瞭望丨自主創新煉成中國高鐵名片

 

作為我國高鐵要害中心技能之一，CTCS-3級列控體系的自主研制標志著我國高鐵技能配備范疇的打破，自主立異成為我國高鐵的“中心暗碼”

 

2021年6月底，我國高鐵已累計安全運轉92.8億公里，相當于繞地球23.2萬圈，安全運送旅客141.2億人次，是國際公認最安全的高鐵

 

讓130多米長、300多噸重、5節編組的磁懸浮列車懸浮于軌跡上，并以時速600公里“貼地飛翔”，是軌跡交通技能的劃年代立異，也是我國高鐵新目標之一

 

在吉林省長春市中車長春軌跡客車股份有限公司高速動車組制作中心調試車間，首席技能專家羅昭強(右一)與同事檢查復興號高鐵列車的電氣體系(2020年11月25日攝)張楠攝

 

9月2日，由我國制作的第一批雅萬高鐵列車運抵印尼雅加達港，標志著以我國規范制作的東南亞首條時速350公里的高速鐵路迎來又一重要路程碑。

 

我國高鐵每往前打破一步，就為我國制作刻下一個新的搶先符號。

 

憑借具有獨立自主知識產權的高鐵制作和配備制作技能體系，我國高鐵不只開進了國際屋脊高寒、高原地區，完結了跨海過橋不減速，還以“我國規范”出海，為國際高鐵奉獻我國計劃，不斷開釋影響力。

 

從“一條線”到“一張網”，到2021年底，我國高鐵運營路程打破4萬公里。“四縱四橫”高鐵網全面建成，“八縱八橫”高鐵網正加密成型，已靈通93%的50萬人口以上城市，完結常態化時速350公里高標運營總路程逾越3000公里。我國高鐵如同一條條活力勃發的“大動脈”，用速度從頭界說時刻，用組網改動區域經濟布局。

 

從無到有，從引入、消化、吸收再立異到自主立異，黨的十八大以來，我國高鐵不斷以自主立異效果自我逾越，為我國開展拓展延伸更大空間。

 

從零“起跑”

 

自主制作我國高鐵大腦

 

2022年3月19日，搭載我國自主化高鐵列控中心技能的匈塞鐵路貝諾段正式注冊運營。作為匈塞鐵路列控技能的首要掌管人，我國通號研討規劃院集團副總工程師江明見證了全套我國徹底自主知識產權的CTCS-3級列控體系初次在歐洲國家成熟使用。

 

列控體系是高速鐵路的大腦和神經中樞，是完結高鐵高速度、高密度、高安全運轉的中心體系，是國際鐵路科技競賽的中心焦點。

 

2012年曾經，我國動車自主化列控體系使用處于空白，早期的高鐵只能用進口“大腦”，不只價格貴，還受制于人。“咱們懷著虛心學習的情緒到了歐洲，可是技能人員既進不了對方的辦公區，又進不了實驗室，能接觸的只要產品說明和課件，能見到的只要項目助理和數據配備工程師。不但在線運營設備在故障剖析、維修服務和信息安全等多方面受制于外方，在設備克缺和保護過程中也遇到過很多不配合的狀況。”江明說。

 

只要徹底掌控全部中心技能，才干完結自主可控。我國鐵路通訊信號股份有限公司(簡稱我國通號)在全體系內集聚起逾越3000人的高端研制團隊預備霸占這一難關。他們一遍又一遍研討計劃、一版又一版進行軟硬件開發、一輪又一輪測試，用3年時刻完結了西方國家幾十年的技能跨越，完結了全套徹底自主知識產權的CTCS-3級列控體系研制并完結成熟使用，處理了引入產品在工程制作支撐、運營保護、信息安全、知識產權等方面受制于人的問題，提升了我國列控配備的智能高效水平、國際競賽力和信息安全等級，真正將高鐵列車運轉操控中心技能牢牢把握在自己手中。

