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贾利民:守望高铁上的中国
——记北京交通大学教授贾利民

作者:□ 方 方 王 军  来源:科学中国人  发布时间:2019-01-23

导读:  “人类把最大的距离抛在后面,从而以最小的距离把一切都带到自己面前。”对高铁人来讲,他们就是用速度不断刷新着“最小的距离”,推动着“牛背上的中国”向“高铁上的中国”过渡。当越来越多的国家被中国高铁圈粉,“中国速度”的缔造者们却没有放下初心,依然在为这张国家名片做着更多的加分项。

  ——记北京交通大学教授贾利民


  □ 方 方  王 军
  

 

  
  2008年8月1日,我国自主建设的第一条最高时速350公里的高速铁路——京津城际开通运营,中国正式跨入高铁时代。
  这10年,中国高铁版图一再扩容,东部地区高铁网络日趋完善,中西部地区高铁线路也渐成规模。从兰新高铁跨越塞北风光,到沪昆高铁蜿蜒岭南山川,从哈大高铁驰骋东北雪原,到宁杭高铁穿梭江南水乡——“四纵四横”高铁网络已经基本建成,“八纵八横”正在井然有序地建设,串珠成线、连线成网,到目前,中国高铁运营里程超过2.5万公里,占全球高铁运营总里程的三分之二。根据国家《中长期铁路网规划》,到2020年,高速铁路3万公里,覆盖80%以上的大城市。这一阶段性目标,显然有望提前达成。
  这10年,中国逐渐成长为当今世界高速铁路发展的领跑者和技术集大成者。“一带一路”国际合作高峰论坛期间,当北京外国语大学丝绸之路研究院提出“你最想把中国的什么带回祖国”时,来自“一带一路”地区20个国家的青年们将“高铁”奉为榜首。
  “坐上高铁,你能真切地感受到‘中国速度’。”当越来越多的国家被中国高铁圈粉,“中国速度”的缔造者们却没有放下初心,依然在为这张国家名片做着更多的加分项。
  作为总体专家组组长,北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室首席教授、轨道交通安全协同创新中心首席科学家贾利民参与规划和组织实施了自“十一五”以来几乎所有的高速铁路相关的国家科技计划重大项目,与中国高铁科技创新团队一起成功研制了我国时速350公里的CRH380系列高速列车和时速400公里高速列车系统装备等,使我国高速列车技术跻身世界前列。
  守望高铁上的中国,贾利民始终清醒自持,对自己所走的每一步都了然于心。“以物联网技术、云计算技术以及机器学习技术为代表的智能技术,不仅能够大幅度地提高高速铁路的安全保障水平,也能够大幅度地提高运营和运维效率。而采用绿色化技术,我们用新的材料、新的结构使得在高速运行下的空气阻力能够大幅度地减少,而减少阻力意味着减少能耗。智能和绿色两个方面的技术既代表了整个高速铁路未来的发展方向,也是过去几年我们取得比较大进展的领域。”贾利民说。
  

