創新設計：“復興號”演繹中國速度與激情

我們知道，設計是對于創新的設想與計劃，是引領中國創造的先導和關鍵環節。習近平指出：中國要強，中國人民生活要好，必須有強大科技。新時期、新形勢、新任務，要求我們在科技創新方面要有新理念、新設計、新戰略。

《中國制造2025》明確了建設制造強國的目標，而提升創新設計能力，對于引領推動自主創新，加快實現中國創造至關重要。

懂得把科技創新與設計創造有機結合，通過設計創造將技術創新成果的價值最大化，在這一點上，“復興號”中國標準動車組不僅為我們成功示范，而且正在創造世界奇跡。

中國速度 全球標桿

2017年9月21日，“復興號”中國標準動車組在京滬高鐵實現時速350公里運營，標志著我國成為世界上高鐵商業運營速度最高的國家?！皬团d號”以時速350公里運營，為全球高鐵樹立了新的標桿，具有重要的里程碑意義，不僅使京滬之問的時空距離進一步縮短，更將向世界充分彰顯中國高鐵科技創新的領先地位，提升中圍高鐵的核心競爭力。

修長的流線型車頭，極具工業質感的銀灰色車身，靚麗的“中國紅”飄帶……CR400AF動車組“飛龍”一亮相，就以高顏值的外表吸引了眾人的目光。而在它覘麗的外形背后，蘊藏著這么一組不同尋常的數據：整車運行阻力降低12%，人均百公里能耗下降17%，當它以時速350公里運行時人均百公里能耗僅3.8度電。這意味著，“復興號”往返一趟京滬節省5000多度電。

“復興號”的中國速度，令人驚嘆！

“復興號”的驚艷亮相，世界矚目！

讓國人倍感驕傲的是，“復興號”中國標準動車組是具有完全自主知識產權、達到世界先進水平的我國新一代高速動車組，被稱作“最新版中國高鐵”。持續運行時速350公里，試驗速度可達時速400公里及以上?！皬团d號”的研制成功，標志著我國高速動車組技術全面實現自主化、標準化。其整體設計及車體、轉向架、牽引、制動、網絡等關鍵技術都是自主研發，在安全性、智能化、經濟性、舒適性以及節能環保等方面均有大幅提升，達到世界先進水平。

截至2018年1月31日，中車四方股份公司“復興號”CR400AF已交付32列，在京滬高鐵、京津城際、京廣高鐵等線路開行。未來，“復興號”還將作為中國高鐵“走出去”的重要產品平臺。

自主創新 志在“復興”

當前，世界很多國家都在規劃更快速度的高鐵項目?！皬团d號”的研制成功，不僅可以展示我國高速列車實力，同時也可持續積累安全運營的時間和經驗，為世界高鐵建設運營打造“樣板”。

專家指出，與公路、航空等交通運輸方式相比，高鐵是最節能、最環保、最低碳的大眾化交通工具。研究表明，在等量運輸條件下，高鐵的二氧化碳排放量不及飛機的十分之一。高鐵速度的提升，使鐵路與其他交通運輸方式相比具有更大的競爭優勢，有利于進一步完善交通體系建設，實現綠色高效發展，為改善大氣環境作出貢獻。同時，高鐵提速，對提升我國鐵路效益具有重要意義。提速后，鐵路方面將提升運力，加速沿線地區的人流和物流，對我圍經濟發展起到巨大帶動作用。隨著高鐵速度的恢復，各地依靠高鐵打造“X小時”經濟圈中“X”的數值會越來越小，能夠促進城市圈、經濟圈建設，對提高同城化水平、合理配置資源也將發揮重要作用?？梢哉f，利國利民，功在千秋。

