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中国高铁技术飞跃 从“追赶者”到领跑世界

发布日期:2024-10-01 18:23:04

图:9月13日,复兴号试验列车驶出龙龙高铁梅龙段毛公寨隧道。\新华社


中国铁道博物馆保存着一套特殊的藏品─火车司机韩军甲的九本火车驾驶证。作为中国铁路“全履历火车司机”,他亲历了中国铁路机车从蒸汽机车、内燃机车、电力机车再到如今“和谐号”、“复兴号”的五代变迁。最早他驾驶时速50公里的蒸汽机车,四处透风、咣咣直响,从北京到上海要一天半时间;如今无线上网、智能控制的“复兴号”动车一小时“贴地飞行”350公里,京沪四个半小时可达。据透露,树起国际标杆的中国高铁,又在加紧攻坚商业运营时速400公里新纪录,即将刷新新的中国速度。


韩军甲的职业历程也是中国高铁从“追赶者”到“领跑者”这一伟大飞跃的缩影。几十年前,在高铁领域,中国只是后来者,通过引进、消化吸收再创新到自主创新掌握自主知识产权,中国已然超越众多国际巨头,建成了全球发展速度最快、系统技术最完备、集成能力最强的高铁系统,并成为运营里程最长、运营速度最快、在建规模最大的国家之一。


纯正中国“智造”的复兴号动车组是中国高铁“金名片”。在中国铁道科学研究院(下称铁科院)的动车组关键系统实验室内,正在进行中国新一代高速列车制动系统的研究。起步晚,大步赶,从一颗螺丝钉也要进口,到研发出树立国际标杆的大国重器,中国高铁从追赶到领跑的秘诀何在?答案是,奋发图强,自主创新。


引进阶段处处掣肘 无法掌握话语权


铁科院机辆所所长张波经历了高铁列车科研创新全过程。他向记者介绍,新世纪以来,中国走上“坚持引进先进技术与自主创新紧密结合”的高铁研发之路,引进了四国高速动车组技术,为高铁快速发展奠定了基础。然而,技术引进吸收如同一把双刃剑,在争取了宝贵时间的同时,也留下了兼容性难题:基于不同平台研发出的车型、技术路径不同,难以互联互通,影响了运输效率。


“在最初引进技术阶段,作为甲方,我们却感到处处掣肘,根本无法掌握话语权。”他回忆,铁路是需要技术高度协调统一的系统,但是几个先进国家的技术专家对本国技术标准各持己见,谁都不肯妥协,沟通很是不顺。最令他意难平的是,关键系统核心技术依赖进口,运用和维护中受到制约,一旦出现故障就只能提交申请,然后等对方派技术人员过来,不仅周期长,收费还高。特别是每次技术讨论,一问到核心问题,外国专家就开始打太极,总是说,别着急,过不了几年你们中国也会有的,“虽然语带调侃,但听着让人特别难受。”


2012年,国家集中各方力量,奋力攻关、独立自主研发“复兴号”中国标准动车组。张波全程参与了“复兴号”自主创新的全过程,带领团队负责制定动车组的总体技术条件以及牵引、制动、网络、安全等核心系统攻关。这些都是国外技术封锁的重点,就连向国外企业询价购买一些软件,要么石沉大海音信全无,要么被明确拒绝报价和出售。此外,中国复杂的地理条件,高度密集的路网,也决定了世界上没有现成的范例可以借鉴。


于是,张波带领团队马不停蹄地赴各地调研,听取一线反馈,并与其他专家围绕顶层技术方案开展了艰苦论证。他回忆,当时中国铁路总公司组建了总体技术组和8个子系统组,光是大的会议就开了上百次,仅互联互通一个方面的技术会议开了60多次,与互联互通相关的协议文件,在会议室摞起来有半人多高。


研究制动技术 历百万次测试


总体技术条件敲定后,张波带领团队开展关键核心技术攻关。他们从零开始建立自己的图形化软件开发平台,日夜奋战,代码量超过100万行,成员几天几夜将自己封闭在办公室,构建了第一套软件系统;研究制动技术时,深入生产车间,对每个零件的入场检测、每一道安装工序都密切跟踪,进行了上百万次测试;攻关网络控制系统,为了一个偶发300微秒通信中断故障,坚守168个小时监测。此外,线路试验也至关重要,所有的系统和设备必须经受住比正常运行更复杂、更严苛的考验。他还记得2016年6月25日,带领团队成员到郑徐高铁安装调试测试系统,当时室外骄阳如火,温度高达40摄氏度,他们在空调置于极冷状态的车上进行能耗试验,一待就是十几个小时,从头到脚透心凉,没有一个人叫苦叫累。


在张波等无数铁路科研工作者的努力下,一系列技术难关被攻克。2017年6月26日,具有完全自主知识产权、达到世界领先水平的两列“复兴号”中国标准动车组在京沪高铁双向首发,开启了中国铁路技术装备一个崭新时代,此后成为京沪等多条高铁干线的运力担当,并树立了世界高铁商业运营的新标杆。“以前很多时候是以其他高铁强国为标杆,看看他们有什么,再决定我们幹什么。现在持续加强国际交流合作的同时,我们更多地从实际需要出发,从满足铁路运输需求的角度去突破。”张波说道。


“如今老外不停打听中国高铁有何新动作”


2021年12月,中老铁路开通运营,复兴号首次走出国门;2023年10月,基于复兴号技术平台研制的高速列车在雅万高铁投用,中国高铁首次全系统、全要素、全产业链在海外落地……


