张曙光：中国高速铁路自主创新

2009年09月08日

(根据速录整理)

尊敬的各位领导、各位专家、各位代表：

　　我汇报的内容有三个，一是高速铁路的概况。二是我国高速铁路技术创新。三是，我国高速铁路发展规划。

　　高炉铁路是庞大复杂的系统工程，被称作“大国技术”，集成了多学科、多领域的高薪技术，集中展示了我们的综合国力、经济社会发展水平和自主创新能力。我们回顾一下邓小平老人家去日本的时候，他们都是把高铁作为国家名片来推出。高速铁路具有节能、环保、大运量、安全舒适等明显优势，目前客运高速化已经成为世界潮流，高速铁路正在成为我们国家客运交通体系的骨干。1964年世界第一条高速铁路在日本建成，当时的速度号称210公里。1981、1991年，法国和德国相继建成高速铁路。十多个国家和地区建成了高速铁路，运营历程累计9100公里。值得注意的是，世界汽车王国的美国，奥巴马正在实施在美国研制和建设时速340公里的高速铁路。由于动力集中向动力分散转变，商业化道路铁路总里程，不包括中国的话，世界一共有3万公里。

　　中国的高速铁路发展历程。1993-2003年，铁路五次大提升，旅客列车时速从80公里提高到160公里，在高速技术方面做了大量探索和研究。2006年-2007年，中国铁路实施了第六次大提速，中国铁路系统掌握了既有线提速200-250公里的成套技术。现在运营的动车组已经有250公里。2005-2008年：京津城际高速铁路，系统解决了制约速度的一系列技术难题，最高运营时速提高至35公里；2008-2011年：武广、郑西、哈大等客运转衔持续运营时速350公里。京沪高速铁路最高运营时速380公里。2008年8月1日，我们国家第一条时速350公里的高速铁路京津城际铁路开通运营，标志着我国系统掌握了时速350公里的高速铁路成套技术，我国高速铁路技术从此跨入了世界的先进行列。在京津城际很多同志听说过，今天很多领导讲这个话题“节能”，高铁的节能是它的重要特点。京津城际全长120公里，北京到天津每个旅客的平均耗电7.5度，这是目前我所知道的陆地运输时速到200公里以上，京津城际采用了以桥带路，大量的节约了土地。节约土地4500余亩采用小编组、高密度、多站点、公交化运输，每天开行80度，运营一年来，共开行42000余列，安全发送旅客1870万人，正点率达到90%，取得了良好的社会效益和经济效益。

　　我们高速铁路的自主创新。党的十六大以来以科学发展观为指导，我国铁路坚持原始创新、集成创新、隐隐消化吸收再创新，组织企业、科研院所和高等院校，构建了产学研相结合的技术创新体系，开展了一系列科学探索和实践，寨几代人不懈的基础上，发挥体制有适合后发优势，用6年左右的时间跨越了世界铁路发达国家一般用30年的历程，明形成了姿五自主知识产权的高炉铁路技术体系。

　　高速铁路从技术体系上讲大致可以分为这样一个板块：公路工程，牵引供电、运行控制与通信、高速列车、客运服务、综合维修、安全防灾和应急处理、工务工程。

　　1、工务工程。工务工程一般包括轨道结构、路基、桥梁、隧道、房建工程等各个子系统，我国铁路建设在公路工程方面主要依靠技术创新。我们国家的高速铁路一般采用全线高架、无砟轨道、高速道和超长无缝钢轨等技术。京津城际采用CRTS-II型板式无渣轨道结构，6.5米轨道板纵向连接，专业化制造，加工机施工安装精度高。运营一年表明，无砟轨道京都高稳定性好，刚组均匀。我们的无缝线路，采用60公斤/米、100米定尺、U71Muk高性能钢轨。现场焊接、弹性扣件、轨温锁定技术。跨区间超长无缝路线。高速道岔。大号码高速道岔，直向通过速度350km/h，侧向通过速度120-250km/h。

　　2、牵引供电。由电力、接触网、变电、供电、远动等构成。外电110kv/22Okv接入变电所，通过接触网为高速列车供电。A2β27.5kv的AT供电方式，供电距离60km，比直供延长1倍。通过SCADA系统实现远程监测、控制与调节、实现保护、控制一体化和越区供电。我国高铁采取综合接地、防雷、融冰雪技术。

　　自动过分相，端点过分相：利用列车惯性通过无电区。时速250公里的线路采用这个技术。我们在时速350公里的线路上采用了不断电过分相技术，通过地面和车载装置，实现列车瞬间通过无电区的系统控制，切换时间0.3秒左右，高速列车动力丢失少，长距离运行节能效果非常明显，大幅压缩运行时分。

　　高速接触网，在明线、隧道、桥梁和不同气候条件等复杂工程下，时速350公里，采用简单链型、弹性连型悬挂技术，研发高强高导接触网导线。保证接触网与受电弓匹配良好、受流稳定。武广客运专线接触网采用弹性缝型悬挂方式，实现时速350公里双弓稳定受流，为世界首创。

