高鐵列車技術創新演進研究：中日兩國的對比

滿 勇，劉穎琦

(北京交通大學經濟管理學院，北京 100044)

0 引言

隨著國際貿易爭端不斷升級，中國諸多產業發展面臨著企業不掌握核心和關鍵技術的挑戰，而能否掌握核心和關鍵技術不僅決定了一個產業競爭力[1-3]，更是關系到國家安全穩定。中國作為全球第二大經濟體，產業發展必須要對標全球最先進的產業，從中找到技術方向和發展模式。

高鐵列車作為集機械、力學、電氣、電子、計算機、通信、材料等學科為一體的復雜性產品，其技術復雜程度高。中國在高鐵發展中取得了舉世矚目的成就，不僅在較短的時間中實現了技術的引進—消化吸收—再創新，更建立了中國高鐵標準，成為引領中國發展的一個成功產業。但不可否認，日本依然是一個過去和現在都處于技術和產品領先地位的國家，今天的日本仍是中國高鐵在國際舞臺上強有力的競爭對手。在過去10年里，隨著亞洲經濟快速發展，中日兩國在東南亞地區的高鐵產業領域展開激烈競爭。日本相繼拿下泰國、印度和越南等國家高鐵大單，中國也在印度尼西亞和沙特等國家有所斬獲。因此從技術的視角對中日兩國高鐵技術創新演進過程展開對比分析，研究中國高鐵核心技術引進、消化吸收、再創新過程，不僅可以有效探討未來中國高鐵技術創新方向，還可以為其他產業的研究和技術創新提供借鑒和參考。

在研究產業技術創新時，產品和專利通常是最為直觀和重要顯現度的指標。已有研究認為，技術創新是企業競爭力的核心要素，通過創新能夠滿足客戶需求，有利于提升產品質量競爭力，而通過專利技術分析可以了解技術創新特性和未來發展趨勢[4-6]。關于高鐵創新研究，國外學者在研究中呈現出多樣性，如從電子技術革新帶來高鐵列車技術創新[7]、高鐵經濟性[8]、法國工業結構創新影響高鐵發展[9]等多角度展開。而國內研究則集中在對中國高鐵成功的追本溯源，如創新體系研究[10]、創新路徑選擇[11-12]、政企合作關系[13]、基礎研究加強[14]、產學研合作網絡的建立[15]、高鐵技術進步回溯分析[16]和政企能力共演化關系[17]等。

本文在借鑒前人研究的基礎上引入譜系化方法，繪制基于技術同源性的日本和中國的高鐵列車譜系圖，結合譜系圖、技術指標和技術專利等要素對比研究中日高鐵的技術創新演進路徑，在此基礎上對中國高鐵技術創新的未來發展趨勢進行研判。

1 中日兩國高鐵列車發展歷程

日本是世界高鐵發源地，中國擁有全球最長的高鐵運營里程。本文對中國和日本的高鐵列車發展過程進行簡要回顧，了解兩個國家在列車開發過程中的特點。從高鐵列車技術的同源性、車型廣泛性、技術安全性三個方面對兩個國家進行對比研究。

1.1 日本高鐵列車發展歷程

世界鐵路發展起源于英國，但全球高鐵卻誕生在日本。二次世界大戰以后，日本經濟開始復興，特別是東海道東京—大阪線路，人口流動迅速增加，交通運輸能力趨于飽和。日本為了盡快改善運輸壓力，將發展高鐵當成首選。在政府大力支持下，1964年日本國鐵開發0系列車正式投入商業運營，成為世界上首臺運行時速達210km/h的高鐵列車。在此后的60多年時間里，圍繞 “高速化”不斷創新，日本開發出了可在既有和高速線路混跑E3系，世界單臺運載量最大的E4系和運營速度達到300km/h的500系等車型，彰顯了日本高鐵列車的技術先進性，并逐漸發展成擁有20余款車型的高鐵大國。根據運行線路供電制式日本高鐵形成兩條線路列車，其中，東海道線路列車 (25kV/60HZ工頻電壓)，主要在東海道、山陽、九州高鐵線路上運行，其余為東北線路列車[18](25kV/50HZ工頻電壓)。本文以列車開發時間為線索繪制了日本高鐵列車發展時序圖，如圖1所示。由圖1可見，日本高鐵列車技術起源于0系車，其獨特的動力分散驅動方式確定了日本高鐵列車技術框架，后續列車開發以0系車為技術平臺，創新和完善列車產品性能，滿足客戶需求。

