人物简介：杨华勇，流体传动与控制领域专家，国家杰出青年基金获得者，长江学者，浙江省特级专家，中国工程院院士。现任浙江大学机械工程学院院长，浙江大学高端装备研究院院长，中国机械工程学会流体传动及控制分会名誉主任，《生物设计与制造（英文）》期刊、《浙江大学学报英文版A辑》主编。先后获国家科技进步二等奖（排1）、国家科技进步一等奖（排1）、何梁何利科学技术奖。2017年被英国机械工程师学会授予约瑟夫·布拉马奖章，2021年被美国机械工程师学会授予罗伯特E.柯思基终身成就奖，同年获“最美浙江人·最美科技人”荣誉称号。

　　当你乘坐地铁畅行在城市地下时，是否好奇这些纵横延伸的地下阡陌是如何诞生的？高速公路、高铁城际铁路、地铁……中国的超级工程建设如火如荼，从无所有到进入国际前列，发展之快，变化之巨，举世震惊。

　　在这场大基建热潮中，有一种名为“盾构”的大型隧道机电成套装备发挥着巨大的作用，荣获地下“开路巨人” 之誉，而国产盾构诞生的背后，则是一支产学研团队在高端装备自主研发之路上的夜以继日上下求索的开拓。这支产学研团队的领头人就是中国工程院院士、浙江大学机械工程学院院长杨华勇。

　　聚焦中国的“0到1”

　　开启盾构产业从“跟跑”到“超越”之路

　　“比如，一台6.3米直径的进口地铁盾构机，从广州登陆5000万元人民币左右，一路北上，身价飙升，到北京就达到了6000多万元。这还不包括昂贵的咨询费、维护费等等。为什么这么贵？因为我们自己没有。”

　　上世纪90年代中期，国家经济开始腾飞，重大工程建设项目遍地开花。在庞大的刚需和昂贵的购买维护费面前，一些企业只能购买二手“洋盾构”。杨华勇与盾构的缘分就起于维修一台“趴窝”二手进口盾构。

　　那是上世纪90年代的一天，在上海黄浦江下开展隧道作业的一台进口二手盾构机突然停止不动了，机器上损坏的一个关键部位被运到了机械专家杨华勇面前“求医”。机器修好了，杨华勇从此也与盾构分不开了，他成了隧道里的“急诊医生”，不时参与“会诊”。

　　同时，杨华勇也开始为国产盾构的立项论证奔走呼号，“外国人能造盾构，中国人一定也能研制出自己的盾构机”。

　　2002年，科技部将盾构关键技术研发列入“863”计划，杨华勇带领浙大团队，与中国中铁工程装备有限公司、上海隧道工程股份有限公司、中国铁建重工等龙头企业开展联合攻关。其中，浙大团队主要负责电液驱动、推进和控制系统的研发。这是盾构的“心脏”，也是国外技术封锁最严的部分。

　　“照葫芦画瓢简单，但我们的目标是掌握核心技术，做自主研发。因此，我们最开始的五年真的很难”。杨华勇回顾，2000年，他们团队在"洋盾构"基础上做出了自主的电液驱动和控制系统；2007年，产学研团队终于研制出首台具有自主知识产权的复合盾构样机。

　　“盾构是一台大型机械，更是一个移动工厂。研发制造盾构涉及到机械、土木、力学、控制、检测等多个学科。”研制出了样机也只是知其然，还远未到知其所以然，在国家“973”计划支持下，杨华勇牵头负责带领包括清华大学、上海交通大学等多个大学多学科优势团队，开展了两轮十年以上的基础研究，坚持聚焦科学问题的研究来支持关键核心技术的突破。

　　在此过程中，杨华勇带领团队突破了盾构压力稳定性控制、载荷顺应性设计和姿态预测性纠偏基础理论与关键技术，攻克了掘进过程失稳、失效、失准三大国际难题，研发出土压、泥水和复合三大类盾构系列产品，走完了研究-设计制造-工程-产业化的全部过程，实现了盾构“中国设计-中国制造-中国品牌”的跨越式发展。

　　2012 年，杨华勇主导的“盾构装备自主设计制造关键技术及产业化”摘得国家科学技术进步奖一等奖。最重要的是，盾构的“中国设计中国制造”，打破了“洋盾构”一统天下、隧道施工受制于人的局面，中国进入盾构装备设计制造先进国家行列。

　　对接成果的“1到100”

