一根導(dǎo)線牽出中國速度 訪中鐵第六勘察設(shè)計院集團有限公司副總工程師、中鐵電化院首席專家王立天

撰文/王懿霖 美術(shù)編輯/丁國明 趙霞

Reporter's

notes

人物素描

在本年度國家科學(xué)技術(shù)獎勵大會上，天津市收獲頗豐。仔細(xì)查看獲獎名單，記者發(fā)現(xiàn)，在眾多獲獎項目中，完成單位是非科研院所的寥寥無幾，而以第一完成人獲獎的更是只有“高速鐵路用高強高導(dǎo)接觸網(wǎng)導(dǎo)線關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”這一項。

導(dǎo)線，大家都不陌生，就是用作電線電纜的材料。我們也都知道，科學(xué)技術(shù)進步獎主要鼓勵的是在技術(shù)研究、開發(fā)及創(chuàng)新推廣應(yīng)用方面的先進成果。這樣“常見”的事物，能獲得國家科技進步獎二等獎，肯定是“含金量”十足。

那這種導(dǎo)線到底有何特別之處？

“這是當(dāng)前世界最高水平的接觸網(wǎng)導(dǎo)線，標(biāo)志著我國高鐵接觸網(wǎng)技術(shù)達到世界領(lǐng)先水平。”為記者解釋疑惑的，正是該科研項目的第一完成人——中鐵第六勘察設(shè)計院集團有限公司副總工程師、中鐵電化院首席專家王立天。

“不過，這種導(dǎo)線現(xiàn)在也不算‘新鮮事’，因為我們早已將其規(guī)?；瘧?yīng)用了?！闭f這句話時，王立天的語氣明顯上揚，表情中帶著驕傲和自信。用時下的網(wǎng)絡(luò)熱詞來形容，這太“凡爾賽”了。的確，中國高鐵不僅是業(yè)內(nèi)人士的驕傲，更是每個國人的自豪。四通八達的高鐵路網(wǎng)，為人們的工作生活帶來諸多便利，更助推了經(jīng)濟社會的高速發(fā)展。京滬、京津、京張、成渝等高鐵線路上，復(fù)興號以時速350 公里飛馳著，不斷以實力刷新著“中國速度”。

“在15年前，這件事還是想都不敢想的?！弊鳛橐幻阼F路電氣化領(lǐng)域耕耘30 余載的專業(yè)技術(shù)人員，王立天是中國高鐵起步與發(fā)展的參與者和見證者。

生于1965年的王立天畢業(yè)于西南交通大學(xué)，本科畢業(yè)后，他順理成章地進入了原鐵道部電氣化工程局電化設(shè)計處工作?！叭肼毢螅冶环峙涞綄W(xué)校當(dāng)了半年老師，主講供電系統(tǒng)的課程?！边@段看似距離專業(yè)較遠(yuǎn)的教書經(jīng)歷，卻為王立天以后的發(fā)展打下了堅實基礎(chǔ)?！皞湔n就是一段自學(xué)的過程，作為老師，你不但要熟知基本知識，還要了解新技術(shù)?！庇谑?，除了課堂教學(xué)內(nèi)容外，王立天又將英文重新“撿了起來”。無論是日常用語，還是專業(yè)單詞，他都爛熟于心，聽、說、讀、寫哪一樣都不落下。王立天說，語言是對外交流的基礎(chǔ)，要想學(xué)習(xí)先進的技術(shù)，必須要過語言這一關(guān)。后來的事實證明，王立天沒有白費功夫，在中國高鐵建設(shè)與德國設(shè)計聯(lián)絡(luò)期間、在香港西部鐵路及將軍澳地鐵設(shè)計期間，他全程用流利的英文與外國專家交流溝通，不僅提高了效率，同時也獲得了更多的學(xué)習(xí)機會。

認(rèn)識王立天的人都“羨慕”他“進步得很快”，26 歲做到項目總體負(fù)責(zé)人，36 歲就成了中鐵電化院最年輕的總工程師。對此，王立天總是謙虛地用“命好”來回應(yīng)，“我遇到了好機會?！?/p>

可機會并不是誰都能穩(wěn)穩(wěn)地接住的。從書桌前挑燈夜讀地學(xué)習(xí)，到講臺上專業(yè)系統(tǒng)地分享；從無數(shù)的英文文獻查閱，到項目認(rèn)真負(fù)責(zé)地設(shè)計，十幾年的積累，在機會悄然而至?xí)r迸發(fā)出了力量。

