上海隧道工程股份有限公司自主研制创新案例

上海隧道工程股份有限公司自主研制创新案例上海隧道工程股份有限公司自主研制创新案例（一）案例内容摘要：2004年，上海隧道工程股份有限公司研发了“先行号”地铁盾构，盾构以及相关配套产品总体技术达到国际领先水平。截至2008年10月销售和签订了41台。该课题立项的背景是由于国外厂商的技术封锁，2002年，国务院、科技部把盾构国产化列入“十五”国家863计划。同年，上海隧道股份公司以较强的优势竞争到了该项目。该地铁盾构的技术创新之处在于：(1)专有的地铁土压平衡盾构的动态设计技术；(2)盾构核心及关键部件的创新发明；(3)盾构监控系统；(4)施工配套产品的创新研制；，该项技术的创新成功，与其创新团队的技术积累和努力，与企业的财力、物力保证，与企业的制度创新和企业文化所营造的良好氛围分不开。上海隧道工程股份有限公司(以下简称隧道股份公司)成立于1965年，1993年改制为中国施工行业第一家社会募集上市的股份公司。它是全球唯一一家集建筑、施工和施工装备设计、制造为一体的综合性施工企业，经营的地域已经辐射到全国及海外。隧道股份公司是全国首批取得国家颁发的主项资质为“市政公用工程总承包特级”的3家企业之一，并拥有对外国际经济技术合作经营权和援外工程项目A级资质。隧道股份公司集机械设计制造和工程设计施工的两栖业务优势，40多年来，始终保持着中国软土隧道事业的领先优势，是上海轨道交通和城市基础设施建设的一支主力军，建设了上海黄浦江底88％的公路隧道和60％的地铁隧道。地铁盾构装备与施工配套产品自主研制的创新案例 2004年，隧道股份公司研发了国家863汁划的国产盾构项目“先行号”地铁盾构。本项目研制的盾构技术指标，均达到国际先进水平；其中盾构的使用寿命1万小时高于日本盾构的4000小时，与国际领先水平相当。通过技术和经济指标比较、专家评审、科技情报所检索，盾构以及相关配套产品总体技术达到国际领先水平。2006年被列为国家重点新产品。本项目申请发明专利7项，授权4项，授权实用新型专利4项，软件著作权4项。截至2008年10月销售和签订了41台。目前已有24台在长三角地区48个隧道区间段投入或者已经完成施工，累计推进近40千米。系列钢模产品遍布全国，并出口日本和东南亚国家，累计生产管片形成隧道275千米，盾尾密封油脂已广泛应用于国内地铁隧道施工。1．地铁盾构装备与施工配套产品自主研制项目提出的背景地铁盾构是集机械、电气、液压、自动控制、汁算机以及土力学等多种学科为一体的，用于地铁隧道施工的重大工程装备。隧道股份公司曾研制出数台直径6米左右及以下的中小型土压平衡盾构，并应用于工程施工。但早期研制的同类盾构，由于其地层适应性差、自动化程度低、使用寿命短等原因，已无法满足当今高质量、高效率的隧道建设需求。对地层适应性要求极高的盾构的总体设计和系统设计技术、核心部件和关键部件的设计制造技术、自动监控技术以及施工配套产品的设计制造技术被国外厂商封锁。2002年，国务院、科技部把盾构国产化列入“十五”国家863计划。同年，隧道股份公司以较强的优势竞争到了“十五”国家863计划国产盾构项目。2．地铁盾构装备与施工配套产品自主研制项目的创新过程地铁盾构装备与施工配套产品自主研制项目的目标是掌握核心技术，研制出具有自主知识产权的地铁盾构及相关施工配套产品，打破洋盾构的垄断，填补该领域国内的空白，实现产业化。项目的总体思路是重点突破四个方面：—是设计理论和设计方法上系统创新，重点突破传统的静态设计；二是盾构核心部件和关键部件创新；三是控制系统的自主创新和再集成创新；四是施工配套产品的创新研制。