中国铁路从无到有,从弱势到引领的原因

2015年，一位在中国旅行的瑞典人乘坐京沪高铁时，将一枚硬币竖立在疾驰列车的窗台上，这枚硬币竟然站立了8 分钟。这位外国友人将这次试验录制成视频，传到YouTube上，引起了全球热议，又一次让中国高铁在全世界扬名。一、中国高铁的发展历程1、中国高速铁路事业的开端（1978—1998）1978年10月26日，时任国家副总理的邓小平乘坐新干线列车赴文化古城京都访问。他对随行的记者说乘坐新干线列车的感觉：“就感觉到快，就像推着我们跑一样，我们现在正合适坐这样的车！”1990年，在邓小平乘坐新干线22年后，铁道部完成了“京沪高速铁路线路方案构想报告”，这是中国首次正式提出兴建高速铁路。1991年，经国务院批准，广深准高速铁路立项。同年12月，广深铁路改造工程开始动工。1994年，国务院批准了开展京沪高速铁路预可行性研究。同年，改造后的广深铁路开行中国首列准高速旅客列车，运行时速在120—160公里之间，广深铁路也成为中国第一条准高速铁路。1998年6月2日，在中国科学院和中国工程院两院院士大会上，时任国务院总理朱镕基向过千位院士提出“京沪高速铁路是否可以采用磁悬浮技术？”的问题，从而引发了当时在社会上颇具影响效应的“高速轮轨”与“磁悬浮”大争论。至2002年，双方都进行了大量前期研究，并建成了具有示范性质的试验工程——秦沈客运专线和上海磁悬浮示范运营线。今天，这一切都已成为过眼烟云，我们看到高速轮轨方案最终胜出并且已经被应用。2、铁路六次大提速（1997—2007）1997年4月1日，中国第一次铁路大提速，最高运行时速达到140公里。这一次提速是中国铁路运输的一次变革，开启了中国铁路大发展的时代。1997年，1998年，2000年，2001年，2004年，2007年，中国铁路完成了六次大提速。1999年8月16日，中国第一条客运专线秦沈客运专线（秦皇岛-沈阳）开工建设。2003年10月12日，秦沈客运专线正式开通运营，设计时速200公里，并预留250公里的提速空间，山海关至绥中北区间可进行时速300公里试验。2004年的第五次铁路大提速，几条干线的线路基础达到了运行时速200公里列车的要求，达到了国际上高速铁路的运行标准。至此，中国的高速铁路建设，可谓“万事俱备，只欠东风”。2007年的第六次大提速，白色的“和谐号”动车第一次进入了中国人的生活，而这一次提速最高速度达到了250公里，这也是既有线提速能达到的最高速度。3、中国高速铁路的大规模发展时期（2004至今）2004年中长期铁路网规划发布后，中国开始进入高速铁路的大规模建设时期。2005年6月23日，武广客运专线开工建设。2005年7月4日，京津城际铁路正式开工建设。2005年9月25日，郑西铁路客运专线开工建设。2008年4月18日，京沪高速铁路开工建设，是世界上标准最高、规模最大、一次建成线路里程最长的高速铁路。2008年8月1日，北京奥运会前夕，京津城际建成通车。这条铁路是中国第一条设计时速300公里的高速铁路，也是中国打造自主高速铁路品牌CRH的第一炮。2010年5月12日，成灌城际高速铁路（成都—都江堰）开通运营，设计时速200公里。采用了我国自主研制的CRTSIII型无砟轨道结构，被看做是“引进—消化吸收—再创新”战略和高速铁路技术国产化的重要成果之一。2010年7月1日，沪宁城际高速铁路开通运营，该线路设计时速最初为250公里，在开工建设后，设计经过3次变更，2008年11月设计时速提升至300公里，2010年3月10日，设计时速提升至350公里，上海和南京之间78分钟即可到达。2010年9月28日，CRH380A 型动车组在试运行时跑出了416.6公里的最高时速，中国高铁进入400公里/小时的时代。2010年10月26日，沪杭客运专线，也称为沪杭高铁，正式开通运营，设计时速350公里。2010年11月15日，京沪高速铁路全线铺轨完成，12月3日，CRH380A动车组在京沪高铁枣庄至蚌埠段综合试验跑出486.1公里时速，该速度是世界铁路最高运营速度纪录。2015年，合福高铁、沈丹高铁、吉图珲高铁及成渝高铁等一批新建高速铁路投入运营，使我国高速铁路总营运里程超过1.9万公里。2016年1月22日，印度尼西亚雅加达至万隆（雅万）高速铁路开工仪式在西爪哇省瓦利尼举行。雅万高铁是中国高速铁路从技术标准、勘察设计、工程施工、装备制造、物资供应，到运营管理、人才培训、沿线综合开发等全方位整体走出去的第一单项目，实现了“中国高铁走出去”全产业链输出的历史性突破。短短十几年时间，全国各地高铁建设如火如荼，国外项目也遍地开花，从引进到出口，中国高铁完成了完美的逆袭。