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中國工程院院士干勇:高端裝備如何成為建設科技強國的有力抓手

日期:2024/05/30
正文字號:

干勇,中國工程院院士,中國工程院原副院長(cháng)、國家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展專(zhuān)家咨詢(xún)委員會(huì )主任。長(cháng)期從事國家產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰略研究,以及新材料、冶金、現代鋼鐵流程技術(shù)研究,是我國著(zhù)名的戰略科學(xué)家。主持國家“十一五”重大支撐計劃項目,并擔任國家科技創(chuàng )新2030重大項目“重點(diǎn)新材料研發(fā)及應用”編制專(zhuān)家組組長(cháng)。

裝備制造業(yè)是國之重器,是實(shí)體經(jīng)濟的重要組成部分。近十余年來(lái),我國裝備制造業(yè)成為推動(dòng)工業(yè)增長(cháng)的主力,高端裝備制造業(yè)發(fā)展勢頭向好,產(chǎn)業(yè)規模不斷擴大。后來(lái)者居上的北斗衛星導航系統、屢創(chuàng )世界之最的百萬(wàn)千瓦水輪發(fā)電機組、成功逆襲的盾構機、破除“海上禁區”魔咒的海洋石油鉆井平臺、突破技術(shù)封鎖的三代核電機組等一大批標志性裝備取得突破,國際競爭力不斷增強。高端裝備如何成為建設科技強國、實(shí)現高水平科技自立自強的有力抓手?

黨的二十大報告指出,堅持把發(fā)展經(jīng)濟的著(zhù)力點(diǎn)放在實(shí)體經(jīng)濟上,推進(jìn)新型工業(yè)化,加快建設制造強國、質(zhì)量強國、航天強國、交通強國、網(wǎng)絡(luò )強國、數字中國。我國大國重器為什么能達到現在這么高的水平,進(jìn)入國際一流方陣,有的甚至超過(guò)國外同類(lèi)集成技術(shù)的重大裝備。因為我們用40多年的時(shí)間追趕了西方國家200多年的工業(yè)化進(jìn)程,科技創(chuàng )新能力和制造能力躍上了新臺階。


中國盾構機進(jìn)入國際一流方陣


中國的基建任務(wù)量大,要求也很高,隨著(zhù)鐵路、公路、地鐵、海底隧道等大量基礎設施的建設,盾構機需求很大。盾構機是一個(gè)涵蓋了機械、液壓、電氣、力學(xué)等數十個(gè)學(xué)科交叉復雜的大型裝備,有3萬(wàn)多個(gè)精密的零部件,每一個(gè)單體控制就有2000多個(gè)控制點(diǎn)。我國地形非常復雜,幅員遼闊,所以盾構機在使用過(guò)程中會(huì )遇到各種各樣的問(wèn)題,是世界上最難的。盾構機的刀盤(pán)非常重要,如果斷裂它就失效了,所以我們必須保證整個(gè)刀盤(pán)的強度和韌性,它的壽命絕對要保障。原來(lái)我們用的盾構機完全是靠進(jìn)口,從德國買(mǎi)一個(gè)盾構機,刀盤(pán)一斷,拿回去一換,5000萬(wàn)元修一次,而且影響工程進(jìn)度。

2008年我們制造了“中鐵一號”,完全是自主設計,打破了洋盾構機一統天下的格局。后來(lái)我們研發(fā)了“京華號”——最大的盾構機,開(kāi)挖直徑16.07米,機器長(cháng)150米,重4300噸,是個(gè)巨無(wú)霸。我們攻克了常壓換刀、泥水量遠距離高效大功率輸送難題,同時(shí)把鑿好的隧道進(jìn)行封頂,全部工作同時(shí)完成。川藏鐵路是迄今為止建造難度最大的鐵路,全長(cháng)1800多公里、340座大橋、180多座隧道,橋隧占比為84%,而且巖石非常堅硬,一般的盾構機根本無(wú)法掘進(jìn)。但是我們中國鐵建研發(fā)的硬巖隧道盾構機就解決了這些難題。

目前我國盾構機出口了24個(gè)國家,特別最近3年,硬巖掘進(jìn)的隧道盾構機出口超過(guò)了103臺,金額大概235億元,進(jìn)入了盾構機研發(fā)制造的國際一流方陣。


“強天下者必勝于?!?/span>


“強天下者必勝于?!?,發(fā)達的海洋經(jīng)濟是建設海洋強國的重要支撐。但是走向“深藍”并不比走向“深空”簡(jiǎn)單。這里是世界各國科技力量角逐的重要舞臺。在海洋工程裝備制造研發(fā)中,我們遇到了很多挑戰。深遠海地質(zhì)條件復雜,既有高山峽谷、硬巖淤泥,還有臺風(fēng)襲擾、暗流涌動(dòng),既要面對海水的超強腐蝕,又要抵抗大洋深淵的超高水壓,突破這些難關(guān)必須掌握高端海洋工程裝備制造技術(shù)。

