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盧春房院士:高鐵能自主創新成功,其他領域也可以

根據官方權威資訊,今年 7 月 1 日前,復興號高原內電雙源動力集中動車組將開進西藏,全國 31 個省(區市)屆時將實現復興號全面覆蓋。

與此同時,在京滬、京哈、京廣、成渝等高鐵線路上,將集中投放一批覆興號智慧動車組,擴大運營體驗範圍,讓更多老百姓享受到更高品質的旅行生活。

目前,復興號已經形成涵蓋時速 160 公里至 350 公里速度等級的系列化動車組,其中,350 公里的時速是世界之最。

研發新一代更高速度、更加安全、更加環保、更加智慧的復興號動車組新產品,成為中國高鐵進一步發展的行動目標。

總體先進、部分領先,我們國家的高鐵技術已經做到了。高鐵的國際引領,要求我們能夠把握技術發展的方向和趨勢,率先研究新技術、新產品,而且率先實現應用。”中國工程院院士、中國鐵道學會理事長盧春房不久前告訴網易科技《科學大師》,在高鐵繼續自主創新方面,現在國家又佈置了很多新的研究課題。他相信,中國高鐵能夠繼續保持引領態勢,“因為我們有新型舉國體制,同時國鐵集團既有擔當精神,也有人才,也有經驗,也在不斷積累大資料,進行分析挖掘,以利於我們新的提升。”

盧春房院士是一位實打實的鐵路老兵,在鐵路系統工作 40 年以上,先後擔任原鐵道部副部長、中國鐵路總公司(現國鐵集團)副總經理等職務。尤其值得一提,盧春房還曾兼任京滬高鐵建設總指揮部指揮長(京滬高鐵是建國以來投資規模最大的建設專案),並組織了復興號動車組從無到有的自主創新研發、高鐵技術一體化自主創新,以及中國的高鐵網建設等工作。

世界首條環島高鐵:海南環島高鐵 / 圖源:網路

“中國國土面積很廣,地質和氣候條件十分複雜,我們的高鐵進行了不少獨到的新技術研發。

“像東部地區大面積軟土地面沉降技術問題,京滬高鐵解決了;東北嚴寒地區路基凍脹溶沉和冬季安全運營,哈大高鐵解決了;西北溼陷性黃土地區的地基穩定,鄭西高鐵解決了;熱帶地區高溫、潮溼、氯鹽硫酸鹽腐蝕等對鋼筋混凝土結構的威脅,海南環島高鐵解決了;

風沙和極乾旱地區的混凝土質量穩定性,蘭新高鐵解決了;岩溶地區的隧道橋樑施工難題,鄭萬高鐵解決了,同時它還實現了隧道的智慧化施工。

“橋樑跨度方面,最近投入運營的鎮江五峰山大橋,是世界第一座公鐵兩用懸索橋,主橋跨度是 1092 米。隧道長度,我們石家莊到太原之間的太行山隧道,27.8 公里,是世界最長的高鐵隧道。”

說到高鐵典型技術和工程時,盧春房如數家珍,信手拈來。據他說,上述中國高鐵的原創技術,稱得上填補空白或獨一無二。

作為高鐵發展過程的主要組織者和推動者,盧春房親歷了國家在高鐵方面的引進、消化、吸收、再自主創新的獨特技術路徑。創新攻關行動中,他也見證了舉國上下如何齊心協力,勁往一處使,把高鐵技術一點一點發展起來的諸多攻艱克難場景。在本次接受《科學大師》專訪中,盧春房向我們講述了組織中國高鐵研發的相關幕後經歷。

中國當前把注重原始創新作為科技發展的核心戰略,而高鐵自主創新的成功經驗,盧春房認為對其他產業領域甩脫被人卡脖子的處境,也不無啟示和可借鑑之處。讓我們聽聽他是怎麼說的吧。

盧春房院士在檢查工作(左一)/ 圖源:中鐵十二局第三工程公司

一,“如果我們當時把目標定低一點,中國高鐵就沒這麼先進了”

《科學大師》:復興號已經是中國高鐵的主力車型,大家出門都能搭乘。據說復興號是我們國家完全自主化的成果,怎麼理解這個完全自主化?和諧號和復興號,同樣是高鐵動車組,又有什麼樣的差異?

