2011年06月27日
來源： 人民網
京滬高鐵將在7月30日正式運行。今天，本網就社會普遍關注的京滬高鐵的安全性、自主創新等相關問題，獨家採訪了中國南車四方股份公司副總工程師、車體總設計師丁參參。
記者：京滬高鐵上運行的動車組開到350公裏時速是否安全？
丁參參：中國南車研制的CRH380A新一代高速動車組在京滬高鐵上面跑350公裏時速是安全的。設計人員在研發新一代高速列車時都有一個 基本理念，就是“以安全可靠為核心”，安全性放在第一位來考慮。安全性好比100這個數字中的1，如果沒有保證安全，拿掉了這個“1”，即使做了100% 的工作也等于零。設計師認為，對人的生命的尊重是對人的基本尊重。
就CRH380A動車組而言，安全性主要包括這麼幾個方面：列車的運行安全性、氣動安全性、結構安全可靠性、制動安全性、故障導向安全、防火安全性等六方面。
運行安全性:脫軌係數小于0.13
抑制輪軌接觸固有的蛇行運動，保證脫軌安全是輪軌係統動力學研究的首要目標。通過合理匹配輪軌關係，循環優化係統懸挂參數，採取安全冗余措 施，大幅度降低輪軌作用力，提高了運行安全性。脫軌係數是反映車輪在輪軌間作用力下導致脫軌的可能性，無論運行速度高或者低，國際標準規定脫軌係數都不得 大于0.8。CRH380A動車組實測脫軌係數小于0.13（限值0.8），構架橫向加速度低于限度的25%，遠低于限度標準。可見，CRH380A的安 全裕量十分充足。
氣動安全性：尾車氣動升力接近零
動車組高速運行，氣流繞流尾車，與氣流繞流機翼產生升力類似，會使尾車的上下表面產生氣壓差，導致尾車氣動升力的產生。氣動升力過大會引起 尾車輪重減載率上升，降低運行穩定性。為保證安全，設計時應盡量降低動車組的氣動升力。
CRH380AL頭型通過縱斷面輪廓線及鼻錐引流設計，優化頭型表 面壓力分布，控制頭型的上下表面壓力基本平衡，達到降低尾車氣動升力的目標，試驗表明尾車氣動升力接近于0，對尾車穩定性無不利影響。
結構安全可靠性：車體氣密承載能力提高50%
京滬高鐵全長1318公裏，途經244座橋梁、22座隧道，線路之長、運營環境之復雜堪稱世界之最。當動車組高速通過隧道或者兩車交會時，車體會受到一個巨大的“擠壓力”（即氣動載荷），因此對車體結構的可靠性提出考驗。
結構可靠性是指結構承受載荷的能力和長時間運行的結構的抗疲勞斷裂的能力。在高速運行條件下，軌道的高低和橫向等不平順引起的振動會加劇，兩車高速交會時產生的氣流急劇變化也會導致結構振動加劇，從而影響安全。
CRH380A通過優化車體、轉向架等承載結構強度、合理匹配結構與線路的模態參數，使承載結構的固有振動頻率避開軌道的激勵頻率，在保證結構強度和剛度同時，避免了其振幅加大帶來的巨大損傷。
CRH380A車體在重量僅增加約4%的情況下，氣密承載能力提高了50%（從±4000Pa提高到±6000Pa），並通過了10萬次的氣密疲勞試驗驗證。
轉向架構架按照超常載荷設計，安全係數大于2.7。構架、車軸通過1000萬次疲勞強度試驗驗證，疲勞強度裕度充足。
制動安全性 ：任何狀態下平穩停車
CRH380A的電空制動係統在復合制動和空氣制動模式下，300km/h緊急制動時制動距離為3786m，小于標準要求3800m,制動盤熱容量充足，滿足動車組安全平穩停車。
故障導向安全（可以理解為主動安全）：自診斷、自預警
全車設速度、加速度、電流、電壓、溫度、壓力等多個傳感器，全面檢測走行部、承載、乘坐環境等係統及部件的動態行為和參數變化，根據不同的故障設定模式自動實施警示或保護，實現了故障自診斷、預警與安全導向，從而提高列車運行安全的主動防禦能力。
