一根导线牵出中国速度 访中铁第六勘察设计院集团有限公司副总工程师、中铁电化院首席专家王立天

撰文/王懿霖 美术编辑/丁国明 赵霞

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在本年度国家科学技术奖励大会上，天津市收获颇丰。仔细查看获奖名单，记者发现，在众多获奖项目中，完成单位是非科研院所的寥寥无几，而以第一完成人获奖的更是只有“高速铁路用高强高导接触网导线关键技术及应用”这一项。

导线，大家都不陌生，就是用作电线电缆的材料。我们也都知道，科学技术进步奖主要鼓励的是在技术研究、开发及创新推广应用方面的先进成果。这样“常见”的事物，能获得国家科技进步奖二等奖，肯定是“含金量”十足。

那这种导线到底有何特别之处？

“这是当前世界最高水平的接触网导线，标志着我国高铁接触网技术达到世界领先水平。”为记者解释疑惑的，正是该科研项目的第一完成人——中铁第六勘察设计院集团有限公司副总工程师、中铁电化院首席专家王立天。

“不过，这种导线现在也不算‘新鲜事’，因为我们早已将其规模化应用了。”说这句话时，王立天的语气明显上扬，表情中带着骄傲和自信。用时下的网络热词来形容，这太“凡尔赛”了。的确，中国高铁不仅是业内人士的骄傲，更是每个国人的自豪。四通八达的高铁路网，为人们的工作生活带来诸多便利，更助推了经济社会的高速发展。京沪、京津、京张、成渝等高铁线路上，复兴号以时速350 公里飞驰着，不断以实力刷新着“中国速度”。

“在15年前，这件事还是想都不敢想的。”作为一名在铁路电气化领域耕耘30 余载的专业技术人员，王立天是中国高铁起步与发展的参与者和见证者。

生于1965年的王立天毕业于西南交通大学，本科毕业后，他顺理成章地进入了原铁道部电气化工程局电化设计处工作。“入职后，我被分配到学校当了半年老师，主讲供电系统的课程。”这段看似距离专业较远的教书经历，却为王立天以后的发展打下了坚实基础。“备课就是一段自学的过程，作为老师，你不但要熟知基本知识，还要了解新技术。”于是，除了课堂教学内容外，王立天又将英文重新“捡了起来”。无论是日常用语，还是专业单词，他都烂熟于心，听、说、读、写哪一样都不落下。王立天说，语言是对外交流的基础，要想学习先进的技术，必须要过语言这一关。后来的事实证明，王立天没有白费功夫，在中国高铁建设与德国设计联络期间、在香港西部铁路及将军澳地铁设计期间，他全程用流利的英文与外国专家交流沟通，不仅提高了效率，同时也获得了更多的学习机会。

认识王立天的人都“羡慕”他“进步得很快”，26 岁做到项目总体负责人，36 岁就成了中铁电化院最年轻的总工程师。对此，王立天总是谦虚地用“命好”来回应，“我遇到了好机会。”

可机会并不是谁都能稳稳地接住的。从书桌前挑灯夜读地学习，到讲台上专业系统地分享；从无数的英文文献查阅，到项目认真负责地设计，十几年的积累，在机会悄然而至时迸发出了力量。

2006年初，年仅41 岁的王立天作为原铁道部电气化专业的技术主谈，带领40 多位国内同行专家就京津城际与外国专家展开谈判。

“当时，我们接到了国家发展高铁的任务，口号是‘引进、消化吸收、再创新’，根据这个基本方略，京津城际迈出了代表‘引进’的第一步。”王立天告诉记者，高铁时速的大幅提升，对接触网导线提出了两方面要求：一是更高的导电率，因为列车速度越高，所需牵引功率越大，这就要求导线能够承载更大的电流；二是更高的强度，可以让导线承受更大的张力，从而提高接触网波动传播速度，避免列车高速行驶时受电弓和接触导线脱离引发电火花。但对于金属材料而言，导电率和强度是负相关关系，这意味着，高导电率时往往强度不够，高强度时却又不能保证足够的导电率。

“高铁接触网所使用导线的基本制式，是谈判中需要确定下来的一项重要内容。当初有两种方式可供选择，一种是以德国和法国技术为代表的镁铜导线，导电率62%、强度470 兆帕，另一种是以日本技术为代表的的铜包钢导线，导电率50%、强度580 兆帕。”王立天回忆说，根据我国规划建设高铁的特点——速度高、密度大、编组大，谈判中倾向于采用镁铜导线。

