破局之剑——中车600km/h磁悬浮列车的技术史思考

        写在600km/h磁悬浮高铁列车发布之后

        可能引领一场世界交通版图重塑的技术革新 

      （全文七千余字，阅读时间约为6分钟）

关注工业和新技术的朋友们可能最近被一连串关于“美国政客极不负责任霸凌行为”的消息轰炸了几天。5月23日，在科技和交通领域传来了一条振奋人心的消息。

——根据新华社山东分社报道“中国自主研发的时速600公里的高速磁悬浮试验样车于5月23日上午10时50分在山东青岛下线，这标志着我国在高速磁浮技术领域取得重大突破。这项始于2016年夏，由中国中车公司组织，中车四方股份公司具体实施，聚集国内高铁、磁浮领域优势资源，联合30余家企业、高校、科研院所组成“联合舰队”共同攻关。经过近三年的技术攻关，课题团队成功突破高速磁浮系列关键核心技术，车辆、牵引、运控通信等核心子系统研发取得重要阶段性成果。据了解，计划原定于2020年研制出样板车，结果由于技术突破，提前在青岛下线。”

磁悬浮列车，又称磁浮列车，是一种通过电磁力实现列车与轨道之间的无接触的悬浮和导向，再利用直线电机进行牵引的列车。磁浮列车分为超导和常导两大类，上述下线试验样车为常导高速磁悬浮列车。由于其运行时悬浮于空中，行进时不接触轨面，脱离了传统轮轨摩擦力的束缚，其阻力只剩下空气的阻力，故可以获得更快的时速和更好的爬坡性能。真空管道高温超导磁浮列车的最高时速理论上可以达接近1200km/h，相较于传统轮轨高速列车的最高速度快很多，因此磁浮技术一直被业内人士视为填补高铁与飞机中间速度的空白区的交通工具。此前，磁悬浮列车历史最高纪录是603km/h，由日本东海旅客铁路公司采用超导磁悬技术的L0系高速列车于2015年4月在山梨磁浮实验铁路试行时取得。我国运营了十七年的上海浦东机场磁悬浮线可达到431km/h的速度。

——磁浮技术原理图。通过磁极原理实现悬浮于半空的磁悬浮并且再施加以推动力。

磁悬浮VS轮轨技术——曾经的短暂PK

看到这个大伙儿可能会认为，“既然磁悬浮高铁技术这么高大上，赶紧啊，量产+实验，争取早早投入大规模运营！”。在大规模大上特上之前。别急，先把时间倒拨回20多年前，看看我国高铁决策时的情况。当时“京沪高铁”初期计划阶段就“轮轨”与“磁悬浮”两套方案展开了激烈的讨论，内部讨论会时常伴随激烈火药味，技术工作者往往以其钻牛角尖的学术精神就自己的技术方案进行着论证。“磁浮派”崇尚新兴技术领域的天生优势，提出利用磁浮技术，消除轮轨摩擦和受电弓接触，如此“铁掌轨上飘”，速度存在无限可能，比肩飞机不是梦，并对技术引进+自主技术攻关表现出自信。另一边的“轮轨派”这边，多亏了90年代初浪漫的法国人用TGV在大西洋线路上跑出的500+km/h速度，他们便以此据理力争，“虽然当前国内水平不足，但今后超过300km/h运营是可以做到的。”并且强调，使用轮轨的高铁列车兼容性好，也可以在一定程度上兼容既有轨道。何况在各个有高铁的土豪国家中，虽然与高速铁路相关的动力组成、信号控制系统、供电标准不一，但起码，当时各家高铁列强有一样铁路要素是统一的，便是轨距，均采有1435mm的标准轨作为其轨距。

在抉择期间，虽然决策者有过犹豫、徘徊与不忍，毕竟，以当时的情况看，一个决策可能会导致一群人的长期研究化作泡影，下马一个方案意味着一些成果的封存、一个团队的解散，一批人才的流失。但决定必须得做，因为彼时的“京沪高铁”，经不起任何拖延；沿线的百姓，经不起任何等待了。要知道1992年时，京沪铁路客运压力是全国平均的5.3倍，货运压力是3.7倍。于是中国高铁在钢轨上，开启了超欧赶日的历史征程。