列車裝有通過GSM-R無線移動數據網絡進行自動移動追蹤的自動列車保護係統（ATP），在列車超速、司機操作失誤等非正常情況下，進行保護性制動，並能夠控制停車，確保安全。
例子：轉向架失穩檢測——通過在轉向架上加裝速度傳感器，出現蛇形失穩時進行報警，司機操作畫面提示司機採取應對措施。
又如：列車設電流互感器檢測變壓器的一次繞組電流，當檢測到過電流時，列車自動斷開高壓真空斷路器，從而保護設備。
再如：車門，當列車任一車門未關閉到位時，司機無法啟動列車；列車運行過程中，速度大于5km/h後，如果任一車門異常打開，列車將自動停車，從而保證乘客安全。
防火安全性：全方位的應對措施
CRH380A高速動車組在預防、報警、隔離與疏散等防火全過程進行了周密保全。動車組採用低煙無毒阻燃材料，防止火災發生；
車內設有煙火報警、乘客報警裝置實現自動報警和人工幹預。
設有連鎖控制和緊急疏散設施（逃生窗、逃生梯），火災發生時，可實現列車停車、乘客緊急疏散。
記者：有說法認為，我們是買了日本200到300公裏車的原型，然後開到380，這種說法是否準確？
丁參參：這種說法是不準確的。這個需要從中國南車最初引進技術的路線說起。中國南車只是一次性引進了200到250公裏時速動車組，建立了 技術平臺，更高速度等級都是自主研發。這種技術路線雖然增加了難度，但是為自主創新留出了空間，極大提升了南車的持續創新能力。
就中國南車而言，中國南車2004年引進的是200到250公裏時速動車組，也就是最初的CRH2A型動車組。當然CRH2A型車已經是中 外雙方聯合設計了，由于中國地域廣闊，包括山地平原、隧道橋梁，加上從南到北氣候各異，所以動車組的運行環境與日本差異很大。CRH2A型動車組進行了 80多項改進，當然當時的技術改進多是應用型的，還不夠係統和深入，但在改進過程中，中國南車技術人員對相關技術進行了消化吸收，為將來的創新打下了基 礎。
此後，中國南車在CRH2A型車的基礎上，先後研發了CRH2B型車（16輛編組）、CRH2E型車（臥鋪車），還有關鍵的CRH2C型車。
CRH2C型車是在原有車型的基礎上的自主創新，速度等級達到了300-350公裏，在轉向架、車體、牽引係統、制動係統、減震降噪、旅客界面方面實現了技術的全面升級。
CRH380A則是一種全面的創新。第一個證據，中國南車與GE成立合資公司，將把中國南車的高速動車組技術帶到美國。美國是世界上知識產 權保護意識最強的一個國家，他們經過長達半年時間的嚴格審核後，認可中國南車高速動車組的完全自主知識產權，這就是一個很好的證明；
第二，以周的四個條件來看，第一，流線型頭型、第二，轉向架、第三，交流傳動係統、網絡控制係統和電流係統，包括電機是否自己設計，第四是整個車的係統集成是自己設計的，均在南車實現。
第三，去年12月，CRH380AL在京滬高鐵先導段創造了486.1km/h的鐵路運營試驗速度記錄，這是在實際運營線路上用16輛編組 的將投入實際運營的列車創造的，在國際上是一個前所未有的突破。據《人民日報》試驗現場的採訪報道，衡量高速列車安全性的三大指標：脫軌係數、輪軸橫向力 和輪重減載率，在486.1公裏時速下實測值分別為：0.13、15、0.67，分別是安全極限的16%、31%、84%。鐵道部總工程師何華武評價“距 安全限值還有很大余地，這說明高速列車的全性、穩定性等指標一切優秀。”請注意，這是在列車跑到480公裏以上時速時獲得的數據。這不僅證明了自主研發產 品的技術水平，也表明該車在實際300公裏時速運營時將留有十分充足的安全裕量。
