高速列車外觀設計的進展和發展趨勢

曾耀東

摘 要：隨著科學技術的不斷發展和進步，我國高速列車成為一種高速度、高載能力的現代化軌道交通工具，其外觀設計也成為高速列車整體設計的重點內容。為了在高速列車外觀設計中把美觀性和實用性進行有效的結合，本文針對高速列車外觀設計的進展和未來發展趨勢進行了分析和研討，對高速列車外觀設計中的造型、色彩、空氣動力學、地域文化等多種因素的影響進行了研究分析，通過對我國高速列車外觀設計的進展進行研究分析，對未來我國高速列車外觀設計的發展趨勢進行了展望，希望可以為我國高速列車外觀設計的研究提供一些參考。

關鍵詞：高速列車 外觀設計 研究進展 未來 發展趨勢

1 引言

在我國科學技術水平不斷進步和發展的影響下，我國高鐵發展受到了全世界的青睞，高速列車的外觀設計（車頭及車身造型設計與整車涂裝設計兩大部分）也在不斷的完善和進步， 并且發生了巨大的改變。在新時代的今天，隨著人們審美能力的變化，對高速列車外觀設計的審美要求也在不斷的提升，人們對高速列車的美感越來越重視，但是受到多種因素的影響，高速列車外觀設計也各有不同。雖然現階段，我國高速列車已經在世界范圍內處于領先水平，但是仍然還有很大的發展空間。如何實現我國高速列車外觀設計新的飛躍和質的變化成為很多研究者們重點研究的課題。而本文就以此為研究對象，對我國高速列車外觀設計的進展和發展趨勢進行了研討。

2 現階段我國高速列車外觀設計的進展

2.1 空氣動力學對車頭設計的影響

空氣動力學是力學的一個分支，其主要是指在空氣以及其他氣體的作用力下對氣體中正在不斷運動物體的受力情況、氣體的流動規律、以及相關的物理化學變化等方面的研究，是在流體力學基礎上融入了航空工業和噴氣推進技術的一門學科。發展到上個世紀，空氣動力學在環境保護、能源利用以及交通、運輸、氣象、建筑等方面都得到了廣泛的應用，并在其發展過程中衍生出了工業空氣動力學等學科分支。如今在我國高速列車外觀設計的進程中，空氣動力學也成了及其重要的參考依據。

對于高速列車，車頭的造型設計非常重要，不光是顏值，更重要的是它內含著關鍵的核心技術，其中很高的科技含量在此就與空氣動力學相關，因為對于運動中的高速列車周身都有各種氣流環繞。這是一個主觀因素必須最大程度滿足客觀因素的設計，其設計要從概念設計、仿真分析、模型試驗、實車試驗等不同階段，不斷循環優化而成，目的就是克服列車周身各種氣流的困繞，使之平穩快速。它是集技術、文化、美學等諸要素于一體的、交叉的、多目標的、綜合的、復雜的、超大規模的知識密集系統集成。而其外觀流線型車頭的長度設計會影響到列車在空氣中的阻力，一般長度越長，阻力越小，空氣動力學的性能越高。如果在高速列車的整體長度一定的情況下，車頭的造型越是扁寬，空氣阻力越小，越接近圓型，空氣阻力就會越大。

隨著我國高速列車技術的不斷完善和長足發展，車頭的外觀設計隨著列車的速度提升在不斷的完善，從開始階段的CRH380B型的7.7米增加到了CR400-BF型的10.38米，再到CRH380A的12米。車頭外觀設計也經過多次改良，現有橢圓型、扁寬型、鈍型、楔型以及梭形等設計類型。我國現有幾款仿生車頭設計（如飛龍、金鳳凰、雛鷹、駿馬、小海豹、火箭、青銅劍等）就非常出色，是工業設計與空氣動力學結合的完美體現和典范。

現代高速列車的成功設計是技術與藝術完美結合的產物，體現了技術美與功能美的巧妙融合，方圓和凸凹的結構、轉折的流線、門窗的大小與位置、車燈的大小與布置等等在比例、尺寸、細節諸方面看似平常的形式美，其實內含一種變化、協調、統一的秩序之美，簡單之中包含了高度的科技文化內涵。

