
万钢出席会议并讲话。记者 周维海摄
今天(29日),记者从在京召开的高速列车科技创新国际论坛上获悉,中国高速列车技术在“十二五”期间,将逐步实现“谱系化、智能化、绿色化”的目标。为促进这一目标的顺利实现,在此次论坛上,高速列车产业技术创新战略联盟正式成立,全国政协副主席、科技部部长万钢出席成立仪式并致辞。
论坛围绕高速列车科技创新、高速列车技术现状、发展趋势以及各国高速列车科技创新模式进行了广泛交流,研究了在高速铁路安全保障、智能化和节能环保重大需求的新形势下,高速列车科技创新的方向和任务,探讨了适应新形势的创新模式和进一步提升高速列车开放协同创新能力的途径。
万钢在联盟成立仪式上指出,国家高速列车产业技术创新战略联盟的成立,是我国高速列车技术研究与产业发展把握新形势、新任务,进一步推进高速列车技术创新,又好又快地建设高速列车技术创新体系,提升高速列车产业核心竞争力的重要举措。
万钢强调,作为技术与产业创新链构建的高速列车产业技术创新重要载体,联盟应在四个方面发挥重要和独特的作用:一是要明确企业在高速列车技术创新中的主体地位,强化以企业为主体、产学研用相结合的创新模式,强化技术创新的市场导向,围绕企业发展和产业竞争力的提升加强产学研用合作;二是要促进高速列车产业核心竞争力的提升,围绕产业技术创新链开展持续创新,突破产业发展的核心关键环节,推动产业技术持续进步,使高速列车技术和装备制造业成为我国具有竞争能力的战略性新兴产业;三是要进一步推动产学研用在战略层面的紧密合作,创新产学研用合作的组织模式和运行机制,围绕高速列车装备产业链解决共性技术难题,探索通过产学研用结合实现重大技术创新的有效途径,使产学研各方形成共同投入、成果共享、风险共担的利益互惠关系;四是要促进高速列车技术与产业创新要素的合理流动和优化配置,围绕产业技术创新链进行分工合作,有效衔接,实现优势互补和强强联合,保障创新要素在联盟单位之间的有效聚集和合理流动,充分利用和显著提高创新资源的使用效率。
万钢还对国家高速列车产业技术创新战略联盟建立提出要求:要加强联盟组织和运行机制建设,企业要发挥核心作用,使联盟凝聚资源、协同创新、共担重任的效能尽快尽早发挥;要坚持开放、海纳百川,不仅要继续扩大联盟对国内科研与企业(包括中小企业)的凝聚作用,还要以立足中国、面向世界的胸怀加强国际间高速列车产业技术创新合作与交流;要积极探索联盟成员单位既有高速列车科技创新设施、条件和平台的合理共享、持续提升与协同作用发挥的新机制、新模式,努力构建能对我国高速列车产业技术可持续发展起到“倍增器”和“加速器”作用的创新能力支撑体系;要确保《高速列车科技发展“十二五”专项规划》的顺利实施,联盟确立了共同发展的目标、共同奋斗的前景,要担负起协同创新的重任,保质保量完成专项规定的任务。
在本次论坛上,科技部副部长曹健林作了题为《中国高速列车科技创新的回顾与展望》的主旨报告。他指出,经过近5年的努力,中国高速列车技术和装备制造能力取得长足的进步。“十二五”期间,我国高速铁路科技工作将在高速铁路体系化安全保障技术、高速列车装备谱系化技术、高速铁路能力保持技术和高速铁路可持续性技术四个重大技术方向展开。围绕上述重大技术方向,科技部将在高速列车相关基础理论、关键技术研发、集成技术与应用研发等方面部署并实施一系列重点任务。
据悉,“十二五”期间,我国将形成具有自主知识产权的高速列车谱系化和适应性技术,研制满足不同运营条件和需求的高速列车、常规铁路高速化、具备国际适应性的可规模产业化车型系列,为我国规模、需求多样性和地理环境复杂性均居世界首位的高速路网的可持续运营提供全面的科技支撑。为全面提升我国高速铁路运力资源能力和列车运行在途服务水平,“十二五”期间,将研究具有自检测、自诊断、自决策能力的智能化高速列车系统及智能列车样车。
