追夢——集全球最先進技術,創中國獨有品牌,以速度擰幹時間水分,實現令人瞠目的中國高鐵“三級跳”
要想知道高速鐵路怎麼回事,只需在北京與天津之間往返體驗一下就知道了。
你可以先在北京站坐上北京至松原的2589次普通快車,這趟車是11時36分發車,到達天津是13時27分,耗時1小時51分。
13時50分再乘京津城際高鐵C2042次列車返回,30分鐘後就到達北京南站。
81分鐘的時差,200多公里的速度差,讓一個普通人對高鐵有一個最直觀的感性認識。
這樣一個速度差和時間差,要用多少年才能補上?對此,中國人和外國人的看法並不相同。
2004年,在中國引進高速列車技術時,日本川崎重工總裁大橋忠晴曾這樣耐心勸告中方技術人員:不要操之過急,先用8年時間掌握時速200公里的技術,再用8年時間掌握時速350公里的技術。
在大橋忠晴看來,這已經夠快了。畢竟,新幹線從時速210公里提升至300公里,日本人用了近30年的時間。
但是,中國人可等不起!從車輛到線路,再到通信信號技術,一邊引進消化吸收一邊自主創新,中國人用自己的方式“跑”了起來。
2004年至2005年,中國南車青島四方、中國北車長客股份和唐車公司先後從加拿大龐巴迪、日本川崎重工、法國阿爾斯通和德國西門子引進技術,聯合設計生産高速動車組。
動車組是尖端技術的高度集成,涉及動車組總成、車體、轉向架、牽引變壓器、牽引變流器等9大關鍵技術以及10項配套技術,涉及5萬個零部件,短時間內消化吸收如此紛繁複雜的技術,談何容易!
張曙光受命組建動車組項目創新團隊。“我宣誓,我所從事的事業關係到黨和國家的最高利益……”團隊的成員們仍清晰記得當年在香山的一個賓館裏發出的誓言。宣誓時,每個人的眼眸裏閃著淚光。
這是團隊的力量,這是鐵路人的志向。匯集了國內鐵路裝備設計製造企業、科研院所、高等院校等單位的精英人才,懷揣著夢想,涌動著趕超一流的激情,在誓言中創造著一個又一個奇跡。
每一個看似不起眼的部件,每一項細微的技術,都凝聚著引進消化吸收再創新的艱辛與付出。
動車組的乘客大多不會注意,兩節車廂連接處外端有一對長條橡膠風擋,看上去沒有多少技術含量。在2005年雙方聯合設計階段,一些外方技術人員為這個跟我們捉起了“迷藏”。
“請問,這個橡膠長條是幹什麼用的?”
“哦,沒什麼大用,只是為防止乘客從站臺上掉下來。”
然而,這一輕描淡寫的解釋卻令青島四方公司的技術人員疑雲叢生。
“不會這麼簡單吧?風擋的橡膠標準要求這麼高,難道只為防止乘客從站臺上掉下?”
“哦,這個……應該還可以減少空氣阻力吧。”
對這個支支吾吾的回答,青島四方技術人員還是將信將疑。
2006年初,第一批原型車進廠後,青島四方的技術人員通過試驗分析,發現這對風擋竟然有替代轉向架防止列車側滾的功能。
“不管什麼部件,什麼技術,都要打破砂鍋問到底,才能把先進的技術學到手。”青島四方設計主審鄧小軍説。
三年磨礪,一朝驚艷——140對、時速200公里以上的國産動車組,在2007年4月18日,全國鐵路第六次大提速時首次閃亮登場。
她們有一個共同的名字——“和諧號”。中國,從此有了屬於自己的高速列車。
鄭德潤,一位在英國旅居多年的老華僑,在互聯網上得知這個消息後十分振奮。2007年6月,思鄉情濃的他,從倫敦飛回北京,登上開往河南鄭州的D133次動車組,專程體驗“和諧號”。
“我經常在歐洲乘坐高速列車,現在我們終於有了屬於自己的高速動車組,太自豪了!這是我多年的夢啊!”一路上,鄭德潤興奮不已。到站後,他還站在“和諧號”車頭前,照了一張與動車組的合影,“我要拿回去,讓外國人也看看!”
國際鐵路聯盟定義,時速200公里以上就可以稱為高速鐵路。第六次大提速中,中國有超過6000公里的既有鐵路幹線,實施了時速200公里以上的提速。
但,中國鐵路人並沒有打出“高速鐵路”的旗號。“其實,不少人都建議喊出這一口號。”鐵道部新聞發言人王勇平回憶説,“我們沒有同意,因為中國的高鐵之夢不會就此停步!我們還有更遠的夢!”
在時速200公里動車組下線後,不少外國人認為,中國至少要在這個平臺上消化、停留10年。但中國人等不了,旋即啟動了時速300至350公里的動車組研製工作。
就像舉重一樣,到最後就是增加一公斤,也是了不得的事!
