高端装备如何成为建设科技强国的有力抓手
2024-12-24
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高端装备如何成为建设科技强国的有力抓
手
干勇，中国工程院院士，中国工程院原副院长、国家
新材料产业发展专家咨询委员会主任。长期从事国家产业
发展战略研究，以及新材料、冶金、现代钢铁流程技术研
究，是我国著名的战略科学家。主持国家“十一五”重大
支撑计划项目，并担任国家科技创新 2030 重大项目“重点
新材料研发及应用”编制专家组组长。
装备制造业是国之重器，是实体经济的重要组成部分。
近十余年来，我国装备制造业成为推动工业增长的主力，
高端装备制造业发展势头向好，产业规模不断扩大。后来
者居上的北斗卫星导航系统、屡创世界之最的百万千瓦水
轮发电机组、成功逆袭的盾构机、破除“海上禁区”魔咒
的海洋石油钻井平台、突破技术封锁的三代核电机组等一
大批标志性装备取得突破，国际竞争力不断增强。高端装
备如何成为建设科技强国、实现高水平科技自立自强的有
力抓手？
党的二十大报告指出，坚持把发展经济的着力点放在
实体经济上，推进新型工业化，加快建设制造强国、质量
强国、航天强国、交通强国、网络强国、数字中国。我国
大国重器为什么能达到现在这么高的水平，进入国际一流
方阵，有的甚至超过国外同类集成技术的重大装备。因为
我们用 40 多年的时间追赶了西方国家 200 多年的工业化进
程，科技创新能力和制造能力跃上了新台阶。
中国盾构机进入国际一流方阵
中国的基建任务量大，要求也很高，随着铁路、公路、
地铁、海底隧道等大量基础设施的建设，盾构机需求很大
盾构机是一个涵盖了机械、液压、电气、力学等数十个学
科交叉复杂的大型装备，有 3万多个精密的零部件，每一个
单体控制就有2000 多个控制点。我国地形非常复杂，幅员
辽阔，所以盾构机在使用过程中会遇到各种各样的问题，
是世界上最难的。盾构机的刀盘非常重要，如果断裂它就
失效了，所以我们必须保证整个刀盘的强度和韧性，它的
寿命绝对要保障。原来我们用的盾构机完全是靠进口，从
德国买一个盾构机，刀盘一断，拿回去一换，5000 万元修
一次，而且影响工程进度。
2008 年我们制造了“中铁一号”，完全是自主设计，
打破了洋盾构机一统天下的格局。后来我们研发了“京华
号”——最大的盾构机，开挖直径 16.07 米，机器长 150 米，
重4300 吨，是个巨无霸。我们攻克了常压换刀、泥水量远
距离高效大功率输送难题，同时把凿好的隧道进行封顶，
全部工作同时完成。川藏铁路是迄今为止建造难度最大的
铁路，全长1800 多公里、340 座大桥、180 多座隧道，桥隧
占比为84%，而且岩石非常坚硬，一般的盾构机根本无法
掘进。但是我们中国铁建研发的硬岩隧道盾构机就解决了
这些难题。目前我国盾构机出口了24 个国家，特别最近 3
年，硬岩掘进的隧道盾构机出口超过了 103 台，金额大概
235 亿元，进入了盾构机研发制造的国际一流方阵。
“强天下者必胜于海”
“强天下者必胜于海”，发达的海洋经济是建设海洋强
国的重要支撑。但是走向“深蓝”并不比走向“深空”简
单。这里是世界各国科技力量角逐的重要舞台。在海洋工
程装备制造研发中，我们遇到了很多挑战。深远海地质条
件复杂，既有高山峡谷、硬岩淤泥，还有台风袭扰、暗流
涌动，既要面对海水的超强腐蚀，又要抵抗大洋深渊的超
高水压，突破这些难关必须掌握高端海洋工程装备制造技
术。
以前我们说向海洋再要20 万亿元 GDP（国内生产总
值），现在快完成了一半。中国海洋工程装备支撑了我国