以前我們說(shuō)向海洋再要20萬(wàn)億元GDP(國內生產(chǎn)總值),現在快完成了一半。中國海洋工程裝備支撐了我國海洋經(jīng)濟9.5萬(wàn)億元,預計未來(lái)的速度會(huì )更快,為300萬(wàn)平方公里海域的發(fā)展開(kāi)發(fā)增添了澎湃的動(dòng)力。

為什么南海這么重要?我們每年大概要引進(jìn)5億噸原油,占了我們自己用油的70%。我國55%以上的油氣資源,現在都埋藏在水深超過(guò)1000米的南海海域。20世紀80年代,6個(gè)國家(包括美國)的石油巨頭在南海展開(kāi)了長(cháng)達20余年的勘探,想在這里開(kāi)采石油。但由于鉆井事故頻發(fā),雖耗資50億元,最終紛紛鎩羽而歸。南海因此被國外石油公司稱(chēng)為“海上油氣勘探開(kāi)發(fā)的禁區”。后來(lái)中海油、大連船舶重工聯(lián)合起來(lái),讓我們徹底打破了“海上禁區”的魔咒。

南海采油有幾個(gè)難關(guān),主要是臺風(fēng)和內波。應對遠洋臺風(fēng),我們有時(shí)間準備,但是南海本身的土臺風(fēng)距離近、來(lái)得快,而且南海內波(水下暗流)涌動(dòng)非常復雜。我們的鉆井平臺有1萬(wàn)多個(gè)傳感器,對船的位移,包括船艏的方向,空氣中的風(fēng)、溫度,海水流速等指標進(jìn)行監測,完全能夠隨時(shí)響應環(huán)境變化。兩個(gè)定位系統,一個(gè)是錨泊定位系統,一個(gè)是動(dòng)力定位系統,上抓北斗,下抓地下的聲吶信標,綜合天地協(xié)同定位。另一個(gè)難點(diǎn)是深海之下工作環(huán)境惡劣。在1000米以下的深水里看不見(jiàn)光線(xiàn),45厘米的鉆頭對準井口插進(jìn)去,只有1.8厘米的縫隙。為此,我們研發(fā)了能精準對位的水下機器人,深潛能力達到4500米左右,解決了進(jìn)行各種復雜的水下作業(yè)的難題。此外還有井噴和淺層氣,如果鉆井時(shí)在淺層發(fā)現有天然氣是很危險的。如果一旦鉆透,氣體很快噴發(fā)到平臺位置,就面臨機毀人亡的危險,但是我們依靠精確的控制技術(shù)很好地解決了這個(gè)問(wèn)題。


筑牢能源安全的根基離不開(kāi)高水平能源裝備


我國是世界上最大的能源消費國之一,推動(dòng)能源科技實(shí)現高水平自立自強,已成為把握新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革機遇、贏(yíng)得創(chuàng )新發(fā)展主動(dòng)權、保障國家能源安全的必由之路。筑牢能源安全的根基,離不開(kāi)高水平能源裝備。

我國的能源裝備市場(chǎng)規模達到了1.8萬(wàn)億元,占全球1/4,特別是新能源發(fā)展優(yōu)勢明顯,鋰動(dòng)力電池、光伏芯片產(chǎn)量占全世界90%以上,光伏組件占全世界78%。我國的光伏電池達到26.1%的轉化率,達到世界先進(jìn)水平,為可再生能源大量用綠電或者生產(chǎn)綠氫創(chuàng )造了條件。

中國是唯一掌握和實(shí)踐特高壓這項尖端技術(shù)的國家。所有超低鐵損取向硅鋼全部國產(chǎn),變壓器從100萬(wàn)千伏安、300萬(wàn)千伏安到450萬(wàn)千伏安,國產(chǎn)超低鐵損取向硅鋼都能用。

我們突破了數百項特高壓的工程技術(shù),已經(jīng)有33項特高壓工程,線(xiàn)路長(cháng)達5萬(wàn)公里以上,以近5000億元直接投資帶動(dòng)西部地區投資1.3萬(wàn)億元,每年拉動(dòng)西部地區GDP2600億元,增加稅收500億元。我國需要建設非常大型、安全強大的能源網(wǎng)絡(luò ),這個(gè)能源網(wǎng)絡(luò )可以接受微型網(wǎng)分布式發(fā)電,特高壓就是網(wǎng)絡(luò )組成的核心部分。

我們累計出口了500億美元的特高壓工程裝備,例如利用我國的設備從巴西的美麗山,把亞馬孫河將近1100萬(wàn)千瓦的發(fā)電輸送到里約熱內盧和圣保羅,輸送工程長(cháng)達2000多公里,巴西非常滿(mǎn)意。特高壓技術(shù)可能很多國家多少年都學(xué)不來(lái),我們已經(jīng)達到很高的程度,可以說(shuō)遙遙領(lǐng)先。


