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中国高铁

中国高铁

  • 中文名称:中国高铁
  • 诞生日期:
  • 外文名称:China High-speed Railway
  • 发明人:

高铁技术,全称高速铁路技术,是指高速铁路系统有关的所有科学技术,包括铁路建设技术、火车制造技术、信息采集技术、调度控制技术以及运营管理技术和维修养护技术等。高铁技术如同航空技术一样,是个十分庞大复杂的工程体系,不可就单方面一概而论。世界公认的高铁技术强国分别是中国、日本、德国和法国。美国和加拿大等国家具备研发和追赶高铁技术的基础实力。中国高速铁路(China High-speed Railway),简称中国高铁,是指中国境内建成使用的高速铁路,为当代中国重要的一类交通基础设施 。中国高速铁路有两种定义:根据《高速铁路设计规范》(TB1...显示全部

高铁技术,全称高速铁路技术,是指高速铁路系统有关的所有科学技术,包括铁路建设技术、火车制造技术、信息采集技术、调度控制技术以及运营管理技术和维修养护技术等。高铁技术如同航空技术一样,是个十分庞大复杂的工程体系,不可就单方面一概而论。世界公认的高铁技术强国分别是中国、日本、德国和法国。美国和加拿大等国家具备研发和追赶高铁技术的基础实力。中国高速铁路(China High-speed Railway),简称中国高铁,是指中国境内建成使用的高速铁路,为当代中国重要的一类交通基础设施 。中国高速铁路有两种定义:根据《高速铁路设计规范》(TB10621-2014):中国高速铁路是设计速度每小时250千米(含预留)以上、列车初期运营速度每小时200千米以上的客运专线铁路。根据《中长期铁路网规划(2016年调整)》:中国高速铁路网由所有设计速度每小时250千米以上新线和部分经改造后设计速度达标每小时200千米以上的既有线铁路共同组成。截至2018年底,中国高速铁路营业总里程2.9万千米以上,占世界高铁总里程三分之二以上 ;至2019年底,中国高速铁路营业总里程将达到3.5万千米,居世界第一。  收起

 

发展历程:

1. 科学发现历程

以铁路综合数字移动通信系统(GSM-R)理论,高速道岔设计理论的科学发现历程为例,说明我国高速铁路的科学发现历程。两项高速铁路关键理论基础的发现者均来源于铁路高校,依托平台为国家轨道交通相关实验室。从最早的90年代初期,理论基础的发展伴随着我国高铁发展的步伐,不断取得突破性进展。理论基础的突破离不开实践积累的数据、经验的支撑。理论的突破又反作用带动我国高铁整体技术水平的提高。

1995年,GSM-R技术被欧洲铁路列为下一代无线通信基础,随后,北京交通大学钟章队教授团队开始发展使用我国的铁路通信系统,经过十几年的研究累计,结合中国自己的路网建设要求,提出了更加适应中国铁路综合数字移动通信系统理论,使我国一跃成为该领域理论研究的国际领先者。

为保证我国客运专线的建设成功,及在第六次大提速中能在有条件地段实现250 km/h的运营速度,2005年铁道部组织产、学、研、用等单位联合对我国高速铁路道岔进行攻关,在总结既有线不同时期有砟道岔设计、制造、试验及运营实践经验和借鉴国外现代高速道岔的部分先进技术的基础上,通过自主创新研究,于2006年研制出了250 km/h客运专线有砟和无砟道岔。2007年,在充分吸收250 km/h客运专线道岔成功经验的基础上,又相继研发了我国350 km/h系列高速铁路道岔,使我国道岔设计理论和制造水平大幅度提高,达到世界先进水平。

