中國標(biāo)準(zhǔn)動車組列車品牌設(shè)計(jì)研究

馬勝全 王洪寶 賈興瀧 郭 昊

(中車長春軌道客車股份有限公司國家軌道客車工程研究中心, 130062, 長春∥第一作者, 正高級工程師)

高速動車組列車具有的速度感流線型車頭、獨(dú)具特色的車體外觀裝飾已成為深入人心、彰顯科技進(jìn)步的金名片。乘客在享受出行便利的同時(shí)，也能感受到動車組設(shè)計(jì)帶來的愉悅。但對于保證生命安全的動車組本身所具有的科學(xué)技術(shù)而言，乘客是看不見、摸不著的，只能通過可觀、可感的外型和空間環(huán)境，形成對動車組的第一印象，并由表及里地形成對動車組內(nèi)在科技及品質(zhì)的判斷。因此，與視覺美感相關(guān)的造型和色彩設(shè)計(jì)，成為技術(shù)實(shí)現(xiàn)中文化表達(dá)之關(guān)鍵，是打造中國標(biāo)準(zhǔn)動車組品牌的重要環(huán)節(jié)之一。

中國標(biāo)準(zhǔn)動車組列車外觀造型設(shè)計(jì)是在限定空間和限定尺度下追求最優(yōu)設(shè)計(jì)的過程。該設(shè)計(jì)必須最大程度配合空氣動力學(xué)原理，同時(shí)又是反映具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)高速鐵路技術(shù)的形象載體。每個(gè)設(shè)計(jì)都應(yīng)展現(xiàn)中國面孔，彰顯中國精神。

1 基于技術(shù)美學(xué)的中國標(biāo)準(zhǔn)動車組列車頭型設(shè)計(jì)

動車組作為公共交通工具，首要考慮的設(shè)計(jì)因素就是安全性能，其次才是舒適性、環(huán)保性和節(jié)能性等，而這些因素都受到列車氣動性能的影響。良好的氣動外型可以減小橫風(fēng)和交會壓力波對車身平衡的襲擾，減少氣動噪聲造成的乘客不適和沿途污染，降低列車抗阻耗能等。

研究表明，當(dāng)列車運(yùn)行速度在300 km/h時(shí)，外部空氣阻力約占總阻力的75%～85%；當(dāng)列車運(yùn)行速度達(dá)到500 km/h時(shí)，外部空氣阻力將會達(dá)到總阻力的96%[1]。

文獻(xiàn)[2]認(rèn)為車頭鼻形長度是影響列車進(jìn)入隧道時(shí)產(chǎn)生壓力梯度和阻力的主要因素，采用遺傳算法對鼻形幾何參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，起到了很好的減阻效果。文獻(xiàn)[3]在風(fēng)洞中測試了14種不同頭型列車在橫風(fēng)下的氣動差異，總結(jié)了列車頭型與氣動性能的關(guān)系。文獻(xiàn)[4]以韓國最新研發(fā)的HEMU-430X型列車作為基礎(chǔ)模型，通過優(yōu)化頭車和尾車的鼻形，實(shí)現(xiàn)了減阻15.3%。文獻(xiàn)[5]研究了列車受電弓罩、轉(zhuǎn)向架側(cè)罩、外部風(fēng)擋、底部截面及尾部形狀對隧道內(nèi)列車受到的非穩(wěn)態(tài)氣動力的影響。國內(nèi)從20世紀(jì)90年代起逐步重視對動車組列車外型氣動性能的研究。文獻(xiàn)[6]研究了不同列車頭型對交會壓力波、空氣阻力和升力的影響。文獻(xiàn)[7]認(rèn)為氣動阻力和列車交會壓力波對列車外型的要求是矛盾的，設(shè)計(jì)時(shí)必須兼顧兩者間的關(guān)系。

從整體造型來看，動車組列車頭型分為扁寬型、橢球型、梭型和鈍體型4類(見圖1)，其氣動性能各有優(yōu)勢。在無橫風(fēng)的條件下，橢球型車頭阻力最??；在有橫風(fēng)的條件下，扁寬型車頭阻力較?。辉诹熊嚱粫r(shí)，扁寬型頭型列車產(chǎn)生的壓力波最小，橢球型頭型列車產(chǎn)生的壓力波最大。在具體設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)列車運(yùn)營速度，以及是否多風(fēng)、多隧等線路環(huán)境來確定列車頭型。