二、高铁的“中国标准”高铁建设过程中涉及轨道、空间线路、路基、桥梁、隧道等方面的规划与建设，与常规铁路建设相比，高速铁路对路基、隧道、桥梁等结构物的要求更高，需要更高标准的建设。1路基高铁将路基工程由传统的“土石方”理念转变为“结构物”进行设计，形成了地基处理、路基填筑设计施工技术标准，确保高铁路基长期稳定和平顺。2桥梁进行高铁结构选型、材料等方面技术攻关，确保高速列车通过时，桥梁有足够的强度和稳定性。3隧道采取特殊洞口结构，增加隧道断面，优化断面型式，有效降低列车进入隧道和会车时的压力波，满足旅客舒适度的要求。4沉降问题针对高铁面临的区域地面沉降，采取稳定地下水，桥梁轨道设置调高部件等综合措施，及时调整线路平顺度。针对软土、岩溶等地区，采取桩板桩网及堆载预压等新结构、新工艺控制沉降。针对路基、桥梁、隧道下沉规律不同，通过在连接处设置过渡措施控制下沉差异。5冻胀问题针对北方地区防冻研究采取专门路基材料，提高路基防冻能力。强化路基排水能力，降低地下水，并采取封堵措施。哈大高铁冬季冻胀值控制在了5毫米以内，未对高铁运行造成影响。6复杂地质条件下的隧道施工问题隧道穿越山岭、城市、水下，修建中常常会遇到岩溶、高地应力等问题，通过超前地质预报，钻探等获取围岩准确信息，通过“注浆封堵、加固底层”解决涌水突泥问题。通过疏排或封堵岩溶水，加固岩溶，修“隧中桥”，解决岩溶问题。通过预释放应力和特殊支护，解决高低应力变形问题。7深水大跨桥梁施工问题研发900吨提运架设备和大口径钻机、爬坡吊机等设备，成功解决深水大跨桥梁施工难题。武汉天兴洲长江大桥是世界上设计时速250公里、主跨跨度最大（504米），设计荷载最高的公铁两用斜拉桥。在建的沪通公铁两用长江大桥主跨达到1092米，成为中国乃至世界桥梁建造史上新的里程碑。8风沙问题风力较大时要影响弓网受电，横向风对车体产生侧向力，12级风以上有可能导致高速列车脱轨，风沙堆积严重时会掩埋钢轨，为此研究采用防风墙，研发除沙车等设施解决风沙问题。9高温胀轨问题我国高铁全部采用无缝线路，京沪高铁1318公里没有一个轨缝，现在坐高铁听不到过去的声音了，为什么？因为没有轨缝了。无缝线路面临强大的温度力，为避免高温胀轨影响行车，研发的高强度钢轨、高标准扣件和道岔、无砟轨道等新产品，通过强大的线路阻力限制钢轨伸缩，通过合理确定锁定温度，采取合理施工工艺，确保道床和钢轨不产生突变。三、CRH的核心技术CRH（China Railway High-speed），即列车领域“中国铁路高速”的品牌标志——是2007年原中国铁道部对拥有自主知识产权的中国动车组列车（CRH动车组）建立的品牌名称和划定的时速等级，它超越单动力的快速列车系列，划定为中国高速列车。1动车组核心的核心是牵引传动系统我国动车组均采用交直交传动，接触网上的交流电经过受电弓和变压器之后，被整流成直流，再逆变成交流通入异步牵引电机。2弓网关系高速列车在运行的时候，列车速度越高，受电弓与接触网的良好接触就越难实现，这就是弓网关系。3轮轨关系（转向架）高速下，轮对与钢轨之间的蠕滑、轮轨动力学、运动稳定性、曲线通过性能，这些基本上可以归纳到转向架中。4变流技术要实现整流和逆变最根本的是器件，所以动车的运行必须要大功率的可控器件。其中以IGBT为代表。其次，逆变器和整流器的拓扑结构决定了输出的性能。再者，整流器和逆变器的控制技术也非常重要，而且控制技术牵涉到整车的运行策略和工况，难度非常高。5牵引电机控制技术对牵引电机的控制一般是将逆变器和电机作为整体进行控制的，现在最成熟的两种控制方法一个是矢量控制一个是直接转矩控制。在具体的控制方法中，还有很多实现上的困难。在其中，会添加一些技术，比如无传感器技术，非线性解耦等。6再生制动再生制动是一种非常环保的制动技术，它利用列车的动能发电，将电能返送到电网中去。再生制动技术本质上是控制技术，它不需要额外的主电气设备，它只是将电动机作为发电机，逆变器作为整流器，整流器作为逆变器，参照上图。再生制动技术中最主要的，是如何保证返送回电网的电能的质量。7网络控制系统和列车运行系统动车组通常动力较为分散，设备都分布在不同的车厢上，在高速运行中，如何使设备协调工作，消除延时，这个是网络控制系统解决的。其中涉及到信号传输、通信协议、车载计算机等技术。四、高铁背后的大国工匠实现十年逆袭，离不开“工匠精神”，高铁的逆袭，首先是“高铁工匠”们的逆袭。高铁技术引进之初，面对引进的高铁产品，只能忍受洋专家的昂贵报价。为了打破国外技术垄断，更是为了我国高铁技术发展，十年时间，中国高铁技术人员，从稚嫩的“学生”摇身变成出国授课的“大咖”。十年逆袭之路，中国高铁所体现出来的安全与优质，是一代高铁人拼搏奋斗的“工匠精神”的最好展现。