我从20世纪90年代进入铁路研究领域，30年来不断亲身感受着中国铁路每一步的发展变化，尤其是高速铁路，可谓创造了世界奇迹，我作为高铁研究领域的一名科研人员深感自豪。
“高铁”长什么样，还没几个人见过
我1998年博士毕业时，中国已经有了“高速铁路”的概念，但具体“高铁”长什么样，几乎没几个人见过。我见过的最早的一种准高铁是摆式列车，那是我留在铁科院工作后不久，有一辆瑞典 ADtranz公司生产的 X2000摆式列车正在铁科院的环行铁道试验线上作试验。X2000是一种采用动力集中式、每组标准编组只有一台电力机车和五节无动力客车的列车，其中只有客车部分才有车体倾摆功能，机车部分是没有的。摆式列车是西方国家为适应全球铁路运输在既有线路上提速而研制的，这种车在普通路轨的弯曲路段高速行驶时无需减速，通过车体的倾斜摆动来保持正常的速度，大大提高了铁路运输效率。当时我国正在进行铁路大提速，这种适合在既有线路上提速的列车引发了我们的学习和研究兴趣。摆式列车时速为 200公里左右，跟当时我国普遍运行的时速几十公里或 100多公里的列车比起来，优越性非常明显。我真正接触高铁是在 2000年左右。当时铁科院接了一个项目，单位派我去法国阿尔斯通公司交流学习。由此，我坐上了巴黎至里昂的高铁，时速 270公里左右。我感到速度真是太快了，心想我们国家什么时候才能有这样的高铁啊！
“和谐号”：正式开启高铁时代
改革开放以后，落后的铁路运力一度成为制约我国经济社会发展的瓶颈。面对这种局面，一方面，铁路部门开始对国内既有的铁路进行提速改造，提升其运力，另一方面，也开启了对高铁基础理论和关键技术的研究。2004年1月7日的国务院常务会议，讨论并原则通过了《中长期铁路网规划》。《规划》提出，到 2020年，我国铁路总里程达到 10万公里，其中高速铁路要达到 1.2万公里，建成“四纵四横”客运专线。我国早期动车组研发始于 20世纪 80年代，经过我国几代工程技术人员的不懈努力，相继开发出了一些有影响力的内燃和电力动车组产品。这些动车组展示了我国科技人员对于高铁未知领域的勇敢探索精神，同时积累和储备了动车组技术研发实力和相关人才。到了新世纪，由于中国市场对铁路运力需求的爆发式增长，使铁道部决定通过采用技术引进的方式来解决全国第六次铁路大提速所需要的高铁技术。当时确定的总方针是“引进先进技术，联合设计生产，打造中国品牌”，以“引进消化吸收再创新”为核心内容的高速动车组技术引进工作随之展开。2004年 6月，铁道部启动了时速 200公里的铁路动车组引进项目。2005年 10月，铁道部公开招标采购时速 300公里动车组。当时世界上有四家公司可以提供中国需要的高铁技术，分别是德国西门子、法国阿尔斯通、日本川崎重工和加拿大庞巴迪。最终，中国南车集团四方公司、北车集团唐山客车公司、北车集团长春轨道客车公司分别与日本川崎重工、德国西门子和法国阿尔斯通合作，组成联合体投标，成功中标后开始了联合设计生产高铁动车组之路。之后，我们有了四个平台研发的高铁动车组（即“和谐号”）。其中，CRH1型动车组技术平台由青岛四方庞巴迪公司研制生产，引进的原型车是庞巴迪公司的品牌产品 Regina C2008型，最高运营时速 250公里；CRH2型动车组技术平台由南车青岛四方机车车辆股份有限公司研制生产，引进的原型车是日本新干线 E2系 1000动车组，最高运营时速 250公里；CRH3型动车组技术平台由唐山公司和长客股份有限公司研制生产，引进的原型车是西门子的 Velaro-E动车组，最高运营时速 300公里；CRH5型动车组技术平台由长客股份有限公司研制生产，引进的原型车是阿尔斯通 SM3型动车组，最高运营时速 250公里。铁科院、株洲电力机车研究所和南车电机等企业，也引进了先进的牵引控制系统、牵引和辅助变流器、牵引电机等关键技术。2006年 7月 31日，国内首列国产化、运营时速 200公里的电动车组 CRH1型车下线。2006年 9月，铁路部门在胶济线以及第六次大提速既有线改造区段组织了多次全线拉通试验和提速平推试验，动车组进入运行试验阶段。2007年 2月，CRH1型动车组以 160公里的时速投入春运。2007年 4月 18日，我国进行了第六次全国铁路大面积提速，“和谐号”系列动车组首次出现在中国铁路经过改造的既有线路上，实现了最高时速 250公里的高速运营。此次提速的速度目标值、技术含量、提速规模和范围都超过了前五次，标志着通过引进国外技术、联合设计生产的中国铁路高速列车“和谐号”动车组正式投入运营，我国正式开启了高铁时代。
