解析中國(guó)高鐵成功“密碼”

李遼

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

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

從無(wú)到有消化吸收

中國(guó)早已邁入高鐵時(shí)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(guó)對(duì)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(guó)高鐵建設(shè)者他有幸參與了高速動(dòng)車組從無(wú)到有、從追趕到領(lǐng)跑世界的全過(guò)程。“2004年之前是原始積累階段，在這個(gè)時(shí)期，中國(guó)對(duì)高速鐵路及高速列車技術(shù)進(jìn)行了積極研究和探索。”吳冬華向記者介紹，2004年至2006年期間，中國(guó)引進(jìn)時(shí)速200公里動(dòng)車組。通過(guò)聯(lián)合設(shè)計(jì)，根據(jù)我國(guó)國(guó)情和線路特點(diǎn)，做了110多項(xiàng)適應(yīng)性改造，克服了引進(jìn)產(chǎn)品的“水土不服”。

吳冬華當(dāng)時(shí)是中車四方股份公司一名電氣主管設(shè)計(jì)師，他與團(tuán)隊(duì)一起，對(duì)引進(jìn)的車輛進(jìn)行了相關(guān)適應(yīng)性改造。2006年7月 ， 他親眼見(jiàn)證了中國(guó)首列 CRH2型時(shí)速200公里的動(dòng)車組成功下線。隨后數(shù)月，該動(dòng)車組進(jìn)行了數(shù)萬(wàn)公里的線路測(cè)試。

自主研發(fā) 領(lǐng)跑世界

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

吳冬華當(dāng)時(shí)負(fù)責(zé)電氣系統(tǒng)研發(fā)，“電氣系統(tǒng)包括高壓、驅(qū)動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)控制、制動(dòng)控制等部分，我們把高壓設(shè)備、牽引電機(jī)、變流器、網(wǎng)絡(luò)控制及制動(dòng)控制等，都進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)、架構(gòu)和系統(tǒng)匹配，突破了制約速度提升的關(guān)鍵技術(shù)，在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行了提升。”一年后，時(shí)速300公里～350公里的動(dòng)車組研發(fā)成功。“在這個(gè)過(guò)程中，我們還開(kāi)發(fā)出長(zhǎng)大編組動(dòng)車組和臥鋪動(dòng)車組。”吳冬華說(shuō)。

2008年，當(dāng)時(shí)的鐵道部與科技部簽署了《中國(guó)高速列車自主創(chuàng)新聯(lián)合行動(dòng)計(jì)劃合作協(xié)議》，從國(guó)家層面支持中國(guó)高速列車生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行自主創(chuàng)新。

“從2008年開(kāi)始，通過(guò)兩年技術(shù)攻關(guān)和大量線路試驗(yàn)研究，我們?cè)诟咚賱?dòng)車組的九大關(guān)鍵技術(shù)和十大關(guān)鍵系統(tǒng)，進(jìn)行了全面創(chuàng)新升級(jí)。”2010年12月3日，具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的 CRH380A 高速動(dòng)車組在京滬高鐵先導(dǎo)段創(chuàng)造了時(shí)速486.1公里的世界鐵路運(yùn)營(yíng)試驗(yàn)最高速。

2010年至今，基于對(duì)前沿技術(shù)不斷探索以及 針對(duì)高鐵不同運(yùn)營(yíng)需求，中國(guó)搭建了核心技術(shù)全面 提升的譜系化平臺(tái)，研制了更高速度試驗(yàn)列車、永 磁高速動(dòng)車組、耐高寒抗風(fēng)沙動(dòng)車組和“復(fù)興號(hào)”動(dòng)車組等系列化車型，持續(xù)豐富和完善了中國(guó)高速 列車產(chǎn)品的譜系。

“復(fù)興號(hào)”成功研制是中國(guó)高速列車領(lǐng)跑世界 的關(guān)鍵一步。2012年，“復(fù)興號(hào)”啟動(dòng)研發(fā)，2017 年批量生產(chǎn)、投入使用。吳冬華表示，“復(fù)興號(hào)”的部分技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了世界領(lǐng)先水平，在安全性、智能化、舒適性和經(jīng)濟(jì)性方面實(shí)現(xiàn)了大幅提升。

“復(fù)興號(hào)”的領(lǐng)跑優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在哪些方面？吳冬華認(rèn)為，首先，速度是非常重要的指標(biāo)，“復(fù)興號(hào)”350公里的時(shí)速依然是目前世界最高運(yùn)營(yíng)速度。“值得一提的是，‘復(fù)興號(hào)’2017年在京滬高鐵實(shí)現(xiàn)了時(shí)速350公里的商業(yè)運(yùn)營(yíng)，使中國(guó)成為世界上高鐵商業(yè)運(yùn)營(yíng)速度最快的國(guó)家。”

“一列‘復(fù)興號(hào)’機(jī)車，光零部件就有50多萬(wàn)個(gè)。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(yùn)行，是所有高速列車設(shè)計(jì)者都要面臨的難題。”吳冬華表示，從2013年到2017年，中車四方股 份公司從頂層技術(shù)指標(biāo)確定到關(guān)鍵技術(shù)研究，從仿 真分析到試驗(yàn)驗(yàn)證，將一個(gè)個(gè)設(shè)計(jì)方案變成可行的 圖紙，攻克了無(wú)數(shù)道技術(shù)難關(guān)。