这一项目的关键技术包括：不同地质条件下的盾构总体设计技术，核心系统和部件的设计制造技术，盾构监控系统的土压平衡和姿态控制技术，管片衬砌钢模和盾尾油脂的研发和生产技术。该项目的主要研究内容有四个方面： (1)专有的地铁土压平衡盾构的动态设计技术。土压平衡盾构基本原理：盾构刀盘切削土体时，通过土压平衡自动控制系统，使土舱土压力与地层原状土压力趋于一致，达到动态平衡。针对复杂多变的地层条件要求，盾构必须适应性强，才能达到环境保护和高效掘进的目的。传统的静态设汁理论无法满足盾构的动态工作状态。创新的动态设计方法更注重盾构推进过程与地质环境的相互作用。动态设计两大关键技术是盾构关键技术参数设定和盾构在动态掘进环境下关键技术参数优化。隧道股份公司利用近百个工程所积累的4000余万条不同土质条件下隧道施工数据，创新提出免疫公式发现算法，分析和研究这些离散的、非线性的数据，挖掘各参数之间动态关系，建立起一套数学模型，充分体现设备的动态力学性能，从而形成了自主的盾构设计理论和设计思想，创新出专有的盾构总体动态设计和系统集成设计的方法。(2)盾构核心及关键部件的创新发明。刀盘驱动装置是盾构使用寿命的核心部件。设计突破了单纯的模仿和传统的静态设计理念，通过分析大量的施工数据建立了动态力学模型，结合模拟试验和三维有限元仿真，确定在动态条件下刀盘结构的受力情况和驱动装置的各项设计参数，形成了大功率、高强度、高寿命刀盘及驱动设计的多项专有技术。全密闭油箱的衬砌拼装机(俗称机械手)，是保证隧道衬砌成环质量的关键部件之一。创新发明的主动加压形式的密闭油箱和遥控两项技术，并加以集成，大大提高了隧道的施工速度和安全性。螺旋输送机是确保盾构土压动态平衡、有效控制地表变形、保护隧道周边环境安全的又一关键部件。创新研制的柔性驱动结构，满足了盾构长寿命的要求，达到了自动控制刀盘正面土压的动态平衡，最大限度地降低了盾构施工对环境的影响。盾尾油脂用于填充钢丝刷间隙，防止盾构尾部的渗漏。发明的盾尾油脂分配器通过密封系统装置可将盾尾油脂均匀地注入盾构尾部，有效地隔绝地下水和泥浆等渗入盾构机内，达到盾构尾部的密封。多介质中心回转接头，关键解决回转接头的多通路、多介质的分流技术和寿命等难点，实现刀盘正面土体改良，同时输送电缆线、液压袖及泥水，使得刀盘系统满足盾构的高可靠性的要求。 (3)盾构监控系统。盾构监控系统是监视和控制盾构正常、高效工作的中枢神经系统，是盾构的灵魂。在分析和总结国内外工程施工经验和理论研究的基础上，隧道股份公司建立了自己的盾构监控系统设计理念和控制模型，并成功研制出了集信息管理、电气测控、隧道施工智能控制为一体的盾构监控系统。独创了一种新型土压平衡自动控制技术，把进口地铁盾构参数设定由人工设定变为隧道施工智能控制系统导入，提升了智能等级。创造了一种新型的隧道施工导向控制技术，盾构姿态经过隧道施工智能控制系统运算决策，控制盾构分区推力，实现盾构姿态控制，具有就地监控和远程监控功能，实现盾构异常诊断自动化、掘进监视可视化。(4)施工配套产品的创新研制。高精度管片钢模是隧道衬砌管片生产的专用模具。创新了钢模的设计和制造工艺，形成高精度钢模的系列产品，并实现产业化。其中发明了高精度柔性钢模、异形钢模和大直径衬砌钢模。研发了盾尾密封油脂。它是注入盾构盾尾密封系统不可缺少的密封材料，以保护盾尾和隔绝泥浆。其关键技术在于材料配方及工艺，项目主要解决了增黏剂原料的选择，产品质量达到国际先进水平。3．