盧春房:自主化,是說我們國家是擁有自主智慧財產權的,復興號所有的基礎軟體和應用軟體,核心硬體全部是我們自己開發的(除了少量的通用部件如通用晶片是購買)。和諧號很多軟體都是依賴國外的,遇到一些故障,我們自己也沒辦法解決。這是和諧號和復興號兩者的巨大區別。

衡量自主化成效的一個主要標準,就是故障率。現在復興號的故障率很低,比國際上大概是低了 6 倍,0.33 和 2 的關係。

研製復興號,我們當初目標很明確,就是要對準世界最先進的高鐵動車組,而且,不管是誰製造誰設計,都要實現互聯、互通和主要部件互換。

目前來看,中國高鐵執行速度達到了世界最高的 350 公里 / 小時,安全水平和故障率水平也達到了世界最好。這是一開始就定下來的引領目標,最後也實現了。如果我們當時把目標定低一點,也能把東西研究出來,但就沒這麼先進了。

《科學大師》:作為復興號自主化研發的組織者,您在這個過程中有什麼體會,這個工程難啃麼?

盧春房:基礎軟體自主化研發還是非常難啃的,比如動車組的網路控制、牽引控制、制動控制,儘管很難,但這些核心技術是要不來的,我們又不能不去啃。

我們要求速度高,同時又要節能環保,有時候這是矛盾的,這也是比較難攻的技術。所以我們在車型設計上是反覆計算,不斷去測試,哪個地方阻力大,哪個地方阻力小,據此我們進行優化改進。

復興號是我們舉國體制創新的一個成功範例。從 2012 年開始,鐵道部佈置復興號重大課題進行關鍵技術攻關,這是多部門的聯合攻關,要是沒有體制優勢,說實在的,協調起來也是很難的。那麼多單位由我們來組織,有時候我是靠直接下命令,動用行政手段,也大量使用經濟手段,有時候也得要依靠個人魅力,或者利用專家頭腦才行。各種手段都得結合起來。

這個過程中,參與研發的企業主體應該說精神可嘉,在國家動員下,不惜重金捨得投入,心往一處想,勁往一處使,光車型研發投入一共是四五十個億,國家給了 8 億,其他都是企業自己投入,要知道,那時候都還沒有看到希望。

當時我們也和大家說清楚了,將來複興號的智慧財產權是大家共享的,而且這個車型研發成功後,會成為主力車型。這樣企業就有積極性。我說他們精神非常可嘉,是一開始他們也沒太計較這些事,當時也沒簽什麼協議,只是口頭說一說。

高鐵研發過程中,有的小課題是動員幾十個人,大的甚至要動員幾百上千個人。參研人員也很給力,夜以繼日、加班加點,冒嚴寒、戰酷暑,說起來那都是常態了。

復興號這個名字,會一直普及使用,車型研發系列化,技術也會不斷地迭代升級,不會停步。

復興號高鐵 / 圖源:網路

二,中國高鐵票價低於國際水平,還拉動了社會效益

《科學大師》:高鐵路網越來越發展,但人們也比較關注票價的問題,比如有一個說法是,有些高鐵票價貴過打折機票,對高鐵票價就有些議論。

盧春房:我們國家高鐵的票價是低的,世界銀行的報告裡就提到,像法國高鐵的票價是每人公里 0.24-0.31 元,德國是 0.34 元,日本是 0.29~0.31 元,這個元不是人民幣,是美元。中國的票價現在是多少呢?200 -250 公里每人是 0.3-0.45 元,300-350 公里是 0.45~0.5 元,最高的每人公里是 0.55 元,這跟歐洲最高的 0.34 美元比是差了好幾倍。

為什麼我們能做到低票價?我們的優勢,主要是工程造價低,運營成本也有較好的控制,比如時速 350 公里的高鐵,中國是 1.39 個億每公里;250 公里的高鐵,約是 1.14 個億每公里;200 公里的高鐵,約 1 個億每公里,這個數字與歐洲(成本造價)相比最少低 40%,這都是前幾年世界銀行的資料,現在當然又有變化了。造價低的一個重要原因就是設計和施工程式的標準化管理。

同時我們的運輸效率也是高的。拿京滬高鐵來說,2019 年是達到 2 億多人次,這是國外任何一條高鐵都比不上的,它有這些旅客量的支撐。因此,儘管票價低,我們國家有些高鐵線路還是能夠盈利。

當然,我們的高鐵票價並不是恆定的,現在是可以浮動的,淡季和旺季也不一樣,和執行速度的高低也有關。

《科學大師》:既然是有淡季和旺季,價格也可以浮動,有人又要問了,為什麼它不能夠像飛機一樣在淡季的時候也出現跳水式的甩賣價?