CR400AF 動(dòng)車組因其專利車頭設(shè)計(jì)，還有個(gè) 非常中國(guó)的名字——“飛龍”。“中車四方股份公司 最初設(shè)計(jì)了46個(gè)概念頭型，最后優(yōu)選出23個(gè)進(jìn) 入工業(yè)設(shè)計(jì)，又從中遴選出7個(gè)。經(jīng)過(guò)海量的仿 真計(jì)算、動(dòng)模型試驗(yàn)、線路試驗(yàn)，最后終于敲定了 ‘飛龍’。”吳冬華稱，相比之前的動(dòng)車組，“飛龍”的運(yùn)行阻力降低了12%，也就是說(shuō)，當(dāng)“復(fù)興號(hào)”以時(shí)速350公里運(yùn)行時(shí)，人均百公里能耗僅為3.8 度電。這也意味著，“復(fù)興號(hào)”往返一趟京滬比之 前可節(jié)電5000多度。

舒適性指標(biāo)也十分關(guān)鍵。“‘復(fù)興號(hào)’噪聲最低可達(dá)65分貝，在原來(lái)的 CRH380A 車型的基礎(chǔ)上降低了4～6分貝。”據(jù)悉，中車四方股份公司在研發(fā)“復(fù)興號(hào)”時(shí)，最初定的目標(biāo)是降低3分貝以上。但小小的3分貝，卻給研發(fā)人員帶來(lái)了大大的難題。在長(zhǎng)達(dá)一年多的試驗(yàn)中，研究團(tuán)隊(duì)做了3000多次針對(duì)不同材料和結(jié)構(gòu)的隔音試驗(yàn)。

高速列車是眾多高精尖技術(shù)的集大成者，是極端復(fù)雜的系統(tǒng)工程，共有十大系統(tǒng)，需要各個(gè)領(lǐng)域和各個(gè)專業(yè)人員的配合。吳冬華表示，設(shè)計(jì)研發(fā)高速列車的人都知道，高鐵是試驗(yàn)出來(lái)的。在長(zhǎng)達(dá)5年的研發(fā)時(shí)間中，“復(fù)興號(hào)”共經(jīng)歷了503項(xiàng)仿真計(jì)算、5278項(xiàng)地面試驗(yàn)和2362項(xiàng)線路試驗(yàn)。吳冬華回憶：“特別是在線路試驗(yàn)期間，研發(fā)團(tuán)隊(duì)每天凌晨4點(diǎn)開(kāi)始整備，白天跟車試驗(yàn)，晚上整理數(shù)據(jù)，幾乎沒(méi)睡過(guò)好覺(jué)。那段日子，大家最熱時(shí)呆在接近50攝氏度的車廂里，最冷時(shí)則在零下20攝氏度的戶外作業(yè)。”

智能舒適 高效低碳

吳冬華表示，動(dòng)車組是載客裝備，具有公共屬性，天生對(duì)安全、可靠、穩(wěn)定、舒適的要求非常高。“因此對(duì)設(shè)計(jì)人員形成了很多約束，我們需要辨識(shí)所有風(fēng)險(xiǎn)，這是我們?cè)谠O(shè)計(jì)中一貫堅(jiān)持的原則。”

在中國(guó)，高鐵的吸引力越來(lái)越大，吳冬華認(rèn)為這離不開(kāi)高鐵車輛服務(wù)性能的提升。“隨著百姓生活水平的提高，人們對(duì)乘坐體驗(yàn)的要求越來(lái)越高，希望在高鐵上能得到人性化的關(guān)懷、定制化的享受。”

雖已領(lǐng)跑世界，但如何持續(xù)領(lǐng)跑是高速列車研發(fā)人員一直追尋和思考的問(wèn)題。吳冬華表示，結(jié)合國(guó)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(lái)的發(fā)展方向。

據(jù)他介紹，今年在武漢站擔(dān)當(dāng)京武段高標(biāo)運(yùn)營(yíng)首發(fā)的車輛，就是“復(fù)興號(hào)”的“智能版”。該動(dòng)車組融合了云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、5G 等新技術(shù)，在智能服務(wù)、智能運(yùn)維等方面實(shí)現(xiàn)了全面升級(jí)。“車廂具備智能照明、智能溫控、自動(dòng)語(yǔ)音播報(bào)、自動(dòng)關(guān)門紅外檢測(cè)、智能交互等智能化服務(wù)功能，提升了旅客的出行體驗(yàn)。而長(zhǎng)編組智能‘復(fù)興號(hào)’設(shè)置了基于5G 技術(shù)的 WiFi 系統(tǒng)，提供更優(yōu)質(zhì)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。”

“新一代動(dòng)車組應(yīng)該具有更強(qiáng)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(cè)項(xiàng)（點(diǎn)）增加了700多個(gè)，信息傳輸速率提高了100倍，開(kāi)發(fā)了140余個(gè)故障預(yù)測(cè)與狀態(tài)檢修智能分析模型，實(shí)現(xiàn)了列車狀態(tài)全息化感知、故障智能化診斷、車輛預(yù)測(cè)性維護(hù)。

在節(jié)能方面，智能“復(fù)興號(hào)”更是成績(jī)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(duì)速度的追求永無(wú)止境。作為久經(jīng)沙場(chǎng)的高速列車設(shè)計(jì)師，吳冬華與團(tuán)隊(duì)正在研發(fā)時(shí)速600公里的高速磁浮交通系統(tǒng)，填補(bǔ)高鐵與飛機(jī)兩大交通工具之間的速度空白，為中國(guó)構(gòu)建高速的綜合立體交通體系貢獻(xiàn)力量。