 

——早期自主知识产权高速车型如同一道道流星划过，成了一代人永远的短暂记忆（图片来自网络）

二：高速轮轨技术在当时乃相对先进科技领域，匹配的配套产业较多，高铁装备的生产制造可以带动相关产业发展。三：磁悬浮技术造价过于高昂。据当时推算建设成本约为轮轨高铁的三倍，对于当时卖玩具卖裤头卖衣服攒起来一点儿原始积累的中国来说，实难支撑一千公里以上线路的修建。四：轮轨列车比磁悬浮列车兼容性强。轮轨列车可以在“完成本职工作”执行既定车次的间隙，偶尔套跑其他车次，在不出现意外状况的前提下，大大提高列车使用效率。如果加上国际因素，就算当时的决策者没有考虑高铁互联互通可能性，也一定想到了今后铁路装备出口的可能性。一个过于高大上的磁悬浮列车显然比轮轨高铁列车难卖。就算是二三十年后的今天，世界高铁的发展和建设（除中国外）依然不尽如人意。对于高铁，大部分国家思考的仍然是如何解决“有无问题”。如果此时中国人手上只有磁悬浮高速列车这一样商品，就如同给家门口只有土路的村民兜售新款法拉利，太不接地气。历史事实也证明，中国高铁选择轮轨化是正确的，而高速磁悬浮的铺开距离美梦落地，还有些距离。

在轮轨上飞驰的中国铁路

接下来的事情我们都知道了，在铁建工作者“遇山打洞，逢水架桥”的基建神功助力下，在技术合作的帮助下，中国高铁实现了人类交通史上前无古人，也难有后来着的逆袭。中国的高铁里程不断地刷新着自己保持的记录，中国的动车组数量也是独占鳌头。日渐形成了在高速铁路规模上，世界仅有“中国”与“外国”两家的局面。当然，也不得不承认，中国高铁的在便利化程度、人性化设计、以及精细化管理方面还有较大的提升空间。想必大家也曾有过在高铁上被大声聊天打电话的、开功放看电视剧、放外音打游戏的所吵到精神恍惚的经历，希望中国高铁在软环境营造方面有所提升。

自从工业革命后铁路诞生以来，铁路发展的目标无外乎两个——要么超速，要么超载。这与大车司机们的教条截然相反。既然高速铁路很难实现重载的目的，那就索性追求“飞扬的感觉”吧。中国人创造了420km/h的高铁交会最高时速，486km/h的最高运营线路试验速度以及350km/h的最高运营时速。其中350km/h的运营时速头把交椅一坐就是十年。

——2019年初，各国主要高铁国家列车保有量：西班牙245，德国269，英国330，日本401，法国477。中国3292.  超长的里程，巨大的动车组保有量为中国高铁超速发展提供了基础。（根据各国铁路年报整理）

       工业发展是创新的过程，同时也是不断试错的过程，在试错中纠正，改良，才能形成更为完善的工业产品。交通制造领域尤其。德铁DB艾德雪事故催生出了高铁轮圈金属疲劳探伤机制；甬温线事故后列控设备的短板得到补齐。中国高铁在大量的、长距离的运营与实践中，甚至经过事故暴露出来的问题是其他国家根本无法预见和想象的。比如，各类型高铁列车与盛夏酷暑与沿海高盐的抗争中运营解决了空调问题，至今CRH3C“兔子”的原型车西门子ICE3在德国还有“怕高温易中暑”的毛病。CRH5G“动驴”在兰新高铁上解决了既耐寒又耐风沙的问题，而奔驰在欧洲草原和森林中的阿尔斯通Pendolino原型车一辈子都见不到大漠黄沙。CRH2C“疯带鱼”的高速抖动也是他爸爸川崎未曾遇到，当然也没办法解决的问题。神州这片的广袤的土地，也为高铁更大的突破，提供了足够大的训练场地。中国人在高铁的使用过程中，创造性的开行了超长距离高铁以及超长距离夕发朝至动卧的运行方式。例如，北京到昆明G403用12小时飞驰近2760公里，要知道这可是比国内大多数航班都远的距离。连接起中国政治中心和科创中心的动卧车组用夜间的10小时完成北京至深圳间2400km的通勤，使得很多出差族和上班族可以做到夕发朝至高效出行而不影响工作节奏。以往学界公认的“相对于其他交通工具，高铁在150km-800km内有优势的理论”渐渐的已经不适应中国时代的发展了。短途、中距离、甚至主要城市间中长距离的航空运输市场都面临着高铁的进一步威胁。而世人都明白，目前航空运输业这块大蛋糕，牢牢得掌握在欧美高端航空企业手里，这是他们不可能松手的核心行业。一边是顶尖航空企业的固步自封与逐利极致化的草菅人命，另一边是中国高铁在技术革新与高效运营中的不断自我突破，两者形成了鲜明的对比。