“時速350公里‘復興號中國標準動車組研制項日，是在中國鐵路總公司牽頭組織下，主持制定了動車組總體及牽引、高壓、網絡、車體、轉向架等系統暫行技術條件、動車組總體和各系統頂層指標，組織了各系統方案和零部件統型方案制定和專家評審，確定了動車組整車性能和互聯互通性能驗證試驗方案，并組織進行了動車組型式試驗、科學研究試驗、關鍵系統服役性能跟蹤試驗和60萬公里運用考核和動車組關鍵系統解體檢查性能確認工作。在中國中車集團的組織下，中車四方股份公司根據頂層技術指標要求，采用正向設訃和循環迭代的設計方法，進行了車輛各系統的方案設計、零部件統型方案設計和車輛的試制，歷時兩年時間研制完成。車輛于2015年6月25日下線，2017年1月3日順利取得了國家鐵路局頒發的CRH400AF型動車組型號許可和制造許可證書，2017年6月正式命名為‘復興號，6月26日，在京滬高鐵首發，正式投入商業運營?！?/p>

為更好地完成“復興號”中國標準動車組項目，中車青島四方機車車輛股份有限公司于2014年1月組建成立了中國標準動車組設計團隊，南技術人員200余人組成，是一支具備雄厚實力的研發隊伍。目前，在高速動午組領域，設計團隊已獲得1項國家級、4項省部級項曰獎，1項國家級、10項省部級個人獎。

時速350公里“復興號”中國標準動車組通過采用正向設計，研究了高速動車組低阻力頭型、主被動安全防護、動力學性能匹配、救援回送發電、以太網應用、主從控制方式的列車級制動力管理與分配、車載智能化狀態監測、互聯互通重聯運營等技術，首次成功進行了420km/h重聯和交會試驗。動車組在列車阻力、輕量化、能耗、再生制動能力、氣動性能、排放、綜合舒適度、氣密性，以及防護功能的完備性和技術擴展性等方面進行了技術提升，整車運行阻力降低12%，人均百公里能耗下降17%。當它以時速350公里運行時，人均百公里能耗僅3.8度電。在方便運用、環保、節能、降低令壽命周期成本、進一步提高安全冗余等方面效果顯著，具有創新性、智能化、安全性、人性化、經濟性等特點。

匠心設計 引領制造

“復興號”采用了令新低阻力流線型頭型和平順化車體設計，氣動性能優異，有效降低了運行阻力。這當中，頭型是最為關鍵的。

當動車組以時速350公里運行時，90%左右的阻力來自空氣阻力，高速狀態下，動車組的動力輸出幾乎都消耗在與空氣的對抗上。因此，車頭造型不僅是為了好看，更關鍵的是要降低空氣阻力。

然而，跟既有動車組相比，“復興號”的外形有了很大改變。CR400AF動車組的車體高度從3.7米增高到了4.05米，車體斷面積增大了7.3%，也就是“身材”更高大r，這意味著，要提升車頭的氣動性能，難度大大攀升。

為了攻克頭型技術難題，研發團隊最初設計了46種頭型概念方案。通過比選，提煉了23種方案進入工業設計，并從中遴選山7種頭型，圍繞氣動性能開展了海量的仿真訃算、風洞試驗以及動模型試驗，反復評估頭型的技術指標和文化特性，才最終敲定“飛龍”方案。

在設計方案山爐后，頭型的制造是另一大挑戰。

CR400AF動車組的車頭采用了流線型設計，通過棱線曲面對空氣進行導流，從而降低空氣阻力。而車頭的棱線曲面造型復雜，是由80多塊蒙皮拼接而成的，對成型精度的要求極高。

“飛龍”的車頭造型有六條棱線，每條棱線長達11米，為了達到造型要求，棱線部位的內部骨架定位精度精確到了0.5毫米。操作人員要控制每一根骨架的定位，山現任何細小的錯誤都可能要推倒重來。鋪裝蒙皮時，80多塊蒙皮形狀各異，既要貼合骨架又要相互平齊，還要保證焊接間隙，需要精確控制精度，做到嚴絲合縫。焊接同樣是一大挑戰。整個午頭有3000多條焊縫，加起來長達600多米，如此高的焊接密度，還幾乎囊括了平焊、橫焊、仰焊等所有高難度的焊接姿勢。車頭試制時，光焊接試件就試驗了1000多種。