从受制于人的被动到突破“卡脖子”技术
在高铁技术引进过程中，虽然国外企业与我们签订了技术转让协议，同意完成技术转让，但转让技术的内容、转让技术的深度等这些方面的决定权还是掌握在外国企业手中。我当时参加了与西门子公司的技术谈判。西门子制定了针对性极强的谈判策略，核心是维护德国公司对技术的掌控能力和主导地位，只同意转让一些相对容易获得与攻克的技术，如产品的生产制造技术，对于比较关键的设计技术则坚持不能转让。在谈判和合同执行过程中，我除了深感当时中外高铁技术水平差距的悬殊，也常感到一种落后的无奈和受制于人的被动。比如原计划对中方人员的设计培训，说好三天的课程，结果与其他课程合并后一天就结束了；他们也会给我们一些设计图纸，但图纸按惯例在交付车辆时为保障车辆运维而提供，不属于技术转让的范畴，况且图纸也只有最终呈现出来的结果，至于流程图或设计原理，人家是一概不透露的。初期我们确实是把工艺引进了，也学会了怎么把零部件安装好，但高铁具体怎么运行、怎么控制，各系统是如何协调工作的，其中的原理和技术细节我们并不懂，只能通过呈现的效果反向推论。高铁有几大核心技术系统，如牵引系统、制动系统、网络控制系统等，这都是外方对我们重点封锁的内容。好在引进国外的高铁技术之前，我国的科研人员一直在进行高铁技术的研究，其间也研制过几款动车组样车，同时具有十几个型号的机车上线运营的经验，所以在与国外公司进行技术对接时，已经有了一定的技术积累。以高铁的网络控制系统为例，在和国外公司进行技术转让谈判的同时，其实我们已经开始做前期的研发工作了。记得那是 2005年，我就接到了一项艰巨任务——铁科院机车车辆研究所领导让我开展“机车车辆牵引网络控制系统研究”。这是一个新项目，也是一个新任务，看似短短的 14个字，但我知道这行字的分量，也知道这在业内是多么“高端”的问题。这个问题当时在国内还处于起步阶段，然而高速铁路要发展，这是绕不开的问题，如果解决不了，我国高铁发展就会遇到难以突破的瓶颈。
▲赵红卫在实验室开展网络控制系统研究
面对上级交办的任务，我必须全力以赴。那段时间，我把家里所有的事情都交给了父母和爱人，自己率领团队没日没夜地干。我们甚至把一列动车组的驾驶台都“搬到”了实验室，从零做起，从方案设计、画图实施到接线测试，先后搭建了控制系统、数据采集交互系统和仿真控制系统等，在控制系统与数据采集交互系统上实现了网络控制设备、车辆主要电气部件之间的信号连接与通信，在仿真控制系统上建立了动车组复杂控制系统和被控系统的仿真模型，最终实现了对动车组网络控制系统及整个动车组的控制逻辑、诊断功能的联合调试与仿真测试验证。我们这套系统是基于 CRH3型动车组（西门子公司的技术）基础上开发的。对于该动车组的网络控制系统，最初我们并不知道它具体的工作原理和设计参数，但我们根据对动车组主要功能的分析，边学边设计。在构建这个网络控制系统半实物仿真平台的过程中，我们既要考虑系统怎样构建，同时还要考虑它构建好之后要实现的功能。我们先设计好一些程序，然后在实验室里不断模拟，看它是否能实现相应功能，然后再到实地去检验对比。我们团队经过一年的努力，终于把网络控制系统半实物仿真平台搭建了起来。这样，当动车组在运营中出现问题时，我们就可以在仿真平台上进行故障模拟、原因查找，制定解决方案并进行方案验证了。我们自主设计和建设的这套高速列车网络控制系统后来在京广、沪宁、沪杭、哈大等多条高铁动车组列车运行试验中发挥了重要作用，为各条高铁的顺利开通运营提供了技术支持。2008年 8月 1日，京津城际铁路正式开通运营。这是中国大陆第一条高标准、设计时速为 350公里的高速铁路，也是《中长期铁路网规划》中第一个开通运营的城际客运系统。京津城际铁路采用了大量国际领先的铁路建设技术，开创了中国铁路建设史上的多项“第一”。2012年，我们开发的高铁网络控制系统国产化软件成功地在这条线路上试用，为这条铁路的运营保障提供了技术上的支持。当然，光有我们是不行的，每个系统的研发人员都付出了艰苦的努力。京津城际铁路的开通和运营，国产化软件的成功，为我们之后开发中国标准动车组奠定了技术基础。