2. 技术突破历程

高铁技术细分九大技术领域,举其中的核心技术部件转向架为例,其技术突破历程依据产品性能在中国经历了以下的产品更新换代历程。

早在上世纪五十年代,我国即开发出202 型转向架,该转向架结构特点为无均衡梁、无导框的 H 型构架式两系悬挂结构,设计时速120公里。到七十年代,则发展出206 型转向架,其结构特点为U 型铸钢构架、干摩擦导柱式轴箱定位、小摇动台式摇枕弹簧悬挂、双片吊环式单节长摇枕吊杆 、构架外侧悬挂、两系圆弹簧悬挂、摇枕弹簧带油压减振器 、吊挂式闸瓦踏面基础制动,设计时速依然为120公里,但在设计寿命、可靠性方面有了一定程度的提高。到九十年代,设计出SW—160型转向架,该转向架的结构特点为构架侧梁由206KP型转向架两单片钢板压型焊接改为4块钢板拼焊而成,扩大了中部U形空间,并局部改进了构架端部轴箱弹簧座结构,不仅使空气弹簧有更大的安装空间和更合理的设计参数,而且增加了构架端部的强度,同时还对横向减振器安装位置作了改进,同时降低了减振器的阻尼值。这一时期设计时速到达160公里。2004年,在对国外技术引进的基础上,四方厂(引进庞巴迪公司技术)设计出了AM96型转向架,该转向架为无摇枕结构;采用模块化设计理念,构架可适应加装磁轨制动装置,适应200km/h运行要求的轴盘式3个盘的盘形制动改为2个盘的盘形制动;采用转臂式轴箱定位装置;二系悬挂设计为空气弹簧+橡胶堆并设有垂向、横向、抗蛇行油压减振器及抗侧滚扭杆装置;牵引装置由车体中心销、均衡杠杆、纵向拉杆等组成;除盘形基础制动装置外,还设有手制动装置,该手制动装置能够满足33‰坡道上满员车辆的防溜要求。目前,我国已经掌握时速350公里转向架的生产技术,在国际上,处于领先地位。

3. 产业生命历程

中国高铁以动车组产业生命为标志,自2004年至2017年,产业生命历经三个阶段,从初期阶段到成长阶段到成熟阶段。从初期阶段以引进技术国产化时速250公里动车组(2004-2007)为标志性事件,成长阶段以国产化时速350公里动车组(2008-2014)为标志性事件,成熟阶段以自主化生产全面优化的中国标准动车组“复兴号”(2015-2017)为标志性事件。中国高铁核心产品技术更新提升历经三个阶段,实现了速度的提升,性能的全面优化。

中国在研究了各国高铁技术并和三大主流高铁系统制造商交流合作的基础上,于2007 年2月1日开始在广深线投入试运行。首发车型为CRH1。CRH1 型动车组的原型车是瑞典国铁设计的ReginaC2008 型电力动车组,采用交流传动及动力分布式设计,庞巴迪-四方-鲍尔(BSP)生产,设计最大运营速度为250 公里/小时。CRH2 型是以日本新干线的E2 系为基础,是台湾高铁700T 型之后,第二款自日本出口的新干线列车。2004 年10 月,“日本企业联合体”与中国铁道部签订出口铁路车辆、转让技术合同,总价值93 亿元人民币。根据合同,60 列当中有3列在日本完成,并完整地运往中国;剩余多组将通过技术转移,由南车集团在国内生产。 CRH2A 基本上与日本的原型车E2 系相同,并使用与E2 系相同的牵引电动机,在中国进行了本土化改进,包括使用德国技术改造受电弓,以适应高变化的沿线接触网,以及在驾拖车顶部安装多种信号天线等。这是中国第一代高铁动车组。

CRH3 列车的原型为德国铁路的ICE3 列车。中国北车以6.69 亿欧元的总价引进西门子公司技术,在国内生产实现国产化。CRH3C 型电力动车组依然采用动力分布式,最高运营速度达350km/h。CRH3 动车组是在ICE 3/ VelaroE 成功开发的基础上,适应中国的客运需求进行适应性优化设计而来的,它继承了ICE3/ VelaroE 高速电动车组的高新技术,并根据技术的发展趋势进行了改进。CRH5 的车体以芬兰铁路的SM3 动车组为原型,动力设计上以法国阿尔斯通的Pendolino 宽体摆式列车为基础。根据合同,阿尔斯通将7 项高速列车的关键技术转移给中国,用于生产CRH5,并有3 组列车会在阿尔斯通位于意大利的工厂组装,并完整付运予中国;另有6组以散件形式付运,由中方负责组装;其余51 组透过法国的技术转移,由长春轨道客车在国内生产。同时,CRH5 是动车组系列中唯一对原型车的进行了大幅度的改动的车型。在耐寒性方面,CRH5 比CRH1 及CRH2 优胜,其承受温度范围可达±40℃,大多数被安排于中国东北地区运用,如哈大高铁,CRH5A 动车组于2007 年4月18 日起,正式运行于京哈线上。以上是中国第二代高铁动车组。