整個車頭的制造，從單個零部件制作到最終棱線曲面效果的呈現，前后經過30多道工序，可以說每一道工序都是對精益求精的極致追求。

不僅如此，從設計策劃、概念設計、方案設計、技術設計、施工設計等等，可以說“復興號”的里里外外，從研制到運行各個環節，都有設計創造的身影，創新是設計本質的要求，創新設計又引領著中國制造。

多彩創新 愉悅身心

“復興號”是具有中圍完全自主知識產權、達到世界先進水平的中國標準動車組。中國標準動車組的“中國”，意味著高鐵從最早的“混血”發展到由內而外都是純中國產的主導地位。“復興'”上凝結著大量中國自主科技創新的烙印，它在載著旅客安全山行的同時，也為旅客帶來舒適的體驗和藝術化的享受。

智能的“中國腦”

網絡控制系統是高鐵的“大腦”，它決定和指揮著列車的一舉一動?！皬团d號”的網絡控制系統，硬件和軟件都是自主研發，實現了完全自主化的突破。不僅如此，智能化程度也大幅提升。

據介紹，“復興號”建立了大量的傳感系統，整列車檢測點達2500多個，比以前動車組多了500多個。這些大大小小的傳感器，最大的高62.8厘米，最小的直徑僅5毫米。它們能夠采集1500多項午輛狀態信息，就像動車組的眼睛一樣，時時刻刻對列車振動、軸承溫度、牽引制動系統狀態、車廂環境等進行監測。

列車的智能化傳感系統，將所有數據采集到網絡系統中，信息采集精度高，在重要監控點，數據記錄精度最高達到微秒級，即1秒鐘記錄100萬個數據?！皬团d號”從北京到上海跑一趟，單程1318公里，記錄的數據達300多兆。相比之下，73萬字的《紅樓夢》所占數據空問僅有1.7兆。

同時，“復興號”建立了感知系統的傳輸通道和智能判識的網絡，采用TCN和高速傳輸“以太網”雙重冗余設計的網絡控制系統，可收集各監測點信息，并根據預先設定的判據實時自動診斷故障。智能系統能實時感知列車的狀態，并對各部件的運用T況進行記錄，人工介入越來越少，列車的自主判斷和控制更多，處理故障自動化能力增強。比如，當列車山現異常時會自動報警或預警，并根據情況自動采取限速或停車措施，保障列車運行安全。

值得一提的是，“復興號”的網絡控制系統首次引入了高速以太網數據傳輸和維護網絡，傳輸帶寬由1兆級提升到了100兆級。如果說以前是“鄉問小道”，現在則是寬敞的“高速公路”，借助以太網，車輛大容量數據得以高速實時傳輸，列車的故障診斷和檢修維護更加安全可靠、更加智能。

貼心的“安全鎖”

“復興號”強大的安全監測系統，有效保障了列車的運行安全。除了具備失穩檢測、煙火報警、軸溫監控、受電弓視頻監視等安全防護功能外，“復興號”還應用了被動安全技術，即通過增設碰撞吸能裝置，提高動車組的被動防護能力。

被動安全防護，也就是當列車發生碰撞時，碰撞吸能單元通過有序變形吸收碰撞能量，保障乘客區域不變形，沖擊減速度可控，為乘員提供安全保障。這相當于為列車加了一道“安全鎖”。

在世界高速列車領域，被動安全防護是一項技術“制高點”。碰撞防護系統結構極為復雜，設計難度大。研發團隊經過兩年的攻關，自主開發了碰撞防護系統。這期問，研究過的吸能結構達160多種，進行的仿真計算和試驗驗證超過300次，仿真計算生成的數據有5000多個G，模型單元數量達千萬級，相當干制作了上千萬塊磚，再砌成一座結構獨特的高樓大廈?！皬团d號”的碰撞防護系統，設計吸能容量達6.8兆焦，這一指標達到國際領先水平。

舒心的“安靜車”