圖1 日本高鐵列車發展時序圖

1.2 中國高鐵列車發展歷程

早在20世紀80年代末期，中國就已經展開了對高鐵建設的討論，并且在90年代開展了高鐵列車技術系統的多元化探索，自主設計開發出一批具有先進技術的高鐵列車，如大白鯊、藍箭號和中華之星等[10]。這些列車產品開發使得中國對于高鐵列車核心技術，如車體輕量化、交流傳動、高速制動、分布式微機控制等技術展開實踐應用，但受中國自身技術能力所限，最終還是通過技術引進來快速實現列車高速化。2004—2006年，先后從4個國家引入技術并實現本地化改進 (見表1)，使得中國迅速擁有了高鐵列車制造能力，以此構建了不同技術標準的時速250公里和350公里等級技術平臺。技術轉讓不僅實現了國內的制造，擁有了制造工藝和技術，也為后續高鐵列車自主開發奠定了技術基礎。中國在350km/h等級高鐵列車基礎上進一步優化產品設計，開發出全球最高商業運行速度380km/h等級的列車。

表1 中國高鐵列車從國外引入的技術平臺

1.3 中日兩國高鐵技術特征對比

當今世界公認的高鐵技術強國除了中國、日本外，還有歐洲的法國、德國等國家。本文選取日本為對標國家，主要是基于列車技術的同源性、廣泛性、安全性考慮，來對比兩國高鐵列車的技術特征 (見表2)，由表2可見，中日兩國的高鐵技術有以下特點：

表2 中日兩國高鐵列車技術特征對比

(1)技術同源性。日本是最早一批將高鐵列車引入中國的國家。2004年日本E2-1000型原型車引入，生產出第一代CRH2系列動車組。作為全世界最早使用動力分散高鐵列車的國家，日本全系列車均采用動力分散設計，中國在列車設計上沿用了日本的思路，放棄了歐洲普遍采用的動力集中，以便獲得更好的牽引特性。

(2)日本高鐵列車產品多樣性，列車技術覆蓋面更廣泛。日本是全球最早開通高鐵的國家，其國內高鐵運營里程位居全球第二，遠高于法國和德國等其他國家。并且日本國內多山區，為滿足不同線路和運輸需求，開發出20余款不同技術特點的列車，既有達到300km/h以上高鐵列車，也有能在既有和高鐵線路混跑的列車，還有為解決運力緊張設計的雙層高鐵列車等。

(3)日本高鐵列車性能卓越。運行速度是體現列車產品性能的核心指標，日本開發E5系最高速度達到320km/h，高鐵技術不僅處于世界領先，還輸出到臺灣省和大陸地區。此外，1964年日本開通高鐵以來，一直保持著列車事故死傷乘客人員零記錄，世界上沒有其他交通工具能比它更加安全，這也是其他高鐵國家所無法比擬的，日本高鐵安全性也成為其技術輸出的賣點。

2 基于譜系圖對中日兩國高鐵列車技術創新路徑進行分析

全球高鐵列車研究始終都是圍繞列車高速化展開，為了提高速度，各國普遍的做法是構建以原型列車為基礎技術平臺，并開展技術改進和創新，滿足列車在不同技術條件下更快捷的運行。源自同一個技術平臺開發出來的高鐵列車就形成了譜系化的產品，我們將這些產品以演進關系的視角繪制成圖形，就構建了每個國家的高鐵列車譜系圖?；谏鲜鲋腥諆蓢哞F發展史，依據各型高鐵列車的開發時間、背景、技術同源性以及核心技術變化方面考量，繪制出兩個國家高鐵列車譜系圖，通過譜系圖來揭示兩個國家高鐵列車核心技術演化和技術創新路徑。