 

2017年，CTCS-3級列控體系初次在大西線實驗獲得圓滿成功，滿足最高運營時速350公里、最小追蹤距離時刻3分鐘的運營要求，性能處于國際搶先水平。

 

2020年12月，我國通號全套自主化CTCS-3級列車運轉操控體系配備合安高鐵，并于2021年12月完結為期一年的全體匹配性實驗。

 

2021年，CTCS-3級列控體系自主研制的4款國產芯片和安達操作體系完結使用，一批根據100%國產芯片的中心配備進入工業化、工程化階段，我國高鐵具有了100%國產化“大腦”。

 

2023年，我國通號全套自主化規范和產品將配備雅萬高鐵，打造我國高鐵初次全體系、全要素、全工業鏈走出國門的“樣板工程”。

 

作為我國高鐵要害中心技能之一，CTCS-3級列控體系的自主研制標志著我國高鐵技能配備范疇的打破，也驗證了只要自主立異才是效果我國高鐵的中心暗碼。

 

不只僅是列控體系，我國規范動車組的網絡操控體系研制也幾乎是從零開始。網絡操控體系的中心功能之一是“實時響應”才能，要求運轉中的列車將不斷改變的數據收集反饋到“大腦”中，大腦以千分之一秒、百萬分之一秒為單位超高速宣布指令，指揮飛馳的列車。

 

“復興號”動車組總體技能專家組成員，我國鐵道科學研討院集團有限公司(簡稱鐵科院)首席研討員趙紅衛回想當時的景象：“買不到網絡芯片，就依照通訊協議規范進行研制;買不到網卡，就在芯片根底上研制網卡。這一次，咱們不再依靠國外的技能，不再在他人的渠道上‘打補丁’。”

 

這是一次“產學研用”的協同立異。趙紅衛帶領團隊打破高速列車網絡操控體系和中心技能，安排構建了自主化網絡操控體系軟硬件體系渠道。

 

初次研制使用TCN網關，初次完結以太網列車操控，初次完結高速動車組網絡恒速控車……鐵科院與中車株洲電力機車研討所有限公司(簡稱中車株所)同步研制成功網絡體系，并將最前沿網絡操控技能——車載實時以太網要害技能使用在“復興號”上。

 

主機廠也在技能“無人區”飽經滄桑。軟件體系看不見、摸不著，中車長客股份公司副總工程師常振臣說，曾有一個溫度顯示故障讓大家苦惱不已，團隊歷時兩個多月，一行一行“啃”，才在上萬行代碼中揪出問題。

 

我國中車青島四方股份公司(簡稱中車四方)研制團隊在地上建立1:1仿真實驗臺，對選定的操控策略算法對應的上百種工況進行逐項驗證，保障大腦聰明高效地指揮列車運營。

 

趙紅衛明晰地記得，2016年7月15日，兩列我國規范動車組在鄭徐高鐵成功完結交會實驗。擬運營高鐵動車組列車第一次跑出時速420公里。

 

2017年6月25日，具有徹底自主知識產權的我國規范動車組正式命名為“復興號”。

 

現在，我國已經構成涵蓋時速160～350公里等不同速度等級，能夠習慣高原、高寒、風沙等各種運營環境的“復興號”系列產品。我國工程院院士劉友梅說，從引入到自主，中心的問題是要構成獨立的技能團隊和配套的工業才能。有自主立異的產品才干保障“交通強國”戰略的完結。

 

協同“賽跑”

 

同心錘煉卓越性能

 

精雕細鏤讓“復興號”無論是運營速度，還是安全性、舒適性、節能降耗等首要技能目標，在全球都名列前茅，這種歸納性能的優勝需求上下游協同和技能體系的體系前進。

 

貼地飛翔的“復興號”需求微弱的牽引動力。不只僅是大轉矩，對牽引電機的功率密度、噪聲、諧波、電磁兼容性等性能目標要求十分苛刻，這是“復興號”整車歸納性能是否處于國際搶先的要害技能目標。