噪聲是關乎旅客舒適度的一項關鍵指標。根據測試，當“復興號”以時速350公里高速運行時，客室噪聲最小僅為65分貝，遠遠優于70分貝的優等線。

設計初期，研發團隊定的曰標是客室噪聲要比國內外既有動車組降低3dB以上。這看似只是一個簡單的數字，但要達到這一目標，需要實現輪軌關系、流同耦合、弓網關系、牽引系統、車體結構、材料應用等各方面的綜合提升。

研發團隊成立了減振降噪專項攻關小組，在長達一年的時問里，開展了大量的研究試驗。攻關小組瞄準減振降噪采取了三大技術措施。首先是對動車組的結構進行優化。先后開發出了新型流線型車頭、平順化的車頂受電弓、全包型式的車端風擋等等，降低氣動噪聲。其次是對牽引系統等聲源設備進行降噪控制，期問光牽引軟件就進行了80多個版本的降噪優化。再是應用新型隔聲材料，針對隔聲材料進行了1200多項對比試驗，確定了各系統、部件、部位的技術方案。最終實車試驗時，車內噪聲最多降低了4-6dB，比研發團隊的預期日標更優。

助力經濟 惠及人類

目前，時速350公里“復興號”中國標準動車組已批量投入運用，實現了運用維護和操作統一、互聯互通重聯運行和自主化，技術性能指標在國內同領域中具有領先水平，進一步豐富了高速動車組產品譜系，搭建了一個安全、可靠、先進、具有完全自主知識產權的全新平臺。

截至目前，鐵路總公司已采購227標準組時速350公里“復興號”中國標準動車組。據悉，時速350公里“復興號”中國標準動車組將作為鐵路總公司未來采購的主要車型。

另外，“復興號”中國標準動車組整車有50萬多個零部件，涉及機械、冶金、電子、化工等多個行業，其中一級配套企業已輻射全國14個?。ㄖ陛犑校⑸婕?50余家國內企業，二級配套企業已輻射全國22個?。ㄖ陛犑校⑸婕?50余家企業，年拉動產值近干億。

同時，高鐵的“高標準”對我國傳統工業的整體工藝和技術水平也提出了更高要求，對于提升傳統工業基礎工藝、基礎材料等的研發、系統集成能力及制造水平等，具有積極作用。

“復興號”CR400系列動車組的成功研制和投入運用，為我圍高鐵走出國門奠定了技術基礎。我們可以“復興號”中國標準動車組為平臺，根據世界上其他國家的實際需求，量身打造，設計研制具有國際競爭力的動車組成套技術和產品，積極拓展國際市場，推動中國高鐵“走出去”。

中車青島四方機車車輛股份有限公司副總經理兼總工程師梁建英，也是“復興號”中國標準動車組技術帶頭人。她說，公司將持續加強軌道交通裝備自主深化研究，深入開展軌道交通行業技術研究，強化前瞻性、基礎性、共性技術研究。形成支撐技術引領和產品持續創新的源動力，掌握輕量化復合材料、先進成型工藝、非接觸供電、相變儲能空調、綜合智能監測、燃料電池等新技術并裝車應用，構建基于新材料、新技術、新能源和智能化的國際領先優勢。

之外，還將開展時速350公里雙層動車組研制，研究雙層高速動車組關鍵技術，滿足大載客量需求；

開展時速400到420公里高速列車研制，深入研究高速工況下各項核心指標，實現核心技術突破；

開展600公里/小時高速磁懸浮列車研制，掌握其核心技術；

依托全自動駕駛車輛研制，開展車輛遠程安全修復等技術研究，填補全自動無人駕駛技術領域空白……

未來五年，中車青島四方機車車輛股份有限公司已勾畫宏偉藍圖：提升核心技術水平，將公司打造成可為國際軌道交通行業全速度等級、全技術要求、全壽命周期管理的全面解決方案供應商。

堅定、執著地走在創新的道路上，那么創新的果實也不會吝嗇，會在勤奮耕耘者的面前，新鮮、豐厚地結滿枝頭！