CRH380A 型电力动车组,或称CRH2-380 型,在CRH2C(CRH2-300)型电力动车组基础上自主研发的CRH 系列高速动车组,也是“中国高速列车自主创新联合行动计划”的重点项目,最高营运速度380公里/小时。持续运营时速350 公里。380 系列是中国高铁引进、吸收、再创新的杰作,在该类型的列车上,中国在流线型头型、气密强度与气密性、振动模态、转向架、减振降噪、牵引系统、弓网受流、制动系统、旅客界面、智能化等十大关键技术上取得了重要突破,实现了对其它国家高铁技术的超越。2017年最新下线运营的中国保准动车组“复兴号”即该车型的运营动车组。这是中国最新一代高铁动车组,也是第三代高铁动车组。

 

知识图谱:

1. 科学图谱

支撑高铁发展的科学基础很多,高速铁路核心科学基础涉及工程制造理论、控制理论、可靠性理论等,其中有代表性的核心关键科学理论如高速列车耦合大系统动力学理论、铁路综合数字移动通信系统(GSM-R)理论,高速道岔设计理论。

由西南交通大学提出的高速列车系统耦合理论在很大程度上提升了我国高铁发展的理论基础。在高铁轮轨耦合、弓网耦合和流固耦合三大系统耦合问题中,耦合大系统动力学理论的研究与熟化,直接为打造中国标准动车组打下了基础。

由北京交通大学团队发展和提升的铁路综合数字移动通信系统(GSM-R)理论,引领提升了中国在数字通信系统的理论水平,使中国数字通信理论达到适应中国高速列车路网控制的水平。该理论经过十几年的研究积累,使我国达到国际理论领先水平,在该理论的指导下,中国企业掌握了复杂与高速条件下机车信号成套技术,研制了我国一套适用重载、提速和高速铁路的机车信号成套技术,该成果有力地支撑了我国时速300公里以上高速铁路列控技术的发展。

由西南交通大学研究团队提出的高速道岔设计理论,对我国高铁行车平稳性和安全性有着十分重要的基础性作用。在该理论的基础下,建设单位解决了高速道岔低动力、高可靠、少维修的技术难题,完成了具有自主知识产权的有砟、无砟轨道道岔研制,并在我国主要的高铁干线上加以运用。

2. 技术图谱

基于高铁技术领域相关研究文献、报告及书籍进行调研分析的基础上,结合已有相关分类体系而建立的高铁关键技术分类体系共包括车体、工务工程、牵引供电、网络控制系统、转向架、制动系统、安全防灾、客运服务系统和辅助部件9部分。