速度角力


  “人类以最小的距离把一切都带到自己面前”
  中国高铁究竟有多快?从北京到上海,1318公里,目前最快的列车甚至用不了四个半小时就能抵达。同样的四个半小时,德国高铁行驶距离是859公里,日本新干线也只能走990公里。
  作为目前世界上设计建设标准最高的高速铁路,2017年9月,京沪高铁迎来了7对首先恢复运营时速350公里的“复兴号”列车,北京到上海被拉近了一个多小时的车程。2018年8月,京津城际铁路开始实施新的列车运行图,350公里时速的“复兴号”奔驰在京津城际铁路上,北京南站到天津站列车平均运行时间由35分钟压缩至30分钟。
  “准确说,这次是恢复到350公里时速,是重新达速,而不是提速。”贾利民强调。京沪高铁于2011年正式开通,一直以时速300公里运行,但其最初的设计时速就是350公里。以“复兴号”为例,时速从300公里恢复到350公里达速运行,能耗大概会增加20%~30%,磨损率也会出现一定幅度的增长,从而造成运营成本的增加。“经济账”是2011年高铁降速的一个重要原因,贾利民表示,这早在甬温线特别重大铁路交通事故之前就已经被着重提出了。但这笔账究竟要怎么算?中国独特的经济和地理格局,决定了生产过程与市场消费需要铁路这种高速度、长距离、大运量的交通运输来实现。而高铁的时空压缩效应、同城效应、地区平衡效应、产业带动效应和经济版图重构效应,极大地改变了人才、资金、技术等各种资源的流转模式和时空范围,提升了中国经济的质量和效率,对于加快沿线产业转移、资源互通以及城市群集聚,都会产生极其重要的促进作用。十九大报告指出,中国特色社会主义进入新时代,我国社会主要矛盾已经转化为人民日益增长的美好生活需要和不平衡、不充分的发展之间的矛盾。在贾利民看来,高铁就是拉平地区间发展不平衡的重要工具,高铁达速运行能够增强区域经济融合,推动更多“1小时经济圈”“3小时经济圈”的形成,使全国经济一体化程度和区域间协同水平进一步提高。
  话虽如此,达速到底靠不靠谱?京沪高铁其实已经凭实力给了回答。从2011年开通到2017年恢复达速之前,京沪高铁就已经积累了系统、完整的安全运营管理经验。2017年7月,“复兴号”动车组在京沪高铁开展了时速350公里实车、实重和实速检验检测、可行性研究和运营安全评估,评审结果显示,京沪高铁完全满足按设计速度350公里每小时的运营要求。“我们有开展350公里时速运营的技术,置之不用反而造成了基础设施能力的极大浪费。从中国高铁‘出海’角度来说,也会使其他国家对我们的高铁技术产生质疑。”贾利民说。
  在国家“十二五”科技成就展上,贾利民向习近平总书记汇报了高铁科技创新成就,也将这些考量因素和盘托出。“掌握核心关键技术,我们没有盲点;参与国际竞争,我们有胜算;支撑国家战略,我们有把握;引领创新发展,我们有信心!”在习近平总书记面前,他坚定地说出这4句话,也说出了中国高铁人的自信和担当。
  “人类把最大的距离抛在后面,从而以最小的距离把一切都带到自己面前。”对高铁人来讲,他们就是用速度不断刷新着“最小的距离”,推动着“牛背上的中国”向“高铁上的中国”过渡。
  贾利民当然也经历过漫长的“绿皮车”年代。他最早对“速度”有概念,就源自少年时代。贾利民出生在新疆建设兵团十师驻地。20世纪70年代,他随同父母探亲,从驻地坐半天汽车到阿勒泰,再坐三天两夜的汽车从阿勒泰到乌鲁木齐,乘火车由乌鲁木齐到郑州需要70多个小时。这还不是终点,他们的目的地之一山西,从郑州过去要坐6个多小时的火车;如果要去长沙,距离郑州还有十几个小时的火车车程。1980年,17岁的贾利民考上了上海铁道学院(现同济大学),从乌鲁木齐到上海,则要经历82个小时的颠簸。
  车马不便的年代里,少年贾利民晃悠在蜗速般火车上逐渐起了一个念头:火车能不能跑得快一些、再快一些?时光倏忽,到今天,中国高铁已经走上了全面恢复时速350公里运营的道路,中国成为世界上高铁商业运营速度最高的国家。少年梦,中国梦——年少时心底燃起的一点火苗逐渐蔓延,与时代合拍,但这位在中国高铁重新达速的艰难过程中发挥着举足轻重作用的高铁人已经在忙于新的工作,无暇感慨了。
  