2006年初，年僅41 歲的王立天作為原鐵道部電氣化專業(yè)的技術(shù)主談，帶領(lǐng)40 多位國內(nèi)同行專家就京津城際與外國專家展開談判。

“當(dāng)時，我們接到了國家發(fā)展高鐵的任務(wù)，口號是‘引進、消化吸收、再創(chuàng)新’，根據(jù)這個基本方略，京津城際邁出了代表‘引進’的第一步。”王立天告訴記者，高鐵時速的大幅提升，對接觸網(wǎng)導(dǎo)線提出了兩方面要求：一是更高的導(dǎo)電率，因為列車速度越高，所需牽引功率越大，這就要求導(dǎo)線能夠承載更大的電流；二是更高的強度，可以讓導(dǎo)線承受更大的張力，從而提高接觸網(wǎng)波動傳播速度，避免列車高速行駛時受電弓和接觸導(dǎo)線脫離引發(fā)電火花。但對于金屬材料而言，導(dǎo)電率和強度是負(fù)相關(guān)關(guān)系，這意味著，高導(dǎo)電率時往往強度不夠，高強度時卻又不能保證足夠的導(dǎo)電率。

“高鐵接觸網(wǎng)所使用導(dǎo)線的基本制式，是談判中需要確定下來的一項重要內(nèi)容。當(dāng)初有兩種方式可供選擇，一種是以德國和法國技術(shù)為代表的鎂銅導(dǎo)線，導(dǎo)電率62%、強度470 兆帕，另一種是以日本技術(shù)為代表的的銅包鋼導(dǎo)線，導(dǎo)電率50%、強度580 兆帕?！蓖趿⑻旎貞浾f，根據(jù)我國規(guī)劃建設(shè)高鐵的特點——速度高、密度大、編組大，談判中傾向于采用鎂銅導(dǎo)線。

就當(dāng)大家按照這一方向穩(wěn)步推進時，日本一家企業(yè)拋出了一個令人無法抗拒的全新方案——數(shù)據(jù)指標(biāo)達到了導(dǎo)電率76%、強度531 兆帕。

“這個數(shù)據(jù)在當(dāng)時用‘夸張’來形容毫不為過，方案一出，大家眼里都冒了光。”

中國談判組開始向新方案作最大限度的傾斜。然而，日本企業(yè)卻以價格、技術(shù)等各方面借口來回牽制。一個月的談判下來，對方不僅不答應(yīng)轉(zhuǎn)讓相關(guān)的技術(shù)，甚至連一小段樣品都不同意出售。

“沒有辦法，我們只能回到此前的鎂銅導(dǎo)線方案。”回憶那次談判的經(jīng)歷，王立天仍然難掩憤懣，“真正的核心技術(shù)，國外不可能轉(zhuǎn)讓給我們，雖然談判時他們對作為買方的我們表現(xiàn)得非?？蜌?，但長期接觸中能感覺得到，他們打心底對我們有一種輕視。”

談判雖然結(jié)束了，而這根導(dǎo)線卻在王立天心里打了“死結(jié)”。只要一有機會，他就向國外同行打聽導(dǎo)線相關(guān)技術(shù)的情況。同時，他自己也通讀了大量的國際期刊、論文，確認(rèn)了這種導(dǎo)線確實存在，只不過當(dāng)時仍在實驗室階段，所以不能對外公開。

了解到“內(nèi)幕”后，王立天既興奮又激動，斗志也瞬時被點燃了，“我一定要做出屬于中國的高強高導(dǎo)導(dǎo)線！”

研讀了大量的資料后，王立天首先確認(rèn)了外方所提出的高強高導(dǎo)導(dǎo)線主要材料為鉻鋯銅合金，他同時也發(fā)現(xiàn)，受技術(shù)限制該導(dǎo)線難以規(guī)模量產(chǎn)?！捌鋵?，鉻鋯銅合金并不是一種新型材料，但主要應(yīng)用于制造開關(guān)觸頭、電機電刷等方面，天然具有耐腐蝕、防燒蝕的特性，所以以往從未應(yīng)用于長度達到1500 米以上的導(dǎo)線生產(chǎn)?！泵鞔_了目標(biāo)，王立天開始朝著這一方向邁進。他發(fā)動一切社會關(guān)系，形成了一個產(chǎn)學(xué)研合作的“同盟”，其中，既有作為實際需求集成方的設(shè)計院，也有負(fù)責(zé)技術(shù)指導(dǎo)的高校教授，還有負(fù)責(zé)最終生產(chǎn)的企業(yè)家。

