从高铁先进技术的追赶者到引领者

孙章

据德国《世界报》网站报道，一项最新调查表明，2016年中国中车集团公司在全球高铁市场占据69%的份额，而在2007年之前，高铁市场完全被欧洲（主要是法、德两国）与日本的公司垄断。从2004年中国开始全面引进国外高铁动车组技术算起，至今不过12年，中国已从高铁先进技术的追赶者，成功转身成为高铁先进技术装备的提供者，进而向高铁先进技术的引领者迈进。

2016年8月15日6时10分，G8041次列车驶出大连北站，沿大连至哈尔滨高速铁路开行，于7点57分到达沈阳站。这是我国自行设计研制、拥有全面自主知识产权的中国标准高铁动车组的首次载客运行。在此之前的7月15日11时20分，两列中国标准高铁动车组以420千米的时速，在郑（州）徐（州）高速铁路上完成了相距只有1.6米的交会，此次试验证明两辆高铁动车组列车之间能承受巨大的压力波。这是拟投入运营的高铁动车组列车在世界上首次实现时速420千米的交会和重联运行。此次运营试验标志中国已全面掌握高铁核心技术，高铁动车组技术实现全面自主化、标准化，反映出中国高铁的总体技术水平已跻身世界先进行列，部分技术达到世界领先水平。

世界高铁技术装备的引进及发展

放眼世界，除日、法、德等高铁技术的原创国家外，引进高铁先进技术装备的国家和地区主要有四例：中国、西班牙、韩国以及中国台湾地区。

西班牙的高铁技术开始采用法国高铁（TGV）的技术，西班牙是TGV技术输出的第一个国家；后引进了德国城际快车（ICE）的技术，后期西班牙研制出Talgo250、Talgo350等高速列车。其高铁列车AVE在1992年投入运营，最高运营时速达300千米，高速线路总长2225千米，制造商为阿尔斯通、西门子、塔尔高等公司。引进消化吸收后，西班牙的高铁技术装备已能少量出口。

韩国也引进了法国的高铁技术，其高铁列车KTX于2004年投入使用，其最高运营时速达300千米，高速线路总长412千米，主要制造商为阿尔斯通公司。韩国在引进消化吸收后再创新，形成了自己的品牌，现在已能出口高铁技术装备。

中国台湾地区原先引进的是德国西门子的高铁技术，后改为日本新干线技术，其高铁列车THSR于2007年投入使用，最高时速为300千米，高速线路总长345千米，制造商为川崎重工。由于日方并未进行技术转让，因此出现问题后需依靠日方或第三方机构的调解和帮助。

列车速度及动力特点

列车速度主要分为最高试验速度、最高运营试验速度、最高运营速度、平均速度和旅行速度等五种，而高速铁路的知识产权与最高运营速度密切相关。

最高试验速度是指列车性能发挥到极限时所能达到的速度。然而，最高试验速度是在理想条件下进行的，与商业运营环境大不相同，是实际很难达到的速度。例如，法国TGV高速列车曾于2007年4月3日创造574.8千米/时的最高试验速度，这次试验是在条件最好的平直线路段上进行的，供电电压提高到3.1万伏，列车车轮的直径则加大到1米以上。

最高运营试验速度是指拟投入运营的列车在即将投入运营或已投入运营的高铁线路上所能达到的最高速度。2010年12月3日，中国CRH380A高速动车组在京沪高铁线路上创造的486.1千米/时，是目前世界上铁路运营试验速度最高纪录。

最高运营速度是指列车在实际商业运营中允许达到的最高运行速度，用以判别高速铁路（列车）和普速铁路（列车）。我国一般把最高运营速度在200千米/时及以上的列车称为高速列车。最高运营速度是衡量铁路综合技术水平的总体性指标，反映了一条铁路的固定设施（轨道及轨下基础以及桥梁隧道等）、移动设备（车辆）、控制系统（信号及通信）等的综合集成水平。我国引进的原型车的最高运营速度不超过320千米/时，因此在研制最高运营速度为380千米/时及以上的中国标准高速动车组时，总体上不存在知识产权争议。这样的技术装备即使出口到国外，任何一家公司都不可能提出侵犯知识产权的诉讼。

平均速度就是列车运行距离除以列车运行时间（不计中途停站时间），这其实是列车跑起来后的平均速度，包含起动加速时的速度和制动减速时的速度。平均速度反映了列车的运动性能。在龟兔赛跑案例中，兔子的平均速度比乌龟快。

