中国高铁崛起鲜为人知的必然逻辑

—访著名轨道交通专家、原上海铁道大学副校长孙章教授

Nanfengchuang - - CONTENTS - 文∣本刊记者谭保罗

始于上世纪90年代的自主研发其实也并没有浪费,如果没有当年的自主研发实践,中国可能会出现高铁技术大方向的选择错误。

中国高铁是世界上运营里程最长的高铁,也是商业运营速度最快的高铁。在很多技术领域,已经超越了日、法、德等高铁技术原创国。中国高铁为什么这么“牛”?

从最初独立研制,到引进消化吸收国外先进技术,到最后实现完全自主的全面创新,不过20年时间。因此,高铁也被称为中国制造“弯道超车”的典型。

“弯道超车”只是人们看到的一种结果。在“弯道超车”的背后,中国的铁路技术通过建国之后半个多世纪的发展,其实已经完成了引进高铁先进技术所必需的技术储备和人才积累。这才是高铁奇迹的关键。

中国高铁崛起背后,有太多故事,既体现了中国人的智慧,也体现了中国独特的“大国优势”。为此,本刊记者日前采访了我国著名轨道交通专家孙章教授。孙章曾担任上海铁道大学副校长,后执教于同济大学,是京沪高铁验收专家组、“7·23”甬温线特别重大铁路交通事故国务院调查组专家组成员,也是《城市轨道交通研究》杂志创办人。

Q&A N-南风窗S-孙章 “功课好,在于提前预习”

N:中国高铁的发展路径中有个“引进吸收”过程,这个过程很成功,是“中国式创造”的一个重要环节。但任何事业的基础都是人才,你曾长期在铁路系统担任教育工作,请你谈谈,在引进外

国先进技术之前,中国是不是已经有了很好的人才储备?

S :这是一个非常值得探讨的问题,很多人都惊叹于中国高铁通过引进消化吸收再创新,最后实现了“弯道超车”,但对人才的储备问题却很少关注。

现代高铁技术的原创国家主要是日本、法国和德国,而后来从这些原创国家引进高铁技术的国家和地区除了中国大陆之外,还有西班牙、意大利、韩国以及我国台湾地区,而最后超过“老师”的,只有中国大陆。为什么?因为中国在“学习”之前,和其他引进国家、地区相比,已经“预习”好了,最重要的“预习”就是技术和人才的储备。

中国的第一条高铁是京津城际铁路,2005 年开工,2008 年通车,引进的是西门子的技术,其原型车是德国高铁 ICE-3 的 Velaro 号。其实,在上世纪 90年代,我国铁路部门已经决定要上高铁,并开始了自主研发,当时的国家科委和铁道部在全国立了250 多个研发课题。通过这些课题,培养了近千名顶级的高铁骨干人才。

这些人才非常关键。他们组成了三个团队,时刻关注并跟踪日本、法国、德国的高铁技术进步和运营状况。后来,很多人都参与了与日本、法国、德国和加拿大公司的谈判和合作。一个简单的道理是,你必须有人懂行,才能学到技术,才能和别人讨价还价,从而获得你的最大利益。

N :必须懂,才能不被忽悠,这一点的确很关键。

S :可以举两个例子。一个是在新世纪引进国外先进技术之前,中国自主研发的高铁其实已经取得了很大进展。比如,我所在的上海铁道大学就参与了“先锋号”的研制。“先锋号”由当时铁道部南京浦镇车辆厂总工程师王维胜担任总设计师,上海铁道大学庞乾麟教授、铁道科学研究院黄强研究员与浦镇车辆厂李先全副总工担任副总设计师。“先锋号”跟踪的是日本新干线 300系技术,有过比较成功的试运行,2002 年 9月10日 在秦沈客运专线上跑出了292.8 公里的试验最高时速,但后来由于某些原因被限速、被搁置。

除了“先锋号”,还有“中华之星”。“中华之星”跟踪的是德国高铁ICE-1型车, 2002 年11月27日在秦沈客运专线上跑出了 321.5 公里的试验最高时速,也是在限速试运营之后,开进了北京铁道博物馆。

这些年,外界有一种观点是,“先锋号”和“中华之星”的技术不成熟,所以没有大规模推广。全靠引进国外先进技术,才有了今天的中国高铁。在我看来,这种说法不完全对。

曾经的铁道部有一段时期,对高铁的引进,的确是有效率的,也可以说是成功的。但是,不应该把技术引进和之前的“自主研发”对立起来,并将后者打入冷宫。完全自主的技术,它对产业的拉动会更快,而且有利于产业链的内生成长。