2.1 日本高鐵列車譜系圖構建

日本以首臺0系高鐵列車構建了本國高鐵列車技術框架，該型車從1964年使用到1999年才正式退役，足以證明其優良的技術性能。為了實現列車高速化，日本圍繞列車 “提高速度、可靠性、環保性和舒適性”技術目標，建立起高鐵列車自主開發技術平臺。在列車開發過程中，通過對各項技術目標的創新，使得列車關鍵技術得以持續完善，并不斷衍化出新車型。

0系列車作為日本技術源頭，開啟了技術創新的道路。受到日本國內供電方式制約，分為東海道線路和東北線路兩類列車譜系。其中，東海道線路平坦、環境氣候適宜，非常適合高鐵列車運行。因此，基于東海道線路開發出的列車在高速化方面做了大量技術創新，列車運行速度不斷被刷新。而東北線路多山區，線路存在坡度和彎道大、線路條件老舊、天氣寒冷的特點，所以在設計上還要考慮列車除雪、防寒和制動等特殊技術條件，基于此構建了日本高鐵列車譜系圖，如圖2所示。以100系列車和200系列車為例，其中100系應用在東海道線路，為了提高行駛速度，列車在0系基礎上優化車體流線型設計，并增加牽引電機輸出功率，使得列車速度從0系210km/h提升到230km/h。而200系列車為了應對東北線路高寒天氣，相比0系在車體上增加耐寒、耐風雪設計，如在車頭上安裝除雪犁、車體材料變化和加大車內供暖能力等。此外，試驗列車在日本高鐵列車自主開發過程中占據了重要位置。

日本高鐵試驗列車專門用于對列車新技術、新材料和新工藝等課題的探索，試驗列車的開發是在總結前期技術成果的基礎上對未來技術領域實踐研究。由圖2可知，日本擁有300X系和FASTECH360兩種試驗列車。其中，300X列車是1995年在300系技術平臺上開發的，目的是總結300系技術成果，尋求更理想的高鐵列車系統。 隨后，日本將300X列車技術應用到500系列車上，使其最高速度達到300km/h。此外，FASTECH360試驗列車項目的主要目標是著眼于運行速度更高的列車，提高與航空系統的競爭性，并保持高速技術世界領先水平。集日本最先進的技術于一身，在設備可靠性、環境兼容性和舒適性等方面開展大量技術創新。列車于2005年開發完成，并將技術成果應用于后續開發E5和E6兩款列車上，將日本高鐵列車運行速度提升到320km/h。

圖2 日本高鐵列車譜系圖

2.2中國高鐵列車譜系圖構建

中國在2004年開始引入國外技術，開始了高鐵發展。按照速度等級，中國高鐵列車劃分為250km/h、350km/h和380km/h等級以及中國標準動車組 (見圖3)。中國從日本、法國和加拿大分別引入250km/h等級列車，從德國引進350km/h等級列車，并在國內生產出第一代高鐵列車CRH1-5系列，以此為平臺開發出350km/h等級的CRH2C和380km/h等級的CRH380系列高鐵列車。這些列車雖然是基于國外技術平臺開發，但是通過對技術知識的學習和理解，中國實現了對列車核心部件的技術改進。此外，為了解決原型車引進過程中技術標準不統一問題 (歐洲和亞洲)，中國基于技術積累建立自己的技術標準體系，并開發出三種時速等級為CR400/300/200的中國標準動車組。我們以CRH2A型列車為例，來探討高鐵列車的演進過程。

圖3 中國高鐵列車譜系圖

(1)從原型車到250km/h技術平臺建立。CRH2A型列車原型車是日本的E2-1000系，通過技術引進，設計人員不僅節省了大量原型車所必須的開發驗證流程，在列車引入后不需要大規模的技術驗證，只進行適應性改進便實現了國內生產 (見表3)[19]。同時，還掌握了高鐵列車制造的關鍵技術，如鋁合金中空型材焊接車體、流線型頭部結構設計、高速轉向架等，極大提升了中國制造高鐵列車所需要的整車集成能力和關鍵部件制造能力，構建了250hm/h等級技術平臺。