轮轨技术瓶颈，磁浮又被想起

中国高铁的科研人员在长期的实践中已经发现，对于轮轨高铁来说，400km/h以上是超高能耗了，完全没经济性可言，在商业运行中，效费比极低。通过“青铜剑”CIT500列车的深入测试，研究人员还得出结论，无论将轮轨车辆设计成何种形状，哪怕其风阻系数极低，都无法克服超高速度时的空气阻力，轮轨高铁列车的牵引力大量的浪费在了超高速时的风阻突破。而高铁的滚轴也是另一大阻力来源。摩擦阻力和空气阻力共同因素制约了轮轨列车超高速运营。在测试中立下汗马功劳的CIT500列车，在测出了轮轨列车的极限速度后基本完成了时代使命，接下来轮到磁悬浮技术出场了！只是还需要专业的团队打造专用磁悬浮列车，修建试验路段去验证磁悬浮技术的先进性。

那么曾经主张磁悬浮的团队呢？他们有没有像那个年代的大部分科研队伍一样直接队伍散了呢？ 好在，积极开放的上海市为这帮技术宅们提供了一片深入研究的土壤。采用德国技术引进模式兴建的浦东机场磁浮线初衷就带有一定的试验性质，最终的试验结果也将时速稳定在了430km/h。尽管目前相较于2号线南延段几块钱就能到达浦东机场PVG的地铁线，上海本地市民对于早在2006年就开通的磁悬浮线早已失去了往日曾有的热情，但一直有铁路迷来浦东机场磁浮线路打卡留念，近些年老外更是成了客源主力，在此感受这条世界载客轨道交通第一速。彼时的磁悬浮技术，更像是一条备胎，蛰伏、积累、守望着转正的那一天。关于这条线路还有一则非常尴尬的往事，2006年浦东磁悬浮线刚开通后的第五个月，正是风头正盛时，其技术原型车德国Transrapid就在埃姆斯兰的测试线路上发生了惊人的重大人员伤亡事故，尽管是人为导致，但让官方不得不三缄其口，尤其在很长一段时间内，避提德国引进技术一事。

——磁浮线极速时疯狂摆拍的老外们（图片源自网络）

在千里之外的长沙，磁浮技术在中车株洲的努力下在长沙磁悬浮黄花机场线上进一步得到了试验。于此同时，在中国高铁装备重镇青岛，一批技术骨干人员、高校专家与中车四方在铁总的牵头下密切合作，开始了为期三年的“闭门造车”工作。而在中国“磁浮高铁人”闭关修炼前不久，日本人在磁悬浮山梨实验线上跑出了603km/h的实验速度。如此的实验虽然离投入运营相去甚远，但仍然证明了日本人在高速前沿领域强大的技术储备，以至于此后每当中日两国在第三方国家高铁市场开拓中面临竞争时，日本人的这项磁悬浮技术储备优势像一道大山，始终压人一等。这也在一定程度上影响了中国高铁设备的走出去。同时这也让中国高铁人在压力中，卯足了干劲。

一封来自东洋的挑战书

虽然中国高铁在十年内练成了高铁领域天下第一高手。但江湖众人不认可，质疑“神行百变”是偷学来的，“吸星大法”是强制逼人教的。尤其是现代高速铁路的诞生国——日本。

日本设备和技术仍然被世界上其他地区无知老百姓所吹捧。被誉为可靠与高效的象征。但是日本高铁的技术实力被一些网民有意无意刻意夸大了。更让中国高铁人闹心的是，就在不久前的19年5月9日，日本人开始用ALFA-X车型挑战360km/h的全球高铁运营第一速，“不多不少，超中正好！”正巧超过中国高铁350km/h的最快运营时速。 虽然ALFA-X的360km/h时速仅仅是东北新干线和北海道部分优质路段上，但不妨碍日本新干线以此夺回运营最速的头衔。很显然，日本人的新速度中隐约带着点儿“压人一等”的意思。而这个被压的人不是别人，正是中国高铁人。