就当大家按照这一方向稳步推进时，日本一家企业抛出了一个令人无法抗拒的全新方案——数据指标达到了导电率76%、强度531 兆帕。

“这个数据在当时用‘夸张’来形容毫不为过，方案一出，大家眼里都冒了光。”

中国谈判组开始向新方案作最大限度的倾斜。然而，日本企业却以价格、技术等各方面借口来回牵制。一个月的谈判下来，对方不仅不答应转让相关的技术，甚至连一小段样品都不同意出售。

“没有办法，我们只能回到此前的镁铜导线方案。”回忆那次谈判的经历，王立天仍然难掩愤懑，“真正的核心技术，国外不可能转让给我们，虽然谈判时他们对作为买方的我们表现得非常客气，但长期接触中能感觉得到，他们打心底对我们有一种轻视。”

谈判虽然结束了，而这根导线却在王立天心里打了“死结”。只要一有机会，他就向国外同行打听导线相关技术的情况。同时，他自己也通读了大量的国际期刊、论文，确认了这种导线确实存在，只不过当时仍在实验室阶段，所以不能对外公开。

了解到“内幕”后，王立天既兴奋又激动，斗志也瞬时被点燃了，“我一定要做出属于中国的高强高导导线！”

研读了大量的资料后，王立天首先确认了外方所提出的高强高导导线主要材料为铬锆铜合金，他同时也发现，受技术限制该导线难以规模量产。“其实，铬锆铜合金并不是一种新型材料，但主要应用于制造开关触头、电机电刷等方面，天然具有耐腐蚀、防烧蚀的特性，所以以往从未应用于长度达到1500 米以上的导线生产。”明确了目标，王立天开始朝着这一方向迈进。他发动一切社会关系，形成了一个产学研合作的“同盟”，其中，既有作为实际需求集成方的设计院，也有负责技术指导的高校教授，还有负责最终生产的企业家。

2007年10月，浙江大学孟亮教授在实验室完成了样品的研发，测试数据达到了导电率80%、强度600兆帕。“这比当初谈判时外方企业提供的数据还要好，接到孟亮教授的电话，我兴奋得一晚上没睡。”可当时的王立天却不知道，自己高兴得太早了——从样品到后续成规模大批量生产，远比他想象的要更为坎坷，而随后一次又一次的失败，让整个团队几乎濒临崩溃解散。

为解决遇到的各类问题，王立天自学了大量的化学、合金材料等方面的著作和论文，领导研发团队不断设计完善工装设备和生产流程。这期间，连他自己也记不清熬了多少个夜晚，经历了多少次失败。

两年过去了，大家看不到希望，一部分人选择了放弃，甚至连企业的总工程师都辞职了。仍然坚守的团队里也出现了质疑的声音：国外做了近20年都没能做成，我们真的行吗？

“那是一段‘灰色时光’。”王立天坦言，“当时心理压力非常大，大量人力、资金和时间的投入，好像一个‘无底洞’，看不到一丝光亮，我们的孟亮教授甚至因为过度劳累患了脑梗，至今还有瘫痪后遗症。”

在王立天苦苦的坚持下，“机会”再一次悄然而至。“一次试验过程中，我们遇到了事故，结晶器漏水了。操作人员跑过来说，要赶紧停炉作业并撤离现场，否则其引发的爆炸会将整个厂房夷为平地。”

就在大家准备到冶炼炉观察结晶器漏水情况时，王立天倏地发现，漏水后产出的导线光滑平整。

“好像成了！”王立天一把拽住在旁边观察的总经理张进东，几个人屏气凝神，仔细确认，和没漏水前引出的表面粗糙存在裂纹的坯杆比较，新引出的坯杆表面光滑无裂纹。

“现在这样还能坚持多久？”王立天急忙问。

“最多10 分钟，绝对不能再长了。”

“好，那我们就赌一把！”

在经历了犹如一个世纪一样长的10 分钟后，高强高导导线量产的关键难题终于解开了。

“有时大家还会开玩笑说，这导线是拿命换来的。”王立天笑着翻出了几张照片，“你看，这是京沪高铁先导段进行联调联试和综合试验的现场，最高运营时速达到了创纪录的486.1 公里，这结果一出来，什么苦啊累啊的，全都忘了，心里就是高兴、痛快，我们终于不再受制于人了！”