 

為確保牽引電機中主輔一體牽引變流器成功研制，中車株所會集優勢資源，對各項性能目標、新增功能、對外接口、技能細節等進行屢次研討，終究霸占技能難關：集牽引變流器、輔助變流器和冷卻體系于一體，具有集成度高、功率密度大、易保護等優點，各項目標到達國際搶先水平。

 

“復興號”要跑得又快又穩，需求霸占轉向架減震難題。中車四方轉向架開發部部長張振先說，為了找到最優懸掛參數，研制團隊在數十種參數組合計劃中比選匹配，前后進行了110多項試制研討實驗，終究完結平穩性目標到達2以下，優于“小于2.5即為優級”的國家規范。

 

高鐵列車的車體大都由鋁合金等各類高性能金屬板材焊接組裝而成。“焊工是高鐵出產過程中的重要工種，每一條焊縫都關系到列車安全。”中車長客首席操作師李萬君說，哪怕有1毫米的誤差，零件就會裝不上去、合不嚴實。

 

一列“復興號”高速動車組，會用到近100種線型、近20000根導線、約100000個接線點，它們是列車的“神經”，接線這個看似簡單的小工序，卻是動車組裝配的一大難題。研制初期，數據傳輸的連接器中，芯體部位的7個金屬針分布在直徑僅有5毫米的圓形范圍內，每一根“針”都要焊接到位，像是用焊槍在針尖上繡花。中車長客高級技師胡俊祥憑借多年來練就的“超密布環境電氣焊接”技能，重復實驗，完結部件合格率達100%。

 

2022年4月，由我國自主研制、國際搶先的新型“復興號”高速歸納檢測列車上線運轉。該車作為高速動車組新技能驗證渠道參與CR450動車組研制先期實驗，4月21日，在濟南至鄭州高鐵濮陽至鄭州段成功完結明線上單列時速435公里、相對交會時速達870公里，發明了高鐵動車組列車明線和地道交會速度國際紀錄。

 

屢創國際紀錄的背后，是我國高鐵堅持以我為主、開放合作、自立自強，為高鐵技能完結從跟跑到領跑的嚴重躍升供給了高效的實踐路徑，構成了具有自主知識產權的國際先進高鐵技能體系。

 

——在高鐵技能配備范疇。我國中車以“和諧號”動車組為根底，成功研制具有徹底自主知識產權和國際先進水平的“復興號”我國規范動車組，其中“復興號”智能動車組在國際上初次完結時速350公里自動駕駛功能，標志著我國高鐵進入智能化年代。

 

——在高鐵工程制作范疇。習慣我國地質及氣候條件雜亂多樣的特點，我國中鐵、我國鐵建等在高鐵路基、軌跡、長大橋梁、長大地道、大型客站和體系集成等方面霸占了大量國際性技能難題，體系把握了不同氣候環境、不同地質條件下制作高鐵的成套技能。修建了滬蘇通鐵路長江大橋、五峰山長江大橋2座主跨超千米和武漢天興洲大橋等6座主跨超500米的國際級大跨度高鐵橋梁;建成了廣深港高鐵獅子洋地道、西成高鐵秦嶺地道群等100多座10公里以上的長大高鐵地道。

 

——在高鐵運營辦理范疇。全面把握了雜亂路網條件下高鐵運營辦理成套技能，立異了雜亂路網條件下不同速度等級高速列車高密度跨線運送調度技能，處理了不同動車組編組、不同速度、長大距離和跨線運轉等運送安排難題，完結了繁忙高鐵干線和城際鐵路列車高密度、公交化開行，高峰期發車距離僅有4～5分鐘。

 

