到今年年底，我國鐵路營業里程將達到13.9萬公里以上，其中高鐵3.5萬公里，居世界第一。從沒有一寸高速鐵路，到世界高鐵里程最長。為什么中國高鐵能領跑世界？高鐵又是怎樣被設計出來的？未來又將走向何方？

　　以下內容為中國科學院力學所楊國偉演講實錄：

　　我今天和大家談一談高鐵。

　　最近十年，大家感覺變化最大的就是通高鐵了。與別人交談，我經常會問，家鄉建了高鐵嗎？馬上快過年了，我不知道老家在外地的朋友們，是不是搶到票了？好多朋友都跟我講搶到了，問我搶到了嗎，我說我既搶到又沒有搶到，為什么，因為從北京直達的沒有了，只買到從天津轉車再回家的票。

　　我是80年代上的大學，一直上到90年代中期，當時怎么過來的？可能與我同齡的人都知道，買臥鋪票是要介紹信的，要團級以上的介紹信。我們只能坐綠皮車的座票，特別到春節的時候，要坐臨時的班車，臨時班車有時候還沒有了，只能坐貨車改的臨時班車。買一個小馬扎，整個車廂沒有座位，都坐在地上，或者鋪一張報紙……是這么走過來的。

　　90年代后期，我在日本留學三年，又在德國待了三年。當時日本新干線最高速度是270公里每小時，而一般的高鐵都是220公里每小時，所以看到新干線，感覺這么漂亮、這么舒服、這么快！當時的心情，按照現在流行語叫做“羨慕嫉妒恨”，但是現在來看，是他們對我們“羨慕嫉妒恨”了。

　　現在我們的高鐵有2.5萬公里，至少50萬人口以上的大城市基本上全部通車了，我們有3千多輛高鐵日日夜夜在路上來回跑。為什么這十年高鐵變化這么快？目前到底處于什么樣的水平？這可能是大家最感興趣的，接下來我會向大家娓娓道來。

　　首先講一下高鐵的歷史吧。1964年，日本在奧運會前夕開通高鐵，和我們2008年奧運會開通高鐵完全一樣。所以，高鐵是從1964年開始有的，他們叫子彈頭，每小時200公里。那了不得了，全世界都豎大拇指！從那以后，全世界都開始進行研究，法國1981年有了高鐵叫TGV，德國1991年有了高鐵叫ICE。

　　其實我們國家研究高鐵還是很早的，從1990年開始論證北京到上海的京滬高鐵，接著就布局了高鐵研究的項目，一直到2002年左右，研制了很多高鐵。這里只舉了先鋒號、中華之星的例子，這些都是200公里的車。在這個過程中，研究花了很長的時間，但為什么它現在不行了呢？為什么我們現在看到都是和諧號380、復興號，這個車怎么沒用呢？

　　實際上，作為一種大眾化的產品，必須要非常成熟。但當時我們的工業基礎比較弱，技術力量也比較弱，這些研制的高鐵經常“趴窩”，不能滿足實際應用的需求。在這種情況下國家怎么辦？引進、消化、吸收、再創新，是這樣一個過程。

　　2008年，發生了我們國家高鐵的一個標志性事件——修通了京津城際300公里，這個車型是從德國西門子引進過來的，當時最高速度能到350公里，運行速度是300公里。

　　實際上引進是從2004年開始的，大家可能見到的是2008年。在2020年的規劃中，我們國家要建高速鐵路網，這么長的高速鐵路網，車從哪來？引進的高鐵技術？不對，引進的是生產線，別人的技術根本不賣給我們。從2004年，上圖從左邊第一個、第二個和最后一個，這幾個當時我們叫動車組，通過既有線路的改造能夠跑到200公里。

　　圍繞2008年奧運會，我們引進了西門子，是300到350公里的車，引進回來叫什么名字呢？大家都知道名字叫和諧號CRH1、CRH2、CRH3、CRH5，大家會問那中間不空了個4嘛？因為我們中國人不習慣用4，這個數字不吉利就不要了！

　　這里面也有一個故事。本來我們2004年就想從德國引進這個車，但他們說，你們高速鐵路那么弱，不賣給你們。實際上引進別人的車，別人都是把比較低端的產品賣給我們。2008年開奧運會之前，到2006年，他反過來想占領中國市場，經過反復洽談才賣給我們的。

　　我們從1990年開始研究高鐵，引進了車，又通過了當時的京滬線、武廣線，我們就在這些基礎上研制更高速度、更好的車。所以從2009年到2011年這三年，有兩部聯合行動計劃，什么叫兩部？就是當時的鐵道部和科技部。2008年2月26日，在釣魚臺國賓館，當時國務委員陳至立代表國家簽署兩部聯合行動計劃，當時我也參加了。行動計劃的目標之一，就是我們要針對京滬高速鐵路，研制自己的車，這是一個大任務。

