卢春房院士：产学研融合,研制复兴号高速列车

文章刊登于《中国科技产业》杂志

202503期“院士专论

习近平总书记强调：“扎实推动科技创新和产业创新深度融合，助力发展新质生产力。”科技与产业融合，主要手段就是产学研融合。融合的关键是强化企业科技创新主体地位，特别是头部企业的主体地位。企业一头连着需求，一头连着供给，一手掌握自身资源，一手可协同相关单位资源，既有为中国式现代化贡献力量的义务和责任，又有企业生存发展的压力和动力，创新是必然的选择。因此，企业具有推动创新的天然动力。推动企业主导的产学研融通创新，能够更加精准识别技术创新中的需求，针对需要解决的问题集中各方力量展开攻关，打通科技供给与产业需求之间的通道。“复兴号”高速动车组研制是以企业为主体，产学研融合创新的一个成功范例。

一、我国高速动车组的发展需求

我国高速铁路技术的研究始于20世纪九十年代初、九十年代末，开始建设我国第一条客运专线——秦沈客运专线，并自主研发了“中华之星”等动车组，为中国高速铁路发展打下坚实基础。2004年4月，国务院会议明确了铁路动车组项目的总体要求是“引进先进技术，联合设计生产，打造中国品牌”。这是针对当时我国动车组技术还相对落后，而高铁急需发展的实际制定的，指导性、可操作性都很强。从此，铁路系统先后引进了加拿大庞巴迪、日本川崎、法国阿尔斯通、德国西门子的动车设计制造技术，分别在国内四个工厂生产动车。之后，通过消化吸收再创新，设计制造了系列化的动车组产品，形成了4种技术平台、15个品种（含CRH1、CRH2、CRH3、CRH5、CRH380）的和谐号动车生产能力。其中，CRH380动车2009年下线，在京沪高铁先建段进行试验，跑出了时速486.1km的世界运营线路试验最高速度，使国人倍感欣慰。中国高铁在市场换技术方面做的是成功的，但消化吸收再创新不可能一蹴而就，而关键核心技术是买不来的。到2012年时，仍有部分动车核心技术没有完全掌握，不能完全摆脱对别人的依赖，动车运营中出现或存在的问题也不能完全自主解决。京沪高铁初期运营使用的部分动车出现过常用制动故障，需外方人员诊断和处置；四种技术平台的动车组不能实现互联互通，使配件备用量多，维修、救援难度大；因动车组故障造成的列车晚点问题时有发生。这些，使铁路技术和管理人员如鲠在喉，难以释怀。

动车组存在的诸多问题除与我们没有掌握核心技术有关外，还与引进技术不能完全适应我国的自然环境和运营环境有关。欧日国家高铁未成网，动车一次运行里程短，气候变化小，动车运行环境相对稳定。我国情况与他们不同。根据2008年国务院发布的《中长期铁路网规划》，我国要建设四纵四横高铁网，高铁将覆盖全国大部分地区。高铁网建设对动车提出了需求：长途跨线运行，其一次运行距离将超过2500公里；动车一次运行可能穿越寒冷、中温带、暖温带、亚热带等温度带，一天之内动车可能要经历40℃温差变化；动车一次运行可能穿越雾霾区、大风区、海风腐蚀区，还可能经历一会儿大雪、一会儿晴天、一会儿大雨的天气。这些，不仅对动车的密闭性提出较高要求，还对机电设备、零配件，自动感知、自动控制系统提出了新的要求。中国运行的动车组应适应这些需求。需求就是努力的方向，因此，必须按需求研制我国自己的动车组。

