想到一起的還有黃昌富。
黃昌富是中國鐵建十六局集團副總經理兼北京工程指揮部指揮長，他清楚地記得第一台德國盾構機運來中國時的場景。
“那時，大家甚至不敢輕易拆包，生怕弄壞了，而廠家派來的技術人員則培訓完規定課時，就當了甩手掌櫃。如果請外國技術人員施工，每米造價達8萬元。”
但在熟悉盾構機的構造後，他發現當時整體進口的盾構機並不完全由一家廠商製造的，而是由製造商設計後，在全世界選購各系統和零配件，再由製造商集成組裝。
“能不能在採購盾構機時，去引導製造商選用國產的部件呢？”
一上來全部換成國產可能阻力會非常大，但可以先從一個小點去攻破，比如外部的鋼結構，再到刀具，整機的生產，一步步慢慢過渡到使用國內設備上來。
這個想法，得到了上級的支持。
2004年，在北京地鐵採購盾構機時，黃昌富和他的團隊經過與盾構機制造商的艱苦談判，最終説服外國製造商將盾構機的鋼結構不外包給國外企業，而是交給中國本地的廠家來加工。
這個新聞在當時默默無聞，但卻是個歷史性的轉折點。
就在一個月前，深圳地鐵的盾構機採購價是一台5500萬元，而這次黃負責的北京地鐵盾構機使用了國產鋼結構，採購價變成了一台4000萬元，一下子降低了1500萬元，可以毫不誇張的説，這在零件上徹底打破了國外製造商的壟斷。
除了採購成本，盾構機的使用、特別是刀具更換的成本也相當驚人。
2008年，北京10號線地鐵施工，由於北京普遍存在砂卵石地層，對刀具磨損嚴重，本來盾構機每掘進600米更換一次刀具，但實際施工中刀具很快就被磨壞了，平均每300米就要更換一次刀具。
當時盾構機的刀具都是進口的，換一套就要上百萬元，加上地基加固處理費用和一個月的停工換刀損失，至少要花300萬元。
一條地鐵動則二三十千米，要是每300米就要花300萬元，黃認為這種巨大的成本明明是可以避免的，於是他去找德國製造商：“能不能讓中方重新設計刀具，讓刀具更耐磨一點呢？”
但可想而知，遭到了德方的嚴厲拒絕。
在當時盾構機制造被外國壟斷，並且具有巨大利潤的情況下，這種要求無異於虎口奪食。德方嚴厲地警告：“我們的產品是目前最先進的盾構機，不存在缺陷。”
之後還類似於威脅的説：”如果改變設計，施工方要承擔一切責任。”
但黃昌富沒有被這種陣勢唬住，之後幾周，他對國內裝備生產廠家進行了詳細調查，再次見面時他平靜地對德方説：“只要按我們的要求改變設計，我們承擔一切責任。”
在他的堅持下，德方不得不讓步，讓他對盾構機刀具進行了改進，並採用了部分國產刀具。
結果黃昌富負責的那一段北京地鐵10號線項目，成本節約了5600萬。
尤其在一段3.5公里長的隧道，國產刀具比原來節省了8盤刀具，少用了80天工期，還創造了砂卵石地層一次性掘進1500米不換刀的紀錄。
在此之後，國內其他地方的地鐵盾構工程造價也跟着被拉下來來，從每米8萬多元降至3萬多元。
以前德國人制定的一個管道安裝流程需要一星期，現在中國工人們一個晚上就完工；以前德國專家認為組裝最快也得5個月，中國工人卻在南京長江隧道創下了58天的世界紀錄。
以前盾構機在行駛途中因為刀片磨損、停滯不前，德國人一個組用一天的時間從盾構機上把一把刀抽出來，再用一天裝回去，兩天換一把刀就要收費20萬元，現在中國工人們學會換刀後，一個組一天換了8把刀，節約了14天的寶貴工期。
“現在我們這些農民工技術骨幹，技術水平要比當初我們請來的外國技師高”，黃昌富説。
自此，通過這種零件國產化的方式，進口企業漫天要價的時代過去了。
04
奪回失地
與此同時，同一年，王杜娟那裏也傳來了好消息。
在經過6年艱苦鑽研後，2008年4月，我國第一台擁有自主知識產權的複合土壓平衡盾構機研製成功了。
這座中國第一台盾構機的首次投入使用，被安排在了在天津地鐵3號線建設工地。
開工前幾天，王杜娟提前來到現場勘測地形。
當地的規劃人員告訴她，就在地鐵施工點的正上方，正好是張學良的故居，周圍還有很多精緻的瓷瓦片蓋的房子，當地規劃人員説估了個價。
大約十個億。
這把王杜娟嚇壞了。