地铁盾构装备与施工配套产品自主研制项目的设计团队地铁盾构装备与施工配套产品自主研制项目的设计团队是由周文波同志率领的，他一直致力于隧道施工领域的技术研究和科技创新工作。在隧道工程施工智能化管理、隧道工程施工技术前瞻性研究等方面做出了有效的探索和努力。他先后参加或主持了30余项科研项目的技术攻关，所率的团队获得各类技术性奖励数60余项。其中有3项课题为国家863计划项目，有7项为上海市科委、建委项目。由周文波主持的“双圆盾构穿越软土地层的地面变形控制方法”已取得国家专利，“盾构法隧道施工智能化辅助决策系统”、“STEC盾构法隧道远程信息智能管理软件”取得了软件著作权。2007年，由他主持的“浅覆土隧道施工的环境保护新技术研究”获得上海市科技三等奖。通过大批的实践性科研项目攻关和他在学术研究一丝不苟、精益求精的示范，使一批青年人才脱颖而出，企业科技人才如雨后春笋纷纷涌现，造就了一支具有高水平的科学技术研究精英团队，是公司近几年快速发展的有力支撑。隧道股份公司的创新活动及相关制度安排 隧道股份公司自成立以来，致力于弘扬“拼搏奉献，争创一流”的企业精神，确立了明确的企业目标：“通过参与基础设施的建设，以卓越质量，培育企业品牌；以世纪精品，美化城市形象，为国家、顾客和企业持续创造价值。”隧道股份公司的企业创新活动主要体现在以下三个方面：1．财力和人力的投入为企业创新提供了坚实的基础为保证研发项目和自主创新工作的顺利进行，隧道股份公司每年在这方面投入了强大的财力和人力。自主创新投入方面主要包括两部分：一是用于理论分析和室内试验等与基础性研究相关的研发经费；二是结合工程研发形成的施工新技术的验证应用、分析研究等所需要的研发经费。近3年来公司科研立项数共计80项，用于基础性研究科研经费投入累计达5462万元。用于试验应用的科研经费总投入近4．5亿元。根据公司财务部统计，2005年、2006年、2007年的主营业务销售收入分别为26．17亿元、31．37亿元、50．68亿元；对应的科技研发费用分别为1．16亿元、1．61亿元、2．23亿元，3年累计发生的科研费用近5亿元。科技研发费用占主营业务销售收入比例3年分别是4．43％、5．13％、4．40％，每年科研投人的增长率达38％。隧道股份公司截至2007年底有职工2725人，其中管理人员363人、大专及以上学历的科技人员991人，占职工总数的36．37％。专业人员素质高，其中具有职称的专业技术人员727人。主要从事研究开发的人员767人，占职工总数的28．14％。 巨大的财力和人力的投入使隧道股份公司的技术创新硕果累累，同时也带来巨大的经济效益。2005～2007年间，由公司组织科研团队进行技术攻关，承担省部级以上科研经费资助科研项目共计37项，其中承担国家863计划项目7项。公司已承担的省部级以上科研项目配套的研究子课题近70项。累计有19项科研成果得到转化：“国产地铁土压平衡盾构”及“盾尾密封油脂”产品获得国家重点新产品称号，“盾构法隧道衬砌高精度钢模’’被列为国家火炬计划项目；“预拌自密实混凝土应用技术”被列为原建设部节能省地型推广应用技术；8综合科技成果被列为上海市建设交通自主创新技术成果，6项施工技术被评为国家级工法；盾构设计与施工技术被列为2007年全国建设行业——城市轨道交通专项科技成果推广项目。3年内形成发明专利门项、实用新型自主知识产权6项。分别实现销售收入2005年26．17亿元、2006年31．37亿元、2007年50．68亿元，产生了较好的社会效益和经济效益。2．