從高鐵先進技術(shù)的追趕者到引領(lǐng)者

孫章

據(jù)德國《世界報》網(wǎng)站報道，一項最新調(diào)查表明，2016年中國中車集團公司在全球高鐵市場占據(jù)69%的份額，而在2007年之前，高鐵市場完全被歐洲（主要是法、德兩國）與日本的公司壟斷。從2004年中國開始全面引進國外高鐵動車組技術(shù)算起，至今不過12年，中國已從高鐵先進技術(shù)的追趕者，成功轉(zhuǎn)身成為高鐵先進技術(shù)裝備的提供者，進而向高鐵先進技術(shù)的引領(lǐng)者邁進。

2016年8月15日6時10分，G8041次列車駛出大連北站，沿大連至哈爾濱高速鐵路開行，于7點57分到達沈陽站。這是我國自行設計研制、擁有全面自主知識產(chǎn)權(quán)的中國標準高鐵動車組的首次載客運行。在此之前的7月15日11時20分，兩列中國標準高鐵動車組以420千米的時速，在鄭（州）徐（州）高速鐵路上完成了相距只有1.6米的交會，此次試驗證明兩輛高鐵動車組列車之間能承受巨大的壓力波。這是擬投入運營的高鐵動車組列車在世界上首次實現(xiàn)時速420千米的交會和重聯(lián)運行。此次運營試驗標志中國已全面掌握高鐵核心技術(shù)，高鐵動車組技術(shù)實現(xiàn)全面自主化、標準化，反映出中國高鐵的總體技術(shù)水平已躋身世界先進行列，部分技術(shù)達到世界領(lǐng)先水平。

世界高鐵技術(shù)裝備的引進及發(fā)展

放眼世界，除日、法、德等高鐵技術(shù)的原創(chuàng)國家外，引進高鐵先進技術(shù)裝備的國家和地區(qū)主要有四例：中國、西班牙、韓國以及中國臺灣地區(qū)。

西班牙的高鐵技術(shù)開始采用法國高鐵（TGV）的技術(shù)，西班牙是TGV技術(shù)輸出的第一個國家；后引進了德國城際快車（ICE）的技術(shù)，后期西班牙研制出Talgo250、Talgo350等高速列車。其高鐵列車AVE在1992年投入運營，最高運營時速達300千米，高速線路總長2225千米，制造商為阿爾斯通、西門子、塔爾高等公司。引進消化吸收后，西班牙的高鐵技術(shù)裝備已能少量出口。

韓國也引進了法國的高鐵技術(shù)，其高鐵列車KTX于2004年投入使用，其最高運營時速達300千米，高速線路總長412千米，主要制造商為阿爾斯通公司。韓國在引進消化吸收后再創(chuàng)新，形成了自己的品牌，現(xiàn)在已能出口高鐵技術(shù)裝備。

中國臺灣地區(qū)原先引進的是德國西門子的高鐵技術(shù)，后改為日本新干線技術(shù)，其高鐵列車THSR于2007年投入使用，最高時速為300千米，高速線路總長345千米，制造商為川崎重工。由于日方并未進行技術(shù)轉(zhuǎn)讓，因此出現(xiàn)問題后需依靠日方或第三方機構(gòu)的調(diào)解和幫助。

列車速度及動力特點

列車速度主要分為最高試驗速度、最高運營試驗速度、最高運營速度、平均速度和旅行速度等五種，而高速鐵路的知識產(chǎn)權(quán)與最高運營速度密切相關(guān)。

最高試驗速度是指列車性能發(fā)揮到極限時所能達到的速度。然而，最高試驗速度是在理想條件下進行的，與商業(yè)運營環(huán)境大不相同，是實際很難達到的速度。例如，法國TGV高速列車曾于2007年4月3日創(chuàng)造574.8千米/時的最高試驗速度，這次試驗是在條件最好的平直線路段上進行的，供電電壓提高到3.1萬伏，列車車輪的直徑則加大到1米以上。

最高運營試驗速度是指擬投入運營的列車在即將投入運營或已投入運營的高鐵線路上所能達到的最高速度。2010年12月3日，中國CRH380A高速動車組在京滬高鐵線路上創(chuàng)造的486.1千米/時，是目前世界上鐵路運營試驗速度最高紀錄。