旅行速度，顾名思义，它与旅客的关系最密切，也最具有实际意义。它是列车运行距离除以列车总在途时间（包括中途停站时间）。在龟兔赛跑案例中，乌龟的旅行速度比兔子快，因此首先到达终点。2011年，鐵道部决定把我国高铁的最高运营时速从350千米适当降低到300-310千米。世界铁路联盟根据各国的高铁时刻表计算出，全球旅行速度最高的线路是中国京广高铁湖南省境内衡阳至耒阳区段。

在高铁发展历程中，动力集中型与动力分散型在竞争中显示出各自的特点。动力集中型就是众所周知的“火车跑得快，全靠车头带”——列车靠火车头（机车）拉动，这是普速铁路的常例。“火车头”是动力集中型的关键词，该方式有两个优点。第一，其动力装置少，车辆维护工作量相应减少，因此价格相对低廉，这一优点在直流传动（采用直流电机作为牵引电机）时期很有意义，因为直流电机的维修工作量很大；但随着传动技术的进步，牵引电机采用交流电机后，这一优势就不明显了。第二，车厢里没有动力装置引起的振动和噪声，因此乘客的舒适度较高。该方式的缺点是机车的轴重大，牵引电机集中在机车上，机车下部的车轴要承担更多的重量，因而运行时对轨道的作用力和冲击力更大，要求钢轨具有更高的强度与刚度，这样造价就会增加，而且进一步提高列车速度十分困难。

动力分散型的关键词是“动车组”，其优点主要有三项：一是轴重比动力集中型小而且分布均匀，因此对轨道的要求可降低，此外载客量也有增加。动力集中的法国TGV-A（1989年最高运营时速达300千米）的轴重均为17吨，德国的ICE1（1991年最高运营时速达280千米）的轴重高达19.5吨，而动力分散的日本300系（1992年最高运营时速达270千米）的轴重仅11.4吨，500系（1997年最高运营时速达300千米）的轴重仅11.1吨。二是可采取再生制动，分散在多辆车下的电动机制动时可以当作发电机用，不仅节能，而且可减少机械制动装置的使用（时速50千米以下时才起用机械制动装置），磨损大为减少。三是列车编组相对灵活，列车在终到站不需要调换火车头方向即可再次出发。经过几轮博弈，中国在2004年第一轮高铁招标时明确告示只接受动力分散方式。

中国高铁技术发展历程

在吸取境外引进高铁技术的经验和教训基础上，中国走出了一条新颖独特的技术创新之路——“以我为主、博采众长、融合提炼、自成一家”。中国在全面引进并消化吸收加拿大庞巴迪、日本川崎重工、法国阿尔斯通、德国西门子的高铁技术后进行集成创新，成功搭建了世界上最先进的高铁动车组技术平台，并开始批量出口。

2004年，我国制定《中长期铁路网规划》，绘就了超过1.2万千米的“四纵四横”快速客运专线网。同年6月，铁道部展开了为满足中国铁路第六次大提速所需，时速为200千米级别的第一轮高速动车组技术的引进招标工作。以此为起点，中国开启了高铁动车组的引进消化吸收再创新之门。

中国将所有引进的国外技术与国内企业联合设计生产作为基本技术路线，以加快先进技术装备的国产化进程。这种国外技术与国内企业联合设计生产出的中国高速铁路车辆统一命名为“和谐号”，并冠以英文标识CRH（China Railways High-speed），即中国铁路高速的英文缩写。随着时间的推移，“和谐号”的自主创新含量越来越高，直至2016年，高铁动车组技术实现了全面自主化、标准化。

在2004年第一轮招投标中，中外合资企业青岛四方-庞巴迪-鲍尔铁路运输设备有限公司（BSP）是第一批中标厂商之一，获得了20列高铁列车的订单。2004年10月12日，铁道部与BSP正式签订合同，铁道部代表签约方为广州铁路（集团）公司。2005年5月30日，广深铁路股份有限公司决定以25.83亿元人民币的价格向BSP另外订购20列时速200千米级别的动车组，以满足广深铁路第四线于2008年开通后的运营需求。BSP生产的这40列时速200千米级别的动车组最终被定型为CRH1A，其原型车是庞巴迪运输公司为瑞典铁路提供的Regina C2008型列车。