高端醫療器械和生命科學(xué)完美結合


高端醫療器械關(guān)系14億多人口健康需求,和生命科學(xué)完美結合。全球醫療器械市場(chǎng)規模達到6000億美元以上。目前我國高端醫療設備已取得突破性進(jìn)展,超聲設備、CT機、核磁共振等高端醫療影像設備國產(chǎn)率已占50%左右。我國3個(gè)特斯拉的核磁共振“聯(lián)影”獲得國家科技進(jìn)步獎一等獎,5個(gè)特斯拉的設備已開(kāi)展攻關(guān)。另外,我國開(kāi)發(fā)了多模態(tài)的分子影像裝備PET-MRI,首臺國產(chǎn)體外膜肺氧合機(ECMO)上市。在新冠疫情期間,工信部緊急啟動(dòng)ECMO專(zhuān)項,4家單位100名科學(xué)家臨危受命,1000天完成任務(wù)。2023年1月國產(chǎn)ECMO獲得了三張注冊證,三周之內生產(chǎn)了300臺,解決了重癥救治的燃眉之急。但是總體看,我國高端醫療器械仍然大量進(jìn)口,年進(jìn)口額180億美元左右,還需要進(jìn)一步努力。


北斗系統完全取代GPS沒(méi)問(wèn)題


北斗系統完全取代GPS沒(méi)問(wèn)題,為我們安全、可靠、精準定位和定時(shí)提供了非常強大的支撐?,F在我們南海領(lǐng)域全部換裝北斗系統的航標,我們的衛星可以覆蓋全球。但是,我們的基站沒(méi)有美國的便利,美國在別的國家可以大量安裝基站,我們出了中國就很難。為了解決這個(gè)限制,需要把衛星連接起來(lái),衛星的互聯(lián)通過(guò)互相計算、互相定位,能看到全世界每個(gè)角落,通過(guò)與國內的基站進(jìn)行信號比對和修正,通過(guò)云平臺運控系統,從而達到非??斓乃俣榷嘬壍澜M網(wǎng)運行。


新質(zhì)生產(chǎn)力提供新需求新機遇


一個(gè)個(gè)舉世矚目的國之重器背后,是制造業(yè)加速智能化轉型的革新力量。在席卷全球的人工智能浪潮下,國之重器有了“智慧大腦”,新質(zhì)生產(chǎn)力加速形成。未來(lái)我們該如何布局,加快實(shí)現高水平科技自立自強?

未來(lái)國力比拼靠算力。算力就是國力體現,建立在算力基礎上的新一代的人工智能、連續大數據是未來(lái)決定勝負的重要手段之一。我國重視算力底座的構筑,例如建立超算中心、大數據中心、數據庫等。在材料領(lǐng)域,材料基因組計劃利用大數據加高通量計算、高通量制備和表征測試,通過(guò)算力把新材料的研發(fā)成本降低一半,研發(fā)周期縮短一半。特別是未來(lái)量子計算、量子檢測發(fā)展起來(lái)以后,我們還有一定基礎。我國在數學(xué)學(xué)習方面人才濟濟,我們不怕艱苦,也甘于寂寞,要集中力量為算力底座打下基礎。

光刻機是芯片發(fā)展的攔路虎。芯片戰爭實(shí)際上是算力之爭。高端芯片是中國的一個(gè)短板,我們在先進(jìn)制程受制于人,但是我們做到了7納米的設計、14納米的制程、12英寸大硅片的生產(chǎn)。光刻機的供應鏈高度依賴(lài)國際分工,3萬(wàn)多個(gè)分件,超過(guò)10萬(wàn)個(gè)零部件,13個(gè)系統,全球5000多個(gè)企業(yè)為它服務(wù)。高端光刻機把全球最好的技術(shù)、最精密的技術(shù)和裝備部件耦合在一起。國產(chǎn)光刻機要守住底線(xiàn),奮起直追。

大國重器體現了中國的制造實(shí)力、硬實(shí)力,新一代材料要引領(lǐng)高端制造業(yè)的發(fā)展。面向未來(lái)產(chǎn)業(yè)的量子技術(shù)、自旋電子、低維材料、超導材料、超寬禁帶半導體等等,我們要提前布局。

習近平總書(shū)記提出加快形成新質(zhì)生產(chǎn)力,標志著(zhù)科技創(chuàng )新高質(zhì)量發(fā)展的嶄新時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨。新質(zhì)生產(chǎn)力將加快高新技術(shù)的轉化速度,未來(lái)產(chǎn)業(yè)會(huì )盡快落地和發(fā)展。讓我們以科技自立自強為己任,為實(shí)現中華民族偉大復興而奮斗。