——在高鐵安全出產范疇。充分發揮科技保安全效果，在智能型“復興號”動車組部署2700余項監測點，開發了自我感知、健康辦理、故障確診等列車運轉在途監測技能，完結了對列車運轉的全方位實時監測;建立了由高速歸納檢測車、沿線檢測傳感裝置等設備組成的高鐵線路設備在線監測體系，運用大數據剖析，完結了對高鐵根底設施運轉狀態的精準把握;研制了風雨雪等自然災害監測、異物侵限報警和地震監測預警體系，完結了對自然災害和治安風險的立體防控。

 

到2021年6月底，我國高鐵已累計安全運轉92.8億公里，相當于繞地球23.2萬圈，安全運送旅客141.2億人次，是國際公認最安全的高鐵。

 

競賽“長跑”

 

科研走在前面

 

在國際高鐵的競賽中，看得見的是我國動車組在運轉速度、安全、舒適度等方面的比拼趕超，看不見的是背后面向我國鐵路開展嚴重需求，國內原創的高鐵科研效果，為自主立異打下堅實根底;全國一盤棋，會集力量辦大事的體系保障。

 

長期從事軌跡交通工程動力學與振蕩研討的我國科學院院士翟婉明，開拓鐵路大體系動力學研討新范疇，首先創建車輛-軌跡耦合動力學理論體系，掌管研討建立了高速列車-軌跡-橋梁動力相互效果理論及規劃安全評估技能。在國際上，其模型與算法被稱為“翟模型”和“翟辦法”，他的理論辦法與技能被成功使用于我國鐵路提速和高速鐵路的幾十個重點工程中，處理了高速行車安全性與乘車平穩性方面的一系列工程實際難題，支撐著我國高鐵的速度與安全。

 

空氣動力學問題是限制高速鐵路開展的瓶頸之一。我國工程院院士田紅旗帶領的中南大學軌跡交通安全要害技能立異團隊從零開始，構建起我國鐵路空氣動力學根底與工程技能體系，創建列車氣動外形結構協同規劃、列車/地道耦合氣動結構優化等辦法，為2022年4月21日“復興號”高速列車完結國際最高時速870公里明線相對交會運轉供給了重要技能支撐。

 

西南交通大學教授王平帶領團隊攻堅“高速鐵路軌跡平順性堅持技能”，十余年磨一劍，項目效果打破了我國高鐵軌跡平順性確診與堅持技能瓶頸，打破了日、德等國的技能獨占，構成了具有我國自主知識產權的成套理論與技能體系。王平告訴記者：“在過去，國外仗著技能獨占，一組道岔報價500多萬元。在我國完結該項技能打破之后，他們立刻將價位降低到180萬元一組。”

 

科研始終是自主立異最堅實的底氣。會集力量辦大事則是自主立異最結實的保障。時任我國國家鐵路集團有限公司董事長、黨組書記陸東福認為，堅持黨的全面領導，為高鐵開展獲得歷史性效果供給了根本政治確保。堅持全國“一張網”、全路“一盤棋”，打破職業、區域的局限性，構成與國家嚴重戰略相貫穿、與相關工業布局相銜接、與區域開展需求相結合的高鐵開展規劃，并堅持了高鐵規劃的安穩性、連續性，完結了高鐵開展與經濟社會開展相互促進、相輔相成。

 

堅持會集力量辦大事。從中央到地方，從科研立異、出產安排到工業化使用，從研討開發、規劃規劃、工程制作、配備制作到運營辦理整個立異鏈工業鏈，為建成國際最興旺的高鐵網匯聚了強大合力。

 

堅持不懈加強要害范疇技能攻關，構成了從高鐵根底理論、技能使用到效果推行甚至技能規范體系的完整立異鏈條，牢牢地將立異主導權、開展自動權把握在自己手中，為高鐵技能完結從跟跑到領跑的嚴重躍升供給了高效的實踐路徑。

 