 

——准备突破360km/h运营时速的日本ALFA-X.就是这么的卡通(图片来自于网络）

加上一直以来国际上质疑中国高铁的声音不断，比如“技术是山寨的；他家出过事”云云。我们这个中华民族，经历了太多磨难，甚至在崛起的过程中，也遭遇了太多偏见了。若是产品不行，人说你技术不好、偷工减料；若是产品不错，人说你剽窃技术，基本靠抄。另一面倘若日本或是德国在某一领域做了基础研究亦或是开创了先河而我们在基础上提炼浓缩加改良完善了，仍有叽叽喳喳的声音说是“用了人家的技术”。各种非议的声音加上国外客户心里的芥蒂，使得中国高铁走出去处处受阻，尽管中国高铁的成绩单已经足够漂亮，性价比也足够优秀，哪怕是配套的施工工期也可以给做到足够高效。

如果全球高铁客户光看价下单的话，可能都不是咱中国人的对手（如下图）。大量的国内订单也在一定程度上压缩单位中国动车组的生产成本。可现实情况是，各国高铁装备的采购，涉及到很多种除了报价和技术之外的更多复杂因素。

——世界主要高铁列车设备报价。可以发现中车CR400对铁总的报价仅比最高速250km/h速度的阿尔斯通Alstom Pendolino高一点儿。而车辆档次却有巨大差别。（数据根据各国订单资料与中铁总数据整理）

有心的朋友们也会注意到，在国际高铁项目的竞标中，中国高铁到哪哪儿都碰到日本这个对手。有时是日方哪怕明知自己无法中标的情况下，刻意压价，打压中国高铁。更恶心的是，近几年才通车的乌兹别克斯坦铁路高速化改造项目中，日本人在明知没戏的情况下，利用其操控的亚开行资金注资该项目，购入Talgo的宽轨车体。使得这个曾对中国高铁技术标准很感兴趣的国家，继续保持1524mm的宽轨。日本人也达到了阻碍中国高铁直接向西延伸和拓展的目的。但是显然，这种恶性竞争从长远上看，不利于全球互联互通。

欲实现超高速突破，磁浮必须有突破

为了打破一些人对中国高铁对固有成见。也为了实现技术上的再突破。中国高铁人三年磨一剑，推出了新鲜刚铸造出来的宝贝——磁悬浮高速列车组。完全不同于国外列车的设计，完全独树一帜的造型与涂装，甚至连面壁座这种中国特色都得到了部分保留。标速600km/h，还留有进一步提升的能力。此时再回过头看各国高铁发展历程，鲜有国家有足够国力一边在不断支持几只磁悬浮团队研究的同时一边铺开高效轮轨高铁网络并且使其人民广大受益。好在，我们身在这样的国度，同时弹奏着工程师的狂想曲与百姓需求的谐奏曲。

 

——科幻的驾驶室。驾驶室视野不用太宽，紧盯前方就好。中国铁路：“不好意思，运营速度最快和试验速度最快的头衔，我都想拿。没办法，想低调，但实力它不允许。但是最近总有人打我‘运营最速’的主意。”

       

——注意第二排都面壁座，面壁似乎是种信仰。好在高铁启动时不用像飞机一样调正后背座椅。倾斜座椅可以缓解面壁。

      距上次“磁悬浮”与“轮轨”之争已过二十年有余。轮轨是当下世界高铁发展的刚需，而“磁悬浮”很可能是科幻世界中轨道交通的终极体。虽然我们目前没有看到磁悬浮轨道线的规划，但是在不久之后的将来，必然会出现一条磁悬浮专用线路。这可能是一条出现在长三角，珠三角的载客试运行线路。亦或者，利用既有浦东磁悬浮上新车试验。做一个大胆的预测，中国磁悬浮高铁线会比日本2027年的建成目标来得更早。磁悬浮高速技术，承载着中国高铁人“速度再突破”的目标与期待。