海洋经济 9.5 万亿元，预计未来的速度会更快，为 300 万平
方公里海域的发展开发增添了澎湃的动力。
为什么南海这么重要？我们每年大概要引进5亿吨原油，
占了我们自己用油的 70%。我国 55%以上的油气资源，现
在都埋藏在水深超过 1000 米的南海海域。20 世纪80 年代，
6个国家（包括美国）的石油巨头在南海展开了长达 20 余
年的勘探，想在这里开采石油。但由于钻井事故频发，虽
耗资 50 亿元，最终纷纷铩羽而归。南海因此被国外石油公
司称为“海上油气勘探开发的禁区”。后来中海油、大连
笔宝舶重工联合起来，让我们彻底打破了“海上禁区”的
魔咒。
南海采油有几个难关，主要是台风和内波。应对远洋
台风，我们有时间准备，但是南海本身的土台风距离近、
来得快，而且南海内波（水下暗流）涌动非常复杂。我们
的钻井平台有 1万多个传感器，对笔宝的位移，包括笔宝艏
的方向，空气中的风、温度，海水流速等指标进行监测，
完全能够随时响应环境变化。两个定位系统，一个是锚泊
定位系统，一个是动力定位系统，上抓北斗，下抓地下的
声呐信标，综合天地协同定位。另一个难点是深海之下工
作环境恶劣。在 1000 米以下的深水里看不见光线，45 厘米
的钻头对准井口插进去，只有1.8 厘米的缝隙。为此，我们
研发了能精准对位的水下机器人，深潜能力达到 4500 米左
右，解决了进行各种复杂的水下作业的难题。此外还有井
喷和浅层气，如果钻井时在浅层发现有天然气是很危险的
如果一旦钻透，气体很快喷发到平台位置，就面临机毁人
亡的危险，但是我们依靠精确的控制技术很好地解决了这
个问题。
筑牢能源安全的根基离不开高水平能源装备
我国是世界上最大的能源消费国之一，推动能源科技
实现高水平自立自强，已成为把握新一轮科技革命和产业
变革机遇、赢得创新发展主动权、保障国家能源安全的必
由之路。筑牢能源安全的根基，离不开高水平能源装备。
我国的能源装备市场规模达到了 1.8 万亿元，占全球1/4，
特别是新能源发展优势明显，锂动力电池、光伏芯片产量
占全世界 90%以上，光伏组件占全世界 78%。我国的光伏
电池达到 26.1%的转化率，达到世界先进水平，为可再生能
源大量用绿电或者生产绿氢创造了条件。
中国是唯一掌握和实践特高压这项尖端技术的国家。
所有超低铁损取向硅钢全部国产，变压器从 100 万千伏安、
300 万千伏安到450 万千伏安，国产超低铁损取向硅钢都能
用。
我们突破了数百项特高压的工程技术，已经有 33 项特
高压工程，线路长达 5万公里以上，以近 5000 亿元直接投
资带动西部地区投资1.3 万亿 元 ，每年拉动西部地区
GDP2600 亿元，增加税收 500 亿元。我国需要建设非常大
型、安全强大的能源网络，这个能源网络可以接受微型网
分布式发电，特高压就是网络组成的核心部分。
我们累计出口了500 亿美元的特高压工程装备，例如利
用我国的设备从巴西的美丽山，把亚马孙河将近1100 万千
瓦的发电输送到里约热内卢和圣保罗，输送工程长达 2000
多公里，巴西非常满意。特高压技术可能很多国家多少年
都学不来，我们已经达到很高的程度，可以说遥遥领先。
高端医疗器械和生命科学完美结合
高端医疗器械关系14 亿多人口健康需求，和生命科学
完美结合。全球医疗器械市场规模达到 6000 亿美元以上。
目前我国高端医疗设备已取得突破性进展，超声设备、CT
机、核磁共振等高端医疗影像设备国产率已占50%左右。
我国 3个特斯拉的核磁共振“联影”获得国家科技进步奖一
等奖，5个特斯拉的设备已开展攻关。另外，我国开发了多
模态的分子影像装备 PET-MRI，首台国产体外膜肺氧合机