如表1所示中国高铁系统历经十多年的发展,在很多领域已经实现完全的赶超,达到世界先进水平。

表1 中国高铁相关技术发展水平

技术领域

核心技术

掌握水平

赶超方式

车体技术

结构强度、模态匹配、减震降噪、减少阻力

减震和降噪和减少阻力方面做到国际领先

自主研发、工程实践

工务工程

轨道结构、路基、桥梁、隧道、房建工程

全面领先

无砟轨道引进德国技术后消化吸收自主创新全面;领先,路基、桥梁、隧道、房建工程通过长期实践和大规模应用全面领先

牵引供电

电力、接触网、变电、供电、远动

接触网部分国产化,供电、变电已全面掌握

未能实现从德国转让先进技术,属于追赶水平

网络控制系统

列车超速防护系统、列控系统、定位系统

全面领先

自主研发C3系统

转向架

一二系悬挂、抗蛇形振动、驱动装置

全面掌握先进技术

外方技术转让和自主研发

制动系统

轻量化、大容量变压器、大功率变流器、IGBT模块、轻量化牵引电机、传动装置、刹车片

IGBT模块、大功率变流器、大容量变压器全面领先,刹车片部分国产化

IGBT模块由株洲厂自主研发,大功率变流器与大容量变压器为自主研发与实践

安全防灾

稳定性、可靠性、意外控制

全面领先

自主研发与实践

客运服务

票务系统、站场系统、站车信息服务、引导服务和车内服务

先进行列

自主研发

辅助部件

润滑、印刷电路、电气元件、外壳材料

先进行列

引进与自主研发


3. 产业图谱

中国铁路产业按功能可以分为五大块,分别是运营、装备制造、通信信号、工程建设和科研院所。铁路总公司总体以铁路客货运输服务为主业,且负责拟订铁路投资建设计划,是国内铁路市场最大的需求方,行业内拥有极高的话语权;中国中车则负责铁路装备制造,随着南北车合并为中车,国内机车供应市场基本形成一家独大的局面;在铁路工程建设方面,中国铁路工程总公司和中国铁道建筑总公司是国内两家主要的企业,二者之间也属于行业内的垄断寡头;在铁路通信信号领域,中国铁路通信信号股份有限公司则是国内最大的企业,也基本把持着行业的主要业务。此外,还包括高校、科研机构等研发单位。

在行业龙头下,还涉及众多高铁产业链的配套企业,从工程基建系统,机械车辆制造环节,高铁配件,铁路通信和监控系统,铁路运营和物流环节,还有众多的子系统,每个子系统又包含多个分系统,构成一个密不可分、相互衔接的有机整体。据统计,共有 36 所高校和科研机构、46 个国家重点实验室和研究中心、3 大机车车辆主机厂和 7家核心配套企业、几十家勘察设计和监理单位、上百家建筑施工和设备安装企业、上千家设备物资供应单位,参与到高铁技术开发和工程建设中,形成了庞大的上中下游产业链。

 

演化分析:

1. 演化形态分析

从全球铁路专利的整体分布状况入手,通过整理与统计全球铁路专利数量,从总体发展趋势、主要国家专利申请趋势、技术领域分布以及研发机构分布等方面对铁路专利的全球总体状况进行分析。本部分以德温特专利数据库(Derwent Innovation Index, DII)为数据源,检索专利的时间范围截止至2016年3月。数据下载时间为2016年3月,经数据清洗,检索得到72241件与铁路相关的专利搜索结果,其中35751个专利族。

专利总量总体发展趋势

通过图1可以清楚地看出全球铁路专利的发展阶段。由于专利申请到专利公开有一定的延迟,所以近年的数据有部分延迟。

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图1 全球铁路技术专利数量的申请年份分布

自1965年至2016年,50多年来高铁技术领域的专利申请数量整体呈现增长态势,其发展历程大体划分为三个阶段。

20世纪60年代至70年代中期,是世界高铁和重载铁路快速发展初期,每年全球铁路专利的申请量不足百件。从1975年开始,铁路专利数量逐渐增加,随后稳步增长。

20世纪80年代初至21世纪初,是世界高铁发展的建设火热时期,专利数量较上一阶段有明显增加,1980年申请数量为百件,2004年申请数量则达到了821件之多。如80年代,日本建成并开通东海道、山阳、东北和上越新干线。1983年法国建成了东南TGV线,1989年和1990年又建成巴黎至勒芒、巴黎至图尔的大西洋线,1993年法国的第三条高铁TGV北线(北欧线)开通运营。1991年德国建成通车曼海姆至斯图加特线, 1992年建成汉诺威至维尔茨堡线。可见,这段时期发达国家开始大规模修建和发展铁路,在技术运用大范围扩大的情况下,知识产权成果也井喷增长。

2005年至今铁路技术又迎来了建设高潮,形成了世界交通运输业的一场革命性的转型升级。从2005年开始,全球铁路专利每年的申请量均在千件以上,特别是在亚洲(韩国、中国)、北美、澳洲等国家和地区范围内。