N :正如你所说,始于上世纪90 年代的自主研发其实也并没有浪费,对后来的高铁引进做了人才的储备,预习了功课,所以才考出了好成绩。

S :对的。现在回想,如果没有当年的自主研发实践,中国可能会出现高铁技术大方向的选择错误。

日本、法国和德国,这三个国家的高铁原创技术可以分为两大类:一类是日本新干线的动力分散型,一类是法国TGV、德国 ICE的动力集中型。这是什么意思呢?通俗地说,动力集中型的就是“火车跑得快,全靠车头带”,只有火车 头有动力;而动力分散型则是除了火车头之外,列车的其它车厢也可以带动力。带电动机的动车车厢加上不带电动机的拖车车厢共同组成动车组。动车组的火车头改称“头车”。

高铁脱胎于普通铁路,普通铁路都是动力集中型,德国和法国的高铁效法普通铁路,搞了动力集中型。只有日本高铁一开始就采用了动力分散型,这是一项重大创新。事实证明,动力分散型比集中型有更好的效能。现在,世界上新修高铁的地方,大多采用动力分散型,这是一种趋势。

中国人真的很有智慧,在上世纪90年代铁道部就下定决心,重点发展动力分散型,但当时只有日本人有这个技术,德国人和法国人没有,所以这条技术路线是绝对保密的,不能让日本人知道,怕他们卖高价。中国为什么果断选择动力分散型,就在于我们的人才和技术储备很充裕,可以对技术的迭代和革新,做出最具有前瞻性的判断。事实证明,我们判断是对的。

中国企业管理界的老前辈袁宝华(曾任中国人民大学校长)对中国特色管理学有个著名的概括:“以我为主,博采众长,融合提炼,自成一家。”中国高铁技术的创新历程为中国特色管理学提供了一个范例。中国发展高铁的“以我为主”,就体现在 2004 年大规模招投标时,只引进动力分散型技术方案;中国发展高铁的“自成一家”,其标志就是中国标准时速 350 公里的“复兴号”列车横空出世。

中国掌握高铁核心技术吗?

N :你曾是京沪高铁的30名验收专家之一,这条高铁也被认为是中国高铁技术成熟的重要标志。高铁的核心技术到底是什么?中国现在真的掌握了吗?

S :要说高铁的核心技术,主要是指系统集成技术。什么叫系统集成?简单来说,就是在综合技术指标(如最高商业运营速度为 350 公里)确定之后,将能适应速度目标值的各子系统如线路工程

曾经的铁道部有一段时期,对高铁的引进,的确是有效率的,也可以说是成功的。但是,不应该把技术引进和之前的“自主研发”对立起来,并将后者打入冷宫。

头车曲面造型复杂,由80多块蒙皮拼接而成,共有3000多条各种类型的焊缝,加起来共有600多米长,而且都需要曲面焊接。小小的焊接,已成为高铁的一项关键技术。

技术(提供高铁列车的行驶轨道)、高铁动车组制造技术(提供运送旅客的载体)、牵引供电技术(为高铁列车源源不断充电)、列车控制技术(保证高铁列车安全行驶)等,成功地“组装”在一起。同理,大型商用飞机制造商的核心技术也在于将各种高技术的硬件、软件组装起来,保证整个系统能性能优良地运转。这种核心技术来之不易,过去全球只有空客、波音两家飞机寡头掌握,现在有了中国的 C919,形成了三足鼎立之势。

N :高铁的这个“大系统”到底是什么?高铁还有哪些核心技术,能否用相对通俗的语言把核心技术讲清楚?

S :从专业上讲,系统集成是高铁最大的核心技术,其他核心技术还包括线路工程技术、弓网供电技术、列车控制技术、牵引变流技术、安全维保技术以及轮轨关系技术等。这些技术,中国都掌握了,而且申请了各种专利,还在美国进行了知识产权的认证。

这些术语有些专业,我们可以这样来理解:从空间上,可以把高铁自上而下分为三个部分:上面是牵引供电系统。最快的绿皮火车每小时跑60 公里,要保证不间断供电并不难,但高铁时速高达350公里,在这样的高速之下,如何保证接触网、受电弓之间“亲密接触”,无论加速、减速、上坡、下坡都能不离不弃、稳定供电,就不是一件容易的事了。上世纪 60年代,日本新干线最高运营时速长期徘徊在每小时 210 公里,就是因为弓网技术过不了关。

依靠顶层弓网系统的不间断供电,处于自上而下中间层次的高速列车组飞奔向前,从自主研发阶段的“先锋号”,到引进消化阶段的“和谐号”,直到自主创新阶段的“复兴号”,高速列车技术突飞猛进,以安全控制系统为例,“复兴号”高铁列车上的传感器多达 2500 个,一旦出现故障,智能化技术可以发出预警,根据“故障导向安全”规则,列车能够自动减速甚至自动停车。

