又一重器！中国率先占领高铁商业运营速度的无人区

【文/观察者网专栏作者 符洁文】

近日，全球最快的高铁列车CR450动车组完成样车设计并成功下线，试验时速达到450公里，运营时速可达400公里。不过样车造出来后，未来还将密集开展一系列线路试验和考核，为这趟“最快高铁”早日投入商业运营创造条件。

更高速、更安全、更节能、更舒适、更智能的全新一代复兴号动车组列车，让中国继续领跑全球高速动车组的商业运营速度。

CR450动车组已完成样车设计并成功下线。 央视

更高速：率先占领高铁商业运营速度的无人区

此次下线的样车代号为“CR450”，相较于目前常见的“CR400”复兴号动车组列车，不管是最高试验时速还是最高运营时速都有了50公里的提高，但就是这区区50公里的速度提升，是站在全球高铁科技的巅峰摸索，毫无经验可以借鉴。

目前国外最先进的高速动车组来自四个国家：日本、德国、法国与韩国。

日本作为高铁的鼻祖，由于线路老化原因，即使是最先进的E5、E6和N700S动车组，最高运营时速只有320公里，连我国最高运营时速350公里的CR400复兴号动车组也无法赶超。

日本新干线E5系动车组

日本新干线E6系动车组

日本新干线N700S动车组列车

为了守住高铁大国的地位，日本研制出一款ALFA-X高速动车组，列车为10节编组，设计最高时速405公里，目前正在测试中，最高试验时速400公里，计划最高运营时速360公里，旨在为2030年后新干线最高运营时速提升到360公里提供技术支撑。

日本ALFA-X高速试验动车组

德国作为所谓的老牌工业强国，高铁技术也曾辉煌一时。但如今由于老旧的线路和衰退的经济，不堪重负的德铁能跑最高运营时速320公里的，依旧是采用20多年前技术的ICE 3型列车。这款车曾作为中国高铁引进时代的产物进入中国，如今已是我国比较落后的CRH3C型动车组。

德国铁路ICE3动车组

为了适应德国铁路进一步降低成本的需要，西门子公司从2013年开始，历经5年时间研制了第四代高速动车组——Velaro Novo，其研制目标为：投资成本降低20%，维护成本降低30%；运营速度300km/h时能耗比Velaro节约30%；适应速度范围250～360km/h；车内可用空间增加10%。VelaroNovo为7辆编组，最高运营时速360公里，长期公开的是1节车厢正在ICE-S试验车中进行测试，首列车原计划2023年投入使用，但由于德国铁路长期亏损导致财政紧张，该车型至今迟迟未能上线。

德国西门子Velaro NOVO动车组

现在只能使用ICE3 neo进行迫在眉睫的ICE3老车更新工作，但即使未来上线运营，以德国铁路网缺乏维护的现状，难以发挥如此先进的列车的全部性能。

德国铁路ICE3 neo动车组

再来看曾经创造出时速574.8公里的轮轨最高试验速度列车的法国，当下全国最高运营时速仅为320公里，声名在外的TGV列车制造商——阿尔斯通如今也是制造乏力。

法国2007年创造时速574.8公里的TGV列车

2018年的时候，法国为了在2024巴黎奥运会期间缓解拥堵的交通，向阿尔斯通订购了115列最新的TGV-M高速动车组，最高运营时速可达350公里，结果却因蓄电池供应商无法按期交付、时速350公里时出现车体异常抖动等原因，导致原计划2023年底交付的首列车直到去年巴黎奥运会前夕才赶鸭子上架，预计今年也只能交付5列。

法国铁路TGV-M动车组

法国2024巴黎奥运涂装的TGV-M动车组

韩国作为高铁行业又一后起之秀，自加拿大庞巴迪的轨道交通产业没落后，韩国现代Rotem高速动车组取代了其在世界上的地位。2004年通过引进法国阿尔斯通的TGV列车技术并消化吸收后，目前韩国商用最快的高速动车组是自主研制的KTX-青龙号，最高试验时速达到350公里，最高运营时速为320公里。

