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  吴董所著《陌生的老路》连载三十二  
发布时间 2021-09-28

 



吴董所著《陌生的老路》连载三十二

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                  2、中国具有自主知识产权的高速铁路

 

当日本新干线和法国、德国铁路跃上新台阶时,中国铁路仍然停留在蒸汽机车时代。加快发展高速铁路的呼声,在中国学术界早已有之。随着时代发展,这种呼声越来越强烈。中国改革开放了,要在铁路运输课题上急起直追。上高速铁路最初的动议是怎么产生的?具体细节难以细究。追溯这段历程,人们想起了一次不太重要的会议。

1992年,在中国交通运输协会和中国铁道学会召开高速铁路发展研讨会上。在这次研讨会上,专家们指出,中国高速铁路要尽快起步。中国比哪个国家都更需要高速铁路。对高速铁路,国民有需求,经济发展有需求,市场有需求,铁路的深层发展有需求。

1999年,北京交通大学教授申金生指出,高速铁路作为适应现代文明和社会进步的高科技产品,是以高速度、大容量、低污染、安全可靠著称的先进的交通工具。它的采用将大大降低交通运输的社会成本,从而产生很大的社会经济效益。

进入21世纪,随着环境问题日益严峻,专家们认为,交通运输各行业中,从单位运量的能源消耗、对环境资源的占用、对环境质量的保护、对自然环境的适应以及运营安全等方面来综合分析,铁路的优势最为明显。因此欧洲各发达国家在经历了一段曲折的道路之后,重新审视和调整其运输政策,把重点逐步移回铁路,策略中重要一环是规划和发展高速铁路。专家们指出,发展中国高速铁路势在必行。

高速铁路之所以受到广泛青睐,在于本身有显著优点:缩短了旅客旅行时间,产生了巨大的社会效益;对沿线地区经济发展起到了推进和均衡作用;促进了沿线城市经济发展和国土开发;沿线企业数量增加使国税和地税相应增加;节约能源和减少环境污染。

中国处于经济社会持续快速发展的重要时期,铁路“瓶颈”制约矛盾突出。改革不断深化,铁路运输能力紧张问题突出,铁路网规模扩张严重滞后于国民经济发展的速度。1978年至2007年,中国GDP增长67.5倍,年均实际增长9.8%1978年至2007年,中国工业保持快速增长,主要工业产品产量迅速增加,煤炭增长3.1倍,粗钢增长了14.4倍,石油增长79.1%,发电量增长11.8倍,水泥增长19.9倍,化肥增长5.7倍。铁路虽然也取得了长足的进步,但是与国民经济持续快速增长相比,发展是滞后的。1978年到2007年,全国铁路营业里程从5.17万公里增长到7.8万公里,增长50.9%,年均仅增长1.4%

铁路先行是工业化发展的重要基础,在运输化初级阶段,对铁路运输的需求更大。在运输化初级阶段生产产品所需要的原材料数量大,对铁路的依赖性强。据有关测算,生产1吨棉纱能够引起2.5吨至3吨相关运量,生产1吨水泥引起4吨至5吨的相关运量,生产1吨钢引起7吨至8吨的相关运量,生产1吨铜要引起50吨至100吨相关运量,铁路运输是降低这些产品运输成本的最优选择。据铁路统计资料显示,1999年全国煤炭产量10.45亿吨,铁路煤炭运量6.5亿吨,产运系数0.622007年产运系数下降到0.601999年钢铁产运系数0.422007年产运系数下降到0.21。正因为发展滞后,铁路运输能力严重不适应社会需求。许多煤炭、矿石等初级产品通过公路运输,大量消耗石油这一高级能源,不仅增加了社会运输成本,还加重了环境污染。

中国区域发展不平衡,一个重要原因是铁路基础设施发展不平衡。西部12省区市占国土面积的71.5%,集中了50%以上的煤炭储量和81%以上的天然气储量,但进出西部的铁路能力紧张。没有铁路大通道的保障,实施西部大开发难以想象。只有在各区域之间构建起运力强大、方便快捷的铁路通道,实现人流、物流、资金流、信息流的快速流动,才能更好地把欠发达地区的资源优势转化为经济优势。