企业制度的创新为技术创新提供了持续的动力随着国内外市政隧道工程建设技术含量的提升，隧道股份公司根据长短期发展的需要，坚持实施“人才强企”战略，始终高度重视和大力投入人力资源开发和管理工作。其中最为突出的是建立合理公平的薪酬系统、员工绩效机制、员工培训计划。在薪酬系统方面，隧道股份公司努力建立一种与单位经济效益联动的机制，在加快解决公司人力资源结构性矛盾的进程中完善全公司薪酬指导原则，提高中高层管理者绩效工资比例(约50％)，减小普通管理者绩效工资比例(约30％)、保障操作层的岗位工资额度并辅之以计件制或工时制予以额外激励，同时公司明确了员工年收入增长率的目标。在员工绩效机制方面，隧道股份公司对公司发展业绩作出较大贡献的团体和个人制订了先进奖励表彰制和特殊奖励制，采用物质奖励和精神奖励双管齐下的力式进行奖励。在员工：培训方面，做到员工的教育培训计划与公司绩效测量、改进和技术变化的主要需求相结合，员工的教育培训充分考虑对公司长短期目标与员工的发展、培训与职业发展的需求的平衡。3．企业文化的建设为企业创新提供了良好的氛围 隧道股份公司经过42年创业历程，企业文化在积淀中不断提升，最终形成和提炼出完整的价值观——“为民造福，实现自我”。其内涵体现在三个方面：一是向国家和公众负责，以“做一时用一世”的优质工程为民造福；二是坚持以人为本，与合作伙伴共赢，在工程建设中实现企业价值和员工个人价值；三是在为民造福中实现自我，在实现自我中为民造福，两者辩证统—。隧道股份公司以价值观为基础，确立了其使命愿景。他们的使命是：工程造福万代，隧道连接未来。他们的愿景为：成为引领隧道工程领域发展的国际一流企业。隧道股份公司的使命、愿景和价值观植根于实践，为各级员工理解和认同，并且深刻融人了公司各项工作和员工行为中。在独特的企业文化熏陶下，隧道股份公司形成了“以人为本”的人力资源管理思路，造就出了一支拼搏、创新、合作，具有使命感和责任感的员工队伍。在“拼搏奉献，争创一流”的企业精神的指引下，隧道股份公司充分发挥了企业强大的自主创新能力、成果转化应用能力和技术优势，在激烈的市场竞争中取得了一系列显著的成果。公司曾多次获得全国技术创新先进企业、全国最佳施工企业、全国质量效益型企业和上海市跨国经营先进企业10强等荣誉称号。众多工程获得国家工程金质奖、詹天佑大奖和鲁班奖等国家级工程产品大奖。隧道股份公司为振兴上海先进装备制造业做了有益的探索，用最生动的事实来响应建设创新型国家的伟大号召。点评：上海隧道股份有限公司研制出了具有自主知识产权的地铁盾构，打破了洋盾构的垄断，填补了我国该领域的空白。通过研发，掌握了核心技术。强有力的创新团队，公司强有力的财力支持，企业弹性激励的制度以及鼓励创新的企业文化保证了地铁盾构技术创新成功。(撰稿人：肖爱丽)（二）知识点简介1.制度创新是指在人们现有的生产和生活环境条件下，通过创设新的、更能有效激励人们行为的制度、规范体系来实现社会的持续发展和变革的创新。制度创新被认为是一种高层次的创新，它对组织以及其他创新活动有着重要的影响。2.所有创新活动都有赖于制度创新的积淀和持续激励，通过制度创新得以固化，并以制度化的方式持续发挥着自己的作用。3.制度创新的主体主要应包括由单个人进行的创新；由个人之间自愿组成的合作团体进行的创新；由政府部门进行的创新四个不同层次。4.制度创新的推力：在制度创新的压力下，制度创新的推动因素可分为以下四个方面：国家偏好；市场规模；生产技术；意识形态。它们在制度创新方面发挥着巨大的推动作用，缺一不可。（三）案例思路1.