韩国铁路KTX-青龙号动车组

即便是韩国最先进的HEMU-430试验动车组，最高试验时速430公里，最高运营时速360公里，技术指标也才刚刚达到2010年通过庞巴迪ZEFIRO 380超高速动车组技术平台引进到我国的CRH380D型高速动车组，CRH380D型动车组最高试验时速可达420公里，最高运营时速为380公里（现最高运营时速310公里）。

韩国HEMU-430X动车组

庞巴迪ZEFIRO 380动车组

相较之下，中国自2008年京津城际开通运营起，不仅有10年时间运营着最高时速350公里的全球第一大高铁网，还能厚积薄发，继续往最高运营时速400公里冲刺，率先占领这一高铁商业运营速度的无人区。这依靠的是我国在高铁领域长期积累的运维经验。

中国高铁车次密度图

就拿高速离不开的强劲动力来说，为了可以支撑更高速度同时也要更经济，永磁牵引系统便是技术研发的必然趋势。目前所有的和谐号、复兴号动车组采用的是三项鼠笼式异步牵引电机，但为了满足CR450的顶层设计指标，结构简单、轻量化、功率密度高、能耗和噪音低的大功率永磁同步牵引电机成为首选。

而这一技术并不是一蹴而就的，早在2015年，当时中国最先进的高速动车组之一的CRH380A-2820（现在的CRH380AN-0206），就开始搭载由我国自主研制的TQ-600型永磁同步牵引电机投入试验，并于2020年开始作为我国首列“永磁高速动车组”投入商业运营，一直作为全国唯一的永磁牵引系统高速动车组配属国铁成都局成都动车段运营维护至今。

通过长期的试验和运维的经验积累，如今CR450才能放心搭载最先进的TQ-800永磁同步牵引电机，不仅提高了速度，还助力整车减重、降噪、节能，可以说光这一技术就实现了一举多得。

TQ-800永磁牵引电机

更安全：CR450的顶层指标

在大家日常驾车、骑车的感受中，如果速度越快，刹车的距离应该是越长的；一旦急刹车，极易出现打滑、翻车的情况。但是，CR450的顶层指标要求CR450从时速400公里紧急制动降到0的距离，要与从时速350公里紧急制动降到0的距离相当，这确实是为列车的安全性能加上了一道强大的保险，但技术难度也可想而知。

目前动车组列车的制动普遍采用盘型制动，类似汽车的碟刹装置，制动盘全都是采用铸钢材料，如果在时速400公里的情况下紧急制动，是非常容易出现热衰减、导致制动效果下降的情况，无法满足与时速350公里紧急制动距离一致的指标，多次进行紧急制动后更是会出现制动盘开裂的危险情况。

于是，在F1赛车及大量跑车上已普遍使用的成熟碳陶制动盘，便成为满足这一指标的不二之选。但如果仅仅是将汽车的制动盘尺寸加大安装到高铁上，这么大的需求往往会使得制造成本急剧增加，于是经过长期试验后，我国自主研制的用于高速动车组上，既满足性能指标又兼顾性价比的碳陶制动盘及多级紧急制动技术应运而生。

高速动车组碳陶制动盘

通过前期在作为CR450科技创新项目试验列车的CR400BF-J-0001上的使用，效果良好，完全可以满足此后CR450动车组的商业运营。

CR400BF-J-0001高速综合检测列车

更节能：怎么实现运行阻力降低22%

除了使用上述提到的永磁牵引系统外，CR450还通过全新的列车造型设计，从大量细节减少风阻带来的影响，实现运行阻力降低22%。

1.采用比CR400更优的头型设计。

CR450AF头型

CR450BF头型

2.采用比CR400更能减少空气阻力的转向架区域包覆结构设计。

CR450AF转向架底部包覆

3.采用比CR400更能减少空气阻力的平顺化外风挡。

CR450AF外风挡

CR450BF外风挡

4.采用比CR400更能减少空气阻力的车体断面。

5.采用比CR400更能减少空气阻力的流线型受电弓。

流线型受电弓

6.除了降低风阻外，全车大量采用了强度高、质量轻的碳纤维解钩，使得整车重量降低了10%。

更舒适

通过列车内风挡、塞拉门、车窗等部件隔音技术的优化，使得客室噪声相较于CR400降低2分贝。

商务座区域会议模式与会客模式一键切换、商务座椅增设按摩、加热、腰托等功能、小桌板上的手机支架、充电接口增加、垃圾箱板感应打开、多功能包间等功能设施越发满足乘客需求。