表3 由原型車E2-1000系到CRH2A型列車技術改進

(2)從250km/h～350km/h速度等級。為了進一步提升列車運行速度，在250km/h技術平臺基礎上進行技術創新，如增加牽引功率、車體輕量化等開發出CRH2C型高鐵列車，在2008年線路測試時，運行速度達到392km/h。CRH2C型列車開發構建更高速度等級技術平臺 (350km/h)，也為后續CRH380A系列列車研發奠定基礎。

(3)從350km/h～380km/h速度等級。由圖4可見，350km/h速度等級有CRH3C和CRH2C型兩款列車。CRH380系列列車在設計上延續了這兩款列車的技術特點，并對局部進行改進，如CRH380A型列車在CRH2C型列車基礎上改進了車頭流線型設計，以滿足列車高速化需求[20]。

(4)中國標準動車組技術平臺的構建。由于中國從不同國家引進原型車，使得在國內生產列車出現了歐洲和日本等不同國家技術標準。為了實現列車技術統型，中國開展了自主技術標準體系建設。通過大量數據測試和試驗，開發出中國標準動車組，實現了不同速度等級統一。

2.3 基于譜系圖的中日高鐵列車對比

為了更好地對比和分析中日兩國高鐵列車的發展和技術異同點，我們對兩個國家列車譜系圖進行比對，如圖4所示。

圖4 中日兩國譜系圖對比

通過比對可以看出，中日兩國的高鐵列車創新路徑存在差異性，主要體現在以下方面：

(1)技術特征不同。日本在高鐵列車譜系化過程中，表現出技術同源性。從0系列車開始并沒有借助外來技術，逐步實現了對列車性能改善，使得日本開發的每款列車都能看到0系列車的技術身影。中國則引入了4個國家技術，這為中國后續列車技術學習和列車維修通用性增加難度。

(2)列車開發路徑不同。日本始終堅持自主開發，形成產品譜系化。而中國通過引進技術學習，開發出不同速度等級高鐵列車技術平臺，形成標準統一，實現了譜系化過程。

(3)發展歷程不同。日本從1964年開發出0系列車發展至今，經歷50余年的時間，開發出20余款不同產品，其高鐵列車譜系化產品更加豐富。中國雖然是高鐵技術的后發國家，但是發展速度更快，經歷十余年不懈努力，不論列車運行速度還是運營里程都位居世界首位。

3 基于技術要素和專利對中日兩國高鐵列車技術路徑進行分析

從譜系圖的視角來看，中日兩國創新路徑差異性較大，其中，日本呈現出自主創新模式特征。而中國則呈現出技術引進、技術學習、技術創新過程。為了更好地分析技術創新在高鐵列車開發過程中如何發生和演進，我們分別選取技術要素和專利兩個指標對兩國高鐵創新路徑展開研究，并探討國外技術引進對中國自主創新的影響。

為了實現列車高速化，在列車設計上首先需要解決三個基礎理論問題，分別是流固耦合關系、輪軌關系和弓網關系理論。流固耦合關系是指列車在空氣中高速運行形成的獨特氣動特性；輪軌關系研究高鐵列車輪對與軌道之間的黏著機理；弓網關系研究受電弓和接觸網的作用機制。這三大基礎理論又牽涉到高鐵列車的7項核心技術要素[21-22]，如圖5所示。本文選擇4項核心技術要素 (列車空氣動力學、環境技術、車體輕量化、受電弓技術展開研究)來討論兩個國家的創新過程。其中，空氣動力學特性決定列車運行速度，氣動力性能越好，列車阻力越小，行駛速度越快。而列車在高速運行中產生空氣噪聲，影響周邊環境和旅客乘坐舒適性，因此這兩個指標屬于列車流固耦合關系范疇。車體輕量化技術可以減輕列車軸重，降低輪軌之間的沖擊振動和噪聲，是解決輪軌關系的關鍵因素。列車集電性能反映受電弓和接觸網之間的復雜機電關系，由弓網關系決定。