“我説我們一台設備才幾千萬，我們賠不起”。王杜娟如今回想起來都感到後怕，萬一盾構機稍有不慎，造成地基受損，甚至地面塌方，那後果難以想象。
但硬着頭皮也得上，隨着盾構機開始運行，一米一米的往前挖掘，她的心都提到了嗓子眼。
果然，事故還是發生了。
盾構機的主軸承，有盾構機的“心臟”之稱，承擔着盾構機運轉過程的主要載荷，當時為了確保萬無一失，使用的是配置最高的進口軸承，結果萬萬沒想到，正是那一顆軸承，竟然在掘地的過程中咔嚓一聲裂開了。
當聽到盾構機發出異響時，王杜娟腦子嗡了一下，她腦子出現兩個字：“完了。”
他們下去勘查，發現是軸承斷裂，當天停工，連夜更換了軸承，修理後的機器運轉恢復正常，萬幸的是，機器隨後也沒有出現失控的狀態。
最終，地面上所有珍貴建築毫髮無損，第一台國產盾構機經受住了考驗，其餘國產零件也沒有出現任何問題，成功完成了作業。
這時，王杜娟和同事們才鬆了一口氣，而這台功勳盾構機也被命名為“中鐵一號”。
2014年，在鄭州市的政策支持下，王杜娟和她的團隊成功研製出當時世界最大斷面矩形盾構機，開闢了地下空間開發新工法，隨後又成功應用於天津、新加坡地鐵項目。
2015年，國產首台鐵路大直徑盾構機在長沙順利下線，擁有完全自主知識產權，打破了國外近一個世紀的技術壟斷。
公開數據顯示，這個大傢伙總長100米，重約1200噸，裝機功率超過4500千瓦，開挖直徑達到8.8米。
光是讓盾構機刀盤立起來這個看似簡單的動作，就要耗費數小時。更重要的是，它每台的售價比進口同類產品便宜2000萬元以上，性價比高，可靠性好，能夠適用於多種複雜地層。
到了2017年，棘手的問題又來了。
雲南省政府邀請中鐵為大瑞鐵路高黎貢山隧道設計一台盾構機。
高黎貢山隧道位於雲南大理與瑞麗之間，是亞洲最長鐵路山嶺隧道，隧道施工需要穿越地熱温泉上百處，斷層破碎帶十餘條，大變形洞段超過3千米。
面對這樣惡劣的地質條件，不少外國知名企業都拒絕了招標。
2015年下半年，王杜娟所在的中鐵裝備工程集團接受了這個挑戰。如果這次成功，又將填補了我國盾構機在極端地質條件下作業的空白。
王杜娟暗下決心，一定要準備充分。
應對這麼極端的地質，最怕發生的事叫做“卡機”。卡機是硬巖掘進機在山嶺隧道施工中由於刀盤卡住而無法前進的情況，就好比越野車的輪胎陷進了泥濘裏。
王杜娟和設計團隊對隧道地質進行全面勘探後，專門針對卡機問題做了一系列改進和升級。
第一就是把挖掘的刀盤儘量往護盾裏藏，讓刀盤在外面的距離儘量短一點。
第二就是增設了大尺度擴挖設計，以應對圍巖變形、斷層破裂帶和巖爆高低熱等掘進中可能遇到的風險。
然而，儘管前期做了充足準備，還是遇到了意外。
有一次遇到了卡機，在隧道上方掏了一個大洞，直徑大概一米，王杜娟看到事故發生後，她想去看看刀盤是怎麼被卡住的，沒等其他人反應過來，第一個就鑽進去了。
就在這時，剛剛被鑽漏的洞的上方砸下了幾塊大石，就砸在王杜娟身邊不足半米，讓同事們都驚出一身冷汗。
事後她説：“早進去半步，可能就被砸中了”。但當時她腦子裏沒顧得上這些，想的都是卡機了要儘早處理，否則機器會出現更大的問題。
現在，大瑞鐵路仍在緊張施工中，通車後，從大理到瑞麗邊界只需兩個多小時，將結束雲南西部地區不通火車的歷史。
現在，中鐵裝備的盾構機已經出廠900多台，遍佈國內各省區，連續七年國內市場佔有率第一，研發實力第一。
在國內，國產盾構機的佔有率已達到90%以上，並將同類的產品價格拉低了40%左右。
中國盾構機在國內穩住陣腳後，開始把眼光放到海外。
馬來西亞，是出海的第一站。
2012年，馬來西亞正在推進MRT項目（馬來西亞捷運線），有人向馬方推薦中鐵裝備生產的盾構機。
然而，馬方一開始對中國盾構並不信任，直言不諱道：“中鐵在中國做得好，但在海外市場沒有經驗，我們非常擔心。”
為了獲得信任，中方團隊不停地往返於兩國之間，向馬方介紹中國盾構機，並邀請他們來華實地考察。
之後馬方抱着“試一試”的心態，購買了兩台中國盾構機：“中鐵50號”和“中鐵51號”。