交通运输是用地、能源消耗和污染大户,需要各种交通运输方式发挥各自优势、协调发展。铁路具有占地少、能耗低、污染小的比较优势,加快铁路发展,对于中国建立资源节约型和环境友好型的发展模式具有特殊意义。由于铁路发展滞后于其他运输方式,节约资源、有利环保的优势难以得到充分发挥。1978年至2007年,公路里程增长了3倍,民用航空航线里程增长了14.7倍,管道输油(气)里程增长了5.6倍,而同期铁路营业里程仅增长了0.5倍,铁路发展明显滞后。显而易见,加快发展铁路,对于优化中国交通运输体系结构,以较小的资源和环境代价,支撑全社会的运输需求,具有重要意义。

1825年英国修建了世界第一条铁路以来,铁路在很长时期内成为各国交通运输骨干。20世纪50年代开始,公路和航空运输迅速发展,使铁路在速度上居于劣势,长途客运受航空运输排挤,短途客运被汽车运输取代,铁路被视为“夕阳产业”。然而,进入20世纪70年代后,由于能源危机、环境恶化、交通安全等困扰,人们重新认识到铁路的价值。特别是高速铁路以其速度快、运能大、能耗低、污染轻等一系列的技术优势,适应了现代社会经济发展的新需求。

京沪高速铁路的建议及规划始于上世纪90年代初期,而且把研究重点放在京沪铁路上。当时京沪铁路出现近饱和状态。199012月,中国铁道部完成《京沪高速铁路线路方案构想报告》,并提交七届全国人大三次会议讨论。19934月,铁道部和当时的国家科委、国家计委、国家经济贸易委员会和国家经济体制改革委员会(简称“四委一部”)联合成立了京沪高速铁路前期研究课题组。

199412月,国务院批准开展京沪高速铁路预可行性研究。当时的争论焦点是高速铁路的必要性和经济性,支持方认为此铁路的兴建有利配合未来的经济发展,而且技术上和国力都能负担。反对方认为,以国外实例参考,新建高速铁路大部分亏损多、盈利少,目前的运能紧张可用提速、扩能等方式解决。“四委一部”一直支持及早建设京沪高速铁路,但遇到的阻力除了来自反对的专家还有国务院中央。

19963月,全国人大批准的《国民经济和社会发展“九五”计划和2010年远景目标纲要》中,明确表示“下个世纪前10年,集中力量建设一批对国民经济和社会发展具有全局性、关键性作用的工程。着手建京沪高速铁路,形成大客运量的现代化运输通道。

高速轮轨和磁悬浮技术之争始于1998年。19986月,在中国科学院和中国工程院两院院士大会上,国务院总理朱镕基向在座的一千多位院士提出“京沪高速铁路是否可以采用磁悬浮技术”?科技部副部长徐冠华和部分专家开始支持磁悬浮技术,铁道部则坚持京沪高速铁路应采用高速轮轨技术,认为磁悬浮的技术和投资风险都很高,而且与既有轮轨铁路网不能兼容。两方相继着手进行两种技术的前期研究。至2002年,两方均完成前期研究并建成“工程样本”性质的试验路段。支持轮轨技术的铁道部建成了设计时速为200250公里的秦沈客运专线,并研制了DJJ2型“中华之星”和“先锋号”高速动车组。而支持磁悬浮的一方也建成了上海磁浮示范运营线。这种东西不同于一般的火车,磁悬浮列车运用磁铁同性相斥,异性相吸原理,使列车完全脱离轨道而悬浮行驶,成为“无轮”列车,当然不会有什么噪音。