中科院副院长詹文龙在致辞中指出,我国科技进步促进了高铁的自主创新,高铁发展也是我国科技自主创新和管理创新的范例。中国工程院副院长干勇在致辞中也肯定了我高速列车技术经过近20年发展所取得的成就,他认为,高铁技术的成功是我国在一个行业及配套领域率先整体成功进入高端制造的标志,是以企业为主体、产学研用相结合的科技创新模式的典范。
近几年,在国家有关政策指导下,中国南车四方股份公司、中国北车长客股份和中国北车唐车公司三大主机厂开始积极引进国外动车组的动车组总成等九大关键技术和十项主要配套技术,通过消化吸收再创新,全面掌握了高速动车组集成与制造关键技术,分别搭建了CRH2型、CRH3型、CRH5型时速200-250公里、300-350公里的动车组技术平台。
2008年2月,科技部和铁道部签署了《中国高速列车自主创新联合行动计划》,共同研发最高运营时速380公里的新一代高速列车。以中国南车、中国北车下属的十家核心企业为创新主体,68位院士、500多名教授,25家重点高校、11家科研院所、51家国家重点实验室和工程研究中心紧密合作,形成了以政产学研用为特色的世界规模最大的中国高速列车技术创新“联合舰队”。
仅两年时间,中国南车四方股份公司就实现了动车组系统集成、头型、轻量化车体、转向架、减振降噪等关键技术的重大突破,使得CRH380A动车组成为我国自主化率最高、拥有自主知识产权的高速列车。2010年8月,CRH380A型新一代高速动车组在中国南车四方股份公司下线,12月3日,在京沪高铁先导段试验中创下了时速486.1公里的运营列车世界最高试验速度纪录。此后不久,北车唐车、北车长客也成功研制出CRH380BL新一代高速动车组,以及400km/h高速检测列车。
在本次论坛上,来自日本、德国等国的专家分别介绍了本国高速列车的发展状况与未来规划。日本东京大学的曾根悟教授作了题为《日本新干线原始及最新创新》的报告,德国西门子公司的专家约尔根·莫登作了题为《德国高速列车最新技术发展》的报告,日本铁道综合技术研究所专家罗休作了题为《日本的铁道抗震及抗灾》的报告。
科技部党组成员、科技日报社社长王志学出席论坛及高速列车产业技术创新战略联盟发起成立签字仪式。
来自科技部、铁道部、教育部、中国科学院、中国工程院和国内外知名高校和科研院所,以及主要企业的专家近400人参加了论坛。(记者 陈磊)
中国高速列车科技创新的回顾与展望
中国科学技术部副部长 曹健林
尊敬的各位来宾,女士们、先生们、朋友们:
很高兴参加高速列车科技创新国际论坛,在此,我谨代表中国科学技术部对论坛的召开表示热烈的祝贺,对各位到会嘉宾表示诚挚的欢迎和衷心的感谢!
作为国内外高速列车科技创新的开放交流平台,此次论坛的目的是立足中国、面向世界,对高速列车技术现状、发展趋势以及各国高速列车科技创新模式进行探讨、总结并凝聚共识;同时,面向高速列车安全保障、智能化和节能环保的重大现实需求,探讨新形势下高速列车科技创新的方向;还希望吸引包括研发与生产企业、高校、科研院所、运营单位和政府部门在内的创新资源共同探讨适应新形势的高速列车成套装备研发与生产创新模式、进一步提升中国高速列车开放和协同创新能力的新途径。
下面,我主要对中国高速列车技术的发展进行简要回顾,并对未来高速列车科技创新工作的主要方向谈谈我的看法。
一、中国高速列车技术发展历程
中国疆域辽阔,内陆深广、人口众多且流动规模庞大,自新中国成立以来,就始终存在着铁路运能不能满足社会经济发展需求的矛盾。作为世界上最大的发展中国家,中国正处于工业化、城镇化持续发展的阶段,且发展不平衡、不协调、不可持续等结构性矛盾依然突出,整体科技水平与世界发达国家仍然存在较大差距。中国的国情决定迫切需要建设一个运能充足、功能完善、点线协调的快速铁路网和具备可持续发展能力的高速列车技术与装备体系。
1994年,中国第一条160km/h铁路——广深线(准高速)投入运行;1999年,广深线开始按时速200km/h运营,运行是完全进口的X2000电力机车。2007年中国铁路第六次大提速,时速250km动车组上线运行,通过改革开放,引进国外高速列车技术使中国铁路进入了高速时代。
