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1、盾构及TBM刀具全景调研与发展战略研究一、 进入破岩工具行业的主要壁垒（一）破岩工具技术壁垒工程破岩刀具制造业属于技术密集型行业，行业内关键技术覆盖产品全生命周期，包括刀具配置方案、材料研发、制造加工、售后服务等，行业内企业需要掌握材料科学、机械加工、热处理、金属密封等技术，技术综合性要求较高，对行业内企业工艺流程规范能力、协调配合生产能力要求较高。同时，工程破岩工具多为盾构掘进系统的关键部件，对工程施工项目的安全性、经济性和施工效率起着重要作用，因此在其开发设计、制造装备等环节都有复杂的工艺参数要求及严格的质量控制。随着运用盾构法、顶管法等非开挖技术的工程施工项目的增多，盾构施工中的地层条件
2、多样性和复杂度也相应增加，市场对工程破岩工具制造厂商的研发和制造能力提出了更高的要求，同时工程项目的应用需求也推动工程破岩工具技术水平的创新升级。因此工程破岩工具制造厂商需要根据不同地层破岩工具的破岩机理进行反复研究与试验，不断优化破岩工具性能指标，以保证其产品能够充分保障使用寿命和满足客户的需求。研发能力和技术水平成为潜在竞争者进入该行业的重要门槛。（二）破岩工具资金壁垒工程破岩工具制造企业一方面需要在前期投入大量资本进行厂房建设、生产设备购置和产品的研发，另一方面需要大量资金垫付运营资本，保障生产经营活动的正常运行。下游客户主要为大型工程施工单位和工程装备厂商，工程金额普遍较大，实施周期长
3、，供应商需预先投入大量资金用于合同执行，因此供应商需要保持充足的流动资金来维持生产经营正常运营。因此，高额的前期资金投入以及较高的运营成本也是潜在竞争者进入该行业的重要门槛。（三）破岩工具客户认可及品牌壁垒目前工程施工单位和工程装备厂商主要通过招投标的方式选择供应商，供应商的企业管理能力、技术水平、产品质量、售后服务和市场声誉等综合实力是影响其是否中标的关键因素。工程破岩工具对施工进度、施工效率及工程质量等具有较大影响，对产品的可靠性、稳定性要求较高，客户往往会选择技术成熟、产品质量稳定、有良好的工程项目应用业绩以及服务体系完善的企业。通常行业内企业入围下游客户的合格供应商名录后，会形成长期稳
4、定的合作关系，客户黏性较强。良好的品牌形象及客户的高度认可需要较长时间的积累，新进入者通常难以在短时间内获得市场认可，因此较难参与本行业的市场竞争。（四）破岩工具人才壁垒影响工程破岩工具使用寿命和性能的关键在于刀具的适应性，以满足客户的差异化需求。材料选配、刀具选型、轴承装配和密封技术是决定刀具适应性的关键所在，因此企业需要拥有众多具备丰富行业经验的人才，才能持续提高企业在刀具选配、定制化研发、生产等方面的实力。而高素质人才队伍需要企业投入时间、人力、财力、物力进行培养，行业新进入者通常难以在短期内建立起有竞争力的专业人才队伍。二、 工程机械产业链工程机械是装备的重要组成部分。概括地说，凡土石
5、方工程、路面建设与养护、流动式起重装卸作业和各种建筑工程所需的综合性机械化施工工程所必需的机械装备，称为工程机械。工程机械主要用于建设工程、交通运输，能源工业建设和生产、等原材料工业建设和生产、农林水利建设、工业与民用建筑、城市建设、环境保护等。我国工程机械行业呈现稳步发展的态势，工程机械产品销量持续增加，营业收入首次突破8000亿元。其中2021年中国挖掘机产品销量342784台，同比增长46%；装载机产品销量为140509台，同比增长71%；平地机产品销量为6990台，同比增长559%；推土机产品销量为6914台，同比增长17%；压路机产品销量为19519台，同比增长02%；摊铺机销量为2