2007年10月，浙江大學(xué)孟亮教授在實驗室完成了樣品的研發(fā)，測試數(shù)據(jù)達到了導(dǎo)電率80%、強度600兆帕?！斑@比當(dāng)初談判時外方企業(yè)提供的數(shù)據(jù)還要好，接到孟亮教授的電話，我興奮得一晚上沒睡。”可當(dāng)時的王立天卻不知道，自己高興得太早了——從樣品到后續(xù)成規(guī)模大批量生產(chǎn)，遠(yuǎn)比他想象的要更為坎坷，而隨后一次又一次的失敗，讓整個團隊幾乎瀕臨崩潰解散。

為解決遇到的各類問題，王立天自學(xué)了大量的化學(xué)、合金材料等方面的著作和論文，領(lǐng)導(dǎo)研發(fā)團隊不斷設(shè)計完善工裝設(shè)備和生產(chǎn)流程。這期間，連他自己也記不清熬了多少個夜晚，經(jīng)歷了多少次失敗。

兩年過去了，大家看不到希望，一部分人選擇了放棄，甚至連企業(yè)的總工程師都辭職了。仍然堅守的團隊里也出現(xiàn)了質(zhì)疑的聲音：國外做了近20年都沒能做成，我們真的行嗎？

“那是一段‘灰色時光’。”王立天坦言，“當(dāng)時心理壓力非常大，大量人力、資金和時間的投入，好像一個‘無底洞’，看不到一絲光亮，我們的孟亮教授甚至因為過度勞累患了腦梗，至今還有癱瘓后遺癥?！?/p>

在王立天苦苦的堅持下，“機會”再一次悄然而至。“一次試驗過程中，我們遇到了事故，結(jié)晶器漏水了。操作人員跑過來說，要趕緊停爐作業(yè)并撤離現(xiàn)場，否則其引發(fā)的爆炸會將整個廠房夷為平地。”

就在大家準(zhǔn)備到冶煉爐觀察結(jié)晶器漏水情況時，王立天倏地發(fā)現(xiàn)，漏水后產(chǎn)出的導(dǎo)線光滑平整。

“好像成了！”王立天一把拽住在旁邊觀察的總經(jīng)理張進東，幾個人屏氣凝神，仔細(xì)確認(rèn)，和沒漏水前引出的表面粗糙存在裂紋的坯桿比較，新引出的坯桿表面光滑無裂紋。

“現(xiàn)在這樣還能堅持多久？”王立天急忙問。

“最多10 分鐘，絕對不能再長了?！?/p>

“好，那我們就賭一把！”

在經(jīng)歷了猶如一個世紀(jì)一樣長的10 分鐘后，高強高導(dǎo)導(dǎo)線量產(chǎn)的關(guān)鍵難題終于解開了。

“有時大家還會開玩笑說，這導(dǎo)線是拿命換來的?！蓖趿⑻煨χ隽藥讖堈掌?，“你看，這是京滬高鐵先導(dǎo)段進行聯(lián)調(diào)聯(lián)試和綜合試驗的現(xiàn)場，最高運營時速達到了創(chuàng)紀(jì)錄的486.1 公里，這結(jié)果一出來，什么苦啊累啊的，全都忘了，心里就是高興、痛快，我們終于不再受制于人了！”

若不是親歷者的分享，我們很難想象一根導(dǎo)線背后竟有如此“驚心動魄”的瞬間，更不會知道它的“誕生”會有如此重要的使命和意義。

如今，王立天團隊所研發(fā)的系列導(dǎo)線產(chǎn)品已在京滬、武廣等30 多條線路上使用，覆蓋運營里程超過1.3 萬公里，牽動著三分之一中國高鐵的運行。與此同時，因?qū)Ь€的國產(chǎn)化替代，減少了工程造價逾100 億元。

回顧這段經(jīng)歷，王立天總結(jié)道：“成功的關(guān)鍵，在于專注和堅持?！钡拇_，很多人其實并不是沒有機會，只不過他們在很多時候選擇了放棄。也只有嘗過晨興夜寐的苦、失之交臂的酸，才能真正體味到成功的甜。