2008年2月26日,中国科技部和铁道部联合发起《中国高速列车自主创新联合行动计划》;2008年8月1日,时速350km/h的京津城际铁路开通运营,这是中国铁路发展史上的一个重大里程碑。2009年12月至2010年10月,武广高速、郑西高速、沪宁高速、沪杭高铁相继开通运营;2011年7月京沪高速开通运营,中国自主创新研制的CRH380系列高速列车在世界规模最大的中国高速铁路网上实现运营,并创造了486.1km/h世界铁路最高运营试验速度。
《中国高速列车自主创新联合行动计划》的目标是自主研发最高运营时速380公里的新一代高速列车,建立并完善具有自主知识产权、国际竞争力和可持续发展能力的中国高速列车技术、装备与创新体系。
2008年8月,经过专家学者科学论证,“时速380公里的新一代高速列车”“时速400公里的高速检测列车”等一系列重大科技创新项目相继列入国家主体科技计划,在全国范围内组织实施,并以中国南车集团、中国北车集团下属的十家核心企业为创新主体,联合了一大批重点高校、科研院所、国家重点实验室和国家工程技术研究中心,构建了在市场经济条件下以“协同”为特色的中国高速列车技术创新模式。
经过近5年的努力,中国高速列车技术和装备制造能力取得了长足的进步,主要表现为9个方面:一是中国已全面掌握了高速列车的系统集成技术并建立了完整的高速列车制造能力体系,产能居世界首位;二是高速列车空气动力学研究为新一代高速列车的头型设计、减阻降噪和运动安全性能提升提供了全面的支撑;三是中国自主研发的高速列车牵引传动系统已在新一代高速列车上得到规模应用;四是新一代高速列车全面采用了自主研发的新型车体和走行系统;五是自主研发了性能达到世界先进水平的接触网导线,已在多条高速铁路得到成功应用;六是自主开发的高速列车网络控制系统已完成应用验证;七是已建成一大批具有国际先进水平和能力的高速列车技术相关实验、测试与评估平台,这些平台直接支撑了我国高速列车的研制与制造;八是包括标准、设计、仿真、实验、制造、运营维护在内的中国高速列车技术体系已初步形成;九是一支结构合理、学源丰富、学科完整的高速列车技术人才队伍已经形成。
“协同创新”造就了CRH380系列高速列车,使中国跻身于世界高速列车技术先进水平国家之列。
到2012年底,中国高铁营业里程将达到10000公里,在建里程1.7万公里,无论是路网规模还是速度等级,都将居世界第一。据《Railway Gazette》今年4月号发布的“世界铁路运行速度调查”显示:“中国率先突破300公里时速大关”。
回顾这段历史,我们会发现这样的事实:是中国政府的战略决策、是“开放”、是“创新”成就了中国高速列车的跨越式发展,是“协同创新”使高速列车技术在中国得以可持续发展。
在高速列车开放创新的实践中,科技部作为中国政府科技创新主管部门,积极并坚决落实中国政府的重大决策,有效地发挥了国家科技资源配置、提升自主创新能力和水平的支撑保障作用。
二、“十二五”高速列车技术的发展展望
前不久,中国科技部正式批准并发布了《高速列车科技发展“十二五”专项规划》,对中国高速列车技术在“十二五”期间的发展作出了明确部署。
我们认为中国国民经济和社会发展对高速铁路和高速列车技术与装备发展依然有着重大战略需求,那就是:高速铁路安全运营、高速列车装备自主化、高速铁路发展可持续和高速铁路建设运营高效率。
为满足这些需求,必须在高速铁路体系化安全保障技术、高速列车装备谱系化技术、高速铁路能力保持技术和高速铁路可持续性技术这四个重大技术方向继续开展持续的体系化协同创新。
围绕上述重大技术方向,我们部署并将实施一系列重点任务,主要包括:
(1)在高速列车相关基础理论方面,重点开展“高速列车关键力学行为、特征与规律研究”和“高速铁路系统安全行为机理及安全保障基础问题研究”,力争为高速列车技术的发展奠定新的和体系化的安全保障理论基础。
