机械一周解一惑系列：掘进机装备行业及产业链梳理

本周关注：宏华数科、铁建重工、中铁工业、铁科轨道 掘进机装备被誉为“工程机械之王”，是集机械、电气、液压、传感、力学等技术于一体的高端装备，兼具掘进、排碴、导向和支护四大功能，被广泛应用于隧道、巷道、管孔的机械化施工。掘进机设备按功能划分可分为全断面隧道掘进机、部分断面隧道掘进机、非开挖管道设备、竖井掘进机等；按应用场景划分可分为盾构机和硬岩掘进机（TBM)，盾构机主要应用于松软土壤掘进，TBM主要应用于硬岩地层掘进，后者相较于前者面临的工况更复杂，技术难度更高，因而售价也更高。目前盾构机下游应用仍以轨交地铁工程为主，占比达70-80%。 盾构法/掘进法优势明显，渗透率有望逐步提升。目前隧道施工中钻爆法占比70%，剩余30%为盾构法/掘进法。传统钻爆法存在机械化程度低、作业环境差、安全风险大、施工效率低等问题。相同条件下，TBM的掘进速度约为传统钻爆法施工的4～6倍，具有快速、安全、经济、利于环境保护和劳动力保护等优点，不仅能大幅提升工程的安全性和实体质量，还可缩短工程工期，实现“机械化换人，自动化提效”。 掘进机产量整体稳步向上，短期受下游基建需求影响略有波动。根据中国工程机械工业协会掘进机械分会统计数据，2017-2019年我国全断面隧道掘进机产量分别为655台/658台/610台，2018年下滑主要系下游基建需求不及预期的影响。2021年产量为674台，较2020年的655台同比增长2.9%。 掘进机竞争格局良好，铁建重工、中铁工业双寡头格局稳定，国产化率90%以上。根据《中国掘进机械行业年度数据统计》披露的铁建重工掘进机装备年产量和我国（不含港澳台）掘进机行业相关产品总产量计算，2017年至2019年，铁建重工盾构机合计产量占中国内地总产量比为25.00%，硬岩隧道掘进机合计产量占中国内地总产量比为51.02%，叠加国内其他国产厂家产量，国产掘进机设备整体市占率超过90%。 需求端，基建投资稳步增长，抽水蓄能拓展应用新场景。1）城轨：十四五”期间，城市轨道交通运营里程有望新增3,000公里，预计城轨项目总投资额将达到3.5万亿元，平均每年7,000亿元的市场规模。整体投资额相比“十三五”期间所完成建设投资总额的2.63亿元增长33%。2）铁路：根据“十四五规划”，未来3年将新增1万公里铁路，其中高铁将新增8000公里，每年有望新增高铁营业里程2500公里以上。3）水利工程：十四五”期间全国水利投资规模将达5.1万亿元，每年市场规模约10,000亿元左右，较“十三五”期间增长42.46%。4）抽蓄蓄能：十四五”期间已核准抽水蓄能电站共计67个项目，装机规模合计为9219.1万千瓦，项目投资金额合计约为6116亿元，到2025年，抽水蓄能投产总规模较“十三五”翻一番，达到6200万千瓦以上。 抽蓄需要用到的掘进设备包括 9m 开挖级别的大直径TBM，可用于交通洞、通风洞兼安全洞、尾水洞的开挖等；b）6- 8m 开挖级别的斜井TMB，可用于引水斜井的开挖；c）3.5- 3.6m 开挖级别的小直径小转弯TBM，可用于排水洞及勘探洞等；d）竖井掘进机，可用于排风竖井或引水竖井的开挖。 投资建议：建议关注掘进设备双龙头：铁建重工、中铁工业。 风险提示：1）下游需求不及预期的风险。2）零部件、原材料价格波动或供货中断的风险。3）客户集中度较高的风险。 1掘进机装备下游以基建为主，渗透率有望提升 1.1掘进机装备下游以基建工程为主 掘进机装备被誉为“工程机械之王”，是集机械、电气、液压、传感、力学等技术于一体的高端装备，兼具掘进、排碴、导向和支护四大功能，被广泛应用于隧道、巷道、管孔的机械化施工。掘进机设备按功能划分可分为全断面隧道掘进机、部分断面隧道掘进机、非开挖管道设备、竖井掘进机等；按应用场景划分可分为盾构机和硬岩掘进机（TBM)，盾构机主要应用于松软土壤掘进，TBM主要应用于硬岩地层掘进，后者相较于前者面临的工况更复杂，技术难度更高，因而售价也更高。