宝剑锋从磨砺出,中国高铁经历了从无到有,从技术引进到自我创新,从合作研发到独立自主创新。复兴号采用的254项重要标准中,中国标准占到84%。动车组整体设计以及车体、转向架等关键技术都是自主研发,软件全部自主开发,具有完全自主知识产权。被极寒、雾霾、柳絮、风沙“淬炼”出的中国高铁标准正逐渐超越过去的“欧标”与“日标”,逐步将“中国标准”推向了“世界标准”,中国方案、中国技术与中国智慧将在世界各地的高铁上进一步展现。


截至2023年底,中国铁路累计主持ISO、ICE和UIC国际标准制定修订项目65项,参与国际标准制定修订项目249项,国际铁路联盟高铁领域全部11项系统级国际标准均由中国铁路主持制定。


“现在与外国同行坐在一起的感觉不同了。原来是单向学习,现在是相互学习,许多跨国企业的技术专家主动要求和我们交流,不停打听中国高铁有何新动作,未来又会有何新发展。”中国铁科院首席研究员赵红卫说,在全球下一代高铁标准的制定上,中国也将扮演更加重要的角色。


每年12亿买“芯” 花钱又受气


在为高铁提供持续动力的牵引电传动系统中,有一块巴掌大小的IGBT(绝缘栅双极晶体管)模块,它把控着车辆自动控制和功率变换的“命脉”,是高铁的“心脏”。这个核心部件,曾经中国一直依赖进口,吃尽了苦头。


据湖南日报报道,中车株洲所工程师梁永奇在一次座谈会中透露了一个往事:该所曾经以高于国际市场3倍的价格购买了一批IGBT芯片,正当工程师们小心翼翼地对芯片进行测试时,芯片炸了,“原来我们视若珍宝高价购买的这批芯片,是国外生产的残次品,是别人看不上的‘废品’。”


中国工程院院士、中车首席科学家丁荣军也曾在受访时表示,过去IGBT技术被少数工业强国垄断,外企掌握定价权,一个模块售价过万元,且只卖成品;转让合同文件还明确注明,传动和控制电驱动系统的IGBT技术不能转让。“这个技术是国家工业竞争力的重要体现,用钱也买不来。”彼时,每年全国高铁进口芯片成本超过12亿元,采购周期长达数月甚至一年。


花钱又受气,是当时的真实写照。“命脉”不能掌握在别人手里,必须走自主研发的道路。2006年,中国启动了IGBT芯片自主研发工程,并投入了大量资金支持其发展。


2014年6月,由中国自主研制、具有完全知识产权的8寸IGBT芯片在中车株洲所成功下线,中国高铁从此迎来了“中国芯”。目前,中车株洲所已推出第七代IGBT技术,其中很多技术为原始首创,产品性能已达到国际领先水平,产品还广泛应用于智能电网、新能源汽车、新能源装备、高端工业等多个领域,实现了自主IGBT芯片“补短板”。


热评 | 蛋从里面啄开 飞出一只鹰


电影《长津湖》里,吴京饰演的老兵连长伍千里对新兵弟弟伍万里说:“蛋从外面被啄开,注定会被吃掉。要是能从里面自己啄开,很可能是隻鹰。”在志愿军面临绝境之地,他以此鼓励弟弟,不将希望寄托于外力,而是要立足自身,杀出一条血路,为自己创造生机。


中国高铁发展相比发达国家晚了数十年,但过往经历表明,“站在巨人肩膀上”是行不通的,落后和依赖带来的不仅是高昂的成本,更是潜在的技术风险。一旦供应链和运行出现问题,整个高铁系统都可能陷入困境,甚至可能成为他国制衡中国的筹码。


庆幸的是,中国的铁路科研工作者早就意识到,科技自立自强是国家强盛之基、安全之要。从车辆到线路,从制动到通信信号,甚至一个个小零件,他们狠下决心苦练内功,最终一一攻关。核心技术实现自主化,不仅避免关键时刻被卡脖子,更打破国际巨头一统天下的市场格局,向世界传递中国自主创新的澎湃力量。


当前,科技革命与大国博弈相互交织,中国高铁后发先至、逆袭蝶变的成功经验启迪并激励国人:唯创新者强,唯自强者胜。


中国铁路发展大事记


1952年7月:四方机车车辆工厂制造的新中国第一台蒸汽机车下线,定名为“解放”。中国不能制造机车的历史从此结束。


1958年:中国开始制造内燃机车,先后有东风等3种型号机车最早投入批量生产。从1960年至1980年,东风型柴油机车作为中国铁路内燃牵引动力的主力之一。


1969年:“韶山1型”电力机车投入使用,这是中国铁路使用的第一代国产干线客、货两用电力机车。


1997年4月1日:中国铁路实施第一次大提速。京广、京沪、京哈三大干线最高时速达140公里。全国铁路客车平均时速由1993年初48.1公里提到54.9公里。


2004年后:中国进一步推进铁路机车车辆装备现代化,研制生产“和谐”系列电力机车。作为引进先进技术并国产化的新一代交流传动电力机车,“和谐”型成为目前中国普速铁路客货运输的主要牵引机型。


2007年4月18日:中国铁路第六次大面积提速调图正式付诸实施,主要干线开始“时速200公里”的高速运行,中国铁路开启“追风时代”。CRH动车组列车投入运营,开启了中国铁路的高速牵引时代。


2017年6月26日:最高时速350公里的“复兴号”动车组列车率先在京沪高铁上线运营。

来源:大公报

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