結果施工後，兩台盾構機不僅穩健地完成了任務，還創造了最高日掘進21米的馬方新紀錄。其間遇到一塊20多米，硬度達到300兆帕的孤石，遠遠超出了地質報告中80兆帕的極限，但依舊順利通過。
馬來西亞項目的成功，為中國盾構機走向世界邁出了第一步。
2014年，黎巴嫩宣佈了開啓大貝魯特供水項目，在此之前，飲水一直是當地難以解決的問題。
“那味兒，是苦的”。當中國工程師剛到黎巴嫩用當地的自來水泡了一壺茶後，差點沒一口噴出來。
當地的自來水都不能飲用，要想做飯、喝水，得跑去外面買油桶那麼大的純淨水桶，一桶一桶儲藏在家裏，生活十分不便。
政府為了引水，決定從貝魯特南部31公里的一個山區水庫建設引水工程，其中需要打穿一條長達22公里的隧道，但引水隧洞只有3.5米的直徑，全世界那時都沒有那麼小的盾構機。
為此，中國中鐵成功研製出了全球最小直徑的盾構機“中鐵237號”和“中鐵238號”，第二年就發貨運往了黎巴嫩，應用在供水項目中。
2018年3月2日，隨着工程2號隧洞最後一片岩塊轟然碎地，在場的當地民眾一片歡呼。
“我們再也不用購買桶裝水喝了！”
2019年，整個引水隧洞項目投入使用，基本解決了貝魯特用水問題，約160萬人從中受益，與此同時，這也是中東地區首次使用來自中國的盾構機。
“國外過去以為中國製造是性價比高的代名詞，而這次，合作的意大利公司已經在和中鐵裝備集團的德國分公司洽談，打算多訂購幾台盾構機用在本國的工程中。”
此役過後，中國的盾構機打響了名號，開始一個個進入國外，勢如破竹。
2018年9月20日，中國盾構機出口到以色列6台盾構機。
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，出口阿爾及利亞，首次出口到非洲。
2019年6月，出口意大利，首次進入歐盟國家。
2019年10月，出口印度。
2019年12月，“反向”出口到法國，將中國盾構機帶到了世界盾構機的發源地和製造強國。
2020年5月5日，中國出口莫斯科歐洲最大盾構機“勝利號”，這款盾構機在零下30℃依舊能正常掘進。
目前，來自中國的盾構機已出口到全世界等21個國家和地區，累計出廠908台，參與到新加坡、波蘭、土耳其、丹麥、澳大利亞等20個國家和地區的城市軌道、引水工程等基建項目。
不得不説，中國的盾構機打了個漂亮的翻身仗。
尾聲
10多年前，我國使用的盾構機基本上都是外國產品。如今，盾構機不僅實現了國產化，而且還成了行業的領頭羊。
不僅是地鐵，國內隧道建設項目，如崇明島越江隧道、南京長江隧道等，甚至是超大型大壩、引水工程，需要用到最先進盾構機型的，現在只能找國產品牌。
如今我們可以驕傲的説，我們有實力造出世界上最好的盾構機了。
盾構機已經成了新的''中國名片''。
中國盾構製造有6大王牌軍：鐵建重工、中鐵裝備、中交天和、上海隧道、三三工業、北方重工，個個能力爆表。
在國內的龍頭，基本就是全球的龍頭了。
就在上個月，蘇州軌道交通6號線的現場，首台採用國產3米級主軸承盾構機“中鐵872號”順利始發，這是中國主軸承首次在軌道交通領域執行地下掘進任務。
這就意味着，最後一塊拼圖——盾構機最為重要的“主軸承”，好比盾構機的“芯片”，也能自主生產了。
9月29日，在位於河南的中鐵裝備的盾構總裝車間，一台直徑8.64米的土壓平衡盾構機正式下線，這是中國中鐵自主研製的第1000台盾構機。
從0到1000，我們用了整整12年。這一天，車間標語“造中國人自己的盾構，造中國最好的盾構，造世界最好的盾構。”
“中國盾構下一步將挑戰18米直徑的世界紀錄，一個盾構機就有6層樓那麼高”，當天採訪中國工程院院士楊華勇時，他這樣對着鏡頭説。
説實話，對於這麼巨大的機械，我一時想不出它具體要用在何處，能用來挖什麼，但這讓我想起了《流浪地球》裏直徑30千米、噴射着藍色光束的行星發動機，也許在可預見的未來，它們的歸宿不再是暗無天日的地底，而是蒼茫的星辰大海呢。
隨着龐大的刀盤緩緩轉動，我想這一天一定會來。