解析中国高铁成功“密码”

◎ 文 《法人》杂志全媒体 记者 李辽

专访中国中车股份有限公司科学家吴冬华

6月20日7点40分，京广高铁G66次列车从武汉站准点驶出，以每小时350公里的速度，一路风驰电掣，奔向北京西站，跑出了高速铁路商业运营的世界最高速。

▲“复兴号”整体设计和关键系统都是中国自主研发且具有完全自主知识产权 资料图片

从技术引进到“消化吸收”再到自主设计，中国已经建成具有自主知识产权的世界先进高铁技术体系，实现了从追赶到领跑的飞跃。中车青岛四方机车车辆股份有限公司（下称“中车四方股份公司”）作为中国中车股份有限公司（下称“中国中车”）旗下的核心企业，是中国高速列车产业化的主要制造基地之一，市场占有率近43%。7月3日，《法人》记者对中国中车科学家、中车四方股份公司副总工程师吴冬华进行了专访，就中国高速列车研制的历史、现状与未来规划进行了深入了解。

从无到有 消化吸收

中国早已迈入高铁时代，一条条列车犹如贴地飞行的“巨龙”，不断刷新着轨道交通的新速度。

“之前，中国对高速列车的研发并不是一片空白。”吴冬华告诉记者，作为中国高铁建设者他有幸参与了高速动车组从无到有、从追赶到领跑世界的全过程。“2004年之前是原始积累阶段，在这个时期，中国对高速铁路及高速列车技术进行了积极研究和探索。”吴冬华向记者介绍，2004年至2006年期间，中国引进时速200公里动车组。通过联合设计，根据我国国情和线路特点，做了110多项适应性改造，克服了引进产品的“水土不服”。

吴冬华当时是中车四方股份公司一名电气主管设计师，他与团队一起，对引进的车辆进行了相关适应性改造。2006年7月,他亲眼见证了中国首列CRH2型时速200公里的动车组成功下线。随后数月，该动车组进行了数万公里的线路测试。

自主研发 领跑世界

2006年，中车四方股份公司刚刚下线了时速200公里的高速列车，又把目光瞄向时速300公里以上的产品，启动了时速300公里～350公里动车组的研发。这一次，联合设计的方式被抛弃，中车四方股份公司开启了初步探索自主研发的阶段。

吴冬华当时负责电气系统研发，“电气系统包括高压、驱动、网络控制、制动控制等部分，我们把高压设备、牵引电机、变流器、网络控制及制动控制等，都进行了重新设计、架构和系统匹配，突破了制约速度提升的关键技术，在原有基础上进行了提升。”一年后，时速300公里～350公里的动车组研发成功。“在这个过程中，我们还开发出长大编组动车组和卧铺动车组。”吴冬华说。

2008年，当时的铁道部与科技部签署了《中国高速列车自主创新联合行动计划合作协议》，从国家层面支持中国高速列车生产企业进行自主创新。

“从2008年开始，通过两年技术攻关和大量线路试验研究，我们在高速动车组的九大关键技术和十大关键系统，进行了全面创新升级。”2010年12月3日，具有完全自主知识产权的CRH380A高速动车组在京沪高铁先导段创造了时速486.1公里的世界铁路运营试验最高速。

2010年至今，基于对前沿技术不断探索以及针对高铁不同运营需求，中国搭建了核心技术全面提升的谱系化平台，研制了更高速度试验列车、永磁高速动车组、耐高寒抗风沙动车组和“复兴号”动车组等系列化车型，持续丰富和完善了中国高速列车产品的谱系。

“复兴号”成功研制是中国高速列车领跑世界的关键一步。2012年，“复兴号”启动研发，2017年批量生产、投入使用。吴冬华表示，“复兴号”的部分技术指标达到了世界领先水平，在安全性、智能化、舒适性和经济性方面实现了大幅提升。

“复兴号”的领跑优势体现在哪些方面？吴冬华认为，首先，速度是非常重要的指标，“复兴号”350公里的时速依然是目前世界最高运营速度。“值得一提的是，‘复兴号’2017年在京沪高铁实现了时速350公里的商业运营，使中国成为世界上高铁商业运营速度最快的国家。”