　　我們基于德國的西門子，在我們國家叫三型車，基于日本引進的二型車，通過三年的努力，研制出CRH系列車，就是中國高速鐵路380A、380B、380C。B和C是同一個平臺研制出來的，都是基于西門子的，只不過是不同廠家生產的。

　　還有綜合檢測列車，大家對這個車可能不熟，這個車實際上是保大家安全的。這個車上裝的全是設備，不能坐人。為什么高鐵到了12點之后就停下來了？因為在12點到早晨6點，綜合檢測列車一直在路上運行，檢測各種各樣的問題，保證我們早上六點去坐高鐵的時候有車坐。

　　就這樣，我們基本上在各個平臺上都有了自己的更高速度的列車。但是我們國家這么大，根據環境需要各種不同類型的車，我們叫做環境適應性。當時哈大線（哈爾濱到大連）要開通了，又要建蘭州到新疆的高鐵，海南島的環線也都開通了。

　　哈大線的車要改造成高寒列車，需要確保列車所有部件和材料能夠耐零下40度的低溫。對跑西北（從蘭州到新疆）的車，必須要研究防風沙。在西北，一年大概有280天平均風速6級，北京四五級風速走著感覺就不行了，加上車速還那么快，所以必須研制防風沙的車。同時針對既有路線，還要研制長途臥鋪的動車組。以上這些都是根據我們國家的需要來研制的。

　　同時我們還要發展技術。從技術方面來說，我們想把列車變得更智能，把現在的AI技術都加進去。上面這些車國外給我們的時間都很長了，當時AI還沒發展到這個程度，我們現在要把這些車都變成智能化的。2007年的時候，法國的車跑了世界上最高的速度——574公里每小時，當時請了全世界所有的記者到場，大家都講法國技術最好，能跑這么快。實際上，我們也做了這個車，至少能跑500公里每小時，準備在北京到天津的徐州到棗莊一帶來試驗的，最后因為鐵道部改成了鐵路總公司等原因，這個車實際上沒跑成。另外，我們還圍繞珠三角小范圍地改造了160公里/小時的城際列車。這樣，上述車型我們在技術上就已經都具備了。

　　因為所有列車的原型都是在世界上各個國家平臺上研制出來的，就存在很大的問題。第一，配件不統一，高鐵需要維修，換配件換不了，那不行啊；第二，開高鐵不像開汽車，你開這個車那個車都能開，高鐵司機會開這個車，換個車可能就不會開了。

　　針對這些問題，我們叫“互聯互通、滿足用戶的需求”，要變成中國的標準——原來是世界各個國家的標準，我們要把它變成中國標準。這些中國標準的列車，我們開始把它叫做“中國標準動車組”，然后中國鐵路總公司總經理（相當于原來的鐵道部部長）把這個車改成“復興號”，我們熟悉的“復興號”就是這么來的。

　　那我們現在做什么呢？響應“一帶一路”，研究400公里的動車組。為什么研究這個車，這個車有什么好處呢？主要是滿足“互聯互通”。

　　因為各個國家鐵軌之間的距離是不一樣的，大小也不一樣，比如我們的一輛車從北京一直跑到歐洲，不同國家的鐵軌都不一樣，除非都去換輪子。所以這個400公里動車組要求車底下有轉向架，它在不同寬度的軌道上，都能夠一直開過去，不用換輪子。

　　這種高速列車最高速度大概能跑多少？目前這種輪軌技術我估計運行的話，大概最多就到400公里。這也是隨著技術發展的，60年代車最高能跑200公里，后來能跑300公里，現在根據我的判斷，大概是能夠運行最高速度400公里。

　　另外，我們現在正在研制600公里磁浮列車。我們這么大的國家，這個技術是一定要掌握的。為什么呢？因為日本研究了很長的磁浮列車，最高速度跑到603公里，他們宣稱2017年要全部建完從東京到大阪的磁浮列車，運行速度550公里。我們這么大國家，未來應該有600公里的磁浮列車。

　　現在大家通過都是通過網絡購物，再通過順豐快遞送上門，這就需要研制高速貨運列車，讓我們買的東西能盡快送到我們手里。

　　這些都是我們現在正在做的事情。接下來講一下大的系統。

　　高速鐵路是一個非常復雜的系統。

　　首先是工務工程，有橋梁、有隧道、有站場；上面架著電線，要供電系統；有通訊信號，每個車在什么位置；有運營調度，運營調度就是我們看到的時刻表；旅客服務，這是和我們打交道比較多的。