圖5 高鐵列車核心技術要素

3.1 基于技術要素和專利對日本高鐵列車技術創新路徑進行分析

本文選擇日本東海道線路的部分列車，對其技術創新特點進行匯總，見表4。由表4可見，隨著列車開發其核心技術得到優化。改善列車空氣動力學特性，降低噪聲影響，是日本高鐵技術的主要挑戰[23]。從0系列車開始，逐步增加列車頭部長度，由最初0系4.4m延長到500系15m，優化車體流線型設計，使列車外形設計更加平順，以獲得更好的空氣動力特性，降低列車高速運行帶來的噪音影響，列車運行速度提升到300km/h。在輕量化方面，車體材料應用持續創新，從鋼板焊接車體到鋁合金材質再到雙層大型中空鋁合金焊接，列車總體重量不斷下降。日本通過創新使得技術要素指標不斷優化，說明日本在產品開發中注重對關鍵技術創新，實現了技術積累，呈現出自主創新特點，一直處于世界高鐵技術領先地位。

表4 日本高鐵列車技術創新特點及應用

專利技術是反映技術創新成果的重要指標，通過專利技術信息不僅可以分析推斷出技術創新發展路徑[24]，還可以分析技術競爭態勢[5]。本文采用國際通用的IPC (International Patent Classification)進行專利技術領域分類。以DII數據庫為數據源，檢索專利的時間范圍為1967—2018年。通過文獻閱讀和試檢索，最終確定 (high-speed train or electric railway vehicle or bullet train or express train or high-speed vehicle or high-speed railway vehicle)為關鍵詞，剔除不相關的專利，截止到2018年共計檢索出4275條專利，利用數據分析工具Thomson Data Analyzer (TDA)實現對日本高鐵列車IPC分類號前5名的技術領域統計分析與數據清洗 (見表5)，了解日本高鐵列車專利技術分布以及主要創新領域。表5反映出日本IPC排名前5位的專利全部分布在三大基礎理論領域，說明日本更加關注對核心技術的創新。具體來說，日本開發過程中注重對列車動力學性能改善，在專利上反映在B61D (車體結構)和B23K (焊接技術)方面專利較多。特別是為了改善車體輕量化，使用鋁合金板材，采用更加先進的焊接技術 (B23K)，使得車體焊接結構更具流線型，空氣阻力小。列車弓網關系也是專利主要集中領域，其中B60L側重于受電弓外形結構和性能研究，從表4反映出的列車受電弓技術來看，隨著列車開發，受電弓結構更加簡單、空氣阻力和氣動噪聲越來越小，B60M更多體現在供電線路性能變化，提升受流品質。因此，表4和表5綜合分析發現，日本專利信息集中在高鐵列車核心技術領域，這是日本高鐵列車自主創新結果，通過對關鍵技術和基礎理論研究提升技術能力。

表5 日本高鐵列車技術領域前5名的IPC分類

3.2 基于技術要素和專利對中國高鐵列車技術創新路徑進行分析

從中國高鐵列車發展歷程得知，在20世紀80年代末期中國就已經展開對高鐵建設的技術討論[16]。到了 “九五”期間，中國鐵路提速，構建了160km/h速度等級列車技術平臺，并在2001年自主開發出270km/h中華之星號高鐵列車，這一期間中國高鐵列車技術得到迅速發展。例如在列車空氣動力學方面，通過線路測試完成了當時中國高鐵列車的流線型外形結構設計，實現了對中國鐵路列車空氣動力學行車安全評估[25]。然而，受制于當時中國技術能力不足，以及鐵路開行線路速度等級低，使得后續高鐵列車開發受到影響。如20世紀90年代中國列車轉向架技術已基本達到了200km/h的技術水平，但由于高速鐵路線路少，造成200km/h轉向架技術無法得到足夠科學驗證，關鍵零部件也很難經受長距離、長時間高速運行的考驗，轉向架技術很難有進一步發展[26]。因此，大規模建設高鐵和從國外引進先進技術成為中國重要選擇。