最高運營速度是指列車在實際商業(yè)運營中允許達到的最高運行速度，用以判別高速鐵路（列車）和普速鐵路（列車）。我國一般把最高運營速度在200千米/時及以上的列車稱為高速列車。最高運營速度是衡量鐵路綜合技術(shù)水平的總體性指標，反映了一條鐵路的固定設施（軌道及軌下基礎以及橋梁隧道等）、移動設備（車輛）、控制系統(tǒng)（信號及通信）等的綜合集成水平。我國引進的原型車的最高運營速度不超過320千米/時，因此在研制最高運營速度為380千米/時及以上的中國標準高速動車組時，總體上不存在知識產(chǎn)權(quán)爭議。這樣的技術(shù)裝備即使出口到國外，任何一家公司都不可能提出侵犯知識產(chǎn)權(quán)的訴訟。

平均速度就是列車運行距離除以列車運行時間（不計中途停站時間），這其實是列車跑起來后的平均速度，包含起動加速時的速度和制動減速時的速度。平均速度反映了列車的運動性能。在龜兔賽跑案例中，兔子的平均速度比烏龜快。

旅行速度，顧名思義，它與旅客的關(guān)系最密切，也最具有實際意義。它是列車運行距離除以列車總在途時間（包括中途停站時間）。在龜兔賽跑案例中，烏龜?shù)穆眯兴俣缺韧米涌?，因此首先到達終點。2011年，鐵道部決定把我國高鐵的最高運營時速從350千米適當降低到300-310千米。世界鐵路聯(lián)盟根據(jù)各國的高鐵時刻表計算出，全球旅行速度最高的線路是中國京廣高鐵湖南省境內(nèi)衡陽至耒陽區(qū)段。

在高鐵發(fā)展歷程中，動力集中型與動力分散型在競爭中顯示出各自的特點。動力集中型就是眾所周知的“火車跑得快，全靠車頭帶”——列車靠火車頭（機車）拉動，這是普速鐵路的常例?！盎疖囶^”是動力集中型的關(guān)鍵詞，該方式有兩個優(yōu)點。第一，其動力裝置少，車輛維護工作量相應減少，因此價格相對低廉，這一優(yōu)點在直流傳動（采用直流電機作為牽引電機）時期很有意義，因為直流電機的維修工作量很大；但隨著傳動技術(shù)的進步，牽引電機采用交流電機后，這一優(yōu)勢就不明顯了。第二，車廂里沒有動力裝置引起的振動和噪聲，因此乘客的舒適度較高。該方式的缺點是機車的軸重大，牽引電機集中在機車上，機車下部的車軸要承擔更多的重量，因而運行時對軌道的作用力和沖擊力更大，要求鋼軌具有更高的強度與剛度，這樣造價就會增加，而且進一步提高列車速度十分困難。

動力分散型的關(guān)鍵詞是“動車組”，其優(yōu)點主要有三項：一是軸重比動力集中型小而且分布均勻，因此對軌道的要求可降低，此外載客量也有增加。動力集中的法國TGV-A（1989年最高運營時速達300千米）的軸重均為17噸，德國的ICE1（1991年最高運營時速達280千米）的軸重高達19.5噸，而動力分散的日本300系（1992年最高運營時速達270千米）的軸重僅11.4噸，500系（1997年最高運營時速達300千米）的軸重僅11.1噸。二是可采取再生制動，分散在多輛車下的電動機制動時可以當作發(fā)電機用，不僅節(jié)能，而且可減少機械制動裝置的使用（時速50千米以下時才起用機械制動裝置），磨損大為減少。三是列車編組相對靈活，列車在終到站不需要調(diào)換火車頭方向即可再次出發(fā)。經(jīng)過幾輪博弈，中國在2004年第一輪高鐵招標時明確告示只接受動力分散方式。

中國高鐵技術(shù)發(fā)展歷程

在吸取境外引進高鐵技術(shù)的經(jīng)驗和教訓基礎上，中國走出了一條新穎獨特的技術(shù)創(chuàng)新之路——“以我為主、博采眾長、融合提煉、自成一家”。中國在全面引進并消化吸收加拿大龐巴迪、日本川崎重工、法國阿爾斯通、德國西門子的高鐵技術(shù)后進行集成創(chuàng)新，成功搭建了世界上最先進的高鐵動車組技術(shù)平臺，并開始批量出口。