2011年,我国发生了“7·23”甬温线特别重大铁路交通事故,我当时也是 国务院调查组专家组的成员。这次事故的原因,已有了调查结论。事故是由“低级错误”引起,中国的高铁技术没问题。下面的是轨道子系统,要处理好轮轨关系,以保证高速列车运行既快速又平稳。中国的无砟轨道在前期引进的基础上有了新的突破,CRTS- Ⅲ型板式无砟轨道就是一大创新。实际上,我国高铁线路工程方面的专利数在整个高铁领域中占比最高。

N :中国制造业一直在提倡“工匠精神”,而高铁是中国制造业的“名片”。那么,高铁领域是不是先于其他领域,已经有了“工匠”精神呢?

S :高铁,可以说是最能体现当代中国人“工匠精神”的领域之一。可以举个例子。为了减少空气阻力(在时速350 公里高速状态下运行的列车阻力90%来自 空气),头车曲面造型复杂,由80 多块蒙皮拼接而成,共有3000 多条各种类型的焊缝,加起来共有600 多米长,而且都需要曲面焊接。小小的焊接,已成为高铁的一项关键技术,关系到列车的牵引性能和节能降噪,因此对焊接质量有极为严格的要求。

中国的焊接师傅做得并不比外国人差,而且还可能更好。在刚过去的十九大上,中车长春轨道客车公司的焊接师傅李万君作为十九大代表接受记者采访,十分令人鼓舞。

高铁不运货,是大问题吗?

N :中国是一个大国,西部也在修建高铁。有观点认为,这些地方可能客流不足,显得不经济。此外,高铁运客不运货,提高了客流效率,却没有提高物 流效率。怎么看?

S :首先,中国是一个大国,必须促进各区域的平衡发展。比如,高铁的修建,可以帮助中西部一些经济落后地区发展旅游业,而沿海发达地区的居民也有这种旅游出行的需求。

另外,中国高铁的布局其实是相当经济的。在西部地区,考虑到建设成本和运营成本的问题,设计时速是相对低的,比如兰新高铁,其设计时速是 250公里;海南岛环岛高铁也是这个速度,因为海南岛面积并不大,主要为旅游服务,这个速度下4小时能绕岛一圈,也是比较合适的。但作为连接我国两大经济区的京沪高铁,设计时速则是每小时350公里。运营速度决定建设成本和运营成本,这种时速的不同安排,应该说是充

分考虑了运输需求。

高铁运客不运货,这也是出于经济考虑。因为客运和货运的目标不一样,对线路的作用和要求也不同。客运追求快速、货运追求重载。在较低速度下,客车货车可以共线运营,而速度越高,线路的转弯半径越大,曲线处外轨的超高也越大,这就无法兼顾慢速列车和高速列车的运行安全,客货运分线运营就成为必要的了。建造货运高铁,目前来看,还缺乏足够的需求。

N :如何看待中国高铁输出的前景?日本和我们的竞争很激烈。

S :好的技术,自然就会有足够大的市场。中国的技术好在哪里?我们不去谈那些专业的指标,只说容易被理解的三个方面。

第一,中国高铁的运营里程最长,占世界高铁总长的66%,运送的客流最多。日本人一直自我标榜,它的高铁系统没有发生过重大事故。而根据世界铁路联盟的数据,截至 2017 年 4 月,日本已投入运营的新干线高速铁路里程为 3041公里,而中国是 2.39 万公里。

截至 2016 年底,我国运营总里程已完成40亿公里,运送客流50 亿人次,这些指标超过其他国家和地区高铁的总和。我们的“分母”很大,在这个意义上讲,我国高铁的安全性、可靠性指标已居世界前列。

第二,速度是高铁极为重要的综合集成指标。运营速度越快,技术含量就越高,这是一个简单的道理。目前,日本和法国高铁的最高运营时速是320 公 里、西班牙是310 公里、德国和意大利是 300公里,而中国的京沪高铁已经达到 350 公里。

第三,中国高铁技术的适应性全球第一。为什么?因为中国幅员辽阔,日本、德国和法国都不具备这样的“先天条件”。

在寒带比如东北地区,在亚热带比如海南,在喀斯特地貌的西南、在黄土高原,乃至沙漠,以及长三角这样的软土地区,中国都有成功的建设和运营高铁的经验和技术。所以,我们的高铁既可以进军东南亚,也可以北上俄罗斯。其他国家不具备这个条件,也没有这方面的经验,这是中国“大国优势”促进技术创新的一个生动案例。

孙章教授

列车驶出广州南站。

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