持续创新


  “确保中国高铁是我们自己的高铁”
  高速铁路于1964年自日本发端,首开时速为210公里/小时,此后40年,西方国家的高铁运营时速一直在250公里上下徘徊。但在2008年之前,中国甚至都没有真正意义上的商业运营高速铁路。而1998年,全国铁路平均时速只有57公里。
  “就像风一样快,新干线推着我们跑,我们现在很需要跑。”1978年10月26日,时任国务院副总理邓小平访日期间乘坐新干线“光—81”超特快列车时说道。中国“很需要跑”,但原铁道部向国务院报送《关于“八五”期间开展高速铁路技术攻关的报告》时已经到了1990年。好事多磨,中国高铁的前奏部分的确有点漫长,但不论是摸索筹备,还是在争鸣中前进,中国高铁发展历程中对自主创新的持续追求一直都没有变过。
  1993年,“四委一部”组织100多位专家开展京沪高速铁路的前期研究,我国高铁事业逐渐拉开帷幕,走上了初级阶段。贾利民介绍,初级阶段一直延续到2004年,主要是学习和尝试,也研发了一些中国自己的单项技术。贾利民的高铁事业也是从这时开始的。1991年年底,中国第一条准高速铁路——广深准高速线获批开工建设。贾利民在第二年就参与到这个项目中,从事列车智能控制工作,这也是他在博士期间就研读的专业。“我真正意义上开始做高铁研究是在1995年。”他所指的是“高速铁路安全保障技术体系研究”,当时,他已经从铁道科学研究院博士毕业,并留在通信信号研究所任职近4年了。
  “业内的一致看法是,高铁建设肯定会从引进起步,不管是全系统引进、局部引进,还是关键技术引进,我们都不能两眼一抹黑。所以前期研究更侧重于去弄懂‘高铁到底是什么’‘高铁要保障安全需要哪些技术’‘我们应该发展哪些技术’等。”准备好了涉足高铁,贾利民也想回答好这些问题。此后近10年,他在铁道科学研究院的岗位从智能系统技术中心主任、通信信号研究所副所长、电子计算技术研究所所长到运输及经济研究所所长,跨越了数个方向。早在20世纪90年代中期,贾利民就在接触铁路智能系统技术了,并被公认为我国“铁路智能自动化与智能控制”学科领域的创立者之一,也是铁路智能运输系统技术研究的最早开拓者之一。他在国内外最早提出智能控制中知识表达的普适性问题,将模糊逻辑、进化机制和神经网络进行有机结合,首创了模糊进化神经网络理论和自动设计方法。他领导并参与研制成功时速200公里的动力集中式/动力分散式动车组车载ATP系统,填补了我国空白。他还作为负责人之一,领导和组织了“铁路客票发售和预定系统TRS”4.0版的成功开发和全路推广工作等。“我出身于信号专业,但从1995年之后,信号就只是我关注的细分领域之一了。”他认为,拓宽路径,对高铁所涉及的技术进行全系统掌握,具备对各个相关专业方向的判断能力、问题辨识能力以及指出技术路线的能力,是他身为高铁人的职责所系。
  “这是一个渐进积累的过程”,贾利民这么描述自己知识体系的形成。就在他渐入佳境之际,中国高铁事业也迎来了新的起点。“2004年—2008年是我国高铁的‘引进—消化—吸收’阶段,以引进先发国家先进高铁技术为主,开始了高速铁路建设。2008年—2012年是自主创新阶段,这期间诞生了中国第一代完全自主、达到世界先进水平且大规模服役的高速列车‘和谐号CRH380系列’。2012年之后是持续创新阶段,在‘和谐号CRH380系列’平台技术的基础上,继续优化和拓展新方向。”
  200公里—350公里—380公里,短短几年,中国高铁就完成了研发时速的三级跳,成为世界高铁技术的领跑者。但2008年启动《中国高速列车自主创新联合行动计划》的时候,贾利民和他的同伴们面对的质疑声并不小。从无到有发展高铁技术,很多人认为当时的中国不足以快速完成这件大事。结果,依靠《联合行动计划》,他们构架出一套具有中国特色的高速铁路列车技术、装备和创新能力体系,挥别了“引进—消化—吸收”发展高铁技术的旧模式,引领中国高铁真正走向了自主创新的新时代。
  自此,从国家高速列车科技发展“十二五”重点专项专家组组长,到“十三五”国家科技发展规划交通领域专家组副组长、“十三五”国家重点研发计划“先进轨道交通重点专项”总体专家组组长贾利民的名字也与中国高铁事业更加紧密地连接在一起。“从‘十二五’到‘十三五’,我们都系统、全面地安排了战略性、前瞻性和普适性的科技创新任务,目标只有一个:让我们的高铁技术持续领先,支撑国家内外战略的实施。”贾利民说。
  