6、377台，同比下降89%；叉车产品销量为1099382台，同比增长374%。2020年受疫情影响，工程机械出口有所下降，2021年经济恢复，工程机械出口金额为340亿美元，同比增长621%。据中国工程机械工业协会数据，2021年中国工程机械中叉车出口数量为315763台；挖掘机出口数量为68427台；升降工作平台出口数量为43742台。三、 破岩工具行业发展的方向从技术层面上，破岩工具是隧道施工、地下管廊、油气输送等地下工程施工的关键零部件。为了应对地质结构的多样性和复杂性，破岩工具需要根据施工项目的地质环境等情况进行个性化定制，以达到项目施工的要求，同时在刀具的设计、材料和加工工艺等方面也需
7、要进行升级和持续研发。从市场层面，破岩工具需要进一步拓展新的应用领域，以提高市场容量。另外由于盾构机及其刀具消耗量大、价值高，其循环利用的需求较高，国家也不断出台政策鼓励和支持相关行业的绿色节能发展，推动了行业的再制造服务的需求增长。（一）破岩工具行业技术发展趋势工程破岩工具的关键技术主要包括结构设计、材料研发、热处理、金属密封等，我国工程破岩工具行业整体技术水平随着盾构机及TBM等工程装备设备行业的发展取得明显的进步。国内工程破岩工具行业在发展初期主要靠跟踪、仿制国外同类产品，同时由国内施工单位、科研院所和破岩工具制造厂商联合对国外破岩工具进行技术攻关。行业发展至今，随着使用盾构机、TBM、
8、顶管机等非开挖施工设备的工程施工企业大量增长，施工中遇到的地质情况及技术难题增多，工程破岩工具制造厂商也逐渐突破一系列关键技术，行业整体技术水平得到提升，与国外技术差距逐渐缩小。1、工程破岩工具定制化及非标化我国幅员辽阔，地质条件复杂多样，不同地区的地质状况存在差异，即使同一地区的不同区域，地质状况也会存在较大差异。因此在盾构、顶管施工过程中，可能会遇到各种不同地层，从淤泥、黏土、砂砾层到软岩及硬岩等地层，各种地层的岩土物理力学性能相差较大，对刀具的磨损机理也不同，相应的刀具配置也不相同，需要合理选择刀盘并配置刀盘上的刀具，提高刀盘刀具的地质适应性，减少刀具损坏和磨损。工程施工地质的多样性和复
9、杂性决定了工程破岩工具的定制化和非标化，因此工程破岩工具制造厂商需要紧密结合刀具应用的盾构设备类型及地质条件，针对性地研发设计相应产品，提高刀具的适应性，精准满足客户的产品需求。同时，盾构及TBM刀具等工程破岩工具作为消耗品，对盾构施工进度产生直接影响。施工过程中刀具选择不当，会加剧刀具磨损或损坏，导致频繁更换刀具，从而延缓正常施工进度以及增加施工成本。因此，工程破岩工具制造厂商需要充分了解各类地层地质，通过与客户充分沟通各种刀具配置方案及刀具的性能指标要求，提供定制化的产品服务，提高施工效率，同时避免非正常损耗，降低工程施工成本。2、工程破岩工具结构设计工程破岩工具作为掘进系统的关键组成部件
10、，直接承担外部土体切削任务，其结构设计也要针对每个项目的工程地质条件及施工需求进行专门设计。在结构设计方面，工程破岩工具制造厂商需要根据工程项目施工地质构造、施工用途以及切削原理等进行破岩工具适应性分析，保证刀具及相关附件等结构设计强度、刚度、使用寿命等技术参数符合施工要求，针对性地设计开发出各种型号、规格、尺寸的破岩工具。施工地层为较软岩石时，通常采用齿刀；施工地层为软土或破碎软岩时，通常采用切刀或刮刀；施工地层为硬质岩时，通常采用滚刀。近年来，随着超硬地层、大埋深隧道工程建设越来越多，对工程破岩工具的承载力、抗冲击性等提出更高的要求，有必要通过工程破岩工具结构优化进一步提高工程破岩工具的性
11、能。3、工程破岩工具材料研发材料的韧性与耐磨性是发挥工程破岩工具作用的关键，因此在刀具设计开发阶段的材料研发及选择至关重要。如盘形滚刀在破岩时刀圈不仅承受较大的径向破岩力，同时又受到岩石硬矿物的剧烈磨损，因此刀圈材料必须具有高硬度、高强度及良好的冲击韧性；硬质合金具有较高的硬度和强度，耐磨性好，可镶嵌在滚刀刀圈上，增加刀具的耐磨性。同时，为了克服在工程破岩过程中硬质合金材料表面可能出现的热疲劳裂纹，也可以选择韧性、耐磨性、导热性更好的粗晶粒硬质合金。4、工程破岩工具关键制造工艺工程破岩工具关键的制造工艺主要包括机加工、焊接、装配等。工程破岩工具的机加工主要是车、铣、钻、磨等多道工序，加工精度是