同年，中国南车四方机车车辆公司（简称南车四方）从日本引进时速200千米的高速动车组，并将其命名为CRH2。第一批CRH2动车组为60列，其原型车为日本新干线E2系1000型列车，前20列为日本制造，经船运到中国青岛组装。2006年9月28日，时速200千米的国产CRH2型动车组在南车四方下线，其最高运营时速为250千米，可用于提速改造后的既有线路。2007年11月24日，时速300千米的国产CRH2-300型动车组在南车四方下线，该技术仍从日本引进。按照铁道部的订购合同，获订单的国外公司需把若干关键技术转让给中国公司。不过，日方没有向中国转让车辆的控制软件和源代码技术，倘若后续软件出现问题，只能依靠日本技术人员或中国技术人员自主研制解决。

CRH3型列车的原型为德国铁路的ICE-3列车，中国以引进西门子公司先进技术并加以消化吸收的方式，由中国北车唐山轨道客车公司在国内生产实现国产化。在2004年中国铁道部第一轮招标中，西门子公司由于转让技术、车辆要价过高，在招标中未获得任何订单。直至2005年11月，铁道部与西门子公司在“以市场换技术”的原则下签订协议，西门子才获得总值6.69亿欧元的60列时速300千米的高速列车订单。CRH3型列车最终被定型为CRH3C。

CRH5型高速动车组是铁道部向法国阿尔斯通和中国北车集团长春轨道客车股份有限公司（简称北车长客）订购的列车，由北车长客负责国内生产，为8节编组，最高运营时速250千米，并具备时速300千米的提速能力。阿尔斯通公司是铁道部第一轮招标的中标厂商之一，获得了60组高速列车的订单。2004年10月10日，铁道部和阿尔斯通公司正式签订总值6.2亿欧元的合同。根据合同，阿尔斯通将7项高速列车的关键技术转让给中国；3组列车在阿尔斯通位于意大利的工厂组装，并完整付运到中国；另有6组以散件形式付运，由中方负责组装；其余51组通过法国的技术转让，由北车长客在国内生产。这批高速列车随后正式定型为CRH5系列中的唯一车型——CRH5A。动车组每列8节编组，共5节动车和3节拖车，设计运营速度为250千米/时，列车可透过两组联挂方式增至16节。首组CRH5A列车于2006年12月11日从意大利港口登船运往中国，2007年1月28日抵达大连。第一组由中国生产的CRH5A于2007年4月出廠。随着中国铁路第六次大提速的实施，CRH5A动车组自2007年4月18日起正式运行在京哈线上。CRH5型动车组下线时间较晚，整体试运行时间不足，导致一些潜在问题没有能够在试验中解决，再加上CRH5是CRH动车组系列中唯一对原型车进行了大幅度改动，调试难度较高，因此CRH5A型动车组在正式运营初期的故障率相对比CRH1及CRH2高，例如制动系统、空调系统以及列车自动门的故障率较高。而在耐寒性方面，CRH5则优于CRH1及CRH2，承受温度范围可达±40℃，因此CRH5大多被安排在中国东北地区运行。后由于CRH1及CRH2动车组的生产商——中国南车集团转向研制运营速度更快的CRH380系列动车组，停产200～250千米/时级别的高速动车组，因此中国北车CRH5便成为时速200千米级别动车组的主力车种。

2009年3月，北车长春轨道客车获得西门子公司的授权，生产30列16辆编组的时速300千米级别CRH3D型高铁动车组，正式成为CRH3高铁列车的生产厂商之一。

2010年，在前期多个类型高速动车组的实践基础上，全新设计、时速超过380千米的国产CRH380A新一代高速动车组在中国南车青岛四方基地下线。CRH380A型高速列车的性能、乘用环境，速度等级等各方面较前几个型号均有大幅度提高，外型也有较大变化，它是中国高速铁路自主创新的新成果，代表了中国高速动车组的更高水平。2014年2月3日，美国纽约时报广场的广告大屏幕上疾驶而过的列车就是CRH380A，当时该型列车已在中国高铁线路上安全运营了350万千米。

人才储备是引进消化吸收再创新的基础和前提

除了引进消化吸收再创新的技术路线正确之外，中国高铁技术的突飞猛进还得益于充分的人才储备。

在1990年代，国家科委、铁道部一共列了300多个高铁研究课题，近千名技术骨干成长起来，他们跟踪世界高铁先进技术，开展国产化研究，并通过广深准高速铁路、秦沈客运专线以及既有线提速等实践，积累了研制、设计高速列车的宝贵经验。