中国标准动车组“复兴号”：拥有完全自主的知识产权
中国标准动车组的研发得到了国家发改委的大力支持，被确定为“十二五”国家战略性新兴产业示范工程项目。2013年 12月，由中国铁路总公司牵头，联合铁科院、南北车集团、西南交大、北京交大、中科院力学所、大西客专公司、太原铁路局等 20多家单位，启动申报建设中国标准高速动车组及高铁关键装备研发试验工程项目，委托原铁道部第三勘察设计集团有限公司（现中国铁路设计集团有限公司）编制完成《中国标准高速动车组及高铁关键装备研发试验工程建设项目可行性研究报告》。2014年 3月，国家发改委委托中国国际工程咨询公司对可行性研究报告进行评估。2014年 6月，国家发改委批复可研报告，工程项目获批立项，实施周期为三年。中国标准动车组的研发是一项庞大的系统性工程，是落实国家创新驱动发展战略的具体行动，是加快中国铁路“走出去”的迫切需要，既要满足中国铁路现代化的内在需求，又要确保中国移动装备技术创新能力和产品水平处于世界先进行列。为此，中国铁路总公司组织确定了详尽的工作方案，对研发原则、研发目标、研发计划、研发团队组建等进行了明确规定。我们团队负责中国标准动车组网络控制系统的开发，国内还有成千上万的科研人员在进行着高铁其他部件和系统的开发。大家通过“蚂蚁啃骨头”般的努力，一点点地攻克各项技术难题，向着中国自主创新的道路逐步迈进。我们共同的目标是，让中国高铁从国产化、自主化，到自主创新、拥有完全独立的知识产权。2015 年 7 月中旬，在完成了单列列车的调试工作后，我们团队还进行了一项成功的试验，就是两组列车的互联互通、重联运行。重联列车的单车生产厂商各不相同，当时有个别厂商还有顾虑，万一重联起来两列单车电气信号不一致导致起火怎么办？其实，此前我们已经制定了比较周密的计划，在不通电的情况下先测试信号，每一列单车的测试都没有问题后，再进行重联，并且我们已经在实验室完成了两列动车组模拟仿真系统的通信、控制逻辑及故障代码的互联互通测试。事实证明，这样的动车组重联方式完全可行。就这样，在大家的目光注视下，不同厂商生产、外形各有差异的动车组就这样被联接在了一起。之后，同一速度等级的“复兴号”动车组无论生产厂商是谁，都可以完美地联接在一起，重联后的动车组列车在万里铁道线上画出了更长、更美的弧线。
▲实际线路中国标准动车组互联互通试验
2016年7月15日，两列中国标准动车组在郑徐高铁试验线上分别以时速 420公里进行交会试验，两车相对时速超过 840公里，试验取得巨大成功，各项参数符合设计标准。2017年 2月25日 10时 33分，G65次列车驶出北京西站，运行于京广高铁，标志着我国自行设计研制、拥有全面自主知识产权的中国标准动车组样车正式上线运营。同年 6月 25日，中国标准动车组被正式命名为“复兴号”。6月 26日，在京沪高铁两端的北京南站和上海虹桥站，“复兴号”双向首发。“复兴号”中国标准动车组大量采用中国国家标准、行业标准、中国铁路总公司企业标准等技术标准，同时采用了一批国际标准和国外先进标准，具有良好的兼容性能。最重要的是，中国标准动车组整体设计以及车体、转向架、牵引、制动、网络等关键技术都是我国自主研发，具有完全自主知识产权，其中动车组基础通用、车体、走行装置、司机室布置及设备、牵引电气、制动及供风、列车网络标准、运用维修等 10多个方面均达到国际先进水平。在“复兴号”动车组采用的 254项重要标准中，中国标准占到84%，16%的技术标准跟欧标和日标兼容。
▲中国标准动车组在环铁下线仪式，左七为赵红卫。
从“复兴号”开始，我们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，而不是一味循着外国的脚步。比如，列车时速要达到什么水平、要能够适应什么样的运营线路、在维修方面能够满足什么样的需求、在旅客界面上要达到什么样的效果，等等，然后根据需求设计一套技术方案，再通过对方案的细化分解，研发一种全新的高速动车组型号。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”。如今，高铁的“中国标准”已经被越来越多的国家接受。