（ECMO ）上市。 在 新 冠 疫 情 期 间 ， 工 信部紧 急 启 动
ECMO 专项，4家单位 100 名科学家临危受命，1000 天完成
任务。2023 年1月国产 ECMO 获得了三张注册证，三周之
内生产了 300 台，解决了重症救治的燃眉之急。但是总体看，
我国高端医疗器械仍然大量进口，年进口额 180 亿美元左右，
还需要进一步努力。
北斗系统完全取代 GPS 没问题
北斗系统完全取代 GPS 没问题，为我们安全、可靠、
精准定位和定时提供了非常强大的支撑。现在我们南海领
域全部换装北斗系统的航标，我们的卫星可以覆盖全球。
但是，我们的基站没有美国的便利，美国在别的国家可以
大量安装基站，我们出了中国就很难。为了解决这个限制
需要把卫星连接起来，卫星的互联通过互相计算、互相定
位，能看到全世界每个角落，通过与国内的基站进行信号
比对和修正，通过云平台运控系统，从而达到非常快的速
度多轨道组网运行。
新质生产力提供新需求新机遇
一个个举世瞩目的国之重器背后，是制造业加速智能
化转型的革新力量。在席卷全球的人工智能浪潮下，国之
重器有了“智慧大脑”，新质生产力加速形成。未来我们
该如何布局，加快实现高水平科技自立自强？
未来国力比拼靠算力。算力就是国力体现，建立在算
力基础上的新一代的人工智能、连续大数据是未来决定胜
负的重要手段之一。我国重视算力底座的构筑，例如建立
超算中心、大数据中心、数据库等。在材料领域，材料基
因组计划利用大数据加高通量计算、高通量制备和表征测
试，通过算力把新材料的研发成本降低一半，研发周期缩
短一半。特别是未来量子计算、量子检测发展起来以后，
我们还有一定基础。我国在数学学习方面人才济济，我们
不怕艰苦，也甘于寂寞，要集中力量为算力底座打下基础。
光刻机是芯片发展的拦路虎。芯片战争实际上是算力
之争。高端芯片是中国的一个短板，我们在先进制程受制
于人，但是我们做到了 7纳米的设计、14 纳米的制程、12
英寸大硅片的生产。光刻机的供应链高度依赖国际分工，3
万多个分件，超过 10 万个零部件，13 个系统，全球5000
多个企业为它服务。高端光刻机把全球最好的技术、最精
密的技术和装备部件耦合在一起。国产光刻机要守住底线
奋起直追。
大国重器体现了中国的制造实力、硬实力，新一代材
料要引领高端制造业的发展。面向未来产业的量子技术、
自旋电子、低维材料、超导材料、超宽禁带半导体等等，
我们要提前布局。习近平总书记提出加快形成新质生产力
标志着科技创新高质量发展的崭新时代已经来临。新质生
产力将加快高新技术的转化速度，未来产业会尽快落地和
发展。让我们以科技自立自强为己任，为实现中华民族伟
大复兴而奋斗。
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高端装备如何成为建设科技强国的有力抓手干勇，中国工程院院士，中国工程院原副院长、国家新材料产业发展专家咨询委员会主任。长期从事国家产业发展战略研究，以及新材料、冶金、现代钢铁流程技术研究，是我国著名的战略科学家。主持国家“十一五”重大支撑计划项目，并担任国家科技创新2030重大项目“重点新材料研发及应用”编专家组组长。装备制造业是国之重器，是实体经济的重要组成部分。近十余年来，我国装备制造业成为推动工业增长的主力，高端装备制造业发展势头向好，产业规模不断扩大。后来者居上的北斗卫星导航系统、屡创世界之最的百万千瓦水轮发电机组、成功逆袭的盾构机、破除“海上禁区”魔咒的海洋石油钻井平台、突破技术封锁...
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