12、破岩工具达到设计要求的关键因素。合理的加工工艺、高精度机床以及熟练操作人员是实现产品制造性能的重要保证。装配工艺技术对工程破岩工具的性能和质量稳定性至关重要，其中涉及的重要技术有轴承及密封技术、检测技术。目前，我国常规密封已完全满足市场需要，高端密封技术也有了明显进步，在密封的关键加工工艺、试验研究等方面都有了不同程度的突破。（二）破岩工具行业市场发展趋势1、破岩工具行业应用领域拓展盾构/TBM等设备主要应用于城市轨道交通工程、引水工程、公铁路隧道工程等领域，除了对城市轨道交通工程的渗透率较高外，其他领域的渗透率均不高。我国城市轨道交通建设将进入平稳期，市场增长趋缓，但未来，随着相关技术的进步
13、、各种异型盾构机的出现以及市场对盾构机认识的深入等，盾构/TBM等设备在引水工程、公铁路隧道、城市综合管廊、矿山建设工程等领域将进一步发挥其安全、环保等优势，进而增加市场对盾构/TBM刀具的需求，推动行业的发展。2、破岩工具行业再制造服务拓展我国出台了多项政策，鼓励和支持盾构机及关键零部件的再制造，但由于市场对盾构机再制造的认识不足、盾构机再制造关键技术储备不够及相关技术标准体系不完善等原因，再制造出来的盾构机及其关键零部件的市场接受度较低。随着再制造技术、工艺等的不断进步，再制造的相关产品必将进一步渗透至整个市场，占据一定的市场份额，盾构机及关键零部件的生产厂商也将成为受益对象，形成行业新的
14、增长点。四、 全球工程机械发展历程：2008年以后中国成为行业需求最大国家20世纪90年代，日美欧三地市场对工程机械的需求基本上占到了世界总需求的80%。在日本泡沫经济达到顶峰的1990年前后，仅日本就占了世界工程机械需求的40%，而当时日本的人口仅占世界的2%。当时日美欧对工程需求如此之高的原因在于当时日美欧的城镇化率迅速提升，伴随城镇化率的提升，基建和房产旺盛，因而催生对工程机械的需求，到1990年日本城镇化率已经达到63%，而美、英、德均超过70%。从2000年开始，我国工程机械需求伴随着工业化和城镇化急剧上升，相反日本和北美的需求呈下降趋势，尽管同时期欧洲的需求正在增长，但与我国和其他
15、新兴市场的快速增长相比，增长速度非常缓慢。2008年后，我国首次超过美国成为世界上最大的工程机械需求国家。印度和拉美市场也不容小觑，根据WUP预测2030年我国城镇化率有望超过60%，而印度也有望超过40%，工程机械市场空间巨大。五、 全球工程机械行业发展现状（一）全球工程机械销量：2020年达到近140万台，中美日处在第一销量梯队从全球工程机械产品销量来看，2010-2020年全球工程机械设备市场销量呈现周期波动的态势，2010-2012和2016-2018年全球工程机械市场处在上升周期，2012-2014年市场则处在下降周期。2020年受到疫情冲击，全球工程机械设备销售数量出现些许下降，为
16、10646千台，同比下降574%。整体来看，目前，中国、日本、美国三个国家位列第一梯队;德国、瑞典、法国位列第二梯队。2019-2020年，从区域占比来看，工程机械在亚洲的销售额占比从去年的454%增长到了521%，占全球市场统计销售额的一半以上。北美市场的份额从去年的278%降至223%，降幅很大，以至于欧洲市场份额已经超过了北美市场，欧洲的份额虽然从262%下降到了252%，但降幅并没有北美大且市场份额占比成功超越北美。从国别来看，中国在工程机械行业市场占比领域首次超越美国，占比达到25%，美国占比收缩至219%，世界排名第三，其市占率甚至低于日本的22%。（二）全球工程机械企业：中国企业挽救2020年全球市场根据2021年5月的YellowTables数据，2021年全球工程机械制造商50强企业，总销售额达到1915亿美元，同比上年下降55%，虽然总销售额相较于上年出现下降趋势