主要国家专利申请趋势

一般情况下,专利权人会首选其所在国申请专利,然后再利用优先权申请国外专利。因此,从专利申请人优先权所属国的数量分布上能更好地了解各个国家在该领域的技术实力。在DII数据库中检索铁路技术领域专利,然后按专利申请人优先权国家进行分类,得到铁路技术领域内各个国家的专利数量占比,其中中国占据最多,日本紧随其后,德国、美国、韩国和法国分列36位。这几个国家的铁路专利数量共占全球总量的90%以上,是铁路技术领域的主要竞争者,如图2所示。

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图2 全球铁路专利申请人国别分布

进一步分析主要竞争国家的发展历程,以2007年为分界,整理以上6国专利的年度申请数,2007年前后的专利数据分别绘制如图3所示。

根据图3可知,德国、美国、日本和法国都是铁路领域活动早期的主要活跃者,每年保持着稳定的增长速度;韩国和中国直至80年代中期才有专利出现,是铁路技术领域的后来者,但研发势头迅猛,实力不容小觑。中国虽然较晚涉及该领域,但从2006年开始,专利以指数级的速度增长。

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图3 主要竞争国家专利申请数量年度分布

2. 演化机理分析

科学演进机理

支撑高铁发展的科学基础演进遵循着科学与技术协同作用的机理。即科学突破带动技术发展,技术实践催化科学理论突破。

同时,高铁作为一项技术集成度高的复杂技术系统,需要巨量的涉及不同领域的科学技术突破为基础,每一项相关技术的新突破,都为高铁系统迈向更高水平奠定基础,而在技术集成过程中,如果有瓶颈技术的阻碍,往往会导致整体系统的停滞不前,这也是以高铁为代表的大工程颠覆性创新的普遍特点。

技术演进机理

中国高铁走的是原始创新+引进消化吸收再创高新+集成创新+创新引领的道路。其中引进消化吸收再创新在整个高铁技术系统技术演进中扮演着很重要的地位。我国高铁引进是主要包括西门子、庞巴迪、阿尔斯通、川崎重工四家海外企业的技术,各家企业的技术原理有差异,所运用的技术市场也有差异,而我国幅员辽阔,完全照搬国外技术在国内是行不通的。同时,在技术引进和转让谈判过程中,外方并非将所有技术一五一十地完全交给我们,其中有些技术并没有实现技术转让或者引进。之所以我国高铁颠覆性创新取得如此进展,更多地是得意于在引进过程中,自主创新能力的提升,对引进技术和转让的关键技术通过本土化研究和实践,成功地掌握关键技术。还有技术在引进外方以后,在我国的应用场景下需要改进提升。这一切,都是我国高铁技术演进过程中十分显著的特点。此外,集成创新在其中也扮演了很重要的角色,如此复杂的技术系统,要在短时间内由不同的实施主体分别掌握,再组成安全、高效、可靠的高速铁路系统,不同实施主体之间的分工合作,在以原铁道部为主导下,产生了很好的化学反应,技术成果性能完全达到了预期的目标,这也是我国高铁取得成功的原因。