圖1 動車組列車典型頭型Fig.1 Typical head shapes of EMU

遵循上述研究結(jié)果，中國標(biāo)準(zhǔn)動車組列車頭型設(shè)計(jì)采用了橢球型，充分考慮了長細(xì)比、斷面形狀、斷面面積、導(dǎo)流型式及駛艙傾角等技術(shù)要求，列車外型均呈流線型，車體表面光滑，無凸出外表的扶手、門把手等。列車車身斷面采用鼓形，側(cè)墻以圓弧狀與車頂和底罩相連，通過精準(zhǔn)控制流線型車頭的截面變化率，使編組列車車身斷面盡可能相同；使鼻錐、導(dǎo)流板、前窗、側(cè)窗、燈具等結(jié)構(gòu)部位表面順暢，避免縫隙凹槽處產(chǎn)生渦流；通過在轉(zhuǎn)向架區(qū)域增加裙板，避免其暴露于氣流中，保證了列車側(cè)面形態(tài)的整體性，避免渦流產(chǎn)生，達(dá)到減阻降噪的效果。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，裙板包裹面積越大，減阻效果越好。從空氣動力學(xué)角度考慮，應(yīng)使裙板盡可能包裹轉(zhuǎn)向架艙，以減小氣動阻力。

2 基于陰陽兩諧造型美學(xué)的中國標(biāo)準(zhǔn)動車組列車頭型設(shè)計(jì)

縱觀全球，動車組列車作為技術(shù)高度集成的高端裝備，其設(shè)計(jì)不僅直觀體現(xiàn)出一個(gè)國家在材料加工、制造工藝、基礎(chǔ)研究及管理制度等方面的現(xiàn)代化水平，也反映著一個(gè)國家審美觀念與文化理念的獨(dú)特性。

歐系動車組的運(yùn)行線路相對比較平直、隧道少，動車組列車造型整體渾圓，無明顯特征線型，注重細(xì)節(jié)減阻，空氣阻力最小，但空氣壓力波相對較大，呈現(xiàn)出歐洲人的理性主義、人本主義的文化特性。

日系動車組沿線的隧道較多、造型扁平、線條豐富，有助于減小空氣壓力波，但滯止區(qū)域及空氣阻力較大，須以加長列車頭部長度等方式降低空氣阻力，呈現(xiàn)日本人思維細(xì)膩縝密、簡樸自然的全民文化特性。

反觀我國，動車組的運(yùn)行線路相對復(fù)雜，部分線路區(qū)間運(yùn)營里程極長，運(yùn)營環(huán)境能在一天內(nèi)橫跨“冬夏”，溫差達(dá)到±40 ℃。因此，動車組在技術(shù)上要考慮平直道、隧道、橋梁、大風(fēng)等多變環(huán)境。以橢球型頭型為基礎(chǔ)對動車組列車外觀造型展開具體設(shè)計(jì)，尤其要在融入本土文化和中式審美哲學(xué)，形成有新時(shí)代中國特色的列車外型風(fēng)格上下功夫?；诩扔袆榆嚱M列車頭型的分析，結(jié)合其氣動研究規(guī)律，得到列車頭型的縱向?qū)ΨQ面型線(縱剖面投影線)和最大輪廓線(外輪廓水平面投影線)是決定列車外觀造型的兩條最基本特征線[8]。中國的傳統(tǒng)審美哲學(xué)有一種辯證觀，即有“陰”必有“陽”；有“天地”、“方圓”、“剛?cè)帷钡葘α⒁庀?，這明顯有別于德國ICE(城際特快列車)整體圓潤的橢球型設(shè)計(jì)、日本新干線全流線型設(shè)計(jì)及法國AGV(高速動車組)直面折線式設(shè)計(jì)的審美取向。因此，中國標(biāo)準(zhǔn)動車組列車在頭型特征線的控制上，以圓潤的最大輪廓線為基礎(chǔ)，在肩線、腰線、裙線處設(shè)計(jì)了硬朗的漸消棱線，棱線凸出為“陽”，消失為“陰”形成了剛?cè)岵?jì)、陰陽兩諧的中國式審美設(shè)計(jì)。中國標(biāo)準(zhǔn)動車組系列列車頭型見圖2。

圖2 中國標(biāo)準(zhǔn)動車組系列列車頭型Fig.2 Train head shapes of China Standard EMU series

3 傳統(tǒng)色彩及文化符號在中國標(biāo)準(zhǔn)動車組列車頭型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

人從外部得到的信息，80%～90%來自視覺，就顏色而言，它比形態(tài)更容易識別。一個(gè)產(chǎn)品給人的第一印象往往是通過色彩而獲得的。動車組列車的造型更多地受到技術(shù)的約束，而色彩涂裝設(shè)計(jì)則有較大的施展空間。高速動車組作為服務(wù)大眾的交通工具，其外部色彩具有公共設(shè)計(jì)的一般屬性，即考慮一個(gè)廣泛地域內(nèi)的旅客心理感受和線路環(huán)境，在遵循車體材料特性、涂裝工藝及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的前提下，通過色彩設(shè)計(jì)使列車具有良好的可識別性、視覺美感和文化認(rèn)同感，以滿足品牌傳播的需要。中國標(biāo)準(zhǔn)動車組肩負(fù)著由中國制造向中國創(chuàng)造轉(zhuǎn)變，打造中國品牌的重任。而將中國傳統(tǒng)文化符號通過設(shè)計(jì)重構(gòu)融合到動車組設(shè)計(jì)中，豐富動車組的文化內(nèi)涵，使動車組有中國鮮明的形象，使旅客在體驗(yàn)乘坐舒適性、便捷性的同時(shí)，更能享受到與動車組產(chǎn)品文化價(jià)值的互動交流所帶來的喜悅。

