创新设计：“复兴号”演绎中国速度与激情

我们知道，设计是对于创新的设想与计划，是引领中国创造的先导和关键环节。习近平指出：中国要强，中国人民生活要好，必须有强大科技。新时期、新形势、新任务，要求我们在科技创新方面要有新理念、新设计、新战略。

《中国制造2025》明确了建设制造强国的目标，而提升创新设计能力，对于引领推动自主创新，加快实现中国创造至关重要。

懂得把科技创新与设计创造有机结合，通过设计创造将技术创新成果的价值最大化，在这一点上，“复兴号”中国标准动车组不仅为我们成功示范，而且正在创造世界奇迹。

中国速度 全球标杆

2017年9月21日，“复兴号”中国标准动车组在京沪高铁实现时速350公里运营，标志着我国成为世界上高铁商业运营速度最高的国家。“复兴号”以时速350公里运营，为全球高铁树立了新的标杆，具有重要的里程碑意义，不仅使京沪之问的时空距离进一步缩短，更将向世界充分彰显中国高铁科技创新的领先地位，提升中围高铁的核心竞争力。

修长的流线型車头，极具工业质感的银灰色车身，靓丽的“中国红”飘带……CR400AF动车组“飞龙”一亮相，就以高颜值的外表吸引了众人的目光。而在它觇丽的外形背后，蕴藏着这么一组不同寻常的数据：整车运行阻力降低12%，人均百公里能耗下降17%，当它以时速350公里运行时人均百公里能耗仅3.8度电。这意味着，“复兴号”往返一趟京沪节省5000多度电。

“复兴号”的中国速度，令人惊叹！

“复兴号”的惊艳亮相，世界瞩目！

让国人倍感骄傲的是，“复兴号”中国标准动车组是具有完全自主知识产权、达到世界先进水平的我国新一代高速动车组，被称作“最新版中国高铁”。持续运行时速350公里，试验速度可达时速400公里及以上。“复兴号”的研制成功，标志着我国高速动车组技术全面实现自主化、标准化。其整体设计及车体、转向架、牵引、制动、网络等关键技术都是自主研发，在安全性、智能化、经济性、舒适性以及节能环保等方面均有大幅提升，达到世界先进水平。

截至2018年1月31日，中车四方股份公司“复兴号”CR400AF已交付32列，在京沪高铁、京津城际、京广高铁等线路开行。未来，“复兴号”还将作为中国高铁“走出去”的重要产品平台。

自主创新 志在“复兴”

当前，世界很多国家都在规划更快速度的高铁项目。“复兴号”的研制成功，不仅可以展示我国高速列车实力，同时也可持续积累安全运营的时间和经验，为世界高铁建设运营打造“样板”。

专家指出，与公路、航空等交通运输方式相比，高铁是最节能、最环保、最低碳的大众化交通工具。研究表明，在等量运输条件下，高铁的二氧化碳排放量不及飞机的十分之一。高铁速度的提升，使铁路与其他交通运输方式相比具有更大的竞争优势，有利于进一步完善交通体系建设，实现绿色高效发展，为改善大气环境作出贡献。同时，高铁提速，对提升我国铁路效益具有重要意义。提速后，铁路方面将提升运力，加速沿线地区的人流和物流，对我围经济发展起到巨大带动作用。随着高铁速度的恢复，各地依靠高铁打造“X小时”经济圈中“X”的数值会越来越小，能够促进城市圈、经济圈建设，对提高同城化水平、合理配置资源也将发挥重要作用。可以说，利国利民，功在千秋。

“时速350公里‘复兴号中国标准动车组研制项日，是在中国铁路总公司牵头组织下，主持制定了动车组总体及牵引、高压、网络、车体、转向架等系统暂行技术条件、动车组总体和各系统顶层指标，组织了各系统方案和零部件统型方案制定和专家评审，确定了动车组整车性能和互联互通性能验证试验方案，并组织进行了动车组型式试验、科学研究试验、关键系统服役性能跟踪试验和60万公里运用考核和动车组关键系统解体检查性能确认工作。在中国中车集团的组织下，中车四方股份公司根据顶层技术指标要求，采用正向设讣和循环迭代的设计方法，进行了车辆各系统的方案设计、零部件统型方案设计和车辆的试制，历时两年时间研制完成。车辆于2015年6月25日下线，2017年1月3日顺利取得了国家铁路局颁发的CRH400AF型动车组型号许可和制造许可证书，2017年6月正式命名为‘复兴号，6月26日，在京沪高铁首发，正式投入商业运营。”

为更好地完成“复兴号”中国标准动车组项目，中车青岛四方机车车辆股份有限公司于2014年1月组建成立了中国标准动车组设计团队，南技术人员200余人组成，是一支具备雄厚实力的研发队伍。目前，在高速动午组领域，设计团队已获得1项国家级、4项省部级项曰奖，1项国家级、10项省部级个人奖。