掘进机设备以其自动化程度高、劳动强度小、掘进速度快、一次成型、安全环保、高集成度、高附加值等优点，成为隧道施工的主流技术和发展方向。 图1：土压平衡盾构机 图2：双护盾TMB 产业链方面，以盾构机为例，位于整条行业产业链的中游，上游包括钢铁、电气系统、液压系统、其他零部件配套等制造业，下游主要运用于地铁、市政、公路铁路、水利、矿山、调水、综合管廊等工程。随着双碳目标的提出和绿色产业发展理念的兴起，抽水储能等新兴领域也在逐步起量。目前盾构机下游工程仍以轨交地铁工程为主，占比达70-80%。 图3：盾构机产业链 图4：2021年盾构机下游占比 1.2盾构法/掘进法优势明显，渗透率有望逐步提升 隧道施工可分为盾构法/掘进法、钻爆法。 钻爆法是通过钻孔、装药、爆破开挖岩石的方法。这一方法从早期由人工手把钎、锤击凿孔，用火雷管逐个引爆单个药包，发展到用凿岩台车或多臂钻车钻孔，应用毫秒爆破、预裂爆破及光面爆破等爆破技术。施工前，要根据地质条件、断面大小、支护方式、工期要求以及施工设备、技术等条件，选定掘进方式。按掘进方式的不同，可分为： a）全断面钻爆，对开挖断面进行一次钻孔破、开挖成形，在隧洞高度较大时，也可分为上下两部分，形成台阶，同步爆破，并行掘进。 b）导洞法，先开挖断面的一部分作为导洞，再逐次扩大开挖隧洞的整个断面。这是在隧洞断面较大，由于地质条件或施工条件，采用全断面开挖有困难时，以中小型机械为主的一种施工方法。导洞断面不宜过大，以能适应装碴机械装碴、出碴车辆运输、风水管路安装和施工安全为度。导洞可增加开挖爆破时的自由面，有利于探明隧洞的地质和水文地质情况，并为洞内通风和排水创造条件。根据地质条件、地下水情况、隧洞长度和施工条件，确定采用下导洞、上导洞或中心导洞等。导洞开挖后，扩挖可以在导洞全长挖完之后进行，也可以和导洞开挖平行作业。 c）分部开挖法，在围岩稳定性较差，一般需要支护的情况下，开挖大断面的隧洞时，可先开挖一部分断面，及时做好支护，然后再逐次扩大开挖。用钻爆法开挖隧洞，通常从第一序钻孔开始，经过装药、爆破、通风散烟、出碴等工序，到开始第二序钻孔，作为一个隧洞开挖作业循环。尽量设法压缩作业循环时间，以加快掘进速度。 传统钻爆法存在机械化程度低、作业环境差、安全风险大、施工效率低等问题。相同条件下，TBM的掘进速度约为传统钻爆法施工的4～6倍，具有快速、安全、经济、利于环境保护和劳动力保护等优点，不仅能大幅提升工程的安全性和实体质量，还可缩短工程工期，实现“机械化换人，自动化提效”。 表1：钻爆法与掘进法对比 2掘进设备市场空间稳步增长，竞争格局稳定 2.1国内掘进机需求稳步增长，短期略有波动 掘进机产量整体稳步向上，短期受下游基建需求影响略有波动。根据中国工程机械工业协会掘进机械分会统计数据，2017-2019年我国全断面隧道掘进机产量分别为655台/658台/610台，2018年下滑主要系下游基建需求不及预期的影响。2021年产量为674台，较2020年的655台同比增长2.9%。 图5：2017-2021年我国全隧道掘进机产量（台） 竞争格局良好，铁建重工、中铁工业双寡头格局稳定，国产化率90%以上。 根据《中国掘进机械行业年度数据统计》披露的铁建重工掘进机装备年产量和我国（不含港澳台）掘进机行业相关产品总产量计算，2017年至2019年，铁建重工盾构机合计产量占中国内地总产量比为25.00%，硬岩隧道掘进机合计产量占中国内地总产量比为51.02%，叠加国内其他国产厂家产量，国产掘进机设备整体市占率超过90%。 表2：国内掘进机设备主要厂家产量及市占率 3行业成长驱动因素：基建投资稳步增长，抽水蓄能拓展新应用场景 3.1“十四五”规划助推下游需求增长 “十四五”规划提出要坚持自主可控、安全高效，推进产业基础高级化、产业链现代化，保持制造业比重基本稳定，增强制造业竞争优势，推动制造业高质量发展，实行“新基建”和“工程建设走出去”的策略，有望对城市轨道、铁路公路建设规模增长产生积极影响。 