每當高鐵列車從眼前飛馳而過，會讓人想到高鐵是怎麼設計出來的？以中國中車四方股份公司研製的CRH380A動車組為例，小編帶您揭開高鐵列車的設計之路。

按技術來解剖，高鐵列車可以分解為幾個部分：頭型、轉向架、車體、牽引控制系統等。這些部分分別來設計，最後總體合成為一列車。
在四方的設計中心，部門的組織結構也是以此為礎，車體的主管要對車體的技術來負責，轉向架工程師會多年和那些車輪較勁。
2007年，時速300公里的CRH2C到來後，四方的人們自信地知道，經過對CRH2C兩個階段不同車型的研製，大量數據的掌握和經驗的積累後，一列更高時速的列車其實已經在四方的技術平臺上存在。四方要做的，就是將它真實地呈現出來。
雕刻“中國面孔”
關於車頭造型的報道一直充滿著許多媒介的報道空間。頭型即是高鐵列車的車頭造型，為什麼它這麼重要？是為了追求造型出色還是有其他更重要的原因？
回想一下大風中行走的體驗，會明白頭型不是為了好看，而是為了列車運行得更好，這個好裡包括了速度和舒適度。
高速運行的物體在運動中最大的“敵人”，不是它自己的重量，而是空氣。
空氣對高鐵列車的殺傷力除表現為空氣阻力外，還有氣動噪聲、隧道微氣壓波、列車表面壓力波。空氣阻力是空氣對高鐵列車發力的主要方式，當列車的速度提高3倍時，空氣阻力會是原來的9倍。
再具體一點說，當高鐵列車速度超過300公里/小時，80％的阻力來自空氣阻力。事實上，在高速狀態下，高速動車組的動力輸出幾乎都消耗於和空氣的對抗上了。
已經研究積累起來的，不僅僅是經驗，還有自信和底氣，但是它的誕生依然經歷千錘百煉。

2008年，CRH380A的研製便已開始，列車頭型設計進入日程。
頭型是看得見的“中國面孔”，而看不見的，是技術突破。也就是說，好看是應該的，而技術性是必須優先的，頭型優秀的空氣動力性和安全性是必須絕對保證的。
設計時速達380公里，相當於飛機低速巡航的速度。而與飛機相比，CRH380A頭型還要面臨地面氣流的擾動、兩車交匯時車體的激盪以及車體通過隧道時氣流的變化，也就是說這是個在地面飛行的機艙，它所面對的環境比天空更為複雜，因此高鐵列車的外形設計極富挑戰性。

技術積累在此時發揮作用，按照時速380公里的參數基礎，滿足中國線路條件和設計要素，形成初步的設計概念，與速度相關的事物都成為新頭型的靈感：飛馳的駿馬，奔騰的河流，呼嘯的火箭… …四方最初設計了20個概念頭型。
在綜合分析技術性、文化性和工程可實施性後，選擇了10種頭型進入候選，進行了初步仿真分析、計算、驗證。又從10個仿真模型中選出5個，均被製作成1:8的模型，分別進行多種角度、風速的風洞氣動力學實驗和不同風速、編組的風洞噪聲試驗，並進行精細化計算驗證和模型實物驗證。再從中選出2個做成1:1的實物，開始工藝驗證。
參與設計的中科院力學所使用了2836個核的計算機機群，1個院士、8個博士生導師、25個博士和四方的設計師一起，共進行了超過300個工況的空氣動力學仿真分析。
頭型設計獲得了頭型氣動性能海量的數據，打印成A4紙會有一米多高。設計人員對所有這些試驗數據進行整理分析，最後選定1個投入生產——“中國面孔”到來，即以火箭為創意的頭型。
CRH380A的頭型有著中國式的溫潤和洗煉，當它在中國大地上疾馳時，會讓人想到楷書這樣典型的中國風物。