时速350公里“复兴号”中国标准动车组通过采用正向设计，研究了高速动车组低阻力头型、主被动安全防护、动力学性能匹配、救援回送发电、以太网应用、主从控制方式的列车级制动力管理与分配、车载智能化状态监测、互联互通重联运营等技术，首次成功进行了420km/h重联和交会试验。动车组在列车阻力、轻量化、能耗、再生制动能力、气动性能、排放、综合舒适度、气密性，以及防护功能的完备性和技术扩展性等方面进行了技术提升，整车运行阻力降低12%，人均百公里能耗下降17%。当它以时速350公里运行时，人均百公里能耗仅3.8度电。在方便运用、环保、节能、降低令寿命周期成本、进一步提高安全冗余等方面效果显著，具有创新性、智能化、安全性、人性化、经济性等特点。

匠心设计 引领制造

“复兴号”采用了令新低阻力流线型头型和平顺化车体设计，气动性能优异，有效降低了运行阻力。这当中，头型是最为关键的。

当动车组以时速350公里运行时，90%左右的阻力来自空气阻力，高速状态下，动车组的动力输出几乎都消耗在与空气的对抗上。因此，车头造型不仅是为了好看，更关键的是要降低空气阻力。

然而，跟既有动车组相比，“复兴号”的外形有了很大改变。CR400AF动车组的车体高度从3.7米增高到了4.05米，车体断面积增大了7.3%，也就是“身材”更高大r，这意味着，要提升车头的气动性能，难度大大攀升。

为了攻克头型技术难题，研发团队最初设计了46种头型概念方案。通过比选，提炼了23种方案进入工业设计，并从中遴选山7种头型，围绕气动性能开展了海量的仿真讣算、风洞试验以及动模型试验，反复评估头型的技术指标和文化特性，才最终敲定“飞龙”方案。

在设计方案山炉后，头型的制造是另一大挑战。

CR400AF动车组的车头采用了流线型设计，通过棱线曲面对空气进行导流，从而降低空气阻力。而车头的棱线曲面造型复杂，是由80多块蒙皮拼接而成的，对成型精度的要求极高。

“飞龙”的车头造型有六条棱线，每条棱线长达11米，为了达到造型要求，棱线部位的内部骨架定位精度精确到了0.5毫米。操作人员要控制每一根骨架的定位，山现任何细小的错误都可能要推倒重来。铺装蒙皮时，80多块蒙皮形状各异，既要贴合骨架又要相互平齐，还要保证焊接间隙，需要精确控制精度，做到严丝合缝。焊接同样是一大挑战。整个午头有3000多条焊缝，加起来长达600多米，如此高的焊接密度，还几乎囊括了平焊、横焊、仰焊等所有高难度的焊接姿势。车头试制时，光焊接试件就试验了1000多种。

整个车头的制造，从单个零部件制作到最终棱线曲面效果的呈现，前后经过30多道工序，可以说每一道工序都是对精益求精的极致追求。

不仅如此，从设计策划、概念设计、方案设计、技术设计、施工设计等等，可以说“复兴号”的里里外外，从研制到运行各个环节，都有设计创造的身影，创新是设计本质的要求，创新设计又引领着中国制造。

多彩创新 愉悦身心

“复兴号”是具有中围完全自主知识产权、达到世界先进水平的中国标准动车组。中国标准动车组的“中国”，意味着高铁从最早的“混血”发展到由内而外都是纯中国产的主导地位。“复兴'”上凝结着大量中国自主科技创新的烙印，它在载着旅客安全山行的同时，也为旅客带来舒适的体验和艺术化的享受。

智能的“中国脑”

网络控制系统是高铁的“大脑”，它决定和指挥着列车的一举一动。“复兴号”的网络控制系统，硬件和软件都是自主研发，实现了完全自主化的突破。不仅如此，智能化程度也大幅提升。

据介绍，“复兴号”建立了大量的传感系统，整列车检测点达2500多个，比以前动车组多了500多个。这些大大小小的传感器，最大的高62.8厘米，最小的直径仅5毫米。它们能够采集1500多项午辆状态信息，就像动车组的眼睛一样，时时刻刻对列车振动、轴承温度、牵引制动系统状态、车厢环境等进行监测。

列车的智能化传感系统，将所有数据采集到网络系统中，信息采集精度高，在重要监控点，数据记录精度最高达到微秒级，即1秒钟记录100万个数据。“复兴号”从北京到上海跑一趟，单程1318公里，记录的数据达300多兆。相比之下，73万字的《红楼梦》所占数据空问仅有1.7兆。

同时，“复兴号”建立了感知系统的传输通道和智能判识的网络，采用TCN和高速传输“以太网”双重冗余设计的网络控制系统，可收集各监测点信息，并根据预先设定的判据实时自动诊断故障。智能系统能实时感知列车的状态，并对各部件的运用T况进行记录，人工介入越来越少，列车的自主判断和控制更多，处理故障自动化能力增强。比如，当列车山现异常時会自动报警或预警，并根据情况自动采取限速或停车措施，保障列车运行安全。

值得一提的是，“复兴号”的网络控制系统首次引入了高速以太网数据传输和维护网络，传输带宽由1兆级提升到了100兆级。如果说以前是“乡问小道”，现在则是宽敞的“高速公路”，借助以太网，车辆大容量数据得以高速实时传输，列车的故障诊断和检修维护更加安全可靠、更加智能。