上海磁悬浮列车专线西起龙阳路站,东至上海浦东国际机场,专线全长29.863公里。由中德两国合作开发的世界第一条磁悬浮商运线。20006月,上海与德国磁浮国际公司合作进行中国高速磁浮列车示范运营线可行性研究。12月,中国决定建设上海浦东龙阳路地铁站至浦东国际机场高速磁浮交通示范运营线。200131日在浦东挖下第一铲,20021231日全线试运行,第一批客人是中国国家政府原国务院总理朱镕基和德国总理施罗得。两位总理稳稳地乘坐在世界上唯一的磁浮运营线上。200314日,正式开始商业运营,全程只需8分钟。是世界第一条商业运营的高架磁悬浮专线。

2006427日,上海磁悬浮结束两年试运,正式投入营运。这是世界上首条投入商业化运营的磁悬浮列车示范线,全长将近30公里。14分钟能来回在上海市区和浦东机场之间。

但是,磁悬浮技术难以普及,这种技术落败的主要原因有三点:其一是造价及运营成本过高,一列从德国进口轮轨高速列车价格约2亿元人民币,而磁悬浮列车一列售价达9亿;其二是轮轨高速铁路的技术国产化程度要比磁悬浮高得多,中国至今仍无法完全掌握磁悬浮列车的技术,而德国也拒绝技术转让;第三是与现有铁路网兼容问题。

近年,我每次飞往上海,在浦东机场乘磁悬浮列车去市区。在这种列车上,我的感觉并不舒服,原因不是别的,而是太贵,乘坐8分钟,票价100元。大款不当回事,普通旅客会嘬牙花子。对主管部门而言,也没法,因为磁悬浮列车从德国进口的价格就昂贵。

经过多年论证,20061月,在国务院总理温家宝主持的国务院常务会议上,通过了《中长期铁路网规划》,同时批准京沪高速铁路采用轮轨技术的方案,选用德国、日本、法国其中一国的高速铁路技术。全线将按最高时速350公里、初期运行时速300公里设计,一次建成高速铁路线路1318公里,总投资为2209.4亿元人民币,其中包括北京南站、南京大胜关长江大桥及北京动车段的投资额和动车组购置费。

2005年,读者可以注意到,中国与德国在柏林签署高速铁路协议,德国向中国转让时速300公里高铁技术,海外反响要比中国国内大得多。细心的人还能够注意到,中国高铁规划中以时速200公里为起点,但这次德国向中国转让了9项时速300公里的高铁技术,也是全球最先进的铁路技术。从20年前德国首先向中国转让汽车技术起,到这次转让高铁技术,看得出刻板的德国人是多么富于战略眼光。

过去几年中,机械化逊色于信息化是人所尽知的论断,但回望20年前,情况就不是这样了。那时,全球化的概念还没有流行,也没有信息化,机械技术是一个国家生产力的象征。那时,底特律是美国汽车业的权重,丰田与本田是日本工业的象征,德国鲁尔区还在代表欧洲的工业形象。然而,正是那个时候,德国人首先向中国转让了汽车技术,我们才有了桑塔纳、奥迪、小红旗的制造,才有了当时的中国汽车工业加速。20年后想一想,德国人又失去什么了呢?什么也没有,这个国家的汽车商在中国获利丰厚,它的成功让整个西方眼红。

当时汽车大国美国和日本一度犹豫,丰田怕先进的东西让中国学到手,美国出于意识形态偏见而不愿提供汽车技术。冷战在1990年戛然而止,随后的10年是中国经济跨越黄金期的10年,日美汽车商如梦初醒,而最丰厚的赚钱时机已经过去了。在经济全球化的新布局下,中国内地的经济仍然处在爆发式增长年代,国力拉升也非当年“东亚四小龙”可比。未来十几年,对于中国长达几千公里的东南沿海来说,京沪、京津、沪宁、武广……这些发达地区的高铁线将会连成一张全球罕见的高铁网,那时,中国的高铁市场大得将难以想象。

德国选在美日犹豫时期到中国,是开明的选择,只要假以时日,就会在中国经济最高潮时获得更大回报。德国、法国、日本等国的高铁等待入局中国,也需要一种战略眼光来看待“以技术换市场”的逻辑,一如20年前德国向中国转让汽车技术一样。庞大的京沪高铁还没有最后定案,京沪线会留给谁呢?也许在给未来的入局者以一个机会,但前提一定是:这一入局富于战略眼光。