CR450BF动车组样车内部

更智能

首次实现动车组智能语音交互，通过语音可以调节司机室车窗遮阳帘、司机室照明灯光等。

在国际上，首次将时间敏感网络（Time Sensitive Network，TSN）用于高速动车组的控车网络。在传统以太网协议基础上，TSN对数据链路层协议群进行了大幅改进，使得具有不同时延要求的数据按时间同步感知调度的原则进行传输，极大提高了网络控制的确定性、稳定性和时效性。

铁科院CR450研发团队基于“5G+TSN”技术，搭建了新一代列车网络控制平台，实现了低时延、低抖动、高可靠性的列车网络通信。

助力CR450实现400km/h速度级下安全稳定的有人监视自动驾驶（ATO）。CR450搭载中国通号研究设计院集团自主研发的CTCS-3级列控ATP+ATO系统，是集成ATP系统与ATO系统于一体的创新产品。

2013年，中国通号设立自主化CTCS-3级列控车载设备研发重大科研项目，由研究设计院集团承担，随之组成近百名人员的创新团队，他们一路奋力拼搏，攻坚克难，完成具有世界领先水平的高速铁路列控车载设备的关键技术研究、装备研制和标准体系建设，解决了高铁列控系统的工程化、自主化、智能化和国际化系列难题，摆脱了既有系统部分核心设备长期受制于人的不利局面，保障了我国高铁健康和可持续发展，并形成多方面核心优势。

自主研发CTCS-3级ATP车载设备

早在2022年北京冬奥会期间，CR400BF-C型动车组就曾实现全球首个时速350公里的高速动车组自动驾驶功能，如今的CTCS-3级ATP+ATO车载设备采用先进的算法和智能控制技术，包括传感器可配置的多源信息融合算法、多源安全误差容限算法和自适应空转打滑补偿算法等，提高列车测速测距的准确性和可靠性，并通过与列车采用时间敏感性网络（TSN）通信，实现了对列车运行状态的精准监测和精细化控制。

CR400BF-C-5162动车组

未来已来，CR450复兴号动车组列车将会率先运用在哪些地方呢？这个问题从发布之日起，就被大家反复提及。

首先，我国最为繁忙的高铁线路——京沪高铁未来一定会上线CR450，通过线路设备的区间优化以及新车的上线，将进一步将京沪间的最短时间压缩到3.5~4小时，为两地间的通勤人员进一步节约旅途时间，相信大家一定会在车厢的显示屏上看到运营时速400公里的速度显示！

其次，预计2027年开通运营的成渝中线（成都站-重庆北站），在其联调联试期间，将会进一步冲高，届时CR450两列样车将在线路上冲击自身的极限。

2023年在福厦高铁联调联试期间，搭载CR450测试部件的两列复兴号综合检测列车于6月28日在湄洲湾跨海大桥上，冲高到单列时速453公里、相对交会时速891公里。6月29日，在海尾隧道中，冲高到单列时速420公里、相对交会时速840公里。

成渝中线高铁线路走向示意图

可以预见，福厦高铁、成渝中线等一批新建高铁确实可以达到最高时速400公里的运用条件。而京沪、京广等老一批的繁忙干线，则会通过区间改造，满足部分区段最高时速400公里的运用条件。

当然，现实运行中出于经济性价比考虑，由于时速400公里的运行已经不属于高铁经济运行的合理范围，全国能够达到时速400公里运行的区间不会太多，大部分高铁线路依旧会保持现有的速度等级。

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