中国高铁要走出去

技术层面的独领风骚对于产品的对外推广有着至关重要的意义。有的人可能会认为，中国铁路市场蛋糕足够大，足矣支撑中车这样的铁路装备巨头，尤其是其动车组业务。但下结论前我们先看看下面消息。

“根据铁总仔细调研后作出计划，在度过了17年的采购巅峰之后，未来高铁动车组采购数量将逐年下降。”——这对于顶峰时曾年产近500组动车组的中车高铁来说，既有机遇，又是巨大挑战。机遇在于，技术上中车已打通高铁生产的任督二脉，生产流程熟练完备，针对性改进信手拈来。同时各项技术已完全纯熟，包括可变编组动车组在内的新型多功能、可定制化高速动车组车型陆续研制成功。

      

——中车唐厂研制成功的新型可变编组动车组，为多元的客户需求提供了多样化选择（图片来自于网络）

中车面临的挑战也很明显，到2025年，铁总的单年采购量将仅仅是巅峰年份的三分之一，会有不小的过剩产能。若能利用好海外订购合同可以有效帮助企业良好运转。何况，对于设备制造商来说，本国采购订单往往是基于成本价生产，而海外订单因为存在技术优势，才有进一步的获利的溢价空间。而高铁这种高附加值运输装备的走出去，不是单单靠企业能独立运作所能实现的，还需要国家力量的助推。二战后美国航空运输设备一蹴而就地占领市场更多的是依靠二战前后大量使用培养出的消费习惯。而对于刚起步的中国铁路装备制造业来说，显然不具备这个条件。

      

——根据铁总推算，6年后的2025年，新采购高铁动车组数量将不及今天的一半。中车或将面临减小高铁动车组产能的局面（数据来源于中国铁路年度统计）

堵住中国高铁的隐形之墙

中美经贸摩擦的当下，铁路装备制造领域无疑是我国的一个强点和亮点。强在无论是技术水平还是生产能力，都排在世界交通装备一流梯队。动车组车体技术发明专利量就是最佳的证明。（如下图）

——高铁车辆各申请人车体专利申请数量与主要申请人历年专利申请态势图。中车在坐稳了申请量头把交椅的同时旗下各家专利申请量也在爆发式增长（数据来源与《国内外高铁车体领域专利布局对比分析》）

    “中车”被特朗普先生列入“关照名单”就是最佳证明。准确的说，中国高铁不仅有技术上的飞速进步，产量也非常客观。高速动车组符合“量大质优”的描述。如果对比中国高速动车组与世界航空巨头的年交付数量有会有惊人发现（如下图）。可以毫不夸张的说，中车高铁动车组年交付量，虽然不及波音空客两大民用运输业巨头，但也仅是望其项背。（虽然强行把高铁车组与飞机进行数量对比有那么些不妥，但在中国大地上，1000km距离以内高铁性价比和效率都是超过民航的，具备比较优势）

      

——全球三大民用交通设备提供商年交付量对比。接下来的2019，波音的交付量估计会比较难看。（数据来源于各企业年报与中铁年度统计）

而如果进一步粗略计算设备载客人数的话，会得到更戏剧性的结果。根据现有资料显示，单通道飞机均占两大航企交付量60%以上，我们假设波音和空客平均生产每架飞机产生200载客量。按照2018年两家合计1600架左右的交付量计算。200✖1600=320000，一年生产32万载客量。而东方的中国中车。取近几年年均交付400辆高速动车组，单车载客量均值800人计算。800人✖400=320000，也是32万载客量。波音和空客看到这里估计要哭晕在厕所。当然，以上的演算，有一定非严谨性，同时也未将离群点等因素予以考虑。但是，同为32万，这数字实际上意味着中国中车已经具备与“波音+空客”同等的载客量生产能力！令金字塔顶端的航企多么背脊发凉的事实啊。民用交通领域双雄波音与空客可能暗自庆幸，“呼，好在，中国庞大的高铁舰队开不出不国境线。” 事实也很明显，一股无形的外部力量堵着中国高铁出不了门。