(2)在关键技术研发方面,重点开展“基于永磁电机的新型牵引传动系统”、“高速铁路基础设施服役状态监测和安全评估技术”、“高速列车减振降噪技术”、“高速列车谱系化关键技术及系列车型研制”、“高速列车系统综合节能关键技术”、“高速列车轻量化与整车性能提升关键技术研究”,为我国高速列车在现有技术基础之上实现谱系化和安全、环境友好与综合性能持续提升奠定更完善的技术基础。
(3)在集成技术与应用研发方面,重点开展“智能化高速列车系统关键技术研究及样车研制”、“高速运行安全性移动试验测试技术与平台研制”、“高速铁路基础设施运维及高可用性关键技术与装备研制”,为实现我国以安全保障、能力保持和效率提升为目的的高速列车智能化形成可规模应用的关键技术装备。
上述主要研究任务将按照“高速列车装备谱系化、运营与安全保障智能化、高速铁路技术体系化、高速铁路可持续化”战略路径,通过国家重点基础研究发展计划(973计划)、国家高技术研究发展计划(863计划)和国家科技支撑计划的有序安排,做到“应用一代、试验一代、研究一代、储备一代”,使“十二五”的相关研究安排能够承上启下,为我国高速列车相关技术与装备具备可持续发展能力提供核心与关键技术保障,为高速铁路成为最安全的大容量运输方式奠定核心技术和装备基础。
各位来宾,女士们、先生们、朋友们:
虚怀若谷、兼容并蓄、海纳百川造就了中华民族及其灿烂的文化,高速列车技术在中国的发展又一次证明了只有改革开放、解放思想,以宽广的胸怀吸收世界一切有利于中国发展的文明成果,才能使中国通过科技创新和管理创新跻身世界前列。
我们要进一步加大开放和创新的力度,继续学习借鉴世界各国在高速列车科技创新领域的有益经验,本着平等、互利和共赢的原则,继续提升高速列车科技国际合作水平,为促进世界高速列车技术持续进步做出中国的贡献。
我坚信:随着中国进一步扩大改革开放,中国高速列车科技的开放创新之路会越走越宽,中国高速列车技术在体系化、标准化和成熟度等方面与世界发达国家的差距会越来越小;通过协调创新,中国也一定能为世界高速列车技术发展继续提供广阔的发展空间。我们应该有能力把握机遇、携手同行,努力实现高速列车技术和产业的健康与可持续发展。
最后,祝论坛圆满成功,祝各位来宾工作顺利、身体健康、万事如意!
谢谢大家!
(本文为曹健林在高速列车科技创新国际论坛上所作的主旨报告)
中国高速列车驶入全面创新时代
青岛四方机车车辆股份有限公司制造的CRH380A 高速列车代表了目前中国高速列车的发展水平,5月29日,公司总经理王军在“高速列车科技创新国际论坛”上对CRH380A 高速列车技术创新进行了论述。
王军的《CRH380A 高速列车技术创新》报告共分三个部分:一是技术创新基础;二是CRH380A技术创新;三是创新平台建设。
技术创新基础
动车组研发历程
2004年以来,按照国务院的“引进先进技术,联合设计生产,打造中国品牌”的总体要求,在铁道部、科技部的统一组织和领导下,南车四方动车组研发历程主要经历了三个阶段:一是技术引进、联合设计;二是消化吸收、集成创新;三是系统提升、全面创新。
第一阶段是技术引进、联合设计。
南车四方在一次性引进时速200—250公里动车组技术基础上,分阶段实施了国产化,国产化率达到了70%。对引进动车组进行了110项优化设计,成功解决了引进技术与中国铁路环境水土不服的问题。通过对引进动车组进行全面的仿真分析、地面试验和线路试验,掌握了时速200公里设计、制造技术,构建了动车组产品设计制造平台。截至目前,一阶段共生产动车组100列。
第二阶段是消化吸收、集成创新。
在时速200—250公里动车组技术平台基础上,通过对编组型式、动力配置、网络控制系统、减振降噪及旅客界面等方面进行了优化设计,自主开发了时速250公里长编组座车动车组和世界首创的长编组卧铺车动车组。为满足京津、武广、郑西铁路运输的需求,南车四方研制了时速300—350公里动车组。重点对牵引性能、车体强度与模态、转向架等方面进行优化和提升。通过在京津、武广、郑西等线路进行的一系列科学研究试验,获得了超过15T的试验数据,掌握了时速350公里条件下的系统行为规律,建立了高速列车精确仿真模型,丰富和完善了高速列车仿真和试验验证体系,为新一代动车组的研制奠定了坚实的基础。二阶段共生产89列动车组。