　　我主要參與的是高速列車這一塊，下面我主要從高速列車這個方向來講一下。

　　大家聽得多的是高速列車，但是前面又提到動車組，動車組和高速列車好像都混起來了，他們之間什么區別呢？原來的綠皮車、現在的貨車都是動力集中型，什么叫動力集中型？前面有一個機車帶著后面的車廂往前跑，就是我們平時說的“火車跑得快，全靠車頭帶”，是車頭有動力，它帶著后面的車廂跑。

　　現在的高鐵不一樣了，動力是分散的，每節車底下都裝了牽引動力，簡單地說就是每節車都裝了發動機，聯合一起往前跑。這樣就跑得快，每一個要求也不高，每一個對輪軌的受力比較平均，所以世界現在發展的潮流都是“動力分散”，我們國家也叫動車組。

　　我們國家的動車組主要針對既有線，既有線的都叫動車組，后面新修的這些線就是高速列車，從動力分散角度的都叫動車組。

　　高速列車非常復雜，高速列車本身有十項子系統。怎么造一個車體？列車上面怎么網絡控制？列車怎么牽引？剎車怎么制動？轉向架怎么弄？牽引的電機牽引變壓器、變流器，上面網格線的輸出我們國家都是按二萬五千伏來設計的，到上面都要變流、整流，包含這樣一個復雜的系統，怎么把它集成起來？下面針對我自己的一些工作給大家介紹一下。

　　大家問高速列車每個樣子都長得不一樣，要考慮哪些問題？我舉兩個例子，一個是我們國家的CRH380A（和諧號380A）；還有復興號400AF。針對這兩個車，大概說一下設計過程和流程。

　　我管的是性能方面。車當然有不同的形狀、不同的外形，但車的性能到底好不好？跑起來是不是能夠節能？是不是升力很大？升力如果很大的話，高鐵就會飄起來了。還有交匯的時候、過隧道的時候、有很大風的時候，車運行起來是不是穩定？是不是安全？是不是節能？是不是環保？這些是我關心的事。

　　當然，光我設計出來還不行，還要到廠子里去制造。制造就牽涉到司機的視野、設備的布置、室內的空間、附件的空間、工藝的成本，這些都是必須要考慮的，只有這樣才能造出來。

　　還要體現中國的民族文化特色，別人一看這是中國的車，是象征我們中國的。關于這方面，我們叫工業設計。工業設計都是基于很抽象圖形，從抽象型的龍、馬、火箭，像畫草圖一樣，畫出一個大概模型，慢慢地過渡到車，以此基礎，把三維的造型弄出來。

　　中國有世界上最快的計算機，用計算機來仿真。仿真什么呢？就是車還沒造出來，但它的線路、所有的工況我都知道了，然后我考慮各種各樣的隧道和其他情況，我們叫場景模擬。從這里面要得出計車體的強度、剛度，還有氣密性，這些參數是通過仿真得來的。

　　還有風洞試驗。風洞試驗是什么東西呢？就是一個大管道，在管道里讓車保持不動，前面產生風，按照相對運動相當于車在跑，周圍是靜止的，這是測什么？是把它的氣動特性、氣動力全測出來，從這方面來進行研究。

　　還有氣動噪聲實驗。因為噪聲牽涉到氣密性，如果氣密性好，在車里面坐著感覺的聲音就小，噪聲小對周圍的環境影響也小。噪聲風洞和上面的氣動風洞有什么不一樣呢？它的價錢至少是氣動風洞的5倍以上。它要求背景噪聲小，因為要產生一股快的來流，這個風扇要拼命產生這樣的環境，所以噪聲風動要求背景噪聲非常低。

　　這些都完成之后呢，要人機工程驗證、工裝臺位驗證，這樣就可以生產出來了。

　　現在的“復興號”和“和諧號”有什么不一樣？受電弓（電力牽引機車從接觸網取得電能的電氣設備）的底下是不一樣的，車頭不一樣、整流不一樣，這些都是我們一項一項來設計的。

　　風洞能產生一股來流，但是它不能模擬列車交匯這一情況，所以這十年我還在懷柔建了一個很大的高速列車動模型實驗平臺，按照1：8的比例。大家愿意看的話歡迎跟我聯系，來看我們怎么做高速列車的實驗、怎么測量、怎么計算。

　　這個視頻記錄了我們動模型實驗的整個過程。最高速度能到500公里每小時，現在正改造成600公里每小時的一個實驗臺。我們依托這塊，建立了中國的標準體系，可能五年之后，我們就可以坐上中國600公里的磁浮列車。

　　中國高鐵正帶我們駛向美好的未來！謝謝！

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