在時速200公里以上的高速平臺上,高速列車可不像汽車加油提速那麼簡單,時速每提高10公里,都是一個質的飛躍。
一般技術可以通過引進掌握,但核心技術是花多少錢也買不來的。這一點,時速350公里動車組牽引電機上一個瓷瓶就是最好的説明。
本來,考慮到國內技術未達到標準,牽引電機上一個起絕緣作用的高壓端子瓷瓶,事前溝通好要從外國進口。但一些存有戒心的外方技術人員通知:沒貨。
進口不了,就只能自己幹。“我們找遍了國內相關企業,最後與溫州一家企業聯合進行國産化攻關,終於利用國內技術填補了這項空白。”南車株洲電機有限公司技術管理部經理吳順海説。
轉向架技術、空氣動力學技術、制動技術、牽引傳動技術、列車網絡控制技術……靠自己的攻關,一項一項地突破,所取得的報告成果有百項之多。
僅用兩年的時間,中國從時速200公里的平臺一躍登上了時速350公里的平臺。
2008年8月1日,京津城際鐵路開通運營。幾位外國高鐵專家登上首趟北京駛往天津的高速列車。“諸位,列車運營時速將達到350公里。”上車後,中方人員介紹道。“350公里?能行嗎?”顯然,他們對這個速度有懷疑。
車窗外,田野加速向後退去,車內顯示屏上的速度數字不斷上升。當穩定在時速350公里時,幾位專家不敢相信自己的眼睛。車到天津後,面對滿桌佳肴,專家們心不在焉,仍沉浸在剛才的迷惑中。
如果説,時速350公里的動車組,讓中國追趕上世界先進水平,那麼,時速380公里動車組的研製,將使中國登上世界高鐵的制高點。
2008年2月26日,鐵道部和科技部簽署了《中國高速列車自主創新聯合行動計劃》,共同研發運營時速380公里的新一代高速列車,最高運營速度將比德國、法國的高速列車快60公里,比日本新幹線快80公里,節能環保和綜合舒適性也高人一籌。
這是多麼令人振奮啊!
46歲的趙明花,這個文弱的朝鮮族女子,是有20多年工齡的長客股份副總工程師。她一輩子的夢想,就是製造中國的高速列車。1998年,她曾主持設計了國內首個動力分散型動車組“春城號”。她有過成功的歡笑,也有過失敗的淚水。她倔強、不屈,夢想著:中國人,一定能造出世界最快速度的高速列車。
當2009年初接到鐵道部要求研製時速380公里動車組任務時,她徹夜難眠。她深知登頂的艱難,但夢想就在眼前。她要放手一搏!
第二天,剛投入研製,就碰到了第一個難題:如何增加牽引電機動力。
增加動力,意味著要加大牽引電機體積。而牽引電機安裝在列車底部的轉向架上,空間極其有限,增加一厘米都很困難。
她帶著一個幾十人的團隊,一年中,癡迷一般,反復試驗。常常累了就趴在桌子上睡一覺,餓了就吃包方便麵。“記不清有多少次了,眼看就要成功,但一倣真試驗還是過不了關。大家流淚了。”趙明花對那段艱難的日子刻骨銘心,“但擦乾眼淚,還要接著幹。”
終於,通過提高電機材料絕緣效果和增強散熱功能,在外形尺寸不變的情況下,硬是將電機功率提升了25千瓦,達到了世界頂尖水平。
網絡控制系統研製成功,中國動車有了“中國芯”;絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)研究突破,有了“中國腦”;車體加寬0.4米並進行了改造,有了“中國身”;動車頭形全新設計,有了“中國面孔”……“和諧號”動車組集合成為“中國名片”。
到目前為止,中國動車組已取得累計900余件高速鐵路相關專利授權。新一代時速380公里的動車組也將於今年上半年下線。
引進先進技術消化吸收,完全國産化生産時速200至250公里的高速列車;自主設計時速350公里動車組;自主打造時速380公里動車組,成為中國高速鐵路集大成之作。
三步走,每一步跨越,都凝聚著高鐵人的智慧和心血;每一步跨越,回憶起來都令人盪氣迴腸。
高速鐵路線和高速動車是一對孿生兄弟。在決定引進先進動車技術之時,建造自己的高速鐵路線就提上了日程。
“車速越快,對鐵路的要求越高。”何華武説,“高平順、高穩定”是高速鐵路建設的兩大關鍵要求。
有砟、無砟,中國曾有過激烈的爭論。
傳統軌道都是有砟的,也就是枕木下面墊石砟,而無砟則是將鐵軌鋪在一個高強度混凝土板上。到底採用哪種技術?這是一個重大的技術問題,那段時間,鐵道部會議室裏,科技人員一次次攻關研討。氣氛熱烈而凝重。
這是一個艱難的決定。試想,上萬公里的高速鐵路線,一旦技術路線錯誤,必將導致可怕的災難。但鐵路人的信念是:“個人的榮辱無關緊要,我們要對歷史負責,對人民負責!”