對CRH380A頭型，四方技術人員的總結語言卻是：氣動阻力減少6％，氣動噪聲下降7％，列車尾車升力接近於0，隧道交會壓力波降低20%，交會壓力波降低18%。
這些數據在這個星球上，可以驕傲地排在同類數據的前面。在頭型這裡，漂亮是算不得什麼的，科技才是硬道理。
鍛造“鋼骨豪情”
雕刻“中國面孔”，只是研製的一部分，車體要有“鋼骨豪情” ——車體要具有強度，還要有密封性，即保證車體的“氣密承載能力”，技術關鍵是車體使用材料的設計。
氣密強度與速度是冪次方的關係，這注定CRH380A的車體材料不可能從CRH2A的車體材料改進而來。四方的開發者通過試驗測出數據，並根據這些數據進行設計，然後對試驗車體進行氣密疲勞度考驗，即何時會斷裂。然後是各種改進，在不斷地持續地進行。

四方聯合院校和生產企業共同設計，動車組輕量化大斷面型材在短時間內全面實現了國產化，替代了進口，一年就可節約資金數以億元為單位。
在四方的車體制造分廠，進門處同時擺放著CRH2A和CRH380A的車體材料截面，清楚地顯示著兩種車體材料結構完全不同。CRH380A新車體重量僅增4%，氣密強度卻提高50%。
高鐵列車有“大腦 ”和“心臟”——網絡控制系統和牽引系統。
“大腦”是實現全列車的制動控制，還承擔全列車的自檢及故障診斷決策職能。CRH380A提供的牽引系統軸功率已經超過400kW，而CRH2A的功率不到300kW。牽引系統主要參數的變化，意味著主要部件全部重新設計，包括變壓器、牽引變流器、電機。

轉向架是高鐵列車的“神足”。
速度的提高，需要設計師對構架的承載能力、車輛運行的安全舒適性、懸掛系統的防震減噪、輪軌和制動裝置的關係重新找出解決方案，而且要解決相關裝置和系統之間如何匹配的問題。
CHR380A的轉向架在試驗檯上跑出的最高時速超過550公里——這是為什麼四方能夠在CRH380A之後，迅速開發出來時速500公里高速試驗動車組的原因之一。
對於交通產品來說，設計完成後，樣車造出來了，線路實際運行考驗是另一份開始。因為在實際運用中，什麼狀況都可能出現，任何部位都可以發生問題。越是豪車實際運營考驗越嚴格，在高鐵列車這裡也是一樣。

“超級一等生”
2010年的深冬，我們在四方廠區拍攝。一天一列渾身粘滿黃泥的動車組忽然出現在停車線，同行人驚呼：“這是一號車！”
編號CRH380A-6001的動車組，是第一列350公里時速的動車組，此刻它正完成一次長長的運行試驗返回家中，車內的座位上放著著一袋袋大米來模擬乘坐的旅客。在上線迎接旅客之前，它要日夜奔波跑完30萬公里，解決完實際運行中發現的所有問題。即使眼前這個長大之物渾身髒兮兮，人們的眼裡仍是熱望。只稍稍有一些行業和速度的概念，內心都是抵擋不住的喜愛。
到現在，CRH380A累計運行里程3.45億公里，單列車最高運行里程也接近308萬公里，沒有發生過安全事故，每百萬公里的故障率不到0.5件。在世界上範圍內，它都是“超級一等生”。

中國高鐵，它的經歷和現實已讓它擁有一份比他人巨大、智慧和強韌的格局和氣場。而中國高鐵列車，從技術路線圖到具體車型設計所顯示出的真實技術力量，已讓中國在世界高鐵列車領域有了足夠的發言權。
——選編自《四方——沉靜的工程師》，趙妮娜著。
趙妮娜，人民鐵道報社副總編輯，國內知名鐵路作家。自2003年開始出版圖書，至今已在多家出版社出版圖書15本，多以火車概念為主。曾出版《記憶火車》、《火車印象》、《車廠魅影》、《印象高鐵》等9本火車著作，在行業內擁有很高的知名度