产业演进机理

我国高铁产业演进可划分为四个阶段,历经准备期、改革与技术引进期、调整期与全面领先期。

第一阶段——准备期:1978年10月22日,邓小平乘坐“光-81号”新干线列车从日本东京去京都,时速210公里的新干线列车给中国铁路人极大的震撼,自那时起,中国铁路人建设自己的高铁开始萌芽。从1990年正式完成《京沪高铁线路方案构想报告》并提交全国人民代表大会到2004年《中长期铁路网规划》获批,中国高铁建设进入了一段漫长的激烈的争论期。围绕高铁建设与否、如何建设分为四大派别,分别是建设派、缓建派、轮轨派、磁浮派。顾名思义,建设派的主张是建设京沪高铁是当前就需要开展实质性建设的,越快越好。缓建派的主张是建设高铁是需要的,但是根据当前的国力和客观条件,还不成熟,目前建设的紧迫性不足,建设可以放在未来。轮轨派与磁浮派的争论焦点则是针对高铁采用的建设方式的争论。最终的论战结果是缓建派战胜了建设派,京沪高铁的建设日程被推到了21世纪。但建设派在此期间并没有闲着,他们默默做了两件后来影响中国高铁发展的大事。第一件事是推动既有铁路线路大提速,为未来高铁运营积累技术及经验,第二件事是将京沪高铁建设列入铁路“九五”规划,踏踏实实地开展可行性研究,为将来的高铁发展打好基础。轮轨派战胜了磁浮派,现今中国高铁大规模采用轮轨技术。主要原因有两个,第一,上海磁浮项目的持续亏损和核心技术牢牢被外方掌控让磁浮派失去了根基,第二,磁浮项目与已有线路兼容性差这一致命缺陷无法规避。虽然大论战中建设派没有占得先机,但是在大论战中,各方之间的大讨论深刻的影响了中国高铁的发展,也为后来的高铁发展积累了经验,奠定了基础。特别在这段时间里,铁路的几次大提速,使得中国从普速铁路进入高铁时代的衔接更加顺畅,其存在是必不可少的阶段。

第二阶段——改革与技术引进期:该阶段从2004年国务院通过《中长期铁路网规划》至2011年温州动车事故为止。国务院通过的国家《中长期铁路网规划》,从2004到2020年,中国将修建1.3万公里的高铁,形成四纵四横的高铁网络,中国高铁开始进入实质性的跨越式发展阶段。在政府主导下和国内广阔的市场需求下,中国发展高铁具备一定的必要条件,但是高铁工作能够顺利展开,还需要诸多方面工作的努力。当初铁道部决定引用国外技术的时候,遭到了很大的质疑。但是,从日本的经验来看,日本在1950年-1981年之间,共引进了国外技术3.8万余件,引进费用也高达133亿美元。但这些成果是国外花费更多资源才产出的成果。因此,铁道部排除众难,坚定地走引进消化吸收再创新的道路。技术可以引进,但是能力引进不来。中国高铁引进消化吸收再创新的道路绝不是简单的技术引进,更多的是能力的提升,一系列改革正是在全方位提升能力的背景下展开的。铁路改革,首先做的就是体制机制改革,其中,主辅分离、撤销铁路分局、开放铁路市场和融资创新是其中最具有代表性的举措。

第三阶段——调整期:2011年2月12日,原铁道部党组书记、部长刘志军涉嫌严重违纪,接受组织调查。此后,经北京市第二中级人民法院判决:对刘志军因受贿6460万余元以受贿罪判处死刑,缓期两年执行,剥夺政治权利终身,并处没收个人全部财产;以滥用职权罪判处有期徒刑十年;数罪并罚,决定执行死刑,缓期两年执行,剥夺政治权利终身,并处没收个人全部财产。

第四阶段——全面领先期:事故的发生,也加速了铁路产业链的整合步伐。 20133月,国务院公布了铁路实施政企分开改革,撤销铁道部,成立中国铁路总公司。铁道部原有的职能被一分为三,拟定铁路发展规划和政策的行政职责被划入交通运输部,拟订铁路技术标准,监管管理铁路安全生产、运输服务质量和铁路工程质量等行政职责被划入新成立的国家铁路局,企业职责被划入新成立的中国铁路总公司。在装备制造领域,两家主要的动车制造企业南车集团和北车集团也在2015年年中成功实现重组并组建中国中车。这一系列改革动作是产业发展到新阶段的需要,也是政府实施高铁“走出去”国家战略的需要。在2011年甬温线事故后,中国高铁发展一度处于停滞状态,当年投资仅完成5906.9亿,同比下降35%。经过几年的调整,中国高铁重启升势,2012年为6309.8亿,2013年达到6638亿,2014年完成8088亿,2015年达到8238亿,2016年完成8015亿。铁路投资逐渐恢复,中国高铁发展也全面复苏。截至2016年底,中国高铁建成世界最大的高铁网络,运营、在建里程均居世界第一位,在舒适度、建设成本控制、安全性等综合指标方面已经处于世界领先地位,已成功实现从“追跑——并跑——领跑”的跨越式发展。