说到选用德国、日本、法国其中一国的高速铁路技术时,有必要说几句中国自己研制的“中华之星”电动车组(DJJ2型电力动车组)。它的前身是行驶在广深铁路的“蓝箭号”,而“蓝箭号”是以欧洲高速铁路技术模式为基础研制的。2000年,中国通过技贸结合和国际合作,引进国外核心技术部件即牵引变流器,完成了200公里度级的“蓝箭”电动车组,并在随后的正线试验中达到了236公里的时速,于2001年完成了8列动车组的生产,并正式投入广深线商业运营。

“中华之星”是中国自行设计,拥有自主知识产权的高速电力动车组,设计时速为每小时270公里,满座载726名旅客。20021127日,冲刺试验创造最高速度每小时321.5公里的当时“中国铁路第一速”(该纪录直到CRH22008424日于京津客运专线上进行高速测试时才被打破)。“中华之星”电动车组研制由国家计委立项,铁道部主持,中国北车集团和中国南车集团参加研制。由铁道部组织机车车辆制造工厂、科研院所、高等院校联合攻关共同研制,主机厂包括株洲电力机车厂、大同机车车辆厂、长春客车厂和青岛四方机车车辆厂。

跟“蓝箭”电动车组一样,它由首尾两辆电动力车以前拉后推方式牵引,属动力集中型动车组设计。采用交直交电力牵引,使用JD128型交流牵引电动机及TEP28WG01GTO牵引逆变器;计算机网络控制技术、动力再生制动加电控制动的直通式数字制动机等技术,体现了中国机车车辆制造技术的最高水平。它的车头外形根据空气动力学原理设计,酷似鸭嘴兽的双拱流线型,密封性能良好。“中华之星”动车组的高速受电弓、真空断路器、GTO器件、去离子水泵、高速轴承和螺杆空气压缩机等部件是从国外进口的,以弥补国产器件的不足。20021127日,以两辆机车及三辆客车的短编组“中华之星”在新建的秦沈客运专线进行高速试验,最高速度321.5公里,轰动一时。

铁道部部长傅志寰视察“中华之星”,不巧,列车空车试载,驶回基地前出现A级重大故障:因一根有问题的法国进口部件(车辆轴承)温度高达109摄氏触动了车载轴温报警系统。这样一来,铁道部决定停止试验。“中华之星”在试验中曾多次出现重大安全故障,朱镕基离休后,国务院采用购买国外高速轮轨技术的意见重占上风,国内自主研发的中华之星高速轮轨计划虽已取得重大成果,但2004年铁道部展开为用于铁路第六次大提速、时速200公里级别的第一轮高速动车组技术引进招标,投标方标准是在中华人民共和国境内合法注册的,具备铁路动车组制造能力,并获得拥有成熟的时速200公里铁路动车组设计和制造技术的或有国外合作方技术支持的中国制造企业(含中外合资企业),“中华之星”不具备以上条件,率先出局。

中国高铁技术可以说是在日本和德国的基础上升级开发的。因为国内的250公里级别的动车技术基本是进口原型车获许可在国内生产。但是到在350公里以上的高速动车特别是380AL)、380BL)的车型上在外观的气动设计还是转向架技术基本是都是在进口车的基础上自主设计制造的了。因为从日本长崎重工购买的CRH2车型上最高试验速度只有280KM/H,从德国西门子购买的CRH3的原型车ICE3的实验速度最高也才320KM/H。在350KM/H以上高速动车领域中国的两大车辆生产公司南车、北车都没有再进口新的整车技术。都是在原有动车技术的基础上自主试验制造的,在现有380AB的高速动车上除了部分像变流器之类的核心技术还在购买,大多都已实现国产化!现有的高铁事故基本都是因为天气、人为原因且为了保证安全的前提下发生的。对待新事物要有下包容心,在当年动车开始上线运行时也出不少问题,但现在还有250公里级的动车故障的报道吗!