盧春房:首先我們要衡量出行成本。你是選擇坐飛機還是坐高鐵,實際取決於多種因素的綜合比較。比如說在時間成本上,有可能我在 1000 公里以內出行,高鐵比飛機還快。一般機場離市區距離遠,安檢程式也更復雜一些,這都要佔時間。

高鐵有個優勢,它基本上是不晚點的,我們現在正點率 98% 以上,非常高。飛機又不一樣了,有時候晚一點很正常,甚至你登機了卻不讓走,這些因素都需要考慮到出行決策中去。

還有舒適度的比較,坐高鐵舒適還是坐飛機舒適?老實講,坐飛機經濟艙比坐高鐵難受些,所以很多人希望旅行超過 5 個小時以後坐飛機,四五個小時以內就坐高鐵。舒適度是重要考量。

再次說到票價。飛機的特價票和他們的運營有關。比如有的航空公司,飛機到達目的地,還必須再飛回出發地。這就決定我有乘客也得飛回去,沒有乘客也得飛回去,這跟出租車拉活一個道理,我反正也是往回走,那少收點錢也是可以的,空車也是跑嘛。所以有時候他們會非常便宜。

高鐵不一樣,我們現在的客流量一年四季總體上還是穩定的,另外我們根據季節的不同,也在不斷調整執行圖,比如週末我們多開幾列,工作日就少開幾列,適時動態調整。

我們現在票價已經是低於國際水平,總體上高鐵現在還是不賺錢的。雖說我們不少線路是有盈利,但新建的高鐵都是賠錢的,像京滬高鐵那麼好的條件,還是投入運營三年之後才實現了盈利。很多高鐵可能沒有七、八年,十來年,是實行不了盈利的。

但高鐵不盈利,它卻帶來了社會效益,有些線路我們的地方政府願意投資建設,不光是為了運輸方面的效益,也是為了帶動沿線地區經濟社會發展的綜合效益。

圖源 / 受訪者提供

《科學大師》:這個社會效益具體來說是什麼樣的體現?

盧春房:首先能給我們廣大旅客節省時間成本,這很重要,像你們節省一個小時,能幹不少事,節省一個小時時間就意味著節省數十元甚至數百元費用。

另外是拉動一些產業的發展,帶動就業,因為高鐵涉及到上上下下各種產業,像電子、電器、機械資訊、材料製造等等,這是很大一塊效益。

再就是環保效益,傳統的汽車出行,包括飛機,都可能排放很多的二氧化碳和其他汙染物,相比來說,鐵路客運的汙染排放就要少很多。

還有安全上的效益,鐵路是很安全的交通工具。橫向來看,公路上現在一年可能要死不少人,而從 2011 年以後,據我知道的,高鐵客運就沒死過人,普速鐵路僅死過一個人。在交通運輸工具裡,按照萬人交通事故死亡率來衡量,死亡率越低,社會效益越好,鐵路的死亡率是低的,跟國外比也是這樣,對社會貢獻巨大。

三,更高速度、更加智慧,一個都不能少

《科學大師》:我們的高鐵目前是世界上跑得最快的,達到 350 公里 / 小時,從技術上來講,還能跑出更高速度嗎?能實現嗎?

盧春房:今天這個速度我們說已經是很快了,過一段人們又可能認為還不夠。全世界都是這樣,對於出行速度的追求是永恆的。

應該說,實現更高速度的技術途徑是有的。

第一是現在我們普遍在用的輪軌高鐵,還有提速空間,我們現在主要研究的是 400 公里 / 小時速度。至於它的頂棚速度能跑到多少,現在還不能下結論,還得再研究。

第二是高速磁懸浮列車,現在 600 公里時速的樣車已經出來了,後面進一步要研究如何實現工程化。

第三可能你們也聽到過的,低真空管道高速磁懸浮飛行列車,目前還是處於概念化的階段,但是也要進行研究。

《科學大師》:除了速度,我們也知道,現在是一個科技時代,高鐵的科技化、智慧化方向會是什麼樣的?