一带一路


  “中国高铁是一张靓丽的国家名片”
  “中国高铁体系化程度特别高。它在融合了欧洲、日本和北美高铁技术之后,取众家之长形成了我们自己的高铁体系。除了基础材料、芯片和软件等基础共性技术依然严重受制于人外,与高铁直接相关的行业技术体系,我们中国是最完整的。”
  贾利民有自豪的底气。中国幅员辽阔,在这片土地上,有雄伟的高原、起伏的山岭,有广袤的平原、低缓的丘陵,也有四周群山环抱、中间地平的大小盆地,囊括了陆地的5种基本地形类型。自西向东,横跨东五区、东六区、东七区、东八区和东九区5个地理时区。从南到北,纵贯赤道带、热带、亚热带暖温带、中温带和寒温带6个温度带,还要加上一个特殊的青藏高原高寒区。复杂的地理环境,对中国高铁提出了极高的要求。“中国有全世界最典型的多种多样的自然地理环境和最丰富的运营需求,我们的高铁都得适应”,贾利民补充道,“而别的任何一个国家的高铁技术都不曾遇到过这样丰富的运营场景”。
  与日本、欧洲各国相对单纯的运营环境相比,中国高铁不得不面对更为复杂的局面。这是挑战,也是机遇。显然,中国高铁把握住了。从CRH380系列高速列车下线投入运营起,中国就已经踏入了世界高速铁路先进水平国家的门槛。除成本优势之外,中国高铁还拥有最完备的技术体系和制造能力体系,拥有大规模建设和运营经验。英国BBC在一篇题为《中国新工业革命》的文章中将中国高铁建设看作是中国开展新工业革命的标志,称之为“高铁革命”。
  “从2006年到2018年年底,我们的高铁运营里程就已经将近3万公里,比《中长期铁路网规划》中设定的2020年年底明显提前了。如此大规模的高铁建设,在这么宽广的国土面积上为十几亿人口提供运营服务,这在人类历史上是没有见过的。”在贾利民看来,国际上能够发出“高铁革命”的赞叹,是对我国面向高铁的科技创新能力的肯定。中国高铁技术体系的形成,打破了全球轨道交通技术固有格局,带来了全球铁路行业内大变革。“能够为一个国家带来重大变化,使人民生活发生巨大改变,对全球技术和产业格局产生深远影响,只有中国高铁。”
  作为全球新晋网红,中国高铁已经成为一张“国家名片”。印尼雅万高铁是中国高铁第一次全系统、全要素、全产业链走出国门、走向世界。雅万高铁项目全长142公里,最高设计时速350公里,采用安全可靠、技术先进、运营成熟的中国铁路技术标准。雅万高铁建成通车后,雅加达至万隆的旅行时间将由现在的3个多小时缩短至40分钟。到2018年6月,雅万高铁项目实施的工作机制已基本到位,项目许可、融资等关键条件逐步落实,征地拆迁取得突破性进展,22处控制性工程取得新突破,雅万高铁项目检核进入全面实施推进新阶段。
  “走出去和创新是两个不同的事情。高铁走出去,既是贸易行为,也是国家行为。走出去的是我们成型的技术和产品,属于面向国外的推广应用。”贾利民说。
  雅万高铁只是中国高铁“出海”第一单。自“一带一路”倡议提出以来,我国就极为重视与“一带一路”沿线国家和地区开展基础设施互联互通,使他们也能共享中国高速发展所带来的红利。2017年,中泰铁路合作项目敲定。这是泰国第一条标准轨高速铁路,将从我国云南昆明出发,途径老挝,抵达泰国曼谷。“这个项目最大的投资方是泰国正大集团”,贾利民特意指出这一点。与雅万高铁不同,中泰高铁项目更多是出于市场行为,泰国正大集团推动中国和日本联合打造泰国“东部经济走廊”。泰方希望中泰高铁按照欧洲标准建设,贾利民也应邀为该项目做技术顾问,针对标准采用、技术体系、系统配置等问题提出建议。
  “中国高铁是个混血儿,有欧洲、日本的基因,更有中国的基因。这样一来,中国高铁的适配性就很强。”贾利民认为,这种极强的适配性也是中国高铁注定能适应全球需求的重要原因。
  国际铁路协会在1937年制定1435毫米为标准轨。如今,西欧和中国都在采用标准轨,泰国、越南等东南亚地区使用米轨,包括苏联地区在内的整个东欧采用1520毫米宽轨......轨距这么多,跨国铁路难免就会遇到互联互通问题。2016年10月,国家重点研发计划先进轨道交通重点专项重点任务之一“时速400公里及以上高速客运装备关键技术”启动,贾利民任专家组组长。该项目的一个重要目标就是,要完成运营时速400公里跨国联运高速列车和变轨距转向架研制。作为项目责任专家,贾利民要与项目团队一起确认项目的技术方案、技术路径、研究任务、实施方案等。“我们的转向架适应范围是600~1676毫米的轨距。研制成功之后,将来列车跨过国境的时候就不用再换转向架或者换车体了。”换句话说,该项目的雄心在于要让我们的高铁不仅适合中国的设施标准、技术环境和运营环境,还能适应“一带一路”沿线国家和地区的标准、条件和环境。中国高铁正在成为一条联通世界的纽带,为加速“构建人类命运共同体”进程而努力。
  