2004年,中国铁道部展开为用于中国铁路第六次大提速的动车组技术引进招标,在以市场换技术的原则下,加拿大的庞巴迪、日本的川崎重工、法国的阿尔斯通及德国西门子分别签订协议,向中国北车集团和中国南车集团的厂商全面转让关键技术,并通过吸收的方式达到一定程度的国产化,成为“具有中国自主知识产权”的动车组产品系列。

中国铁路总公司(原铁道部)将所有引进国外技术、联合设计生产的CRH动车组车辆均命名为“和谐号”。200712月,首列国产“和谐号”动车组列车在南车四方机车车辆股份有限公司竣工下线。它的下线标志着中国铁路客运装备的技术水平达到了世界先进水平,中国也由此成为世界上少数几个能够自主研制时速300公里动车组的国家。

“和谐号”动车组普遍采用交流传动及动力分散式。车头为流线形。运行时速达200公里以上,最高可达350公里。列车通过电脑控制行车,电子显示驾驶数据。座位分为一等座及二等座,座椅可调节。车内部设计注重人性化。自动调节温度的空调。所有车门都是电动塞拉门。还有使用卧铺的型号用于较长途的线路。200公里级别车主要在既有线路上运行300公里级别的车主要在高速专用线路上运行。时速300公里动车组的动力更充沛,气密性、运行平稳性、空气动力学性能等要求更高,技术难度也更复杂。“和谐号”动车组列车突出了“先进、成熟、经济、适用、可靠”方针,体现了中国特色和人性化的设计理念。

这种列车采用轻量化铝合金车体、高速转向架、高速受电弓以及交流传动、集成一体化的光纤网络控制等国际一流技术。尤其是列车采用的大断面中空型材铝合金车体,每辆车体的重量约为7吨左右,动车组整体轻量化设计达到世界先进水平,具有优越的节能、环保性能。

中国铁路掌握了动车组列车9项核心技术,取得26项自主创新成果,“和谐号”动车组列车国产化率达70%以上,是中国铁路自主创新的结晶。中国铁路人用4年时间走完发达国家二三十年的路程,同步实现了铁路机车车辆装备现代化和机车车辆制造业现代化。

2008年中国拥有第一条时速超过300公里的高速铁路,这条线路里程不长,从北京到天津,即京津城际铁路。我记得,当时北京人挺振奋,从北京到天津,坐高铁仅28分钟,比坐公共汽车从北京动物园到颐和园的时间都要短。那阵子,不少北京人节假日去天津,仅到劝业场附近吃一顿狗不理包子,而后抹着嘴回到北京。

京津城际铁路通车仅一年,中国有了世界上一次建成里程最长、运营速度最高的高速铁路,这就是武广客运专线,为京广客运专线南段(武汉—广州段),20056月动工,长1068.8公里,投资总额1166亿元。200912月运营。列车试验最高速度可到每小时394公里、最高运营速度达到300公里/小时,广州到武汉一般用不了4个小时。截止20111月,中国建成13条高铁线路,运营总里程达8358公里。

京沪高速铁路简称京沪高铁,是中国“四纵四横”客运专线网中的“一纵”,也是中国《中长期铁路网规划》中投资规模大、技术水平高的一项工程。围绕这条高铁,专家们没少吵架,争的脸红脖子粗的。从1990年开始论证,到2008418日全线开工,前后长达18年。

参与争论的不仅是铁路系统的人,而且波及各界。争论分成了两个大派,一派叫坐缓建派,另一派叫做急建派。当然,这个名字是记者们后来为了行文方便而临时设置的。缓建派认为,当时还没有那么多钱,国人承受不了,希望晚点建设;急建派认为国家急需铁路发展,越早越好。还有一种意见是建高速公路,到底用哪种模式也争论不休。

不管专家和非专家们怎么争论,怎么各不相让,2008418日,京沪高速铁路开工了。将近3年后,2011630日通车,国务院总理温家宝主持通车典礼。线路由北京南站至上海虹桥站,全长1318公里,纵贯北京、天津、上海三大直辖市和冀鲁皖苏四省,连接环渤海和长江三角洲两大经济区。与既有京沪铁路的走向大体并行,较既有京沪线缩短约145公里。全线为新建双线,总投资约2209亿元,设23个车站。设计速度为每小时380公里/小时,运营速度降低为每小时300公里,北京到上海的G1最快只需448分。