3. 爆发点分析

政府政策引导技术自主化爆发点。基于颠覆性技术爆发点的一般路径,分为实用化爆发点、量产化爆发点和主流化爆发点。

产品实用化——产业孕育期(2005年)

实用化爆发点:政府主导的技术引进。以动车组引进为主要标志,完成动车组的技术国产化。动车组引进完全由具有政府职能的铁道部组织对外技术引进和转让谈判。

产品量产化——产业成长期(2007年)

量产化爆发点:国资背景的企业完成高铁产品量产化。技术成果量产化,由政府主导的大企业完成动车组生产线投产,包括南北车旗下的长客、唐客、青岛四方、戚墅堰等机车车辆厂陆续与国外企业合资组建工厂,引爆高铁列车的规模化生产。

产品主流化——产业成熟期(2015年)

主流化爆发点:以国家规划为引导的高铁网络建设运营和原有引进关键技术被国内企业全面吸收和本土化提升,以中国标准动车组完成下线为标志。国内企业吸收相关关键技术,原南车集团株洲所(牵引变流与网络控制技术);浦镇公司(制动技术);株洲电机(牵引电机及变压器);戚墅堰所(钩缓技术);长客股份(牵引控制);永济电机(牵引电机及牵引变流器);四方所(网络控制);铁科院(制动技术)。同时,高铁线路完成规模化运营,塑造网络化的高铁运营网络,培养了规模化的旅客市场,成功占领主流市场,颠覆原有铁路系统。

爆发点基本形态

高铁颠覆性创新各爆发点在企业、政策、市场和技术维度有着很清晰的形态,具体态势分析如表2所示。

表2 高铁颠覆性创新爆发点形态分析

因素

企业维度

政策维度

市场维度

技术维度

产品实用化爆发点(2004)

国内基于与国外主要技术引进方,成立合资公司生产引进的动车组

铁道部主导技术引进谈判和制定市场准入标准,只有合资公司才可以进入招标范围

——

引进技术通过本土化生产,逐步由本土企业消化

量产化爆发点(2007)

几家合资高铁企业完全吸收外方技术,量产化的高铁产品投入既有线路运营

铁道部在第六次铁路提速后规模化运用和谐号动车组

和谐号开始出现在铁路市场

现有技术已经完全国产化,部分技术实现自主创新

主流化爆发点(2015)

本土企业在充分吸收外方技术后,集合国内有关企业、高校、科研单位等优势力量,在高铁线路运营实践中,不断提升,技术赶超创新后制定中国高铁标准

从2012年开始,在铁道部主导之下,开展了中国标准动车组的研制工作

中国高铁市场,技术稳定度稍差的和谐号逐步被中国标准动车组替代

实现了动车组系统的全面自主化,标志着我国已全面掌握高速铁路核心技术,高速动车组技术实现全面自主化

 

案例启示:

1. 前期的技术准备和经验积累夯实基础

虽说高铁相比传统铁路技术更新比例大,但高铁系统是一个庞大的系统工程,牵涉到的方面很多。如果将京津城际铁路开通运营作为中国高铁诞生的历史元年,在此之前的一系列技术准备和经验积累则是高铁诞生前的必要准备。中国高铁的发展不是上来就走上引进消化吸收再创新的道路,也经历了自主化研发生产,技术方案选择等前期探索过程,这些实践上的坎坷才逐渐清晰化中国高铁的发展道路。

2. 市场需求和产业垄断建立谈判优势

以西门子股价对动车组招标结果的反应为例,因为第一次招标谈判没有中标,西门子的股价出现暴跌,这也显示投资者都对中国高铁市场的看重,作为股份公司,几家高铁巨头在面对中国广阔的市场的诱惑下,其实际位置是相对被动的,这在动车组招标谈判中可见一二。

铁路的垄断特性。其产品到达消费者手中必须依赖固定的产业网络为其传送,一旦没有这些产业网络,企业所生产的商品就无法流转到社会消费领域。这些产业的网络建设需要大量固定资产投资,这一角色在特定时期内只能由政府来扮演,单一的需求方,单一的客户源,决定了高铁发展方向在决策上容易达成共识,而在引进技术的过程中也更容易处于优势地位。