目前，德、法、日、加、英、意、西等國設計水平還是具有一定的相對優勢，很值得我們學習和借鑒?；诎踩募夹g性能之后，如何把握列車功能和造型的完美結合，如何度量設計中的比例尺度、對比協調、節奏韻律等是今后設計過程中值得研究的課題，這是中國的現實及文化之需求，也是世界之需求。力爭把中國列車系列設計從地域化發展到國際化，成為引領時代的驕者，彰顯中國科技文化強國的形象窗口。尋找差異，超越自己，超越世界！

2.2 影響高速列車外觀設計的因素

首先，車體的斷面形狀會影響到高速列車外觀的設計。

一般車體的斷面形狀會對列車外觀的氣動升力、表面的壓力、兩輛列車交會時的壓力波、以及橫向氣動性能產生影響。如下圖1車體斷面圖中所示，如果當R2在一定的范圍內進行變化，那么對橫向力的影響不會太大;如果R1增大，那么橫向力、傾覆力矩以及升力都會出現減小的情況;而H對橫向力的影響并不大，但是在H增加，負升力會降低，傾覆力矩就會增加，所以，H不能太高。R3對橫向力造成的影響并不大。α和β會對橫向力、傾覆力矩以及升力產生一定的影響，所以，在進行高速列車外觀斷面設計的時候，需要以鼓形斷面為主，并根據列車速度等級的變化和不同風阻系數情況來對斷面進行不斷的調整和完善，讓其更加接近于鼓形斷面。

其次，列車的長細比會對外觀設計產生影響。

長細比主要是指車頭的長度和橫斷面之間的比，不同速度等級列車的定位對長細比的要求也各不相同，列車車頭長細比值越大，整個列車的阻力就越小，列車交會時候的壓力波也會越小。所以，列車車頭設計的過程中需要根據車輛的運行線路、橋梁和隧道要求情況、以及運行的速度情況等來對車頭的長細比進行明確。在列車車速不斷提高的情況下，列車的車頭造型也在逐漸從原來的短粗型向著扁長型發展;但是，也并不是說車頭的長細比越大越好，在長細比高于臨界值很多的時候，并不會對車頭的氣動阻力產生影響，而車尾氣動阻力就會隨著長細比的增加而減小。

另外，鼻錐對列車外觀設計的影響。

高速列車外觀設計的關鍵影響因素是列車前端部分的開閉機構的鼻錐，鼻錐的造型設計會影響到整個列車空氣動力的大小;另外也會受到列車車鉤伸縮、開閉機構以及上下左右擺動幅度等因素的影響。對于鼻錐的影響，鼻錐越尖，前段的截面面積的變化率就越小，這樣就會增加列車在進入隧道口時的微氣壓波;同時，鼻錐越尖，前段壓力梯度就會越小，這樣就會造成后段壓力梯度的增加，在兩車交會的時候就會產生不良的影響;在鼻錐比較尖的情況下，說明鼻錐前端的迎風面比較小，就會減少氣動的阻力;在鼻錐和其下端的排障器起引流共同作用的影響下，會對氣動升力進行補償。

此外，駕駛室的傾角會對列車外觀設計產生影響。

如果駕駛室的傾角是呈現出圓滑過渡的，那么就可以減少列車在運行過程中氣流對車體的影響。而在駕駛室傾角進行設計的時候需要重點考慮駕駛人員的視野變化，同時還要滿足于駕駛空間的要求和相關的行業標準。在對駕駛室中四季視野、操作臺、儀表布置、頭等等各項設備空間校正之后，滿足列車駕駛室的需求之后，才可以對駕駛室的傾角進行設計，并且還需要根據駕駛人員凈空間和操作性、舒適性進行再一次的核對和校正。

2.3 高速列車外觀設計中涂裝色彩的應用

在高速列車的外觀設計中，其主要的涂裝就是色彩。色彩作為非語言的信息傳遞方式，具有獨特記憶的視覺傳達效果，而每一種色彩都有其獨特的感官語言，給人以不同的心理感受，運用適當能起到事半功倍的效果。一般情況在進行列車外觀設計的過程中，三維造型是體現設計思維的重要方式，而色彩的裝飾性也是非常重要的，怎樣把三維造型和色彩進行有效的結合，也是高速列車外觀設計的重要內容。同時也要注意到列車外觀色彩設計時，不管是線條、色塊還是具象的、抽象的圖案在靜態或者緩慢移動時視覺傳達是清晰直觀的，而移動時是模糊的條帶狀，這種色彩上的視覺效果要特別注意，前者應該是重點考慮的問題。