盧春房:更智慧、更智慧,是中國高鐵發展的既定方向和目標,這個智慧,包括智慧建造、智慧裝備和智慧運維。

智慧化上,我們在基礎理論研究和應用研究(包括基礎軟體、部分通用硬體)方面,還要繼續努力,因為高鐵涉及的技術非常廣泛,在材料技術、資訊科技、能源技術等方面,都是我們的重點研究方向。

單拿高鐵資訊化來說,比如 AI 技術、雲端計算、大資料、北斗、5G、區塊鏈、物聯網,這些技術在高鐵上都是要研究和應用的重點。相應的課題也都在部署中。像我們高鐵典型工程京張高鐵,就是智慧化高鐵建設的示範,比如軌枕板的製造,基本上可以無人化,列車能夠實現自動駕駛(有人監控)。

5G 技術應用在鐵路上的前景也非常廣闊,像我們的排程指揮、養護維修、列車執行控制、監控監測、工程建設,都需要 5G 來保障通訊,進行資料資訊傳輸。

比如說隧道建設,原來我們一進隧道,什麼訊號都沒有,我們的智慧化施工如果沒有 5G 通訊作為保障,裝置的資料就沒法傳出來,就成了聾子瞎子。

北斗導航,作為資訊平臺,也可以有多種應用,比如說利用北斗對一些災害進行監控監測,對列車進行定位。當然我們說北斗在高鐵上的應用,還是要和 5G 結合,既有北斗,也有遙感衛星、地面裝置,這都要結合起來才行。

我認為高鐵智慧化是一個長期發展的過程,現在我們所說的智慧化,還屬於初級階段。

京張高鐵行禮搬運機器人 / 圖源:中科之聲

京張高鐵巡檢機器人 / 圖源:中鐵電氣化局

《科學大師》:乘客服務這一塊,隨著技術的發展,會不會也相應得到優化?現在大家對高鐵硬體的先進性感知很明顯,但服務方面,似乎還沒有那麼突出的體驗。

盧春房:主要是往更人性化的智慧運營服務方向發展。比如票務系統,現在有 12306,大家買票方便了,但有時候擁堵也比較厲害。往後再發展,不光要讓乘客買票更方便,而且要有個性化的票務服務。如果你經常坐高鐵,系統對你進行大資料分析後,就能自動為你安排座位,你是喜歡靠過道還是靠窗,你是傾向一等座還是二等座,就給你直接推薦了。

還有將來的排程指揮,列車執行圖的編制,也要更智慧化。

車站,可以有智慧引導系統、智慧的溫度調節系統,使大家候車更溫馨。我們坐高鐵,現在都不需要取車票了,直接刷身份證就可以進站乘車。在車上,剛才講到的通訊服務,也還可以進一步發展。

再像感測技術,不光是車廂裡的溫度、溼度可以自行調節,今後對無人駕駛列車的準確定位,以及對一些災害的感知,都應該發展起來。比如鐵道前面突然冒出一個鐵棒子或者其他障礙物,列車要能夠及時感知到。

將來乘客還可以有更智慧的行程規劃,公路、鐵路、民航一卡通,這些都要發展,進入比較全面的智慧化階段,這是必然的趨勢。

《科學大師》:前面講到高鐵是綠色的交通工具,也很經濟,在這方面還有沒有進一步的發展空間?

盧春房:肯定的。其中,在綠色方面,當今世界,環境汙染、全球性資源短缺狀況愈加突出,綠色高鐵能有效解決經濟發展與生態文明建設之間的矛盾,推動交通綠色發展,為實現交通強國提供有力支撐,包括建設、運營降低能耗,運營振動、噪音降低,降低汙染物和二氧化碳排放,節約用地用材用水,沿線綠化。

我舉個例子,高鐵的節地,現在應該說做得比較好,但是還能進一步發展,我們高鐵一般都是走橋樑,後面能不能建雙層橋?像立交橋那樣,甚至在公路上建鐵路橋,或者都走地下,既發展了高鐵,又少佔耕地,這都是措施。

在經濟方面,高速鐵路高昂的成本對任何國家及鐵路運營企業來說,都是不可忽視的問題之一,必須加大高速鐵路經濟性相關技術的研究力度,為推動高速鐵路持續健康發展,建成安全、便捷、高效、綠色、經濟的現代化綜合交通體系提供有力支撐,包括建設成本降低、運營成本節約。

四,任何時候都不能關起門來搞科研創新

《科學大師》:高鐵的自主創新,對別的產業領域或部門的自主創新,有可複製、可借鑑的經驗麼?