若不是亲历者的分享，我们很难想象一根导线背后竟有如此“惊心动魄”的瞬间，更不会知道它的“诞生”会有如此重要的使命和意义。

如今，王立天团队所研发的系列导线产品已在京沪、武广等30 多条线路上使用，覆盖运营里程超过1.3 万公里，牵动着三分之一中国高铁的运行。与此同时，因导线的国产化替代，减少了工程造价逾100 亿元。

回顾这段经历，王立天总结道：“成功的关键，在于专注和坚持。”的确，很多人其实并不是没有机会，只不过他们在很多时候选择了放弃。也只有尝过晨兴夜寐的苦、失之交臂的酸，才能真正体味到成功的甜。

Exclusive

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独家对话

记者：除了高强高导导线外，高铁的哪些方面是您近年来的研究重点？

王立天：除了导线外，我关注的重点还有让雷电远离高铁和轨道交通。以2008年第一条设计时速350 公里的京津城际铁路建成运营为标志，我国目前已成功建设了世界上规模最大、现代化水平最高的高速铁路网。据统计，到2020年底，我国高铁运营里程达到3.79 万公里，占世界高铁总里程的69%。由于我国目前高铁线路集中分布在东部、东南部和南部等雷电多发地区，并且大量的接触网敷设在高架桥上，像京沪高铁、武广高铁等主干线路，高架桥路段占比甚至超过80%。这让雷电灾害成为高铁发展过程中必须重视的一个大问题。雷击导致的跳闸，会使列车大面积晚点和停运，扰乱高铁的正常运输秩序，进而造成更大的经济损失和社会负面影响。

在高铁研究的先发国家，如德国、日本、法国、西班牙等，由于高铁线路所处地区雷电活动相对较弱，对高铁的雷电防护并没有深入的研究，因此也没有太多的经验可供中国借鉴。对此，我们研发团队联合国内顶尖研究院所，从基础研究着手，进行了全过程仿真模拟。不仅如此，我们还在保定到天津段的高铁线路上，模拟雷电冲击，进行了多次现场试验，积累了大量的宝贵数据。在此基础上，我们还研发了专用防护装置，并制定了《高速铁路牵引供电系统雷电防护技术导则》的行业标准。如今，我们的研发成果在高铁得到广泛应用，雷电跳闸率减少80%。与此同时，针对城市轨道交通工程供电系统高架桥及地面的雷电灾害，我们团队研究出了具有针对性的雷电防护设备和防护设计方法，编写了《轨道交通直流架空接触网雷电防护导则》的国家标准。

记者：就目前的高铁实际需求来看，您未来的研发重点有哪些？

王立天：今年7月20日，具有完全自主知识产权的我国时速600 公里高速磁浮交通系统成功下线，这也是世界首套设计时速达600 公里的高速磁浮交通系统。这一项目的亮相，引发了国内外热议。其实，早在2003年，我就参加并完成了863 计划“高速磁悬浮交通技术”重大专项的子课题研究，并编著了《高速磁悬浮牵引供电系统》一书。2016年，我被聘为国家重点研发计划“先进轨道交通”重点专项总体专家组成员，同时担任“磁浮交通系统关键技术”项目的首席责任专家，代表科技部高技术研究发展中心监督该项研究工作。

因为全程参与过高铁、城市轨道交通以及磁浮列车电气化的设计，所以我对我国轨道交通未来的发展，有一些自己的看法。

有关资料显示，预计到2025年，全国高铁里程将达到5 万公里。我认为，未来部分新建高铁路线的运营时速可能达到400 公里；但如果速度再快，将导致电能消耗过高，经济上不太可行。同时，在新建项目上，将采用更多铬锆铜导线这样的绿色节能产品。而磁浮列车，它是对高铁、飞机的一种补充，能够更有效地加强城市群的联系，例如长三角、港珠澳大湾区等。目前来看，高速磁浮列车更多地是作为一种前瞻性技术研发，同时又有很强的技术扩散可能，未来到底怎么运用，更主要的是看具体社会需求。

另外，我还有一个关注重点，就是在高铁建设施工方面，接触网的吊弦、腕臂以往都需要工人现场安装，如今已经出现了预配机器人可以在工厂完成。我认为，今后更加智能化的机器人将能够完成接触网施工、维修，这也是产业升级发展的一个趋势。