高铁在国外有没有可能替代民航发送更多的旅客呢？如下图所示，20条欧洲最繁忙航线，其中的19条可以用高速铁路替代。如果欧洲铁路同行们的效率再高一些，连通机制再好一点的话，欧洲的交通格局将发生很大变化。

      

——欧洲航线客流量前20排名。很有趣的是，除马德里至加纳利群岛航线之外，其他航线距离不超过800km。在中国高铁的优势距离内。（数据来源：Eurostat）

倘若有朝一日全球，尤其是欧亚大陆和非洲通过高铁网络实现互联互通，不仅有利于全人类降低交通出行成本，因为这些区域大部分居民居住在内陆区域。如此的互联互通更有可能引起一场关于人类交通方式的颠覆性革命。而这，可能是一些金字塔顶端国家所不愿意看到的。

中国高铁走出去表面上看是在跟日本、欧洲高铁企业竞争潜在市场。但是对于既得利益者来说，这种试图撬动现有世界交通领域权利结构，改变自二战后至今的国际产业分工现状，挑战唯他马首是瞻的国际秩序的行为是不被容许的。明白了这点就会知道高铁走出去有多难。

我们也的确发现，近年全球所有的高铁设备大单中都没有中国人啥事儿。中国铁建人在沙漠中吃黄沙喝狂风，辛辛苦苦修好的沙特高铁，大户们转身就签了西班牙Talgo350的订单；中国人耐高温战酷暑参与修建的摩洛哥高铁，法国人TGV在高铁设备上近水楼台得了月；土耳其高铁虽然事故频发，但西门子、Talgo均有订单，中国高铁装备依然没有分到一杯羹。技术实力已够，奈何没有外国客户认可。走出去的过程中，不知遭到了多少次冷嘲热讽，不知经历了多少次“光把事儿做好没有用，一定要做的比人家好，甚至好一大截，才管用”的不公。中国高铁遇到的这面无形的墙，虽然看不见，但它就在那里，而且推不倒，捅不破，却又无时不刻地被这无形的墙所束缚着，禁锢着。为什么？因为我们的对手惧怕中国高铁。最让他们恐惧的，是中国高铁促进点轴面发展的推力、改造地球的勇气、串联人类的能力、乃至重塑地球格局的潜力。

面对压力中国高铁该何去何从？好在古人的在创造汉字成语时就赋予了后人智慧——厚积薄发。积，不仅要积累勤勉肯干，思维活跃的人才队伍，稳定运营的管理经验，还有那最前沿科技，靠实力跑出来的“地表最速”。要相信，总会有喷薄而出的那么一天，毕竟高铁的国际需求是强烈的。因为，中国高铁自身就打破了以往只有发达国家才有能力和实力修建高铁的认知惯例，开创了发展中国家修建高铁助力跨越式发展的先河。

磁悬浮高铁列车的诞生标志着中国高铁人已经铸就利剑，准备破局。此刻，耳边彷佛听见中国人山雨欲来前的呐喊——“来吧，科技的战场上，咱们用技术说话！”

对手所害怕的，正是我们要做的。预祝刚降生的CR600，奋力跑吧，带着赤子的骄傲。

结尾，向所有的科技工作者致敬。你们用智慧和付出，支撑起这个民族的脊梁。

作者：万暘。波兰弗罗茨瓦夫大学国际事务研究所 博士研究生。

本文仅为个人观点，不代表单位机构

特别感谢  中国科学院南京地理与湖泊研究所 刘玮辰，中南大学 轨道交通研究所 李传鑫 技术支持        波兰驻WTO代表 马雷克.伏龙布列夫斯基（Marek Wroblewski）教授的观点支持。 

文献参考：1.高铁见闻——《高铁风云录》

2. 杨姝，曹之晨——《国内外高铁车体领域专利布局对比分析》

3.《中国铁道年鉴》

4. UIC——《HIGH SPEED RAIL HISTORY》

5. Ginés de Rus——《THE ECONOMIC EFFECTS OF HIGH SPEED RAIL INVESTMENT》

6. ADB——《Uzbekistan: Railway Rehabilitation Project and Railway Modernization Project》

7. Daniel Albalate, Germà Bel——《High-Speed Rail:

Lessons for Policy Makers from Experiences Abroad》

以及部分网络刊物和报道