盧春房:高鐵自主創新的基本經驗,有一定的廣泛適用性,我們國家有些製造行業,也應該像高鐵這樣,集中力量辦大事,團結一心,才能搞好。

我們高鐵在對外引進技術的時候,是在國務院支援下,由鐵道部組織相關企業形成統一對外的模式,不讓國外的企業給我們各個擊破。最開始就約定好,我們的企業要經得起誘惑,不管誰找我們這些廠家來公關,開出任何優厚的條件,你們都不要答應,就由牽頭單位負責出面談判。這就是集中力量,攥成一個拳頭。同時,自主研發也是統一組織的。

有些行業的自主創新,也應該這樣,由國家牽頭,或者由企業發起聯盟,讓龍頭企業牽頭,統一組織,或引進、消化、吸收、再創新,或完全自主創新,一條心來搞創新研發。人心齊,有組織,講打法,這就好辦。

世界首座高速鐵路懸索橋 —— 鎮江五峰山長江大橋 / 圖源:沙鋼集團

《科學大師》:我們國家在十四五規劃中提到要加強新型舉國體制,您理解為什麼必須提倡新型舉國體制,它有哪些特點?

盧春房:所謂舉國創新體制,就是由國家安排重大科研課題,以行政手段調集全國的人力、物力等資源,形成快速實施的科研實驗、快速出成果的機制。這一機制的基本內容仍要堅持,但是在新形勢下應有新的發展,也就是實行新型舉國創新體制。

我理解,新型舉國體制在三個方面體現“新”。

一、適應新形勢。首先是世界正經歷百年未有之大變局,大國博弈激烈,國際經濟、科技、文化、安全、政治等格局都在發生深刻調整,世界秩序加快從舊秩序向新秩序切換,世界業已進入動盪變革期,新冠肺炎疫情加劇了世界格局的變化。其次,中國特色社會主義建設進入新時代,既有集中力量辦大事的優勢,又有市場機制,市場是配置資源的決定因素。再次,中國科技創新近年取得巨大進步,但核心技術受制於人的狀況沒有根本改變。

二,瞄準新目標。首先是國家的發展,包括兩個一百年目標。其次是國家安全,包括國家戰略安全和人民生命財產安全。再次是人類命運共同體建設,中國負有巨大責任。還有,攻克卡脖子技術,攻克前沿技術,基礎研究獲得突破。

三,謀劃新舉措。首先,集中力量辦大事與市場配置資源結合,對關鍵領域加大投入。其次,培育戰略科技力量。再次,目標與效益結合,注重政產學研用協同攻關和成果及時轉化。其四,以重大工程和重大專案為依託,主要由行業龍頭單位或企業擔當組織角色。其五,國際合作。

國家在高鐵裝備發展上的策略就是引進先進技術、聯合設計生產、打造中國品牌,由鐵道部牽頭,集中全國力量進行科技攻關。我們的目標就是要實現世界一流。找到我們當時在高鐵技術方面跟世界先進國家的差距,比如列車控制系統、動車組技術、牽引供電技術、軌道技術方面,找出短板,著力攻關。這就是目標引領,問題導向。目標明確了,問題找準了,我們攻關的方向就非常清晰了。

這個過程中,我們要充分利用世界技術、文明發展的成果,不能封閉起來搞創新。客觀來看,當時我們動車組和其他的一些關鍵裝置研發,採取引進、消化、吸收、再創新策略,使我們的工藝水平、設計水平、製造水平都上了一個臺階,但是核心技術是買不來的,所以自主創新始終是堅持的一個方向。比如我們原來基礎比較好的橋樑隧道、我們的線路,就要走原始創新的道路。

圖源 / 受訪者提供

《科學大師》:這幾年中國面對的環境比較複雜,對繼續走自主創新道路,您有什麼看法?

盧春房:全球正在經歷百年未有之大變局,要看到,中國在核心技術方面受制於人的局面,從根本上沒有改變,西方國家在科技方面對我們的競爭優勢,目前依然是存在的。這一點我們始終要清醒。解決卡脖子技術難題,要在基礎理論和基礎技術的研究方面下功夫,同時,既要把我們的短板補齊,也要把我們的長板做得更長。

我認為集中力量辦大事,讓舉國體制與市場機制緊密結合,讓更多的資源投入到科技創新當中去,這個做法在今天仍然是不過時的。

尤其是,在國家的戰略科技力量上,一定要讓龍頭企業積極發揮作用。我們目前的國家戰略科技力量主要是以國家實驗室為引領的,以大學或科研機構為主,龍頭企業作用還沒有得到很好的發揮,像國鐵集團,或者像華為這樣的龍頭企業,在技術研發上,他們的擔當精神非常好,投入也非常大,而且研發基礎也非常好。科研機構和這些龍頭企業要很好結合起來。

國際國內的科研力量也要結合起來,任何時候都不能關起門來搞科研,要堅持開放。雖然美國總想圍堵我們,但是堵不住的,世界很大。