未来交通


  “交通的定义将变成‘位移+’”
  到2035年,中国实现里程500公里以内通勤化交通,里程1500公里以内同城化交通,里程2500公里走廊化交通。到时候,交通将再不仅仅是一个以位移为使命的工具,而会变成人们社会活动的移动平台——移动办公室、移动家居、移动社交场所、移动购物场所,在信息技术高速发达的时代,交通的定义将变成“位移+”,列车将成为每一位乘客与自己的定制化社会联系的端口平台。
  这是贾利民所预见的2035年。作为总体专家组组长,他将这一预想写进了《交通运输科技创新中长期发展纲要(2021—2035年)·铁路篇》。而要实现这一预想,发展高速磁浮技术也成为一种必然。
  高速磁浮是另一种导向运输交通技术,既可用于长途运输,也可用于快捷通勤,尤其适用于经济规模大、同步性高、一体化强的通勤化交通,经济规模大、互补性强、协调性需求高的大型城市间的同城化交通和经济规模差异大、发展均衡性需求大的东西部中心城市间的走廊化交通。
  早在2002年,上海就启用了高速磁悬浮交通路线,设计最高运行速度为每小时430公里,是世界上速度最快的商业运营列车线路。这条线路采用的是德国常导磁悬浮技术。但在全球范围内,时速600公里的高速常导磁浮系统及工程化应用尚属空白。为丰富我国轨道交通体系结构,完善我国高速运输网络,实现我国轨道交通技术持续领跑,“十三五”期间,国家重点研发计划先进轨道交通重点专项启动了“磁浮交通系统关键技术”项目。其中,包括600公里时速的高速磁浮交通系统与200公里时速的中速磁浮交通系统研发。
  “中国高铁是照着洋人的猫画了一只中国的虎”,尽管中国高铁承载着“运营时速最高”“运营里程最长”等诸多世界之最,贾利民还是很有危机感。用他的话说,如果我们不持续创新,说不定若干年后还得走一遍“引进—消化—吸收—再创新”的老路。居安思危,他希望中国高铁能够保持冷静,靠自主创新寻求更多的出路。
  2016年11月,“基于空天车地信息协同的轨道交通运营与安全综合保障技术”项目启动会在北京航空航天大学召开。这是“十三五”国家重点研发计划“先进轨道交通”重点专项中公开择优启动的重点任务。贾利民在“十二五”末期就提出过相关概念和技术架构。这一次,他也是该项目的指导专家。“过去的系统都是采用大量轨旁设备,在这项研究中,我们会采用天基平台、空基平台,包括临空平台、无人机平台、地面传感平台等,完成安全检测,同时实现大范围的列车控制和调度。”贾利民补充道:“轨旁系统是在地上,而这项工作取得突破之后,就能够将一切控制功能和决策功能都放到车上,实现车辆间的动态调整。从技术体制上来讲,这是一个革命性的变化,希望能够在2021年有所突破。”
  他知道难度很大。但与高铁一路同行,迎难而上早就成了他的常态。1991年博士毕业后,贾利民在铁道科学研究院的职业生涯就是从单兵作战开始的。等到2004年进入北京交通大学,他又经历了一次白手起家——当初身边只有一个硕士毕业生,如今团队已经有近20位教师和七八十个学生。不仅是团队,这一路上,他放倒了无数“拦路虎”,才有了今天的底蕴。如今的贾利民,是国务院政府特殊津贴专家、“百千万人才工程”首批国家级人选,曾获茅以升铁道科技奖,当选全国优秀科技工作者、2014年度十大科技创新人物、2017北京榜样年榜人物。今年又获颁科学中国人2017年度人物杰出贡献奖。
  “从记事起,我还是非常看重荣誉的,觉得荣誉是对我所做工作的肯定。但进入2000年以来,倒是越来越看淡了。我的意见能够得到高铁领域专家们的尊重,我的理念和想法最终能变成使大家把创新工作做好的技术路径和方案,尤其关键想法能够被接受同时能被证明走得通,有大批高端人才和成果涌现出来,对我来说,这些就是最高荣誉了。”
  贾利民信仰林则徐的名言:“苟利国家生死以,岂因祸福避趋之”。他希望能够在关系国计民生的事业上发挥更多积极的作用,同时也培养出更多的人才,为我国高铁事业人才储备添砖加瓦。事实上,这些年来,贾利民培养硕士、博士及博士后150余人。到2017年年底,他的学生中已经有近20位教授,副教授就更多了。“研究要对你所关心的领域有价值”“结合应用做有用的基础研究”,学生们对他的要求都熟谙于心。而轮到他自己,同样的要求会更加严格地被他执行下去。
  “有价值”“有用”,说得如此现实,贾利民内心还是藏着浪漫的理想主义。“假如要去的地方需要历经多种环境才能到达,也没有关系。在陆地上,你乘坐的车可以在轨道上行驶,到了山区就在公路上跑起来,跨江跨河的时候就可以变成船,而跨海跨洋的时候甚至可以直接飞行。”这幅“科幻”场景被他唤为“多栖化导向运输系统”。“能不能实现现在还不好说,但这是我们期望在2050年看到的交通场景。”
  