鐵道部曾組織技術人員多次到日本、德國、法國等國考察高鐵軌道技術,也在國內短線鐵路上做過試驗。高鐵線路開工前,他們心裏基本上有本賬。
有砟在工程建設期能省錢,但車速越高,列車晃動越劇烈,後期養護需大量投資。無砟可以保持列車的高平、高穩,少維修。無砟成本雖是有砟的1.3到1.5倍,但運營十年左右,這個成本連本帶息就都回來了。
爭論、考察、研究,反復權衡,認真比較,科學判斷,慎重決策,鐵道部最終決定高鐵線路使用無砟軌道技術。
但當時,中國並沒有現成的技術。鋪設無砟軌道,對中國高鐵人來説,如同讓拉二胡的樂師改彈鋼琴。
首先是地質沉降問題。高速列車軌道沉降誤差以毫米計,標準比F1賽車跑道還要高。我國東西南北線路跨度大,地形複雜,遇到的許多問題在國外都碰不到。
剛剛開通運營的鄭州至西安高速鐵路90%線路處於黃土覆蓋區,遇雨季就沉降變形。一旦變形,就要毀路重建。國內十幾位頂尖院士集中會診,勘探地形,查閱資料,收集數據,終於找到了解決辦法。
在地質最為濕陷的地方,每隔大約一米就打下一個水泥土擠密樁。在建築面積200萬平方米的洛陽龍門站,這種長約10米、直徑0.4米的樁子足足打下了50萬根。
“洛陽龍門站路基有8米多高,打下這些樁子和灌漿後,你要想在上面釘個釘子都不可能。路基面就像大理石一樣光滑,甚至在上面可以滑旱冰。”中國鐵建鐵四院副總工程師、鄭西高鐵總體設計負責人郭志勇説。
不同於普通鐵路,高速鐵路線路常常要飛架空中。京津城際鐵路、京滬高速鐵路橋梁總長佔到全線八成以上。橋梁選型,至關重要。
“舉目已覺千山綠,宜趁東風馬蹄疾”。負責攻關的鄭健常用這句古語激勵自己的團隊。2005年大年初二,鐵道部一聲召喚,全國橋梁工程設計、施工、裝備研發各路專家迅即從四面八方雲集北京,集中攻關。
多少個不眠之夜,多少次試驗論證,他們優選出32米簡支梁、橋架機架設為主的技術方案,創造出製造、運輸、架梁等一系列新技術,解決了高鐵建設中久拖不決的大課題。5年過去了,如今回憶起來,當年的場景在鄭健的腦海裏依然是那樣清晰。
線形問題、道岔問題、精確定位問題……“技術的問題可以快速提高,但是必須爬的臺階一個都不能少,都要我們自己創造。”何華武説。
“列車時速上升到350公里,車廂內水杯的水幾乎紋絲不動!”如今,中國高速鐵路“高平順、高穩定”性能得到了國際同行一致讚嘆。
通信信號,是高速鐵路指揮控制系統。這項技術不在轉讓之列,京津城際鐵路使用西門子技術,花去19億元。而面對武廣高鐵,西門子又開出64億元天價。
受到刺激的高鐵人,決定自己幹。2007年底,鐵道部成立了攻關組。
在濃厚的春節年味中,20多名專家離開了家,集中到北京西站附近一幢大廈裏攻關。2008年大年初一,他們回家吃頓餃子就又回來埋頭工作。
倣真實驗室很快搭建起來。專家們像開足馬力的發動機24小時分班運行,輪迴進行模擬試驗,查找問題,修改數據,再回歸測試。
鐵路上有落物怎麼辦?控制系統能提前覺察,自動發出信號,那段軌道信號就變成紅顏色。
列車在距離障礙物6公里外就接到故障信號,自動停車。
鋼軌出現裂紋,信號會自動檢測,變成紅色,列車自動停止。
…………
4000多個場景倣真試驗模擬完成後,他們把控制技術用到武廣高鐵試驗。
誰知,系統裝上列車後,失靈了。車上空調、發電機等,對控制系統造成干擾。專家們又回到北京倣真實驗室,邊查邊改,邊改邊查。
試驗,修改;再試驗,再修改……經過上百次反復,這套世界上目前最先進的無線列控技術終於開發成功,運用到武廣高鐵上。
如今,武廣高鐵線上的動車組已累計高速奔馳300萬公里,故障率僅為十萬分之四。這是一個國際一流的數據。
5年面壁,終成正果。“車、路、信號”這個龐大的高鐵體系技術平臺,就這樣奇跡般地被中國人搭建起來。
擁有一代,投放一代,研發一代,今天,中國高鐵正以強者的姿態,呈現在世人面前。