贴心的“安全锁”

“复兴号”强大的安全监测系统，有效保障了列车的运行安全。除了具备失稳检测、烟火报警、轴温监控、受电弓视频监视等安全防护功能外，“复兴号”还应用了被动安全技术，即通过增设碰撞吸能装置，提高动车组的被动防护能力。

被动安全防护，也就是当列车发生碰撞时，碰撞吸能单元通过有序变形吸收碰撞能量，保障乘客区域不变形，冲击减速度可控，为乘员提供安全保障。这相当于为列车加了一道“安全锁”。

在世界高速列车领域，被动安全防护是一项技术“制高点”。碰撞防护系统结构极为复杂，设计难度大。研发团队经过两年的攻关，自主开发了碰撞防护系统。这期问，研究过的吸能结构达160多种，进行的仿真计算和试验验证超过300次，仿真计算生成的数据有5000多个G，模型单元数量达千万级，相当干制作了上千万块砖，再砌成一座结构独特的高楼大厦。“复兴号”的碰撞防护系统，设计吸能容量达6.8兆焦，这一指标达到国际领先水平。

舒心的“安静车”

噪声是关乎旅客舒适度的一项关键指标。根据测试，当“复兴号”以时速350公里高速运行时，客室噪声最小仅为65分贝，远远优于70分贝的优等线。

设计初期，研发团队定的曰标是客室噪声要比国内外既有动车组降低3dB以上。这看似只是一个简单的数字，但要达到这一目标，需要实现轮轨关系、流同耦合、弓网关系、牵引系统、车体结构、材料应用等各方面的综合提升。

研发团队成立了减振降噪专项攻关小组，在长达一年的时问里，开展了大量的研究试验。攻关小组瞄准减振降噪采取了三大技术措施。首先是对动车组的结构进行优化。先后开发出了新型流线型车头、平顺化的车顶受电弓、全包型式的车端风挡等等，降低气动噪声。其次是对牵引系统等声源设备进行降噪控制，期问光牵引软件就进行了80多个版本的降噪优化。再是应用新型隔声材料，针对隔声材料进行了1200多项对比试验，确定了各系统、部件、部位的技术方案。最终实车试验时，车内噪声最多降低了4-6dB，比研发团队的预期日标更优。

助力经济 惠及人类

目前，时速350公里“复兴号”中国标准动车组已批量投入运用，实现了运用维护和操作统一、互联互通重联运行和自主化，技术性能指标在国内同领域中具有领先水平，进一步丰富了高速动车组产品谱系，搭建了一个安全、可靠、先进、具有完全自主知识产权的全新平台。

截至目前，铁路总公司已采购227标准组时速350公里“复兴号”中国标准动车组。据悉，时速350公里“复兴号”中国标准动车组将作为铁路总公司未来采购的主要车型。

另外，“复兴号”中国标准动车组整车有50万多个零部件，涉及机械、冶金、电子、化工等多个行业，其中一级配套企业已辐射全国14个省（直辖市）、涉及150余家国内企业，二级配套企业已辐射全国22个省（直辖市）、涉及550余家企业，年拉动产值近干亿。

同时，高铁的“高标准”对我国传统工业的整体工艺和技术水平也提出了更高要求，对于提升传统工业基础工艺、基础材料等的研发、系统集成能力及制造水平等，具有积极作用。

“复兴号”CR400系列动车组的成功研制和投入运用，为我围高铁走出国门奠定了技术基础。我们可以“复兴号”中国标准动车组为平台，根据世界上其他国家的实际需求，量身打造，设计研制具有国际竞争力的动车组成套技术和产品，积极拓展国际市场，推动中国高铁“走出去”。

中车青岛四方机车车辆股份有限公司副总经理兼总工程师梁建英，也是“复兴号”中国标准动车组技术带头人。她说，公司将持续加强轨道交通装备自主深化研究，深入开展轨道交通行业技术研究，强化前瞻性、基礎性、共性技术研究。形成支撑技术引领和产品持续创新的源动力，掌握轻量化复合材料、先进成型工艺、非接触供电、相变储能空调、综合智能监测、燃料电池等新技术并装车应用，构建基于新材料、新技术、新能源和智能化的国际领先优势。

之外，还将开展时速350公里双层动车组研制，研究双层高速动车组关键技术，满足大载客量需求；

开展时速400到420公里高速列车研制，深入研究高速工况下各项核心指标，实现核心技术突破；

开展600公里/小时高速磁悬浮列车研制，掌握其核心技术；

依托全自动驾驶车辆研制，开展车辆远程安全修复等技术研究，填补全自动无人驾驶技术领域空白……

未来五年，中车青岛四方机车车辆股份有限公司已勾画宏伟蓝图：提升核心技术水平，将公司打造成可为国际轨道交通行业全速度等级、全技术要求、全寿命周期管理的全面解决方案供应商。

坚定、执着地走在创新的道路上，那么创新的果实也不会吝啬，会在勤奋耕耘者的面前，新鲜、丰厚地结满枝头！