主要问题 地铁盾构是集机械、电气、液压、自动控制、汁算机以及土力学等多种学科为一体的，用于地铁隧道施工的重大工程装备。但早期研制的同类盾构，由于其地层适应性差、自动化程度低、使用寿命短等原因，已无法满足当今高质量、高效率的隧道建设需求。对地层适应性要求极高的盾构的总体设计和系统设计技术、核心部件和关键部件的设计制造技术、自动监控技术以及施工配套产品的设计制造技术被国外厂商封锁。如何掌握核心技术，研制出具有自主知识产权的地铁盾构，及相关施工配套产品，打破洋盾构的垄断，填补该领域国内的空白，实现产业化成为难题。2.主要原因我们的产品已经不能适应现实的实际情况，我们的技术水平落后，核心技术被外国封锁，国家重视不够，企业缺乏竞争实力。3.主要对策（1）国家重视，2002年国务院、科技部把盾构国产化列入“十五”国家863计划。（2）开拓市场规模，提高市场品级，成为全球唯一。（3）实现技术突破。在设计理论和设计方法上系统创新，；在盾构核心部件和关键部件上创新；在控制系统上实现自主创新和再集成创新；在施工配套的产品进行创新研制。（4）建立良好的企业文化，形成“大团体行为”。（四）分析提示1.核心思想国家高度重视，2002年，国务院、科技部把盾构国产化列入“十五”国家863计划。上海隧道股份有限公司研制出了具有自主知识产权的地铁盾构，打破了洋盾构的垄断，填补了我国该领域的空白。过去，我们的产品已经不能适应现实的实际情况，我们的技术水平落后，核心技术被外国封锁，国家重视不够，企业缺乏竞争实力。通过研发，掌握了核心技术。而强有力的创新团队、公司强有力的财力支持、企业弹性激励的制度、鼓励创新的企业文化保证了地铁盾构技术创新成功。2.问题结点（1）早期研制的同类盾构，由于其地层适应性差、自动化程度低、使用寿命短等原因，已无法满足当今高质量、高效率的隧道建设需求。需要进行相应的技术突破，寻找技术创新点。（2）从制度创新的参与主体上看，上海隧道股份有限公司制度创新从参与主体来讲，是一个系统的创新工程，各主体之间的分工协作是制度创新成功的关键。 （3）制度创新对于创新推力有着十分重要的依赖性，发挥制度创新的推动力量对于制度创新而言意义重大。3.解决路径（1）此案例中，过去的困境原因在于我国的同类盾构存在着技术落后，不适应当前高质量、高效率的市场需求，所以要应市场需求，打破国外技术封锁，实现自主创新。（2）制度创新的参与主体主要有三个方面：由单个人进行的创新；由个人之间自愿组成的合作团体进行的创新；由政府部门进行的创新。在本案例中，首先，是国家的参与，国务院、科技部把盾构国产化列入“十五”国家863计划。其次，是合作团体的参与，地铁盾构装备与施工配套产品自主研制项目的设计团队以较强的优势积极竞争到了“十五”国家863计划国产盾构项目。再次，以周文波为首的优秀科研人员的积极参与与发明创造。（3）在制度创新的推动因素，主要可以为以下四个方面：第一，国家偏好。它的特殊性在于国家是一个依靠在暴力方面的相对优势而处于界定、保护和行使产权地位的组织。第二，市场规模。市场的出现与拓展本身就是一种制度创新。第三，生产技术。技术发展对制度创新具有着不可替代的促进作用。第四，意识形态。只有意识形态的变化才能使人们克服“搭便车”行为，从而推动制度的重新安排。（五）思考问题1.通过案例解释说明在本案例中，“制度创新”参与主体有哪些，它们扮演的角色是什么？本案例中的制度创新内容有哪些？2.本案例中反映出“制度创新”中推动因素应该包括哪些，你还能想出哪些？3.在制度创新过程中，制度创新的参与主体与制度创新的推动力量之间是什么关系？