“一列‘复兴号’机车，光零部件就有50多万个。如何保证所有零部件质量可靠，在合适位置发挥最佳性能，保证列车在全寿命周期内安全、平稳、可靠运行，是所有高速列车设计者都要面临的难题。”吴冬华表示，从2013年到2017年，中车四方股份公司从顶层技术指标确定到关键技术研究，从仿真分析到试验验证，将一个个设计方案变成可行的图纸，攻克了无数道技术难关。

CR400AF动车组因其专利车头设计，还有个非常中国的名字——“飞龙”。“中车四方股份公司最初设计了46个概念头型，最后优选出23个进入工业设计，又从中遴选出7个。经过海量的仿真计算、动模型试验、线路试验，最后终于敲定了‘飞龙’。”吴冬华称，相比之前的动车组，“飞龙”的运行阻力降低了12%，也就是说，当“复兴号”以时速350公里运行时，人均百公里能耗仅为3.8度电。这也意味着，“复兴号”往返一趟京沪比之前可节电5000多度。

舒适性指标也十分关键。“‘复兴号’噪声最低可达65分贝，在原来的CRH380A车型的基础上降低了4～6分贝。”据悉，中车四方股份公司在研发“复兴号”时，最初定的目标是降低3分贝以上。但小小的3分贝，却给研发人员带来了大大的难题。在长达一年多的试验中，研究团队做了3000多次针对不同材料和结构的隔音试验。

高速列车是众多高精尖技术的集大成者，是极端复杂的系统工程，共有十大系统，需要各个领域和各个专业人员的配合。吴冬华表示，设计研发高速列车的人都知道，高铁是试验出来的。在长达5年的研发时间中，“复兴号”共经历了503项仿真计算、5278项地面试验和2362项线路试验。吴冬华回忆：“特别是在线路试验期间，研发团队每天凌晨4点开始整备，白天跟车试验，晚上整理数据，几乎没睡过好觉。那段日子，大家最热时呆在接近50摄氏度的车厢里，最冷时则在零下20摄氏度的户外作业。”

智能舒适 高效低碳

吴冬华表示，动车组是载客装备，具有公共属性，天生对安全、可靠、稳定、舒适的要求非常高。“因此对设计人员形成了很多约束，我们需要辨识所有风险，这是我们在设计中一贯坚持的原则。”

在中国，高铁的吸引力越来越大，吴冬华认为这离不开高铁车辆服务性能的提升。“随着百姓生活水平的提高，人们对乘坐体验的要求越来越高，希望在高铁上能得到人性化的关怀、定制化的享受。”

虽已领跑世界，但如何持续领跑是高速列车研发人员一直追寻和思考的问题。吴冬华表示，结合国家战略，更智能、更低碳、更舒适、更高效的车辆是高速列车未来的发展方向。

据他介绍，今年在武汉站担当京武段高标运营首发的车辆，就是“复兴号”的“智能版”。该动车组融合了云计算、大数据、人工智能、5G等新技术，在智能服务、智能运维等方面实现了全面升级。“车厢具备智能照明、智能温控、自动语音播报、自动关门红外检测、智能交互等智能化服务功能，提升了旅客的出行体验。而长编组智能‘复兴号’设置了基于5G技术的WiFi系统，提供更优质移动网络服务。”

“新一代动车组应该具有更强大的智能感知、智能诊断功能。”吴冬华介绍，该车辆的安全监测项（点）增加了700多个，信息传输速率提高了100倍，开发了140余个故障预测与状态检修智能分析模型，实现了列车状态全息化感知、故障智能化诊断、车辆预测性维护。

在节能方面，智能“复兴号”更是成绩突出：人均百公里能耗降低7.9%；增加了灰水回收装置，节水17%以上；客室选用新型环保材料，更加绿色环保。

人类对速度的追求永无止境。作为久经沙场的高速列车设计师，吴冬华与团队正在研发时速600公里的高速磁浮交通系统，填补高铁与飞机两大交通工具之间的速度空白，为中国构建高速的综合立体交通体系贡献力量。

编审｜崔晓林

编辑｜白 馗

校对｜张 波 张雪慧

本文刊载于《法人》杂志2022年7月总第221期封面故事栏目

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