二、产学研融合创新

2012年，铁路系统在国家发改委的支持下，开始启动复兴号动车组的研究工作。2013年，由中国铁路总公司（现国铁集团）牵头，联合中国南车、中国北车等企业、西南交通大学等大学、中科院等研究机构共几十家单位，开展有计划、有步骤的联合攻关，其目标是：研发具有我国自主知识产权的动车组，主要实现技术领先、具有自主知识产权、动车组旅客界面和运用维护界面标准化、不同平台动车组可实现互联互通、在一些基础理论方面实现突破。为此，其一，铁路总公司设立动车组关键技术研究的重大课题，如转向架、牵引控制、制动控制、网络控制、变流器、逆变器、空气动力学等，分别由铁科院、中科院、南北车等组织研究。其二，建立强有力的组织机构，推进创新工作，铁路总公司牵头成立领导小组，制定推进计划，明确责任分工，定期协调，不时检查，有奖有罚。其三，研发的基本思路是：以我国运输需求为导向，以科研试验为基础，软件和核心硬件全部自主研发、自主设计、自主制造、自主验证；据此制订了时速350公里、四动四拖等主要技术条件，明确了车轮踏面、制动力、牵引加速度等主要技术方案。其四，精心设计制造，动车组具体设计制造分别由南车集团的四方厂和北车集团的长客厂实施，采用VR技术培训职工，采用智能化技术设计制造，一丝不苟，精益求精，确保质量。其五，设置试验验证平台和现场试验线，动车制造完成后，按规定需进行型式试验和60万公里的考核试验，以验证其功能，改进其性能，确保投入运营后的安全。于是，两个制造（主机）厂完善了整车、转向架等试验平台，铁科院安排了环形试验线的各种型式试验，铁路总公司提前安排了现场试验。现场试验线既要满足牵引、制动、速度等试验条件，又不能影响运营和建设，还不能增加较多的投入。为此，通过慎重考虑，选择了大西高铁太原-原平段作为试验线。此段线路比大西高铁大同至太原区段早一年多开工建设，试验完成后，恰好与其他区段一起开通。此段线路设计时速250公里，全长70多公里，用于动车试验进行了部分改造，使运行速度达到385公里/小时。为了动车组后一步的技术发展，又在郑州-徐州高铁开通前，安排了更高速度的试验，即时速420公里的交会试验。

“复兴号”动车组从研制到投入运营，环环相扣，步步紧跟，仅用了5年时间，实现了自主化、简统化和互联互通的目标，取得六项主要创新成果。

1.建立全链条设计制造体系。构建数据驱动的高速列车谱系化设计制造一体化平台，研制广域条件下复兴号高速列车系列产品，研制周期大幅缩短；攻克自主化难题，实现全链条产业自主可控；建立“技术+产业”双元驱动产业模式，打造安全可控、富有韧性的高铁产业链。

2.突破高速列车高性能动力与控制技术。攻克动力分散型牵引系统及高品质控制技术，突破网络协同控制、综合诊断及重联技术，创新适用于全天候应用的高可靠、大热容量制动系统。

3.创新环境友好绿色节能技术。创新车-线-隧耦合整车气动减阻节能设计理论与技术，创新降噪结构靶向设计技术和振动模态匹配方法，攻克了350km/h持续高速运行下大断面车体的低阻低噪高舒适世界难题。

4.提升系统安全技术。提升广域条件下高速列车系统安全技术，提出高速列车本构安全系统设计方法，研发多源异构自感知、自诊断、自决策的车载安全监控系统，构建高速列车全场景试验验证体系。

5.建立运维保障体系。构建高速列车集群全生命周期保障体系，建立全生命周期性能演变机理-数据模型，突破高速列车失效模式分析及预防、故障实时处置技术，创新故障预警、导向安全决策及部件精准维修的高速列车智能运维技术。

6.创立简统化技术体系。对车体、转向架、制动、网络控制、高压、辅助电气等11大系统96项零部件开展了统型工作，实现了简统化：旅客界面统型，统一定员及车内平面布置；操作界面统型，统一司机操作台及操作界面；零部件统型，对运用维修中易损易耗的零部件进行统型，实现统型互换。

习总书记指出，“复兴号”高速列车迈出了从追赶到领跑的关键一步。

三、科技经济融合发展

科技创新要推动经济社会发展，就必须与经济相融合，注重投入产出效益。创新与经济的脱节往往是科研与应用没有有机结合造成的。而产学研融合创新可有效解决脱节问题。“复兴号”动车组研制之初，就明确了用途：如果研制成功，高铁将大量使用，谁投入谁受益，为“复兴号”服务于运输和经济发展奠定了基础。

