解析中國高鐵成功“密碼”

李遼

6月20日7點40分，京廣高鐵 G66次列車從武漢站準點駛出，以每小時350公里的速度，一路風馳電掣，奔向北京西站，跑出了高速鐵路商業(yè)運營的世界最高速。

從技術(shù)引進到“消化吸收”再到自主設計，中國已經(jīng)建成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的世界先進高鐵技術(shù)體系，實現(xiàn)了從追趕到領跑的飛躍。中車青島四方機車車輛股份有限公司（下稱“中車四方股份公司”）作為中國中車股份有限公司（下稱“中國中車”）旗下的核心企業(yè)，是中國高速列車產(chǎn)業(yè)化的主要制造基地之一，市場占有率近43%。7月3日，《法人》記者對中國中車科學家、中車四方股份公司副總工程師吳冬華進行了專訪，就中國高速列車研制的歷史、現(xiàn)狀與未來規(guī)劃進行了深入了解。

從無到有消化吸收

中國早已邁入高鐵時代，一條條列車猶如貼地飛行的“巨龍”，不斷刷新著軌道交通的新速度。

“之前，中國對高速列車的研發(fā)并不是一片空白。”吳冬華告訴記者，作為中國高鐵建設者他有幸參與了高速動車組從無到有、從追趕到領跑世界的全過程?！?004年之前是原始積累階段，在這個時期，中國對高速鐵路及高速列車技術(shù)進行了積極研究和探索?！眳嵌A向記者介紹，2004年至2006年期間，中國引進時速200公里動車組。通過聯(lián)合設計，根據(jù)我國國情和線路特點，做了110多項適應性改造，克服了引進產(chǎn)品的“水土不服”。

吳冬華當時是中車四方股份公司一名電氣主管設計師，他與團隊一起，對引進的車輛進行了相關適應性改造。2006年7月 ， 他親眼見證了中國首列 CRH2型時速200公里的動車組成功下線。隨后數(shù)月，該動車組進行了數(shù)萬公里的線路測試。

自主研發(fā) 領跑世界

2006年，中車四方股份公司剛剛下線了時速200公里的高速列車，又把目光瞄向時速300公里以上的產(chǎn)品，啟動了時速300公里～350公里動車組的研發(fā)。這一次，聯(lián)合設計的方式被拋棄，中車四方股份公司開啟了初步探索自主研發(fā)的階段。

吳冬華當時負責電氣系統(tǒng)研發(fā)，“電氣系統(tǒng)包括高壓、驅(qū)動、網(wǎng)絡控制、制動控制等部分，我們把高壓設備、牽引電機、變流器、網(wǎng)絡控制及制動控制等，都進行了重新設計、架構(gòu)和系統(tǒng)匹配，突破了制約速度提升的關鍵技術(shù)，在原有基礎上進行了提升?！币荒旰?，時速300公里～350公里的動車組研發(fā)成功?！霸谶@個過程中，我們還開發(fā)出長大編組動車組和臥鋪動車組。”吳冬華說。

2008年，當時的鐵道部與科技部簽署了《中國高速列車自主創(chuàng)新聯(lián)合行動計劃合作協(xié)議》，從國家層面支持中國高速列車生產(chǎn)企業(yè)進行自主創(chuàng)新。

“從2008年開始，通過兩年技術(shù)攻關和大量線路試驗研究，我們在高速動車組的九大關鍵技術(shù)和十大關鍵系統(tǒng)，進行了全面創(chuàng)新升級?！?010年12月3日，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的 CRH380A 高速動車組在京滬高鐵先導段創(chuàng)造了時速486.1公里的世界鐵路運營試驗最高速。

2010年至今，基于對前沿技術(shù)不斷探索以及 針對高鐵不同運營需求，中國搭建了核心技術(shù)全面 提升的譜系化平臺，研制了更高速度試驗列車、永 磁高速動車組、耐高寒抗風沙動車組和“復興號”動車組等系列化車型，持續(xù)豐富和完善了中國高速 列車產(chǎn)品的譜系。

“復興號”成功研制是中國高速列車領跑世界 的關鍵一步。2012年，“復興號”啟動研發(fā)，2017 年批量生產(chǎn)、投入使用。吳冬華表示，“復興號”的部分技術(shù)指標達到了世界領先水平，在安全性、智能化、舒適性和經(jīng)濟性方面實現(xiàn)了大幅提升。

“復興號”的領跑優(yōu)勢體現(xiàn)在哪些方面？吳冬華認為，首先，速度是非常重要的指標，“復興號”350公里的時速依然是目前世界最高運營速度?！爸档靡惶岬氖牵畯团d號’2017年在京滬高鐵實現(xiàn)了時速350公里的商業(yè)運營，使中國成為世界上高鐵商業(yè)運營速度最快的國家?！?/p>