3. 国家层面的支持提供实施保障

高铁作为基础设施,同时也是中国战略新兴产业之一,其研发创新获得了政府的较大支持。中国高铁整车制造企业是国有企业,企业发挥主观能动作用的同时,政府在整个高速列车行业的发展和创新过程中起到了主导作用。从技术引进到行业发展规划、从资助研发到集中控制市场,政府的政策引导和资金扶持是中国高速列车发展速度远快于其它国家的重要和特殊的原因。政府的支持主要表现在五个方面:首先,政府是项目的发起者,在重大项目实施前进行严格的前期论证与评估,中国高铁经过 20 年调研论证才得以实施。其次,政府是项目规则和目标的制定者,2004 年国务院通过的《中国高铁发展规划》和高铁技术自主创新发展战略,对中国高铁建设发展起着关键性的引导作用。第三,政府是项目的组织协调者,由于国家重大项目涉及领域广泛,参与部门众多,政府为部门间的协同合作充当着组织协调角色。第四,政府是相关政策和协议的制定者,政府与重大项目参与主体签订合作契约、协议,制定相关政策法规,规范和引导科技项目顺利施。第五,政府是重大项目的资助者,由于重大科技专项投入巨大,政府应保证对中的科技专项其进行必要的投入,确保重大项目实施。

4. 行业的社会属性支撑创新持续性

高铁不仅仅是一种运输方式的变革创新,其影响必将给中国经济社会可持续发展带来革命性的变化。高铁的社会效应主要体现在:带动了中国产业结构的优化升级,催生了一批高科技创新型企业;减少环境污染,节约利用土地;加快东部向西部产业转移步伐,缩小区域和城乡之间发展差距,推动区域和城乡协调发展;高铁深入欧亚大陆,为中国突破海权封锁、建立陆权优势,显现巨大的战略价值;放在军事视野来看,高铁还严重关系着国家安全,未来中国要在幅原辽阔的国土上进行快速有效的军事调遣与部署,高铁将发挥重要作用。显然,类似高铁这样的一个具有巨大社会整体效益,企业自身投资收益却很低的产业,如果完全放任于市场机制,交给微观主体的企业去运作,将延迟甚至难以实现高铁的技术创新和建设发展,无法保证国家、民族和社会的长远、整体利益。高铁的重要作用决定了中国必须花大力气解决所有困难,其迫切性决定了中国必须走引进消化吸收再创新这条快速路,而不能采用传统的产业发展周期模式。

5. 后发国家的技术赶超优势塑造潜力

后发国家会利用它与拥有先进技术国家存在技术方面差距的条件,大量引进国际先进技术并进行消化吸收。随着技术水平的逐渐提高,赶超时机趋于成熟,后发国家可以将其与技术先进国家之间的差距作为技术追赶的动力,从中借鉴经验,更可以直接引进吸收先进技术,并最终进行消化再创造,实现技术的赶超和领跑,利用后发优势获取更快的发展(林毅夫,2005)。这也是很多后发国家落后产业实现落后-赶超-领跑的模式。在中国高铁开始大规模发展之前,中国铁路行业的发展速度十分缓慢,一方面由于综合国力等因素,没有大规模集中建设的资本,二来在当时国际铁路发展退步的大趋势下,是否有必要发展铁路一度也成为争论的焦点。中国铁路也是在这样的背景下积贫积弱,与国际高铁技术强国的差距十分明显。总体上,在没有已有技术和市场的强烈阻碍下,新技术的推广阻力很小,发展成本较低。中国高铁就是在这种具有后发优势的局面下,才能顺利完成技术赶超创新的。

中国高铁的颠覆性技术创新路径,基于初始时期的自主创新,积累了很多适应中国整体环境的技术,通过对国外先进技术的“引进消化吸收再创新”,整体提升了中国高铁的技术水平,通过“政府主导+企业主体+研发机构支撑”的各方力量的集成,经过一段时间面向广阔市场需求,结合本地特点实现技术升级的实践,达到了技术引领的高度。其创新行为也成为行业创新的标杆。