研发试验投入是多元的。除发改委积极支持“复兴号”投入8亿元资金外，其余均有企业和研究机构投入，如，中国铁路总公司投入20.3亿元，南车、北车投入10亿元，铁科院投入2.2亿元，其他单位也有投入，共计投入45亿元左右。2017年，“复兴号”研制成功并投入运营，有力带动了相关行业的发展，产生巨大的经济效益。

1.促进动车组制造产业链快速发展。到2023年底，复兴号投入运用1194标准组，整车销售收入2038.7亿元。中车集团（南车、北车合并而成）的投入得到丰厚的回报。不仅如此，“复兴号”动车组的全部技术，如制动控制、转向架技术，可以移至城市轨道动车组和出口动车组上，促进了这部分动车的销售。动车制造的产业链长，受益企业多，如四方厂为主机厂，其总部所在地青岛市城阳区动车组生产已有一百多个配套工厂，包括材料、机电、电子产品和零配件加工，他们为动车组供应配套产品带动了自身效益的提升和当地的就业，而且，由于“复兴号”动车加工制造、材料性能要求高，因而促使配套厂不断增强管理水平和技术水平，也就使其竞争力不断提升。

2.促进高铁运输快速发展。到2023年年底，复兴号运送旅客22亿人次、安全运行23.4亿公里，运营客票收入4078.8亿元。复兴号开行范围覆盖30个省级行政区，“复兴号奔驰在祖国广袤的大地上”，并已在“一带一路”沿线国家的相关高铁工程中推广应用。“复兴号”全寿命周期成本较低，使用国产软硬件相对便宜，因此，每列标准动车组造价比以往国产的和谐号成本降低1500万元左右，使国铁集团动车采购成本下降约179.0亿元。“复兴号”实现简统化后，维修备品大大减少，使流动资金占用和保管费降低。“复兴号”设计制造质量高，相同里程运营故障率比“和谐号”明显降低，并且维修周期延长，到2023年年底，共节省运维成本102.7亿元。京沪线“复兴号”动车以时速350公里运行，比“和谐号”时速300公里运行的周转时间节省1/7左右，从而节省了部分动车组的投入。旅行时间缩短、故障率低（正点率提高）意味着服务品质提高，品质提高后诱发了客流量增加。

3.产生品牌效益。复兴号动车组获得2023年国家科技进步特等奖，是民用产品唯一一个特等奖。特等奖的获得，使所有参加研究、试验、设计、制造的企业、大学、研究机构都获得了极大的荣誉，形成了无形资产，对各个单位今后的发展具有极具价值的品牌效益，影响将是长远的，受益将是巨大的。

以上是“复兴号”对企业经济发展的作用，就对国家经济社会发展的作用而言，主要体现在两个方面：1.促进高铁沿线经济发展。“复兴号”运行品质高，使乘坐高铁旅游的人数增加，异地交流的人数增加，对国内大循环起到了推动作用。“复兴号”运行速度快，节省旅行时间，也就为社会增加了时间价值。“复兴号”已发送22亿人次，按每人平均乘坐距离为400Km,比“和谐号”节省时间13分钟，以京沪高铁沿线的山东省时间价值40元/人·小时计算，节约时间效益为190.67亿元。2.增加生态效益。“复兴号”运营后高铁吸引的客流增加，那么飞机、汽车的客运份额相对下降。就人均百公里耗能而言，高铁、汽车、民航的比例为1:2.6:7.2，排放的二氧化碳的比例为1:1.3:3.4。由此可以看出，高铁客运占比越大，生态效益越高。不仅如此，高铁的安全状况较好，去年发送32亿多人次，没有发生一起旅客死亡事故，而公路事故亡人数量大。如果今后乘坐高铁的人数大幅增加，那么，全国交通死亡人数就会减少，人民的生命安全就更有保障。

“复兴号”动车的创新紧贴经济需求，产学研协同创新成果落地快、收益丰，形成新质生产力。这一条路走对了，今后仍将坚持下去。“复兴号”奔驰在祖国广袤的大地上，为国家带来荣耀，为人民带来幸福。