城市地铁：根据中国城市轨道交通协会的数据，截至2020年末，我国地铁运营线路为6303公里，较2019年同比增长22%，占城轨交通运营线路总数的79%。数据显示，2021年中国地铁运营线路长度为7253.73公里，同比增长15.5%，占城轨交通运营线路总数的83.3%。其中2020年，我国地铁新增线路约为1122公里，较2019年同比增长36%，占城轨交通运营线路新增里程的90%。2021年新增地铁运营线路长度971.93公里,占新增城轨交通线路的比重为79.48%。 图6：2014-2021年国内地铁运营线路长度 图7：2014-2021年国内新增地铁运营线路长度 根据铁建重工投资者关系活动记录表，“十四五”期间，城市轨道交通运营里程有望新增3,000公里，预计城轨项目总投资额将达到3.5万亿元，平均每年7,000亿元的市场规模。整体投资额相比“十三五”期间所完成建设投资总额的2.63亿元增长33%。 图8：“十三五”与“十四五”全国城轨总投资对比 铁路领域：《“十四五”现代综合交通运输体系发展规划》提出，到2025年，全国铁路运营里程达到16.5万公里，其中高铁营业里程达到5万公里。截至2022年底，全国铁路营业里程15.5万公里，其中高铁4.2万公里。根据“十四五规划”，未来3年将新增1万公里铁路，其中高铁将新增8000公里，每年有望新增高铁营业里程2500公里以上。 水利工程领域：结合全国各省级行政区已披露水利投资计划，“十四五”期间全国水利投资规模将达5.1万亿元，每年市场规模约10,000亿元左右，较“十三五”期间增长42.46%。过江跨海隧道领域：2020年3月发布的《长江干线过江通道布局规划（2020-2035年）》，明确2025年前，重点推动实施79座过江通道；同时海峡隧道建设也给掘进设备带来新机遇。 图9：“十三五”与“十四五”全国水利工程总投资对比 3.2抽水蓄能开拓新应用场景 单个抽水蓄能项目用到的掘进机设备包括：a） 9m 开挖级别的大直径TBM，可用于交通洞、通风洞兼安全洞、尾水洞的开挖等；b）6- 8m 开挖级别的斜井TMB，可用于引水斜井的开挖；c）3.5- 3.6m 开挖级别的小直径小转弯TBM，可用于排水洞及勘探洞等；d）竖井掘进机，可用于排风竖井或引水竖井的开挖。 据国家能源局发布的数据，截至2021年底，我国已建成的抽水蓄能装机容量为3639万千瓦。2022年全国新核准抽水蓄能项目48个，装机6890万千瓦，已超过“十三五”时期全部核准规模，全年新投产880万千瓦，创历史新高。截至2022年末，全国已建抽水蓄能装机容量达4539万千瓦。十四五”期间已核准抽水蓄能电站共计67个项目，装机规模合计为9219.1万千瓦，项目投资金额合计约为6116亿元，到2025年，抽水蓄能投产总规模较“十三五”翻一番，达到6200万千瓦以上。到2030年，要投产抽水蓄能总规模1.2亿千瓦左右，到2035年我国抽水蓄能总装机规模将达到3亿千瓦。 图10：抽水蓄能工程规模 4相关标的 4.1铁建重工（688425.SH） 铁建重工是一家主要从事掘进机装备、轨道交通设备和特种专业装备的设计、研发、制造、销售、租赁和服务的企业。铁建重工自成立以来专注于产品研发，结合自动化和智能化技术，不段丰富产品种类、优化升级产品性能，具备为终端用户提供适用于多种复杂应用场景下的定制化、专业化和智能化的高端装备和技术服务能力。公司的产品主要分为掘进机装备、轨道交通设备和特种专业装备三个板块。铁建重工注重创新与研发，有力改变了隧道掘进机等高端地下工程装备长期被国外垄断的局面，尤其是公司自主研制的长距离大坡度双模式斜井TBM、大直径泥水平衡盾构等设备对行业具有重要意义。 公司的掘进机装备和特种专业装备的主要客户是工程建设单位、工程施工单位及金融租赁公司，其中金融租赁公司主要为掘进