Exclusive

dialogue

獨家對話

記者：除了高強高導(dǎo)導(dǎo)線外，高鐵的哪些方面是您近年來的研究重點？

王立天：除了導(dǎo)線外，我關(guān)注的重點還有讓雷電遠(yuǎn)離高鐵和軌道交通。以2008年第一條設(shè)計時速350 公里的京津城際鐵路建成運營為標(biāo)志，我國目前已成功建設(shè)了世界上規(guī)模最大、現(xiàn)代化水平最高的高速鐵路網(wǎng)。據(jù)統(tǒng)計，到2020年底，我國高鐵運營里程達到3.79 萬公里，占世界高鐵總里程的69%。由于我國目前高鐵線路集中分布在東部、東南部和南部等雷電多發(fā)地區(qū)，并且大量的接觸網(wǎng)敷設(shè)在高架橋上，像京滬高鐵、武廣高鐵等主干線路，高架橋路段占比甚至超過80%。這讓雷電災(zāi)害成為高鐵發(fā)展過程中必須重視的一個大問題。雷擊導(dǎo)致的跳閘，會使列車大面積晚點和停運，擾亂高鐵的正常運輸秩序，進而造成更大的經(jīng)濟損失和社會負(fù)面影響。

在高鐵研究的先發(fā)國家，如德國、日本、法國、西班牙等，由于高鐵線路所處地區(qū)雷電活動相對較弱，對高鐵的雷電防護并沒有深入的研究，因此也沒有太多的經(jīng)驗可供中國借鑒。對此，我們研發(fā)團隊聯(lián)合國內(nèi)頂尖研究院所，從基礎(chǔ)研究著手，進行了全過程仿真模擬。不僅如此，我們還在保定到天津段的高鐵線路上，模擬雷電沖擊，進行了多次現(xiàn)場試驗，積累了大量的寶貴數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上，我們還研發(fā)了專用防護裝置，并制定了《高速鐵路牽引供電系統(tǒng)雷電防護技術(shù)導(dǎo)則》的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。如今，我們的研發(fā)成果在高鐵得到廣泛應(yīng)用，雷電跳閘率減少80%。與此同時，針對城市軌道交通工程供電系統(tǒng)高架橋及地面的雷電災(zāi)害，我們團隊研究出了具有針對性的雷電防護設(shè)備和防護設(shè)計方法，編寫了《軌道交通直流架空接觸網(wǎng)雷電防護導(dǎo)則》的國家標(biāo)準(zhǔn)。

記者：就目前的高鐵實際需求來看，您未來的研發(fā)重點有哪些？

王立天：今年7月20日，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的我國時速600 公里高速磁浮交通系統(tǒng)成功下線，這也是世界首套設(shè)計時速達600 公里的高速磁浮交通系統(tǒng)。這一項目的亮相，引發(fā)了國內(nèi)外熱議。其實，早在2003年，我就參加并完成了863 計劃“高速磁懸浮交通技術(shù)”重大專項的子課題研究，并編著了《高速磁懸浮牽引供電系統(tǒng)》一書。2016年，我被聘為國家重點研發(fā)計劃“先進軌道交通”重點專項總體專家組成員，同時擔(dān)任“磁浮交通系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)”項目的首席責(zé)任專家，代表科技部高技術(shù)研究發(fā)展中心監(jiān)督該項研究工作。

因為全程參與過高鐵、城市軌道交通以及磁浮列車電氣化的設(shè)計，所以我對我國軌道交通未來的發(fā)展，有一些自己的看法。

有關(guān)資料顯示，預(yù)計到2025年，全國高鐵里程將達到5 萬公里。我認(rèn)為，未來部分新建高鐵路線的運營時速可能達到400 公里；但如果速度再快，將導(dǎo)致電能消耗過高，經(jīng)濟上不太可行。同時，在新建項目上，將采用更多鉻鋯銅導(dǎo)線這樣的綠色節(jié)能產(chǎn)品。而磁浮列車，它是對高鐵、飛機的一種補充，能夠更有效地加強城市群的聯(lián)系，例如長三角、港珠澳大灣區(qū)等。目前來看，高速磁浮列車更多地是作為一種前瞻性技術(shù)研發(fā)，同時又有很強的技術(shù)擴散可能，未來到底怎么運用，更主要的是看具體社會需求。

另外，我還有一個關(guān)注重點，就是在高鐵建設(shè)施工方面，接觸網(wǎng)的吊弦、腕臂以往都需要工人現(xiàn)場安裝，如今已經(jīng)出現(xiàn)了預(yù)配機器人可以在工廠完成。我認(rèn)為，今后更加智能化的機器人將能夠完成接觸網(wǎng)施工、維修，這也是產(chǎn)業(yè)升級發(fā)展的一個趨勢。