2004年隨著CRH動車組上線，給中國高鐵列車技術創新帶來了機遇。先是利用國外技術搭建了250km/h技術平臺。隨著高鐵建設步伐加快，自主研發出CRH380型系列高鐵列車，構建了中國350km/h及以上技術平臺，并通過標準動車組研發形成中國技術標準體系。我們以日本列車技術引進過程中轉向架技術要素變化，來討論中國從技術引進到自主創新演進過程 (見圖6)。在技術引進前，中國轉向架技術還停留在160km/h速度等級，隨著日本E2-1000型高鐵列車引入，中國開始了技術學習并進行本土化改進，以滿足國內軌道線路需求，生產出CRH2型列車，使得轉向架技術迅速達到250km/h等級。再以CRH2型車技術平臺開展參數測定，獲得列車實際性能指標，理解國外列車核心技術，以此設計出速度等級更高的350km/h試驗列車CRH-300型，并在京津城際線路中展開科學性驗證。為了設計更高速度的轉向架，在350km/h技術平臺上進行技術優化，開發出新一代CRH380高鐵列車[27]。

從圖6所示的轉向架技術創新可以看出，國外技術引入為中國技術能力提升帶來極大幫助，中國依托國外技術平臺進行學習 (如CRH2型列車參數測定)，理解核心技術設計，在此基礎上開展創新，開發出速度等級更高的列車 (380km/h)，呈現出從技術引進—技術學習—技術創新過程。此外，利用專利信息來研究中國高鐵列車技術創新。根據中國高鐵發展史，將中國高鐵列車專利發展分為以下三個階段，并利用TDA軟件對專利量進行分析。

圖6 技術引進—技術學習—技術創新過程：以列車轉向架技術為例

第一階段為2004年之前。中國開展高鐵列車理論研究，并嘗試自主開發高鐵列車。第一階段專利申請量只有25個，主要分布在E01B (軌道及附屬線路上)，高鐵列車方面技術專利較少。說明當時中國高鐵列車技術創新能力不足，這也印證了中國在引進技術之前嘗試自主開發高鐵列車遇阻的事實。

第二階段為2004—2012年，中國專利申請開始逐步增多，專利技術主要集中在車體結構 (B61D)、車輛參數測定 (G01M)、車輛制動器 (F16D)以及運行安全監測 (B61L)等方面 (見表6)。反映出中國從國外引進技術后，對原型車開展了大量技術參數測定，并創新出測定工具和方法 (G01M)，根據這些參數對國外技術進行學習和理解，并開發出更高速度等級列車。在這個階段，車體部件 (B61D)領域專利最多，集中在改善旅客乘坐舒適性 (B61D-027/00和B61D-033/00)方面。同時，也注重對列車制動系統 (F16D)、牽引控制系統 (B61C)和鐵路安全管理 (B61L)方面的創新。由此說明，中國并沒有止步于技術引進，而是利用國外原型車開展數據測量，理解列車核心技術，并在車體部件、制動和牽引控制等核心技術方面展開創新研究。

表6 高鐵列車技術領域前5的IPC分類 (2004—2012年)

第三階段為2013—2018年。在此階段，中國專利申請量急速增加，并呈現出對核心技術認知。2012年開通的CRH380型列車雖然是中國自主研發的高鐵列車，但無論是列車最高運行速度還是列車性能都處于世界領先水平。然而，這些列車開發都是建立在國外原型車技術框架基礎上的創新，很多核心部件都采用國外標準。如在輪軌關系中方面，CRH380A型列車車軸是按照歐洲EN13103-2010標準設計[28]，CRH380系列列車轉向架鋼板使用的也多是歐洲和日本產品[29]。因此，盡快建立中國自己的技術標準顯得尤為重要。從細分技術領域來看，中國對核心技術研究在不斷加強。車體部件 (B61D)，特別是涉及車體結構部件 (B61D-017/00)的專利仍排在首位，說明中國注重對車體結構創新，使得列車空氣動力性能得到有效改善，列車速度再次提升。在機械部件測試方面 (G01M),主要專利集中在齒輪、車軸和軸承等影響輪軌關系的核心部件。在傳動結構方面 (F16D)，專利仍然集中在列車制動領域，涉及制動盤成分、制動連接結構，這些都屬于核心技術領域，對于高速行車具有關鍵意義。相比第二階段，在第三階段，電數據數字處理 (G06F)和冶金 (C22C)專利迅速增多。這是因為，在此階段隨著對國外技術研究不斷深入，大量CRH系列列車上線運行，使得中國獲得核心技術大量數據積累 (G01M)，利用計算機仿真技術 (G06F)可以進行創新性的理論驗證工作，這為中國標準制定奠定了基礎。為了實現列車國產化，擺脫對國外的技術依賴，中國在列車材料應用方面圍繞車體輕量化技術和受電弓滑板等核心部件開展國產化，出現大量技術專利 (C22C)。第三階段的技術專利反映出，中國對國外技術學習更加深入，技術創新步伐加快，大量創新型專利 (B61D、F16D和C22C)出現 (見表7)，促進了中國高鐵列車技術標準體系的建立，體現出對核心技術的認知。