　　3、列车运行控制。列控系统是确保列车行车安全的控制系统，我国采用的“中国列车运行控制系统”（CTCS）。CTCS-1级，人控优先，超速防护，普速铁路。CTCS-2级，机控制优先，基于轨道电路+应答器的地对车单向信息传递，250km/h客专，5分钟追踪。CTCS-3级：疾控，基于无限数据传输平台（GSM-R）车地双向列控信息传递。350km/h客专，3分钟追踪；CTCS-4级，移动闭塞或虚拟闭塞。

　　4、高速列车。高速列车是高速铁路的核心技术之一，也是世界各国在高速铁路当中竞争的制高点。高速列车由45000个零部件组成，工程中分为九大关键技术。包括集成技术，目前能够掌握集成技术的德国、法国、日本、韩国。二是车体制造。三是牵引系统，牵引系统是高铁竞争的核心之一，主要由变压器九变流器、牵引控制、电机几个不同的部分组成。高速列车所有的用电设备和运动器件都采用传感器进行实时的监控。高速转向架，高速列车的转向架是列车技术的核心也是轮轨技术的核心。高速专项架的结构功能，高速列车技术的核心，具有承载、导向、减震、牵引及制动等功能。传统意义上的火车头已经看不见了，转向架技术创新点主要在于抑制它的蛇行运动，由于车轮的反面很锥形，需要良好的工作曲线，锥形的爬点就形成了固有的刺激震动，这也是转向架能跑多高速度的核心。还有脱轨安全性。我们在研究高速列车转向架轮轨安全的时候做了一个突破性的测试，世界各国高速铁路和它的普速铁路是不相吻的，也就是说它不做跨线运行的技术准备，所以大多数国家，包括日本，它的轮轨匹配都是按照高速线和普速线来设计。我们国家高速铁路和现在了路网形成跨线，这个路网的效应就会非常的好，我们在设计我们国家的轮轨匹配的时候采用了特有方案，这个方案比德国的明显好，不仅可以满足本线运行，而且还可以实现跨线运行，这项技术我们在本国和多国申报了专利。

　　高速转向架，我们希望有较高的临界速度，比如时速350公里高速列车转向架理论上是490公里，在西南交通大学做到了410公里，最后的实验没有做下去，只做到了410公里。为了验证我们高速转向架的性能，我们用了180多天在京津城际对高速转向架做了大量在线试验。在高速的条件下，启动升力、交会启动激扰对轮重减载率、轮轴横向力等安全性指标的影响进行了测试，实验的结果在394公里的时候脱轨系数只有0.3，轮轴横向力最大有17.5千米，平稳型指标小于2.0，安全性指标和舒适性指标都最大。又是在头头相交、头尾相交、尾尾相交的时候稳定性非常高，这为京沪高速再提高一点做了很好的铺垫和准备。

　　车体技术。我们国家高速列车的车体设计结构优几个特点，采用了薄壁木筒型铝合金焊接结构。鼓型宽车体3.3m。我们用了2年多时间，在我们国家三个企业全部实现了国产化。我们的技术难点是宽车体、轻量化、复杂交变载荷工况下，解决的技术难题：结构强度、模态匹配、减震降噪、减少阻力。车体主要的考核指标是气动性能，列车在交会和过隧道的时候，在列车的周边会形成很大的阻压，我们国家实行的气动强度指标是正负4000帕，在各种阻力都做了不同速度下的单车过隧道，双向过隧道的实验，气动强度是不够的。但是京沪高速，我们希望通过泰山这段22个连续的隧道，气动强度更好一点，新一代的高速列车把气动强度的指标提高到正负6000帕。

　　高速列车除了有很好的安全性还要有很好的舒适型，振动和噪音控制得当，列车的振动主要来自两个方面，一方面是气体与车体的摩擦产生的振动和噪音，二是线路的不平顺产生的噪音，后者产生的噪音对车不仅有舒适型的影响还有安全性的影响。可以看出来，线路的阻振的波长与车体的模态匹配很好，因此很多同志，包括国外的同仁（日本人、德国人）坐了京津城际，认为我们在减震和降噪方面做得要比他们好。比如我们时速350公里的头车的噪音可以做到68个分贝，中国高速列车降噪措施主要在噪声源的控制，车轮采用降噪的涂料，车与车之间的连接使它更加平滑等等。

　　车体的设计减少运行阻力，是一个很重要的技术工作。京津城际我们做了大量的实验以后，对我们目前的二型车和三型车在高速运行条件下的运行阻力，特别是车头的阻力和车身的阻力做了详细的分析。这张图显示京沪高速新一代高速列车的头型设计（见图），我们做了四个头型，一号、二号、三号、十四号。目前，世界上高速列车的头型发展有两个趋势，以德国和法国为代表的，他们目前一般都在做回型头型，这种头型运行阻力较大，但是噪音较小。日本做成蛇行，运行阻力较小，但是噪音很高。我们是把两种技术做了一定的融合，京沪高速会采用一号方案，二号作为储备，14号方案用于时速500公里的实验列车，这个车明年年底也要下线。