　　科研助力企业跨越发展

　　杨华勇说，科技成果转化为现实生产力并不容易，所以高校不仅要关心“中国的0到1”“世界的0到1”，更要去对接“1到10”“10到100”……也就是在技术转化为产品后，还要去帮助企业解决可靠性的问题，使企业能够实现大规模稳定生产。

　　“盾构只能朝前打，不能往后退，而地铁线路又是定点的，不允许废弃重来。”2007年，第一台盾构样机制造出来后，新研发的国产盾构带来的未知风险使得施工企业都不愿意第一个尝试。“这一台整机样机造出来后，在车间闲置了近1年时间。”

　　2008年，杨华勇团队等来一个机会，天津地铁施工。国产盾构样机与德国制造的机器一起进入了现场，启动后施工进度正常运行，其工作状态和技术指标甚至更优。这台盾构样机“一战成名”，生产企业很快就收到了8台订购单，随后进入量产，企业的经济效益飞涨，中国盾构机产业也开始了迅猛发展的十年，摆脱了外方束缚，走出了自己的发展道路。

　　2014年，中铁建自主研制的国产首台大直径全断面岩石隧道掘进机（敞开式TBM）在长沙成功下线。三年后，采用我国自主研制的首台TBM硬岩掘进机施工的国家“十三五”水利建设重点项目——吉林省中部城市引松供水工程总干线22.6公里引水隧洞20日贯通，为该项目按期在2019年年底建成通水奠定了基础。此外，中国TBM还出现在国外的黎巴嫩供水、老挝水电站、伊朗引水等工程中。

　　杨华勇还记得，10多年前，与铁建重工开始合作研制盾构机时，他应邀到长沙考察，入眼只有推土的景象，连一个像样的车间都没有。可时隔不到一年他再去时，一系列现代化标准的盾构机生产车间已经成体系正式使用了。如今杨华勇团队长期合作的两家龙头企业中铁装备和铁建重工已经成长为台量最大、全球数一数二的盾构设计制造龙头企业，不同类型的盾构机与硬岩掘进机系列产品占据了全球新增市场60-90%不同的份额。

　　聚焦中国的“0到1”

　　跨界依然要做“开路先锋”

　　“因为掘进装备市场在中国企业手上，技术未来的发展当然应该由我们自己来引领。”眼下，杨华勇领着产学研团队着眼于智能盾构的研究。现有的一台盾构机需要12位司机协同操作，盾构机在掘进运行中遇到各种各样地质与装备的问题，都需要司机们及时做出很多决策，因此司机的培养周期很长。未来，随着技术进步，数据实时直接抵达总部各部门。“例如一个远在以色列特拉维夫的工地在盾构施工中遇到问题，工作人员不必到现场，在办公室就可以做出正确的决策，实时协助司机解决万里外的问题。不久的将来，还可以让机器人去换盾构机已损坏磨损的刀头。可期的未来，司机可以被部分替代或完全替代。”

　　作为中国流体传动与控制领域的权威专家，杨华勇在关注盾构领域继续创新发展的同时，再踏新征程，将目光投向智能制造和生物制造交叉领域。他带领科研团队中“一支分队”正在推动一系列跨学科合作项目，以新型装备研制为切入点，研究人造皮肤和角膜的3D打印等技术，寻求生物医学领域的进步与突破。

　　从盾构到生物医学的“跨界”多少让人有些惊讶。杨华勇表示，生物制造是国际学科前沿与热点领域，实现生物器官3D打印等新技术的突破和应用被列入“中国制造2025”。

　　“国产盾构能够取得巨大的成功，我们是生逢其时，赶上了国家的大发展。”杨华勇说，“我们要胸怀祖国、放眼世界，关注那些能带来从无到有根本变化的科学与技术问题。”生物制造领域将会是年轻一代主战场，他希望带领新一代“更多地关注外部世界，更多做创造性的事，为人类去寻找知识与技术的边界在哪里”。  

　　2020年5月浙江大学高端装备研究院正式成立，杨华勇院士担任研究院院长。这个学院是杭州市余杭区政府和浙江大学校地共建的高端装备领域创新共同体，旨在打造以“创新驱动、服务地方、成果转化、市场导向”为目标的高端装备产业集聚区，支撑机械制造企业在工业互联网、机器人、生物制造与工业软件等领域的转型升级。

　　既带来科学突破、攻克关键技术，又推动产业提升；在填补中国空白的同时，也解决整个行业长期面临的国际性难题——从土压平衡盾构、泥水盾构、复合盾构，到硬岩掘进机（TBM），再到生物制造、机器人与智能装备……杨华勇的创新追求从未改变。（浙江省科技厅供稿）