堅持產學研用有機結合，推進協同立異、集成立異，構成推動高鐵立異的組合優勢;堅持正確的技能道路，完結技能政策、技能規范、技能渠道和技能布局的統籌和諧、專業融合，使高鐵制作運營的成功經驗在全國范圍內快速復制推行，構成規模工業效益，大大提高高鐵的開展功率和質量。

 

追求“領跑”

 

從國家名片邁向引領國際規范

 

在我國規范動車組選用的254項重要規范中，我國規范占到84%，11個體系96項首要設備選用了統一的我國規范和類型，我國成為高鐵規則的重要擬定者和重要主導者。

 

日前，國際鐵路聯盟(UIC)發布施行由我國掌管擬定的《高速鐵路規劃根底設施》規范和《高速鐵路規劃供電》規范，兩項規范均是相關范疇的首部國際鐵路規范。國際鐵路聯盟是鐵路職業最具影響力的專業國際規范安排。

 

近年來，國鐵集團專家掌管參與了國際鐵路聯盟高速鐵路、列車網絡、制動體系等專業的60余項重要技能規范的制修訂，掌管完結的《高速鐵路施行》和《高速鐵路規劃》兩個系列等11項高速鐵路體系級規范，填補了高速鐵路施行、規劃等要害范疇的國際規范空白。

 

從我國規范到國際規范，趙紅衛親歷了這段歷程。隨著我國高鐵的快速開展，趙紅衛中選UIC機車車輛分委會數據與通訊專業組組長，參與國際和職業規范的擬定及修訂作業。“過去的國際規范化安排會議上我國聲音不多。如今，國外同行總會自動邀請我國專家講話，傾聽我國的處理計劃。”

 

在國際規范中歸入我國的優勢技能與要害參數，為推行我國鐵路技能，完結我國鐵路全體系、全要素、全工業鏈“走出去”供給了規范支撐，發明了有利條件。

 

立異引領已經鐫刻進我國高鐵的骨髓。

 

在中車四方股份公司廠內的調試線上，一列5節編組的高速磁浮列車在軌跡上穩穩懸浮、發動，流線型車頭、藍灰相間的車身，極具科技感。研制人員正在進行一項項精準調試，讓高速磁浮體系到達最佳狀態。

 

我國中車科學家、中車四方股份公司副總工程師丁叁叁介紹，5節編組的磁浮列車長130多米、重達300多噸，讓如此龐然大物懸浮在軌跡上，并以600公里/小時的速度“貼地飛翔”，需求打破大量要害中心技能。

 

例如，列車與軌跡間的懸浮空隙必須安穩堅持在10毫米左右，相當于一個火柴盒的厚度。當磁浮列車時速到達600公里，車體遭到的氣動壓力急劇攀升。為了讓磁浮列車“浮得穩”，研制團隊在實驗現場整整進行了長達13個月的封閉式攻關，前后做了4000屢次實驗。

 

環繞時速600公里高速磁浮的工程化使用，研制團隊還要處理一系列工程技能難題。如磁浮跨江穿山高速運轉、氣動規劃、高強度車體、牽引制動、低延時通訊、長途多分區多車輛全自動追蹤、恣意點泊車、減震降噪等等，每一項都是極大的技能應戰。僅以氣動規劃為例。當磁浮列車時速到達600公里，車體遭到的氣動壓力急劇攀升，可到達現在時速350公里高速列車的10倍，而氣動噪聲則隨速度攀升呈6～7次方增長，技能難度無先例可循。

 

5年自主攻關，歷經1680余項仿真計算、4250余項地上臺架實驗和500余項線路實驗，啃下了一塊又一塊“硬骨頭”，清除了一個又一個絆腳石。2021年7月20日，時速600公里高速磁浮交通體系正式在青島下線，標志著我國把握了高速磁浮成套技能和工程化才能。

 

從時速350公里輪軌高鐵到時速600公里磁浮列車，我國，又一次引領國際鐵路技能邁向新的打破。