第三阶段是系统提升、全面创新。
南车四方以时速350公里高速动车组技术平台为基础,历经仿真计算、台架试验、线路试验的反复分析、对比论证、试验验证,系统掌握了高速动车组的关键技术;完善了高速动车组研发、设计、制造、试验平台和标准体系;探索出具有行业特色的“产学研用”协同创新模式;培养了一批高水平的研发团队和技术带头人;构筑了自主化的高速动车组可持续研发平台。三阶段共生产82 列动车组。
动车组创新组织保障
2008年2月26日,科技部、铁道部共同签署《中国高速列车自主创新联合行动计划》,在国家层面上支持中国高速列车自主创新,南车四方成为国家新一代高速列车的主导研制单位。
同年4月,科技部启动了“十一五”国家科技支撑计划《中国高速列车关键技术研究及装备研制》项目。项目总投资30亿元,其中国家科技部拨款10亿元,铁道部投入和企业自筹20亿元,在科研项目和资金两个方面共同支持新一代高速列车研发。为积极推动联合行动计划实施,在科技部和铁道部共同倡导和组织下,“十一五”国家科技支撑计划项目面向全国开放,充分发挥全国科技和产业资源优势,构建国家层面最高水平的研发团队,采用“产学研用”的模式开展联合攻关,上万人参与项目。
技术创新历程
CRH380A是为京沪高速铁路的运营研制的高速列车,必须满足三点要求。一是运距长。京沪高速铁路全长1318公里,新一代高速动车组顶层技术指标设定为持续运行时速350公里、最高运行时速380公里,全程直达运行288分钟,动车组要经受住长距离持续高速运行的考验。
二是工况复杂。京沪高速铁路途经244座桥梁,22个隧道,桥梁占线路总长的80.6%,全线铺设无砟轨道。对动车组高速通过隧道、隧道高速会车以及乘坐舒适性等提出巨大的技术挑战。
三是运行环境差异大。京沪高速铁路纵贯4省3市,沿线地形地质情况复杂,跨越温带、亚热带,温度、湿度变化大,对高速列车动力学性能、减阻降噪、运行可靠性等提出巨大的技术挑战。
据王军介绍,为满足京沪高速铁路的运营要求,CRH380A 新一代高速动车组继承了南车四方技术平台高可靠性、轻量化、节能环保的技术特点,在9个方面达到了技术创新。
流线型头型
与CRH2C头型相比,CRH380A头型综合气动性能有较大提升:头车气动阻力减小15.4%,头车侧向力降低6.1%,列车尾车升力降低50%以上,气动噪声降低7%。
气密强度与气密性
新一代试验车表明:在车体结构重量仅增加约4%的情况下,车体气密承载能力增加50%(由±4kPa 提高到±6kPa);车内压力从4000Pa 降到1000Pa 超过180s(标准50s);车内最大压力变化低于800Pa(标准1000Pa);线路试验实测车体气动载荷为±4638Pa,车体安全、可靠,乘坐舒适。
车体振动模态
高速列车本身是一种复杂的系统,随着列车速度的提升,线路激扰、轮轨振动、气流扰动急剧增加,激励的复杂性导致车辆系统的各部分呈现出不同的频率与振型的模态特性。
车体整体和局部刚度明显提高,车体重量仅增加6%,车体结构模态的一阶垂向弯曲频率提高10%,地板一阶固有频率增加22%,端墙一阶固有频率增加21%。与轨道周期性激扰频率无重叠,未发生共振。车体、转向架与无砟轨道模态匹配良好。
高速转向架
转向架主要承担着导向、承载、减振、牵引和制动等功能,是决定高速列车运行安全和运行品质的核心。
试验结果表明:转向架台架试验速度达到586km/h,满足了临界速度550km/h 以上的目标。线路试验420km/h 条件下,实测构架横向加速度最大值为标准限值(8m/s2)的45%;脱轨系数0.13 为标准限值(0.8)的16.3%;实测轮轴横向力最大值为标准限值(53kN)的43.6%,运行安全性指标具有足够的安全裕量。