記者：有人質疑我們在京滬高鐵上的測試時間太短，無法保證安全，怎麼看這個問題？
丁參參：在CRH380A研制過程中，進行了最大規模的科學研究試驗。關于CRH380A的試驗，包括多個階段，是一整套科學嚴謹的試驗驗證體係。
第一，在研制前期，自2008年初開始，中國南車就對時速350公裏動車組進行了一係列線路試驗，完成了動力學性能、弓網受流性能、空氣動 力學性能、牽引性能等17個專業門類、1000余項技術測試，積累了大量的科學試驗數據和運營維護數據，在此基礎上進行CRH380A的設計研發。在設計 過程中，中國南車分“方案設計、技術設計、施工設計和試驗驗證”開展設計工作，設計驗證貫穿設計過程。
第二，通過係統分析、統籌策劃、分步實施，在CRH380A研制的不同階段，還進行了完整的部件試驗、係統試驗、線路運行試驗、運營跟蹤試 驗，對高速條件下輪軌關係、流固關係、弓網關係開展科學試驗研究，對動車組動力學、空氣動力學、牽引制動、振動、噪聲、結構可靠性等進行了全面驗證。
第三，有關運行試驗部分。先後在京津、武廣、鄭西、滬杭、京滬高鐵進行了線路試驗，累計達152大類，2800余項，試驗運行裏程近百萬公裏，參與單位近百家，對CRH380A研發提供了有力支撐。
僅就京滬高鐵上的線路試驗而言，試驗從2010年11月開始，長達150多天。分別進行了18大類54項型式試驗、31大類126項科學研 究試驗，以及8大類40項車-橋-線-網-環境聯調聯試試驗。共有27列CRH380A和CRH380AL動車組參加試運行，總運行裏程為86萬公裏，充 分驗證了上線動車組的運行可靠性。
第四，CRH380A早已投入實際運營。從去年以來已先後投入滬杭、滬寧、武廣、海南東環高鐵運營，目前已累計安全運行千萬公裏，其高速低碳安全舒適等優點已被充分驗證。
記者：有說法稱我們在動車上的四項創新沒有實現，而南車宣稱CRH380技術是自主創新的，可否針對這一疑問具體的答復？
丁參參：第一，在頭型方面，這個大家一看便知。CRH380A頭型概念取材于長徵火箭，蓄勢而動，橫空出世，寓意中國騰飛的速度和力量。造 型圓潤、光滑，線條流暢，形態飽滿，體現著“和”的思想。頭型長12米，比CRH2型長2.6米，流線化程度更高。試驗表明，頭車氣動阻力降低 15.4%，尾車升力接近于0，交會壓力波小于±6kPa，氣動噪聲降低了7%，新頭型綜合氣動性能優良。
具體研究過程：在係統研究各設計要素和不同線路條件的基礎上，通過對比分析，研發人員設計了20種概念頭型方案，綜合分析技術性、文化性和 工程可實施性，初選了10種頭型基本方案。通過三維流場數值倣真分析和多目標優化，確定了5種備選頭型，共進行了17項75次倣真計算。對備選方案制作 1：8模型，分別進行了19個角度、8種風速的風洞氣動力學實驗和3種風速、4種編組的風洞噪聲試驗，對優選出的方案進行了樣車試制，完成了22項試驗驗 證。通過對頭型設計變量進行循環優化，最終選定了CRH380AL動車組頭型方案。新頭型採用具有旋轉拋物體特徵的楔形結構，長度為12米，頭部流線化程 度更高。
第二是轉向架。CRH380A 轉向架完全是自主研制的。中國南車技術人員過係統分析京津、武廣高鐵高速運行條件下動車組的輪軌作用關係、動力學性能、結構載荷譜和軌道譜等因素，依據高 速列車係統動力學理論，圍繞提高臨界失穩速度、降低脫軌係數、改善平穩性指標，通過倣真分析進行循環迭代優化，採用樣機臺架試驗和整車線路試驗相結合的方 法，經過多方案的比選，確定轉向架結構參數和懸挂參數，實現了轉向架性能的係統提升。