复兴号”大家族：从追赶到领跑
按照“复兴号”品牌战略规划，我们未来要“建成品类齐全、结构合理、涵盖不同速度等级、适应多元化运输需求和不同应用环境的‘复兴号’系列产品体系”。这就意味着，“复兴号”不仅只有 8辆编组、时速 350公里的一种产品，还要根据市场需求，研制系列化动车组。
▲复兴号家族
为统筹做好“复兴号”系列产品的研制，中国铁路总公司启动了“复兴号”产品的顶层规划，我有幸参与了顶层规划的编制。我们从中国路网特点、环境特点、客流形态、技术发展趋势等方面进行了全面分析，综合考虑对动车组的速度等级、编组形式、动力配置等方面不同层次的需求，提出了系列化产品规划方案。以 250公里动车组为例，之所以要研发这样“更低”时速的动车组，是因为速度降到每小时 250公里后，牵引功率仅用到 350公里动车组的 55%，经济性大大提高。另外，我们国家山区比较多，时速 350公里的动车组未必适用，而时速 250公里动车组正好可以用于这些地区，大大节省了资源。虽然速度降低了，但是我们在系统设计方面却作了更多功能与性能的提升。为充分利用机客车的检修资源，降低运用检修成本，缓解枢纽、客站咽喉及到发线运输压力，提高运输效益，同时也为满足在既有普速干线和城际间开行动车组的需求，提高既有线运路输服务品质，降低运输成本，我们还研制了时速160公里动车组。与采用动力分散型的时速 250公里、350公里动车组不同，时速 160公里动车组采用的是动力集中型模式，一般两头是动力车或一头是动力车、另一头是控制车，中间是拖车。研制时速 160公里动车组，就是想在既有线路上实现对以前基础设施的再利用，提高资源利用率。这种动车组，车身为国槐绿底色，采用流线型外形，被称为“绿巨人”。我们在平面布置、内部装饰、人机界面等方面均参照既有“复兴号”动车组进行优化设计。我们还开展了时速 350公里、16辆编组的“复兴号”的研制工作。因为这种动车组可以增加定员、节约成本、提高综合效益，非常适合长大繁忙干线的运输需求。2018年 7月 1日，16辆编组动车组首次投入运营。之后又进行了“复兴号”动车组继续扩大编组的研制工作。2019年 1月 5日，17辆编组列车在京沪高铁上线运营。为丰富“复兴号”动车组产品平台，适应高寒地区运用环境要求，在时速 350公里“复兴号”通用型动车组基础上，我们还开展了时速 350公里“复兴号”高寒动车组的研制工作，2019年 6月该车投入运用。此外，为更好地服务 2022年北京冬奥会，我们在“复兴号”CR400BF型动车组基础上，充分利用前沿技术研究成果，重点开展智能化、安全舒适、绿色环保、综合节能、服务奥运、运用适应性等方面的技术攻关，研制了京张高铁“复兴号”智能动车组，分标准配置和奥运配置两种车型。2019年12月30日，这种智能高铁首次投入运营。京张智能动车组实现了有人值守的自动驾驶，具有车站自动发车、区间自动运行、车站自动停车、车门自动打开、车门 /站台门联动控制等智能行车功能。回首几十年来我国高铁的发展历程，它经历了从无到有、从探索到突破、从制造到创造，从追赶到领跑的不平凡之路。尤其是党的十八大以来，党和国家高度重视铁路发展工作，铁路总体技术水平不断提高，已迈入世界先进国家行列。新时代以来，全国铁路固定资产投资完成 7.7万亿元，是上一个十年的1.9倍，全国铁路营业里程较十年前增长 58.2%，高铁营业里程增长 3.7倍。无论在工程建设、装备制造能力还是运营管理方面，我国铁路事业都发生了质的飞跃。中国高铁“走出去”的步伐明显加快。强大的设计团队、过硬的技术标准、性价比高的高铁产品……中国高铁已成为“一带一路”合作项目的领头羊，在国际产能合作中发挥着越来越重要的作用。
本文选自《纵横》杂志2023年第6期，文字有删减。赵红卫，第十三、十四届全国政协委员，中国铁道科学研究院集团公司首席研究员，“复兴号”动车组总体技术专家组成员及网络控制系统专业领军人才，全国劳动模范，全国“五一”劳动奖章获得者。