例如，株洲电力机车厂的“中华之星”高速列车的核心技术在跟踪、模仿西门子ICE1、ICE2等动力集中型高速列车的基础上，由刘友梅院士领衔的团队自行研制而成，参与研制单位还有大同机车车辆厂、长春客车厂和青岛四方机车车辆厂。2002年11月27日试验时，“中华之星”达到了321.5千米/时的最高速度，造就了当时的中国铁路第一速。

又如中国国内首列动力分散型列车——“先锋号”高速列车，它是“第九个五年计划”的重点科技关注项目，由南京浦镇车辆厂与上海铁道学院负责研制，车辆吸收了日本新干线300系的技术，绝缘栅双极型晶体管（insulated gate bipolar transistor，IGBT）牵引逆变器使用了日本三菱电机产品，并采用无摇枕转向架，轴重仅15吨。列车最高运营速度可达200千米/时，为6节编组，每3节车厢组成一个单元，2辆动车加1辆拖车。列车的研制由时任浦镇车辆工厂总工程师王维胜，上海铁道学院教授庞乾麟、乌正康等领衔。“先锋号”在2000年完成组装并通过铁道部验收，于2001年5月出厂。同年10月26日至11月16日在广深线进行试验，创出当时中国最高速度249.6千米/时。2002年9月10日在秦沈客运专线进行的测试中，又创造最高时速292.8千米的纪录。

“中华之星”“先锋号”等自主研制高速列车的最大历史功绩，就在于为高铁先进技术的引进消化吸收再创新培养了大批青年人才。

创新引领永无止境

中国高铁有很多独特的优势。第一，中国兼容世界各国的高铁技术，技术非常全面。第二，中国既是个海洋国家，又是个大陆国家，与很多国家互联互通，未来的高铁技术改造、移动设备的养护维修以及高铁带来的网络效应，都是岛国所不具备的。第三，中国高铁拥有全天候的经验。中国海南岛环岛高铁的经验是赢得印尼高铁项目的重要原因之一；哈大高铁能适应严寒气候，因此受到俄罗斯的青睐。第四，中国高铁的运营里程长且安全性好，截至2016年9月，高铁营业里程突破2万千米，占世界高铁运营里程的60%以上。据中国铁路总公司透露，截至2016年7月11日，中国高铁动车组累计发送旅客突破50亿人次，安全运营里程超过37.4亿千米。旅客发送量和旅客周转量分别占全球高铁的60%和65%。中国已成为世界上高速铁路建设速度最快、运营规模最大、技术最全面、管理经验极为丰富的国家。

2016年7月，笔者在中车青岛四方机车车辆股份有限公司（简称四方股份）考察了产品研发制造现场，包括101控制中心、虚拟现实中心、国家工程实验室厂房以及北厂区动车组总组装车间，对四方股份的技术体系创新成就留下了深刻印象。这里生产高铁动车组的能力世界第一：每天可总装出6辆车，即4天就可以生产3列8节编组的高速动车组。这里的高速滚动试验台，成功进行了著名的600千米/时以上的高速列车滚动试验。四方股份秉承“1比7”的投資理念，即花1元钱引进技术，就配套投入7元钱进行自主创新。公司每年拿出销售额的5%投入到科研，以保证研发的顺利进行。这样的正反馈机制，令越受到市场青睐的产品所获得的创新力度越大。

在中车青岛四方车辆研究所有限公司（简称四方所），笔者见证了名闻遐迩的高速动车组车钩缓冲系统生产装配线。两列8节编组的高速动车组的两节头车就是通过它紧密地连接在一起。四方所自主研发的高速动车组车钩缓冲系统品质优良、安全可靠、性价比高，已受到国内外高铁列车制造商的青睐，产量的40%供应国外市场，这一数值恰好是中国高铁占全球高铁的比例，说明该产品基本上实现了全覆盖。预计2016年其销售额可达6～8亿元人民币。

创新永远在路上。为推进“一带一路”国家战略的实施，满足国内外的多元运输需求，中国高铁的科研工作者又在规划新的征程：完善高铁技术装备的中国标准体系，自主研制高速磁浮系统集成技术并实现产业化，继续研发节能高效的永磁同步牵引系统，创新研制双层高速动车组，研制符合欧洲互联互通标准的高铁列车。中国高铁未来的努力方向是成为“技术引领者”和“标准制定者”。

让我们共同期待，更多技术先进、安全可靠的新型列车从中国源源不断地驶向世界！

关键词：高速铁路 列车速度 动力集中 动力分散 创新人才 追赶者 引领者