2004年，我國制定《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》，繪就了超過1.2萬千米的“四縱四橫”快速客運專線網(wǎng)。同年6月，鐵道部展開了為滿足中國鐵路第六次大提速所需，時速為200千米級別的第一輪高速動車組技術(shù)的引進招標工作。以此為起點，中國開啟了高鐵動車組的引進消化吸收再創(chuàng)新之門。

中國將所有引進的國外技術(shù)與國內(nèi)企業(yè)聯(lián)合設計生產(chǎn)作為基本技術(shù)路線，以加快先進技術(shù)裝備的國產(chǎn)化進程。這種國外技術(shù)與國內(nèi)企業(yè)聯(lián)合設計生產(chǎn)出的中國高速鐵路車輛統(tǒng)一命名為“和諧號”，并冠以英文標識CRH（China Railways High-speed），即中國鐵路高速的英文縮寫。隨著時間的推移，“和諧號”的自主創(chuàng)新含量越來越高，直至2016年，高鐵動車組技術(shù)實現(xiàn)了全面自主化、標準化。

在2004年第一輪招投標中，中外合資企業(yè)青島四方-龐巴迪-鮑爾鐵路運輸設備有限公司（BSP）是第一批中標廠商之一，獲得了20列高鐵列車的訂單。2004年10月12日，鐵道部與BSP正式簽訂合同，鐵道部代表簽約方為廣州鐵路（集團）公司。2005年5月30日，廣深鐵路股份有限公司決定以25.83億元人民幣的價格向BSP另外訂購20列時速200千米級別的動車組，以滿足廣深鐵路第四線于2008年開通后的運營需求。BSP生產(chǎn)的這40列時速200千米級別的動車組最終被定型為CRH1A，其原型車是龐巴迪運輸公司為瑞典鐵路提供的Regina C2008型列車。

同年，中國南車四方機車車輛公司（簡稱南車四方）從日本引進時速200千米的高速動車組，并將其命名為CRH2。第一批CRH2動車組為60列，其原型車為日本新干線E2系1000型列車，前20列為日本制造，經(jīng)船運到中國青島組裝。2006年9月28日，時速200千米的國產(chǎn)CRH2型動車組在南車四方下線，其最高運營時速為250千米，可用于提速改造后的既有線路。2007年11月24日，時速300千米的國產(chǎn)CRH2-300型動車組在南車四方下線，該技術(shù)仍從日本引進。按照鐵道部的訂購合同，獲訂單的國外公司需把若干關(guān)鍵技術(shù)轉(zhuǎn)讓給中國公司。不過，日方?jīng)]有向中國轉(zhuǎn)讓車輛的控制軟件和源代碼技術(shù)，倘若后續(xù)軟件出現(xiàn)問題，只能依靠日本技術(shù)人員或中國技術(shù)人員自主研制解決。

CRH3型列車的原型為德國鐵路的ICE-3列車，中國以引進西門子公司先進技術(shù)并加以消化吸收的方式，由中國北車唐山軌道客車公司在國內(nèi)生產(chǎn)實現(xiàn)國產(chǎn)化。在2004年中國鐵道部第一輪招標中，西門子公司由于轉(zhuǎn)讓技術(shù)、車輛要價過高，在招標中未獲得任何訂單。直至2005年11月，鐵道部與西門子公司在“以市場換技術(shù)”的原則下簽訂協(xié)議，西門子才獲得總值6.69億歐元的60列時速300千米的高速列車訂單。CRH3型列車最終被定型為CRH3C。