採用精確的高速列車係統動力學模型，分析了高速運行條件下軌道不平順、氣動激擾和輪軌型面匹配特性以及車輛間的耦合關係對列車動力學性能影響規律，對影響綜合性能的關鍵參數進行多方案優選，臨界速度顯著提高，乘坐舒適性明顯改善。
在保持低輪軌作用力優勢的同時，採用降低簧下重量和控制輪軌粘著的措施，有效降低了輪軌磨耗速度。
試驗結果表明：轉向架安全冗余充足、運行品質優良，達到世界先進水平。
係統分析了京津、武廣高鐵累計裏程百萬公裏線路跟蹤試驗數據，結合倣真分析，提出設計方案。完成了涉及動力學、結構強度、磨耗、潤滑、溫升等數十項分析計算，進行了地面及線路試驗驗證。
CRH380A時速380公裏范圍內，脫軌係數小于0.1，遠小于0.8，安全裕量充足。時速380公裏時，客室振動舒適度小于1.5，達到優級。部件結構強度安全裕量充足，疲勞壽命滿足20年使用要求。
轉向架技術曾獲國家科技進步一等獎。
第三個問題，交流傳動係統、網絡控制係統和電流係統，包括電機是否自己設計。中國南車在高速動車組方面是全面布局。中國南車四方股份公司負 責動車組總成，重點攻克係統集成技術、轉向架技術和車體技術；中國南車株洲所和電機公司負責牽引電傳動及網絡控制係統，包括牽引變流技術、車輛信息控制技 術、牽引電機技術和變壓器技術；中國南車浦鎮公司負責制動係統技術；中國南車戚墅堰所負責鉤緩裝置、基礎制動單元和齒輪傳動等技術。目前高速動車組的核心 技術：總成、轉向架、車體、牽引傳動係統（通常再細分為牽引電機、牽引變壓器、牽引變流器、牽引控制）、網絡控制係統、制動係統等，均在中國南車實現自主 研制，使得CRH380A動車組成為我國自主化率最高、擁有完全自主知識產權的高速列車。據不完全統計，中國南車在高速動車組方面已獲得專利400多項， 並有多項專利正在申請中。
目前，變流技術國家工程技術研究中心、機車和動車組牽引與控制國家重點實驗室都落戶在中國南車。
交流傳動係統技術被譽為鐵路機車的“機芯”。它涉及到多種學科門類，技術相當復雜，主要包括動力係統和控制係統兩大核心技術係統，是機車的 “心臟”和“大腦”。中國南車株洲所從技術標準和技術模式兩個方向著手“機芯”的基礎研究。他們綜合歐美兩點式變流器驅動電機和日本三點式變流器驅動電機 技術的長處，以國內具備條件的兩點式晶閘管變流器驅動異步電機為研究對象，主攻電路研究，並逐步開發以兩點式和異步電機為主、兼有三點式和同步電機的全新 技術模式，建立了適合中國國情並獲得國際承認的交流傳動技術的技術標準。
實現“機芯”的自主創新，關鍵是掌握關鍵核心元器件技術。按照“以我為主”的思路，中國南車株洲所的科研團隊，對交流傳動技術中關鍵元器件 變流器、控制器件技術進行了刻苦攻關，先後自主開發了12種不同型號的變流器模塊、6種型號TEC2000係列傳動控制單元、5種型號DTECS網絡控制 模塊等一批創新成果，形成了獨有的技術創新體係和創新能力，真正做到了核心技術不受制于人。
牽引電機也是自主設計，研制單位中國南車電機公司有效解決了高轉速軸承潤滑、電機溫升控制、空間尺寸受限等一係列的世界性技術難題，技術水 平世界領先，具有完全自主知識產權。在保持交流電機輕量化優點的同時，牽引電機功率提升了22%。單位體積的容量比指標超過了國際同類產品，代表了世界高 速動車組牽引電機研發的頂尖水平。在2010年12月3日CRH380A動車組衝刺486.1km/h世界鐵路運營最高速的試驗中，各項技術指標表現優 秀，溫升非常穩定。牽引電機額定功率420kW，瞬間功率達到450kW，牽引變壓器額定容量4237kVA，瞬間容量達到4600kVA。