运行平稳性改善了30%至50%。转向架构架动应力降低了30%,疲劳寿命提高了2 倍,可以确保转向架结构在30 年全寿命周期内的安全可靠性。
噪声控制
CRH380A 试验车郑西线试验结果表明,在时速300公里速度下,客室噪声水平小于65dB(A),时速350公里速度下,客室噪声水平小于68dB(A),均达到UIC660-2002 标准的最优值。
牵引传动系统
试验结果表明:CRH380A 16辆编组总功率20440kW,单电机功率365kW,相比原6M2T的8辆编组动车组(总功率8760kW),牵引系统单元功率提升了23%,而重量仅增加了10%左右,牵引设备单位重量功率提高了10%。列车以380km/h运行时,人均百公里能耗5.12kWh,能耗指标优良。
制动系统
试验结果表明:充分利用再生制动,最大再生制动功率30000千瓦以上。初速度380公里,紧急制动距离7500米,低于8500米的标准值,满足安全平稳停车需要。
高速双弓受流
线路试验表明:平均接触压力不超过200N,离线火花率低于6.25 次/公里,在运行时速380公里,保证实现稳定受流,满足最高试验速度420公里时的受流需要。
旅客界面
以乘客的基本需求为基础,调查不同乘客的生活习惯和行为特点,系统分析旅客的需求与车辆设置功能之间的关系,确定了列车车种配置为VIP、一等、二等、餐车等车厢(座椅比例按照1∶5∶28配置),服务设施功能完备。
试验表明CRH380A 高速动车组在运行速度、安全性、舒适性和节能环保四个方面,满足顶层技术指标要求。在持续350km/h、最高380km/h速度范围内,列车各项性能指标优良;试验速度420km/h 时,动力学、弓网受流及空气动力性能指标满足标准要求。
2010年12月3日,CRH380A高速动车组在京沪高铁枣庄至蚌埠段试验运行最高时速达486.1公里,创造运营列车世界最高试验速度纪录。
创新平台建设
通过“十一五”国家科技支撑计划项目的实施,在铁道部、科技部共同指导和推动下,依托国家工程技术研究中心和国家工程实验室建设,南车四方的技术创新能力显著提升,为持续创新奠定了坚实基础。主要体现在以下四方方面:一是建立了CRH380A动车组产品平台;二是构建了产学研用的创新体系;三是建成了协同仿真平台和实验验证平台;四是形成了关键技术储备。
CRH380A动车组产品平台
通过科学跟踪试验和运营质量信息反馈,不断改进和完善CRH380A高速动车组服役性能和运用维护体系,形成成熟的动车组产品平台。截至目前,CRH380A高速动车组共交付82 列,累计安全运行2997万公里;单列最高运行里程62.4万公里。
产学研用的创新体系
南车四方先后与中国科学院、清华大学、西南交通大学、北京交通大学等21家国内一流高校和科研院所,以及41家配套企业签署合作协议,建立了开放的“产学研用”创新体系,共同开展了大量的研究工作,为攻克高速列车关键技术、解决动车组核心零部件依赖进口的发展“瓶颈”提供有力支撑。
多学科协同仿真平台
在产品设计和仿真平台方面,现已建成结构强度、空气动力学、车辆动力学和振动噪声四大类协同仿真平台,实现系统和部件间的多学科、多目标优化,指导轨道交通装备产品设计达到综合性能最优。
完善的实验验证平台
依托国家工程实验室和国家工程技术研究中心建设,围绕高速列车系统集成、车体、转向架技术,建成了16个研究试验平台。全面涵盖系统集成、结构强度、可靠性、电磁兼容、人机工程等试验领域,形成了具有国际先进水平的、相对完整的试验能力。实现牵引、制动、辅助供电、网络系统联调联试,开展动力学、模态测试、转向架、车体、噪声、视觉等实验研究,支撑公司产品研发和技术创新。
关键技术储备
在系统研究轮轨关系、流固耦合关系、弓网关系的基础上,掌握了高速动车组研发的诸多关键技术,形成大量的知识产权和标准规范。CRH380A 动车组申请授权专利及著作权共计213 项,制定国家、行业和企业标准共计192 项。