顏色和形態(tài)有密切的關(guān)系，地球上的萬物，有形而無色者是不存在的。形和色相互匹配、互相協(xié)調(diào)，才會使人感到美。動車組列車是呈長方體、高速運(yùn)動的物體，實(shí)際看到的動車組列車細(xì)長如離弦之箭地奔駛在鐵路線路上。列車長條的形態(tài)和列車的移動是相稱的，使人感到穩(wěn)定。因此，沿列車縱向加以彩條裝飾，有如流動的線條，給人以舒適的速度感。從形狀和移動關(guān)系來看，水平色帶今后仍占主流，這毋庸置疑。為了展現(xiàn)獨(dú)創(chuàng)力或者使之具有其他功能，各種新的嘗試仍會繼續(xù)，然而使之與列車外觀造型完美的匹配仍是重要的。

中國傳統(tǒng)色彩觀中將赤、黃、青、黑、白等五色視為正色。古人不僅用春青、夏赤、秋金、冬墨描繪四季萬物的顏色，還用青、赤、白、黑、黃對應(yīng)東、南、西、北與天地等5個(gè)方位，甚至中醫(yī)也將五色視作5種不同的臨床意義，可以說五色觀是中國色的基礎(chǔ)。五色中，紅和黃又是內(nèi)涵最為豐富的兩種顏色，除了上述喻義，從古至今，紅、黃還一直被視作民族的代表色，深受大眾喜愛。

復(fù)興號CR400BF型電力動車組外觀為金色，其圖案靈感源于中華民族的文化圖騰——鳳。有鳳來儀,預(yù)示著祥瑞和美好。車頭正面金色色帶由前部順勢向上延伸至車頂，宛如金鳳展翅、靈動矯健。利用金色裝飾司機(jī)室側(cè)窗，形成鳳眼的造型，獨(dú)具神韻。鳳尾演化成金色腰帶貫穿整車，使金鳳的形象更加飄逸傳神。純白色的車身象征著純潔和神圣。

復(fù)興號CR400BF-Z型電力動車組色彩意象源于國旗與長城，車輛底色為長城灰，選取霞光紅與迎春黃為涂裝主色調(diào)，國旗色和長城灰的選用呈現(xiàn)出中國地域?qū)傩?，表現(xiàn)中國精神與中國氣概，具有高辨識度。圖案設(shè)計(jì)主題為“龍鳳呈祥”，龍鳳是中國最具辨識度的神話意象，同時(shí)體現(xiàn)本土性與國際性。“龍鳳呈祥”體現(xiàn)出吉利喜慶的寓意。動感的線條與色塊穿插重構(gòu)體現(xiàn)出一種動感和運(yùn)動熱情，也與運(yùn)營環(huán)境產(chǎn)生色相上的對比，動感且強(qiáng)烈。復(fù)興號動車組的色彩意象方案如圖3所示。

圖3 復(fù)興號動車組的色彩意象方案Fig.3 Color imagery schemes of China Fuxing EMU

4 結(jié)語

動車組外觀不僅要符合技術(shù)性能的要求，還要表達(dá)特定的文化和審美意象。經(jīng)過10余年的發(fā)展，從各類探索形態(tài)，到和諧號系列，再到復(fù)興號，中國標(biāo)準(zhǔn)動車組已初步建立起以中華民族偉大復(fù)興為主題的獨(dú)特設(shè)計(jì)風(fēng)格，并掌握了一套從車頭選型到特征線細(xì)化，再到色彩設(shè)計(jì)的意象表達(dá)流程。復(fù)興號CR400AF型和CR400BF型標(biāo)志著中國標(biāo)準(zhǔn)動車組從功能設(shè)計(jì)向功能、情感并重的轉(zhuǎn)變，在引起旅客廣泛的文化認(rèn)同和審美共鳴方面取得了初步成效。目前在面對高鐵“走出去”的戰(zhàn)略布局中，如何在已形成特有技術(shù)外觀造型的中國標(biāo)準(zhǔn)動車組平臺上映射各地區(qū)的文化內(nèi)涵，以創(chuàng)造更大的市場附加值是設(shè)計(jì)方正在探究和實(shí)踐的課題?？梢灶A(yù)見，未來由我國出口的動車組會展現(xiàn)出精彩紛呈的外觀設(shè)計(jì)。