CRH5型高速動車組是鐵道部向法國阿爾斯通和中國北車集團長春軌道客車股份有限公司（簡稱北車長客）訂購的列車，由北車長客負責國內(nèi)生產(chǎn)，為8節(jié)編組，最高運營時速250千米，并具備時速300千米的提速能力。阿爾斯通公司是鐵道部第一輪招標的中標廠商之一，獲得了60組高速列車的訂單。2004年10月10日，鐵道部和阿爾斯通公司正式簽訂總值6.2億歐元的合同。根據(jù)合同，阿爾斯通將7項高速列車的關(guān)鍵技術(shù)轉(zhuǎn)讓給中國；3組列車在阿爾斯通位于意大利的工廠組裝，并完整付運到中國；另有6組以散件形式付運，由中方負責組裝；其余51組通過法國的技術(shù)轉(zhuǎn)讓，由北車長客在國內(nèi)生產(chǎn)。這批高速列車隨后正式定型為CRH5系列中的唯一車型——CRH5A。動車組每列8節(jié)編組，共5節(jié)動車和3節(jié)拖車，設計運營速度為250千米/時，列車可透過兩組聯(lián)掛方式增至16節(jié)。首組CRH5A列車于2006年12月11日從意大利港口登船運往中國，2007年1月28日抵達大連。第一組由中國生產(chǎn)的CRH5A于2007年4月出廠。隨著中國鐵路第六次大提速的實施，CRH5A動車組自2007年4月18日起正式運行在京哈線上。CRH5型動車組下線時間較晚，整體試運行時間不足，導致一些潛在問題沒有能夠在試驗中解決，再加上CRH5是CRH動車組系列中唯一對原型車進行了大幅度改動，調(diào)試難度較高，因此CRH5A型動車組在正式運營初期的故障率相對比CRH1及CRH2高，例如制動系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)以及列車自動門的故障率較高。而在耐寒性方面，CRH5則優(yōu)于CRH1及CRH2，承受溫度范圍可達±40℃，因此CRH5大多被安排在中國東北地區(qū)運行。后由于CRH1及CRH2動車組的生產(chǎn)商——中國南車集團轉(zhuǎn)向研制運營速度更快的CRH380系列動車組，停產(chǎn)200～250千米/時級別的高速動車組，因此中國北車CRH5便成為時速200千米級別動車組的主力車種。

2009年3月，北車長春軌道客車獲得西門子公司的授權(quán)，生產(chǎn)30列16輛編組的時速300千米級別CRH3D型高鐵動車組，正式成為CRH3高鐵列車的生產(chǎn)廠商之一。

2010年，在前期多個類型高速動車組的實踐基礎上，全新設計、時速超過380千米的國產(chǎn)CRH380A新一代高速動車組在中國南車青島四方基地下線。CRH380A型高速列車的性能、乘用環(huán)境，速度等級等各方面較前幾個型號均有大幅度提高，外型也有較大變化，它是中國高速鐵路自主創(chuàng)新的新成果，代表了中國高速動車組的更高水平。2014年2月3日，美國紐約時報廣場的廣告大屏幕上疾駛而過的列車就是CRH380A，當時該型列車已在中國高鐵線路上安全運營了350萬千米。

人才儲備是引進消化吸收再創(chuàng)新的基礎和前提

除了引進消化吸收再創(chuàng)新的技術(shù)路線正確之外，中國高鐵技術(shù)的突飛猛進還得益于充分的人才儲備。

在1990年代，國家科委、鐵道部一共列了300多個高鐵研究課題，近千名技術(shù)骨干成長起來，他們跟蹤世界高鐵先進技術(shù)，開展國產(chǎn)化研究，并通過廣深準高速鐵路、秦沈客運專線以及既有線提速等實踐，積累了研制、設計高速列車的寶貴經(jīng)驗。

例如，株洲電力機車廠的“中華之星”高速列車的核心技術(shù)在跟蹤、模仿西門子ICE1、ICE2等動力集中型高速列車的基礎上，由劉友梅院士領(lǐng)銜的團隊自行研制而成，參與研制單位還有大同機車車輛廠、長春客車廠和青島四方機車車輛廠。2002年11月27日試驗時，“中華之星”達到了321.5千米/時的最高速度，造就了當時的中國鐵路第一速。

又如中國國內(nèi)首列動力分散型列車——“先鋒號”高速列車，它是“第九個五年計劃”的重點科技關(guān)注項目，由南京浦鎮(zhèn)車輛廠與上海鐵道學院負責研制，車輛吸收了日本新干線300系的技術(shù)，絕緣柵雙極型晶體管（insulated gate bipolar transistor，IGBT）牽引逆變器使用了日本三菱電機產(chǎn)品，并采用無搖枕轉(zhuǎn)向架，軸重僅15噸。列車最高運營速度可達200千米/時，為6節(jié)編組，每3節(jié)車廂組成一個單元，2輛動車加1輛拖車。列車的研制由時任浦鎮(zhèn)車輛工廠總工程師王維勝，上海鐵道學院教授龐乾麟、烏正康等領(lǐng)銜?！跋蠕h號”在2000年完成組裝并通過鐵道部驗收，于2001年5月出廠。同年10月26日至11月16日在廣深線進行試驗，創(chuàng)出當時中國最高速度249.6千米/時。2002年9月10日在秦沈客運專線進行的測試中，又創(chuàng)造最高時速292.8千米的紀錄。