　　牵引传动系统。我国高速列车采用交直交、动力分散牵引传动方式。关键技术：轻量化、大客量变压器。大功率变流器、1GBT模块。轻量化牵引电机、传动装置。输出一个可以控制电压和频率的交流电，刺激电机运行，带动高速运转。在制动的时候，列车强大的惯性，动能转变成电能反馈回来。如果忽略空气的运行阻力和摩擦阻力，动能速度在50公里以上有98%可以再次利用。

　　高速列车的制动系统采用电—空复合制动。在高速的情况下，首先采用电制动，当时速达到50公里采用摩擦制动。同时达到列车的精确制动。到紧急制动的时候电制动和摩擦制动同时进行。关键技术：电-空匹配控制。防滑控制。大容量摩擦副。粘着与减速度匹配。350公里/时制动距离。

　　5、旅客服务系统。大量运用了信息技术，需要给各位专家报告的是，铁路的票务系统看似简单，实际上很难。去年我们国家铁路旅客发送人数是14亿人，中国人每人坐了一次火车。去年印度人每人坐5次火车。日本，2008年的统计，每人每年坐轨道交通200次。我们测算到2011-2012年，高速铁路网基本建成以后，每年旅客发送量大约在70亿人次以上，对这样一个大型票务系统数据平台建设，目前我们和中科院以及和几所大学还在探讨，这是一个很大的处理系统。我们在站车信息服务和引导服务方面也要采用大量的信息技术。

　　6、高速铁路的安全与否取决于三个要素：第一个要素是系统本身的稳定性，第二个要素是维修的可靠性，第三个要素是意外事故的控制。高速铁路的维修我们现在采用的是手段，一是采用现代化的检测与维修设备，这是世界上目前速度最高的综合检测设备。我们的零号列车在检测线路、通信、讯号的时候达到250公里。每日0点以后设置4小时左右综合维修“天窗”，这段时间不行车，采用现代化的设施对线路进行检测。检查结束以后每天开行之前会对开一个空载的动车组对线路进行确认。每10天我们有综合检测车对线路的基础设施、通讯信号和牵引供电设备进行综合的检测和诊断。

　　7、安全防灾监测系统。高速列车对侧风比较敏感，一般在每秒15米侧风条件下我们会采用降速的办法，从350降到250。对大风、雨雪、地震比较敏感，在异物侵限、线路沉降监测、接触网、通信、信号检测。高速列车运行品质、轴温、防火智能检测诊断，以及全线视频监控。

　　三、我国高速铁路发展规划。2003年制订了铁路网规划，2008年做了调整，调整后的规划，我这张图显示的是客运（见图），再有三年，我们将建成客运专线42条，总里程1.3万公里，其中时速250公里的线路有5000公里，时速350公里的线路有8000公里。我想简要向各位专家报告一下它的构成。

　　建成专线网，可以简称“四纵、四横”，南北方向我们称为“纵向”，哈大线，从哈尔滨到大连全长650公里，在沈阳过承德与北京接轨。京沪高速，全长1320公里，现在全线已经开工两年，到2011年可以开通运营。第三条线，长三角的杭州、宁波，沿东南沿海，经福州、厦门到深圳，这个月的28日，宁波到福州开通运营，宁波到福州的时间是2小时30分。第四条线，北京到广州，全长2200公里，今年年底武汉到广州将交付使用，全长980公里，武汉到广州的时间4小时以内。这是“四纵”。

　　“四横”，已经建成的太原到石家庄向东，在德州与京沪高速接轨，再向东到胶东半岛。第二条线，已经建成西安到郑州、向东与京沪高速接轨，向西延到兰州。第三条线，武汉-合肥—南京，现在已经开工运营，在南京与京沪高速接轨，武汉向西沿长江到重庆、成都，形成东西走向的沿江大通道。将来的成都、重庆到上海之间基本控制在7个小时左右。第四条线，长三角，从杭州沿浙赣线，经南昌、长沙，继续向西，经贵阳到昆明，形成互通大通道。“四纵、四横”，把我们国家的东部、中部、和中西部地区大多数城市纳入了这个规划。我们不但打通了南北东西的大通道，同时还形成了环渤海、长三角、珠三角三个城市群的轨道交通网。与此同时，我们形成了若干个城市比较集中的轨道交通网，其中包括城域、城镇群的轨道交通网。

　　到2012年以北京为例，我们将会形成1小时、2小时、3小时、4小时城市圈。北京一小时向东可以达到天津、唐山、秦皇岛一带，向南可以到石家庄一带，向西可以到张家口一带，向北可以到承德一带。2小时向东可以到济南一代，向南可以达到郑州，向西可以到达太原，向北可以达到沈阳。3个小时向东可以达到青岛、南京、合肥一带，向西可以包头一带，向北可以达到长春和大连一带。4小时，北京-杭州、北京-武汉、北京-西安、北京-哈尔滨。7小时以内大多数省会城市都可以到达。到2012年，全国铁路的里程将达到11万公里以上，繁忙专线实现多轨对接，长期存在“一车难求、一票难求”的状况将基本消除。铁路促进了人类的文明与进步，高速铁路进一步改变了人们的生活方式，伴随着科学技术的发展，人类的明天将更加美好。