如何让高铁更快、更轻、更智能？CR450设计师讲述背后故事

原标题：面对面丨如何让高铁更快、更轻、更智能？CR450设计师讲述背后故事

2024年12月29日，全球时速最快的动车组样车CR450首次亮相北京国家铁道试验中心。此前，搭载CR450动车组新技术部件的试验列车在福厦高铁湄洲湾跨海大桥以单列时速453公里、相对交会时速891公里运行，惊艳了世界。

记者：这是这次试验的两个高铁动车，CR450的。

赵红卫：对，这个是CR450动车组AF平台，这是CR450BF平台，它这个头型你看这个地方有点像一个飞驰的箭，所以它有飞箭的感觉。

记者：但这个车头BF就好像比AF完全造型上发生了很大的改变。

赵红卫：对。

记者：这个更长了。

赵红卫：这个车头显得更长一些。

记者：这个仿真是像什么？

赵红卫：它是鹰隼的造型。

记者：鹰击长空。

赵红卫：对。

以飞箭和鹰隼命名，核心表达是速度。目前，我国高铁列车的最快商业运营速度为时速350公里，由复兴号CR400在2017年实现，至今仍是世界范围内运营速度最快的高铁。而未来CR450的运营时速是400公里。

根据中国高铁命名规则，CR是中国铁路China Railway的英文缩写，而后面的数字则表示速度等级。CR450表示的就是具有时速450公里试验速度和时速400公里商业运营速度的中国高速动车组列车。

记者：所以今天也是面对面采访以来坐得最舒适的椅子之一，因为今天在车厢里采访，所以我们就借用了这样的一个商务舱采访。明显的感觉进到这个CR450的车内，感觉比以往高铁的舒适性和智能性可能更强化了一点。

赵红卫：对，因为我们CR450动车组提出了顶层的技术指标，包括更高速度，更加安全，更加节能，更加舒适，更加智能这个顶层的要求。

赵红卫，中国铁道科学研究院集团有限公司首席研究员，全程参与了复兴号动车组的研发过程，带领团队开发了具有完全自主知识产权的动车组大脑，列车网络控制系统。2018年，再次提升高铁运行速度的计划进入科研和决策的事业中。

记者：会不会有人觉得为什么一定要去突破这样一个速度呢，我们跑到时速350公里已经是世界的标杆了。

赵红卫：是这样，在2018年的时候我们也做了一些统计。当时时速350公里的线路大概一万公里，如何发挥既有线路这样的一些优势，速度提升。在线路条件不做太大的变动情况下，通过装备的提升，那它带来的收益是最高的。我们也做过一定的市场调研，速度提升对于我们铁路整个的市场来讲也是会带来很大的优势。

速度，是衡量铁路技术水平的重要标志，也是旅客最直观的感受，更是对时空距离的重构，每一次提速，都深刻影响和带动着城市格局、人口布局、经济版图的积极变化。然而，对高度集成的铁路系统来说，提速意味对原有系统的全面挑战。

赵红卫：因为我们CR450动车组提出了顶层的技术指标，包括更高速度，更加安全，更加节能，更加舒适，更加智能这个顶层的要求。

记者：就不仅仅是个简单的迭代升级？

赵红卫：对，这一次我们要实现时速400公里，其实难度是非常之大的。

中国国家铁路集团有限公司从2018年开始研究时速400公里运行条件下的高铁基础理论和关键技术，最终确定下来CR450动车组的四大顶层指标：

第一速度指标，试验时速450公里，运营时速400公里；第二安全指标，停车时，时速从400公里到0，紧急制动距离不超过6500米，这一要求与运营中的CR400动车组在时速350公里下的紧急制动距离一致；第三能耗指标，CR450动车在时速400公里的情况下，其能耗要与运营中的时速350公里的CR400动车组一致，保证商业运营的经济性；第四噪声指标，在速度提升，噪声呈指数型增长的背景下，车内噪声指标仍要求与运营中的CR400一致。