“中華之星”“先鋒號”等自主研制高速列車的最大歷史功績，就在于為高鐵先進技術(shù)的引進消化吸收再創(chuàng)新培養(yǎng)了大批青年人才。

創(chuàng)新引領(lǐng)永無止境

中國高鐵有很多獨特的優(yōu)勢。第一，中國兼容世界各國的高鐵技術(shù)，技術(shù)非常全面。第二，中國既是個海洋國家，又是個大陸國家，與很多國家互聯(lián)互通，未來的高鐵技術(shù)改造、移動設備的養(yǎng)護維修以及高鐵帶來的網(wǎng)絡效應，都是島國所不具備的。第三，中國高鐵擁有全天候的經(jīng)驗。中國海南島環(huán)島高鐵的經(jīng)驗是贏得印尼高鐵項目的重要原因之一；哈大高鐵能適應嚴寒氣候，因此受到俄羅斯的青睞。第四，中國高鐵的運營里程長且安全性好，截至2016年9月，高鐵營業(yè)里程突破2萬千米，占世界高鐵運營里程的60%以上。據(jù)中國鐵路總公司透露，截至2016年7月11日，中國高鐵動車組累計發(fā)送旅客突破50億人次，安全運營里程超過37.4億千米。旅客發(fā)送量和旅客周轉(zhuǎn)量分別占全球高鐵的60%和65%。中國已成為世界上高速鐵路建設速度最快、運營規(guī)模最大、技術(shù)最全面、管理經(jīng)驗極為豐富的國家。

2016年7月，筆者在中車青島四方機車車輛股份有限公司（簡稱四方股份）考察了產(chǎn)品研發(fā)制造現(xiàn)場，包括101控制中心、虛擬現(xiàn)實中心、國家工程實驗室廠房以及北廠區(qū)動車組總組裝車間，對四方股份的技術(shù)體系創(chuàng)新成就留下了深刻印象。這里生產(chǎn)高鐵動車組的能力世界第一：每天可總裝出6輛車，即4天就可以生產(chǎn)3列8節(jié)編組的高速動車組。這里的高速滾動試驗臺，成功進行了著名的600千米/時以上的高速列車滾動試驗。四方股份秉承“1比7”的投資理念，即花1元錢引進技術(shù)，就配套投入7元錢進行自主創(chuàng)新。公司每年拿出銷售額的5%投入到科研，以保證研發(fā)的順利進行。這樣的正反饋機制，令越受到市場青睞的產(chǎn)品所獲得的創(chuàng)新力度越大。

在中車青島四方車輛研究所有限公司（簡稱四方所），筆者見證了名聞遐邇的高速動車組車鉤緩沖系統(tǒng)生產(chǎn)裝配線。兩列8節(jié)編組的高速動車組的兩節(jié)頭車就是通過它緊密地連接在一起。四方所自主研發(fā)的高速動車組車鉤緩沖系統(tǒng)品質(zhì)優(yōu)良、安全可靠、性價比高，已受到國內(nèi)外高鐵列車制造商的青睞，產(chǎn)量的40%供應國外市場，這一數(shù)值恰好是中國高鐵占全球高鐵的比例，說明該產(chǎn)品基本上實現(xiàn)了全覆蓋。預計2016年其銷售額可達6～8億元人民幣。

創(chuàng)新永遠在路上。為推進“一帶一路”國家戰(zhàn)略的實施，滿足國內(nèi)外的多元運輸需求，中國高鐵的科研工作者又在規(guī)劃新的征程：完善高鐵技術(shù)裝備的中國標準體系，自主研制高速磁浮系統(tǒng)集成技術(shù)并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，繼續(xù)研發(fā)節(jié)能高效的永磁同步牽引系統(tǒng)，創(chuàng)新研制雙層高速動車組，研制符合歐洲互聯(lián)互通標準的高鐵列車。中國高鐵未來的努力方向是成為“技術(shù)引領(lǐng)者”和“標準制定者”。

讓我們共同期待，更多技術(shù)先進、安全可靠的新型列車從中國源源不斷地駛向世界！

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