第四個問題，整個車的係統集成是自己設計的，在上面已經說了，中國南車四方股份公司全面掌握係統集成。目前高速列車係統集成國家工程實驗室以及高速動車組總成國家工程技術研究中心都落戶中國南車。
記者：針對大家關心的鐵軌沉降問題，有媒體稱，“200公裏的北京到沈陽的CRH5多次因為中途故障而停車。太原到石家莊的石太線才建了2年，已經 出現了沉降，據說線路沉降最大處達到40厘米;據說京津城際也出現了一定沉降。”這種說法是否屬實？我們是如何應對這一問題的？
丁參參：線路沉降作為線路建設方面的問題，我不掌握全面的情況。CRH5型車是中國北車的，我也不掌握全面的情況。
記者：外界傳說的音爆問題是否屬實？
丁參參：關于CRH380A的舒適性方面，已經有很多媒體記者親自上車體驗過了，都對車輛的舒適性讚不絕口，大量證據都可以在網上查到。我這裏有一些相關方面的數據可以供您參考：
CRH380A高速動車組舒適性綜合反映乘客的乘坐感受，主要包括振動、噪聲、車內壓力波動、車內乘坐環境。在研發過程中，科研人員採用模 態匹配、等聲壓級、模擬倣真、人機工程等先進理論和方法,首次建立了基于人體感受的舒適性指標交互作用模型，形成了時速350公裏以上高速列車的綜合舒適 度指標體係和評估標準。
振動：平穩性與舒適度均達到優級
針對外界激擾，通過合理匹配轉向架的懸挂參數和結構參數，可有效衰減來自軌道及外界的不利振動，並避免與車體產生共振，降低乘坐環境的振動加速度幅值，改善舒適度。
CRH380A動車組全速度范圍內的平穩性和舒適度指標，分別達到優級和舒適級水平。
噪聲：低于66分貝
當列車以300km/h運行時，車外噪聲急劇增強，其中氣動噪聲隨速度的5～6次方增長，輪軌噪聲隨速度的2～3次方增長。因此控制噪聲是動車組設計的關鍵技術。
研發人員按照等聲壓級和分頻段控制原則，設計了全新的動車組頭型，使氣動噪聲降低7%，通過隔音地板、高隔聲車窗、高隔聲內風擋、浮築地板 結構等多種新結構的應用，實現了時速300公裏時客室噪聲水平不超過66分貝的目標，遠低于飛機客艙內噪聲，與普通鐵路客車160km/h運行內部噪聲水 平基本持平，確保了乘坐舒適性。
車內壓力波動：小于200帕/秒 耳膜無壓迫感
在高氣密車體的條件下，採用高靜壓能力的換氣裝置，抑制隧道運行或會車時車外壓力波動傳入車內，避免給旅客耳膜帶來不舒適感，車內壓力變化率小于200Pa/s，高于歐洲車內壓力變化的標準要求。
記者：請您介紹一下CRH380A在節能方面的設計。
丁參參：CRH380A是節能環保的高速列車，主要體現在低能耗、輕量化、污物收集等方面。
降低氣動阻力是控制高速列車能耗的關鍵，頭型設計以空氣動力學理論為指導，對諸多設計變量循環優化，提升氣動阻力性能，頭車氣動阻力降低15.4%，線路實測整車阻力降低約5%。
動車組制動時可最大限度使用再生制動，牽引電機轉換為發電機，能量反饋電網，發電功率比牽引功率高50%，再生制動利用率達90%。採用 15噸軸重輕量化設計，降低能耗，可減輕輪軌作用力，降低輪軌磨耗。採用真空集便係統，可實現全程的零排放。採用LED節能光源。
CRH380A以時速300公裏運行時，人均百公裏能耗僅為3.64度電，相當于客運飛機的1/12，小轎車的1/8、大型客車的1/3。京滬一次旅行人均能耗約為48度電。
（記者申亞欣）
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