京沪高铁线路自北京南站西端引出,与既有京沪铁路京津段基本平行,经天津设天津南站并与天津西站间修建联络线连接;向南沿京沪高速公路,在G3京沪高速公路黄河桥下游3公里处跨黄河,在济南市西侧设济南西站;向南沿京福高速公路东侧南行至泰安。新设徐州东站;于蚌埠新淮河铁路桥下游1.2公里处跨淮河设蚌埠南站,至长江北岸设江北第一站滁州站,渡过长江,在长江南岸设南京南站,东行经镇江、丹阳、常州、无锡、苏州、昆山,终到上海虹桥站。天津、济南、徐州等枢纽地区通过修建联络线引入既有站。

京沪高速铁路的两端,连接环渤海和长三角两个经济区域。所经区域面积占国土面积的6.5%,人口占全国地26.7%,人口100万以上城市11个,是社会经济发展活跃的地区之一,也是客货运输较繁忙、增长潜力较大的客运专线。沿线以平原为主,局部为低山丘陵区,经过海河、黄河、淮河、长江四大水系。

从北京到济南,均属华北平原,地形平坦开阔,地势为两端高、中间低,团泊洼一带为全线最低处;济南、徐州属鲁中南低山丘陵及丘间平原,地形起伏较大,泰安段为全线海拔最高的区段;曲阜—滕州段主要为平原,徐州—上海线路主要通过黄淮、长江三角洲平原区,局部(滁州—丹阳)通过长江下游平原区,河道纵横伴有部分丘陵。沿线工程地质条件主要是软土、松软土分布广泛,尤其是武清—沧州松软土、丹阳—上海软土,埋深变化大,软土层厚、强度低,工程性质差。设计速度350公里/小时,当前运营速度250-300公里/小时,列车最小追踪间隔按3.5分钟设计。京沪高速铁路客运专线建成后,运营列车以时速250公里-时速300公里的速度运行,北京南站—上海虹桥站全程运行时间为约5小时。年客运输送能力双向达到1.6亿人次。

1997年以来,中国铁路经历了六次大提速,配合高速铁路的迅速发展,列车速度普遍有了很大提高。同时,中国铁路营业里程由8万公里达到11万公里以上,电气化率、复线率均达到50%以上。

200971日,随着洛湛铁路永州至玉林段正式开通,标志着中国实现了“八纵八横”铁路网主骨架。到2015年,中国铁路营业里程达到12万公里以上,其中高速铁路1.6万公里以上。以高速铁路为骨架,总规模5万公里的快速铁路网将基本建成。

为什么中国高铁发展特别快?很多人认为高铁是各种高科技的组合,其实不是。日本新干线开通于1964年,没有交流传动系统,车上没有单片机和网控,就是变压器、硅整流、机械开关、继电器。早年的动车组主要靠经验。通过经验造样车,试验,再总结经验,再造样车,试验。一旦基本规律摸清楚,类似设计就容易多了。这个时候还要不断进行试验。所以说,当年新干线搞出来很不容易,而新干线的提速更体现了孜孜以求,不断上进的精神。

时至今日,中国再搞高铁,比当年日本容易多了。这是因为经过多年发展,已形成较成熟技术体系。通过引进,直接得到第一手设计材料。当初日本的转向架失稳速度在450,通过修改构架,调整悬挂和阻尼的参数,能跑到600不失稳。看到别人转的向架设计,在此基础上修改,比自己从开始摸索好得多。其次是计算机仿真技术。商业软件包算算应力,算算共振,算算冲激响应,已很准了,流体力学把边界设好了,也差不太多。原来要几个月做实验,现在计算机算一周了事。计算优化好了,直接做模型实验,一般和模拟结果差不多。日本从200300用了二三十年,为啥中国三五年就搞定了?很大程度上

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