表7 高鐵列車技術領域前5的IPC分類 (2013—2018年)

3.3 中日兩國對比分析

從技術要素來看，中日兩國的技術創新模式有所不同。日本從最初0系列車建立起技術框架后，始終圍繞著關鍵核心技術展開創新，形成了譜系化的列車產品，使得技術能力不斷提升，幾十年以來日本的高鐵列車技術水平始終保持世界領先。中國高鐵列車最初也是以自主創新為主，然而受到技術能力限制，使得技術引進成為快速彌補技術差距的有效途徑。中國利用國外技術開展技術學習，使得自身技術能力得到增強，技術創新能力不斷提高。

從專利來看，日本的主要專利始終集中在三個基礎理論方面，說明日本在高鐵列車開發過程中注重對列車關鍵技術創新，這正是日本自主創新表現。而中國則表現出不同階段的特點。第一階段受制于當時技術能力薄弱，高鐵列車技術專利較少。從第二階段開始，中國進入技術學習階段，并在車體外形設計、數據測定方法等方面進行了創新。到第三階段，中國對國外核心技術理解加深，大量涉及車體、制動和材料方面的專利增加。由此看出，中國利用積累起來的技術能力，正在逐步擺脫對國外關鍵核心技術依賴，特別是中國標準體系建立和標準動車組開行，標志著中國開始邁入高鐵自主創新階段。

綜上所述，從技術要素和專利兩個維度對中日兩國創新路徑和創新模式分析可知，日本更加注重對高鐵核心技術的自主創新，具體表現在本國專利前5位主要集中在弓網、輪軌和流固耦合關系領域，使得日本高鐵列車產品性能不斷提升。而中國相比日本，在核心技術方面專利并不集中，雖然已經有了很大進步，但是對重點技術領域如弓網關系、輪軌關系等專利量所占比重并不高，只有涉及流固耦合關系專利 (B61D)比較突出，說明中國高鐵在其他核心技術領域的研究仍需加強。

4 結論

(1)從譜系圖可以看出，中日兩國高鐵列車的技術發展路徑不同。日本在列車設計上呈現出技術同源性，其譜系化的列車產品都能看到0系列車身影。中國則引入了不同國家的列車技術，構建了從時速250km/h—350km/h—380km/h的中國標準技術平臺，使得自身技術能力逐步提高。

(2)通過技術要素和專利兩個維度分析反映出，日本在高鐵列車開發過程中注重對核心技術研究，呈現出自主創新特點。而中國正在逐步擺脫對國外技術依賴，列車核心部件創新開始增多，不過部分核心部件創新能力不足仍需加強。

(3)對核心技術持續創新和突破是中國高鐵未來發展方向，無論是代表技術先進性的最高運行速度還是代表高鐵發展規模的運營里程，中國都處于世界首位。但是中國圍繞核心部件專利申請量所占比重相對較少，而大量數據測試和計算機仿真專利出現，說明中國高鐵仍然在核心技術方面沒有完全擺脫國外依賴。未來高鐵技術勢必圍繞著高速化持續發力，生產運行速度更快、安全舒適、綠色環保、智能化高鐵列車將是中國高鐵的未來方向。中國高鐵在未來創新發展中應更加注重突破核心技術，將云計算、物聯網、大數據和人工智能等先進技術與傳統技術如受電弓、電機、電力電子和轉向架等結合，打造智能化高鐵列車產品，將中國高鐵發展成世界領先水平，實現中國高鐵 “走出去”戰略。