色彩的運用首先要考慮本民族文化特色和審美趣味（出口列車產品更應該尊重地域文化特色），其次是人文環境，再者是自然環境。滿足列車整體給乘客、公眾的感官刺激以及心理感受。力爭把科技感、速度感、安全感、美學感的設計原則成熟地運用到列車涂裝設計之中，打造具有民族特點和審美趣味的涂裝設計。

現在國際的高速列車外觀設計中，德、法、日、韓等國部分色彩較鮮明、大膽，個性較突出;而我國現在在設計上個性不足，體系化不明顯，應該大膽運用中國元素，彰顯中國文化特色。如儒家文化、道家文化等等都大可一試，可嘗試單體車飾整體化（內外），一種或多種車型做整體車系或局部車系車飾系統化涂裝。只有民族性的設計才具有世界性，總之要打造具有中國特色的國際列車品牌文化。

外觀色彩的應用不僅可以體現造型的獨特性，同時還可以體現民族文化和現代工業設計的有效融合。

當然，內飾設計也很重要，因為乘客是身置其中，直觀上享受精神和物質層面的感覺。我國現有車內涂裝軟硬件檔次有待提升，內飾色彩上、個性差異化上、文化特色上不明顯，同時座椅、行李架、燈光等等的舒適度、使用上還有待改善，音樂、可視媒體、裝飾物等等營造文化氛圍的功能（單一性和整體性）有待加強。以人為本，努力創造舒適、親切、愉悅的列車家園。

高速列車涂裝設計是一個全新的現代感性設計，承載著深厚的民族文化內涵和更高的審美情趣。所以，在高速列車外觀設計的過程中，合理利用涂裝設計的巧妙變化，可以讓我國高速列車很好的體現我國獨特的民族精神和文化內涵。

3 高速列車外觀設計未來發展趨勢

3.1 信息化技術對高速列車外觀設計的影響

隨著我國信息化技術水平的不斷發展，物聯網技術、移動互聯網技術和大數據技術開始被廣泛的應用在各個領域和行業中，而工業互聯網在制造行業中的應用水平不斷完善和發展，數據的傳輸、搜集以及大數據技術在生產制造行業中的應用已經得到普及，讓傳統生產制造行業實現了顛覆性的重構。在這樣的情況下，我國高速列車外觀設計也將面對新的挑戰，信息化技術的應用讓外觀設計過程中的數據研究分析更加精確，為外觀設計提供了更加精準的保障。

3.2 虛擬現實技術對高速列車外觀設計的影響

在高速列車外觀設計的過程中，通過虛擬現實技術可以對高速列車的外觀設計進行模擬試驗，通過對列車裝配、拆卸、外觀、內飾等多方面的模擬來更好的對其設計進行分析和試驗檢測，尋找出更加合適的設計數據，從而提高外觀設計的準確性、美觀性和實用性。

3.3 未來科學技術對高速列車外觀設計的影響

未來科技的創新和高度發達，讓世界變化日新月異，高速列車的外觀設計也是一樣，可能會超乎人們的想象。如新型動力、超級材料、超智能技術、超級工藝、超級仿生學等等的變化發展，都可能影響其設計——車頭及整體車身的造型、駕駛室的空間設計、人機界面系統、顯示系統、車內整體設計以及桌椅造型等個體的細化等等，到那時完全是一種造型新穎、高速快捷、舒適安全、節能環保、大客流、全天候的新型運輸載體。

4 結語

在我國高速列車外觀設計的過程中，會受到多種因素的影響，如空氣動力學、人機工程學、美學、地域文化等等，另外還需要對列車外觀設計的前瞻性和未來發展趨勢進行多重的考慮，設計出具有中國符號的功能美與形式美有機結合的品牌文化列車，只有這樣才可以推動我國高速列車的快速發展，讓我國高速列車在世界高速列車中占據一定的優勢和地位，從而塑造出領先的、標準化的國際品牌和適應新時代的全新技術列車，領跑世界。

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