“一列‘復興號’機車，光零部件就有50多萬個。如何保證所有零部件質(zhì)量可靠，在合適位置發(fā)揮最 佳性能，保證列車在全壽命周期內(nèi)安全、平穩(wěn)、可 靠運行，是所有高速列車設計者都要面臨的難題?！眳嵌A表示，從2013年到2017年，中車四方股 份公司從頂層技術(shù)指標確定到關鍵技術(shù)研究，從仿 真分析到試驗驗證，將一個個設計方案變成可行的 圖紙，攻克了無數(shù)道技術(shù)難關。

CR400AF 動車組因其專利車頭設計，還有個 非常中國的名字——“飛龍”?！爸熊囁姆焦煞莨?最初設計了46個概念頭型，最后優(yōu)選出23個進 入工業(yè)設計，又從中遴選出7個。經(jīng)過海量的仿 真計算、動模型試驗、線路試驗，最后終于敲定了 ‘飛龍’?！眳嵌A稱，相比之前的動車組，“飛龍”的運行阻力降低了12%，也就是說，當“復興號”以時速350公里運行時，人均百公里能耗僅為3.8 度電。這也意味著，“復興號”往返一趟京滬比之 前可節(jié)電5000多度。

舒適性指標也十分關鍵?！啊畯团d號’噪聲最低可達65分貝，在原來的 CRH380A 車型的基礎上降低了4～6分貝。”據(jù)悉，中車四方股份公司在研發(fā)“復興號”時，最初定的目標是降低3分貝以上。但小小的3分貝，卻給研發(fā)人員帶來了大大的難題。在長達一年多的試驗中，研究團隊做了3000多次針對不同材料和結(jié)構(gòu)的隔音試驗。

高速列車是眾多高精尖技術(shù)的集大成者，是極端復雜的系統(tǒng)工程，共有十大系統(tǒng)，需要各個領域和各個專業(yè)人員的配合。吳冬華表示，設計研發(fā)高速列車的人都知道，高鐵是試驗出來的。在長達5年的研發(fā)時間中，“復興號”共經(jīng)歷了503項仿真計算、5278項地面試驗和2362項線路試驗。吳冬華回憶：“特別是在線路試驗期間，研發(fā)團隊每天凌晨4點開始整備，白天跟車試驗，晚上整理數(shù)據(jù)，幾乎沒睡過好覺。那段日子，大家最熱時呆在接近50攝氏度的車廂里，最冷時則在零下20攝氏度的戶外作業(yè)?！?/p>

智能舒適 高效低碳

吳冬華表示，動車組是載客裝備，具有公共屬性，天生對安全、可靠、穩(wěn)定、舒適的要求非常高。“因此對設計人員形成了很多約束，我們需要辨識所有風險，這是我們在設計中一貫堅持的原則?！?/p>

在中國，高鐵的吸引力越來越大，吳冬華認為這離不開高鐵車輛服務性能的提升?！半S著百姓生活水平的提高，人們對乘坐體驗的要求越來越高，希望在高鐵上能得到人性化的關懷、定制化的享受?！?/p>

雖已領跑世界，但如何持續(xù)領跑是高速列車研發(fā)人員一直追尋和思考的問題。吳冬華表示，結(jié)合國家戰(zhàn)略，更智能、更低碳、更舒適、更高效的車輛是高速列車未來的發(fā)展方向。

據(jù)他介紹，今年在武漢站擔當京武段高標運營首發(fā)的車輛，就是“復興號”的“智能版”。該動車組融合了云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、5G 等新技術(shù)，在智能服務、智能運維等方面實現(xiàn)了全面升級?！败噹邆渲悄苷彰?、智能溫控、自動語音播報、自動關門紅外檢測、智能交互等智能化服務功能，提升了旅客的出行體驗。而長編組智能‘復興號’設置了基于5G 技術(shù)的 WiFi 系統(tǒng)，提供更優(yōu)質(zhì)移動網(wǎng)絡服務?！?/p>

“新一代動車組應該具有更強大的智能感知、智能診斷功能。”吳冬華介紹，該車輛的安全監(jiān)測項（點）增加了700多個，信息傳輸速率提高了100倍，開發(fā)了140余個故障預測與狀態(tài)檢修智能分析模型，實現(xiàn)了列車狀態(tài)全息化感知、故障智能化診斷、車輛預測性維護。

在節(jié)能方面，智能“復興號”更是成績突出：人均百公里能耗降低7.9%;增加了灰水回收裝置，節(jié)水17%以上;客室選用新型環(huán)保材料，更加綠色環(huán)保。

人類對速度的追求永無止境。作為久經(jīng)沙場的高速列車設計師，吳冬華與團隊正在研發(fā)時速600公里的高速磁浮交通系統(tǒng)，填補高鐵與飛機兩大交通工具之間的速度空白，為中國構(gòu)建高速的綜合立體交通體系貢獻力量。