记者：也就是说四个顶层的要求和指标，它是一个硬杠杠，是一个原则底线？

赵红卫：对。

记者：但是对底下人来讲，这些分构件的研究部门，他觉得可能说赵工我真的完成不了，你提的要求真的是超出我们的能力，怎么办？

赵红卫：最开始就是这样，就是说这个我们实现不了，完成不了。

记者：还真有这个阶段。

赵红卫：从2018年，2019年我们订立了顶层的四个技术指标，到2021年创新工程启动，这些指标始终就是打着问号，能不能实现。

2021年，中国国家铁路集团有限公司正式启动CR450科技创新工程。给列车减重，是研发团队确立的首要目标。

赵红卫：轻量化它是能够带来很多的好处。第一个，轻量化以后，它对于轨道的冲击，轮轨作用力会减小，对轨道的冲击会减小，就可以在既有的时速350公里的路况条件下能够开行时速400公里。

为了减重，CR450动车组样车部分采用了碳纤维复合材料、镁合金等新型材料，动车组整车较以往减重10%以上。减重对实现能耗指标有帮助，但并不足够。

赵红卫：你还可以看到，你看这个车这底下，它就是全都包覆起来了。

记者：全覆盖的是吧？全包围。

赵红卫：全包覆了。

记者：为什么要做这样的设计呢？全覆盖。

赵红卫：它主要是为了减小运行阻力。

高速飞驰的列车，气动阻力随速度的增加也会快速增长，当CR450提速至时速400公里，相对于350公里的时速，阻力会增加30%。可以说，牵引电机产生的能量大部分都消耗在与空气的“对抗”中。

赵红卫：运行阻力，我们目标是达到减阻22%，从整个动车组到头型设计，大家可能也可以看到这个车它的头型也发生了变化，它的头车的长度从原来的12.5米提升到15米，长细比也做了一定的调整。另外，我们这个车可能你从内部没有感觉，就是我们客室的高度是没有发生变化，但是我们外面车的高度是整体有下降的，下降了20公分。

记者：从外面来看外观的话，整体要比过去低一点点。

赵红卫：对，要低20公分，这个是由于我们要减小阻力一些要求，要减小整个车体的断面，但是我们内部为了提高舒适性，内部的空间反而没有减小。

记者：那怎么做到的呢，减了这20公分，去了哪？

赵红卫：一个是我们的空调系统它的体积要缩小。另外，我们车的上方是整个风道的设计都做了很多的调整，但是我们车内的空间增大了5%。

赵红卫：整个电气柜的给它缩小了。

记者：以前大概是会到这个位置设计的是吗？

赵红卫：以前有的车就是两侧都会有，现在呢它的这个空间压缩了。还有一些部件，我们通过采用智能化的手段放到车下。这个应该说增加了手机支架的一个功能。

记者：这个还挺贴心，挺实用的。

赵红卫：每个座位都应该有USB的一些。

记者：充电的设备。

赵红卫：对，一些接口。

记者：在这边全部有充电的设备，以前是座位下面安装的，现在放到这就方便了，方便一些，便捷一些。

在四大顶层设计中，有些指标本身就是相互矛盾或相互掣肘的。比如，理论计算显示，时速提升50公里，通常会给列车增加2至3分贝的噪声。但四大顶层设计的另一项指标是要求CR450动车组在每小时400公里行驶的情况下，噪声水平与既有动车组时速350公里运行时相当。

记者：那怎么面对这种自相矛盾的一些问题呢？

赵红卫：我们要把噪声水平降下来，就要采用吸声和隔声的相应的一些技术手段，比如像地板下面我们为了隔声、吸声，就要采用一定的材料，这个材料是增重的。就和减重的目标是矛盾的，既要保证在减重，把重量减下来，同时又要保证降噪措施的实施，这样的话后面就是斤斤计较，主机企业为了就是能够把这个产品，能够重量降下来，给每一个部件供应商都要规定，既要瘦身，又要减重，它还要满足相应的技术指标的要求。

速度提升，核心是动力。CR450动车牵引系统采用了永磁电机，这也是永磁电机第一次应用在我国商业运营的高铁列车上，其转换效率较运营中的CR400异步牵引电机提升3%以上。

记者：但是你看这速度增加了那么多，你知道作为乘客来讲最担心的是什么吗？

赵红卫：是否安全，这肯定是所有的乘客都关心的，也是我们作为设计师最关心的，就是如何使我们在速度提升的时候，还要保证它的安全性，我们也做了很多这方面的工作。首先就是制动系统，因为像是牵引系统，如果不工作，那顶多是车开不起来，但是如果要是制动系统它不工作，出现故障，那么车就停不下来，它的安全风险是最大的，所以这一次我们是要求，在时速达到400公里的条件下，制动时候的制动距离，要达到6500米，这和我们CR400，就时速350公里的动车组，在350公里制动出速下它的距离是一样的。