   
  
  
专家简介:
  
  贾利民,北京交通大学教授,轨道交通控制与安全国家重点实验室首席教授、轨道交通安全协同创新中心首席科学家。国务院政府特殊津贴和茅以升铁道科技奖获得者、全国优秀科技工作者、“百千万人才工程”首批国家级人选。获国家七部委联合授予的“2014年度十大科技创新人物”称号。当选2017年北京榜样年榜人物。
  曾担任《中国高速列车自主创新联合行动计划》总体专家组副组长、国家《高速列车科技发展“十二五”重点专项》专家组组长;是国家《“十三五”交通领域科技创新专项规划》专家组组长、“十三五”国家重点研发计划《先进轨道交通重点专项》总体专家组组长和《交通运输科技创新中长期发展纲要(2021—2035年)·铁路篇》编制总体专家组组长。兼任国家铁路局专家委员会副主任、国家战略性新兴产业专家咨询委员会顾问专家、中国电工技术学会轨道交通电气技术专委会主任和中国智能交通协会轨道智能运输系统专委会主任。
  长期从事高速铁路、铁路智能自动化和安全测控工程等领域科教工作。参与组织实施了“中国高速列车关键技术研究及装备研制”“智能高速列车系统关键技术研究及样车研制”“城市轨道列车在途监测与安全预警关键技术”“新一代城轨列车系统关键技术与装备研制”等多项国家科技计划重大项目;共主持和参与完成国家、省部级科研项目70余项;获国际发明金奖4次、银奖2次;获国家和省部级科技成果奖20次;在国内外分别出版中/英文学术专著19/3部,出版教材5部、Springer LNEE丛书6部/卷,发表或与学生合作SCI、EI检索论文400余篇;获国内外授权发明专利60余项;主编国家行业标准1部;共培养硕士、博士及博士后150余人次。

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