列车跑得快，更要停得住、停得稳、停得准。根据CR450动车组设计要求，列车要在6500米的距离内实现从最高400km每小时到零的制动，需要的时间大概在112秒。据计算，在这不到两分钟的时间里所产生的能量，相当于把6.8吨的水从冰点加热到沸点。

赵红卫：这样的话，其实是对制动系统提出了更高的要求。

记者：但这个增加难度会很大吗？

赵红卫：对，它就是需要从很多的技术方向上，要开展工作，比如制动盘，闸片的材料，这方面要提高它的能量耗散的性能。另外就是从制动系统的控制要更加精准，符合我们对于整个制动力的分配，要做很多精细的计算，我们也在实验室做了1∶1的这种台架的试验，这样我们经过反复的验证，是可以实现6500米的制动距离。另外，我们制动的响应时间，也从原来的2.3秒提升到1.7秒，响应的速度也更快了，那么从很多的方面，使我们的制动系统、制动能力，提升20%。

记者：就不仅仅是停得住、停得稳，还要停得准。

赵红卫：停得准，对，另外车上大家也可以看到，有健康管理系统，是对这个上面的很多系统进行故障、分析、建模，也可以实时进行一些故障的预警和报警。我们是要在轻微的一些表象上，就要及时地发现一些故障，及时地能够预警和报警，使列车能够导向安全。

一列动车组列车，从研发、制造到运维服务，设计生产动车组零部件的主要企业超100家、参与企业超2100家。为实现不可逾越的顶层目标，很多时候都需要上下游反复沟通。

记者：各个分部件的这样一个研究团队，他们怎么面对你提出这种苛刻的要求？因为鱼和熊掌不可兼得的时候，是最难解决的。

赵红卫：对，反正这个过程是比较艰难。

记者：为什么称之为艰难？

赵红卫：有的时候你比如一个技术，你已经采用了，已经比较成熟了，可能是不愿意去改变的。

记者：对，都喜欢在自己的成熟和舒适区。

赵红卫：对，但是你这个车更高的这种技术指标的要求，你要能够满足，就必须采用新的技术。

记者：那就要突破？

赵红卫：对，必须得突破，必须得创新。因为已经没有国外一些成熟的经验可以借鉴。

从“复兴号”开始，中国人开始了真正的正向研发。所谓正向研发，就是首先要考虑我们自己有什么样的需求，而不是一味复制国外成熟的技术路径和标准。按照这条道路研发出来的动车组，拥有完全自主的知识产权，而且还要以此为基础建立“中国标准”。

记者：因为最初研发高铁的时候，我们国家其实在核心技术上，有一部分是借用了先进国家的一些经验，但是这次CR450的这个项目，是要完全进行自主研发吗？

赵红卫：因为在CR400的时候，咱们已经是具有完全自主知识产权的，然后我们在研发的过程中，其实我们整个的科研研发的体系和试验体系，非常完善了，所以我们才有实力，有底气，开展更高速度的动车组的研究。

2022年4月和2023年6月，试验团队先后在郑渝高铁、济郑高铁，以及福建湄洲湾跨海大桥、福建海尾隧道等地成功完成对CR450动车组新技术部件等各项性能的检验，其中在福建湄洲湾跨海大桥实现了单列453公里、相对交会速度891公里的交会试验。

记者：当这辆车真正进行这次下线试验的时候，你作为设计师那一瞬间看到它飞驰而过，会是一种什么样的感情？

赵红卫：真的是有一些感动，很激动，也很自豪，我觉得真的是每一个岗位，每一个部门，每个人把自己的这一部分守好，做好，才能真正看到我们今天这么高质量的一个车。

科技创新，让高铁越跑越快。中国高铁依靠自主创新，一步一个台阶，经历了时速200公里、250公里、300公里、350公里，而未来将开启时速400公里的新时代。如今，中国高铁已经形成全球最大的运营网络，国内通车里程达4.8万公里，复兴号通达31个省区市，超过22亿人次乘坐复兴号旅行。随着CR450动车组样车的正式发布，人们可以再次期待速度将要带来的积极变化。