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路風(fēng)：高速列車技術(shù)引進(jìn)的實踐證明，“引進(jìn)、消化、吸收、再創(chuàng)新”模式走不通

點擊：4389 作者：路風(fēng) 來源：淮左徐郎公眾號發(fā)布時間:2020-09-06 10:54:06

中國的高鐵建設(shè)是從大規(guī)模技術(shù)引進(jìn)開始的。從2007年4月的全國鐵路第六次大提速首次使用時速200公里及以上的動車組，到京津客運(yùn)專線、鄭西高鐵、武廣高鐵等新建線路于2008-2010年的相繼開通，中國在第一批建成的客運(yùn)專線上投入運(yùn)營的動車組全部是統(tǒng)一被命名為“和諧號”的引進(jìn)車型及其改進(jìn)車型。因此，中國高鐵技術(shù)的源頭很容易被認(rèn)為是來自引進(jìn)。但在上述第一批新建的客運(yùn)專線尚未開通之時，中國高鐵的技術(shù)路線已經(jīng)轉(zhuǎn)向自主創(chuàng)新。2008年2月，中國自主開發(fā)的CRH380系列立項。該系列的兩個車型CRH380A和CRH380B在2011年6月建成的京滬高鐵上投入運(yùn)營，而且立刻成為世界上運(yùn)營速度最快的動車組。那么，為什么中國高鐵技術(shù)的發(fā)展突然從引進(jìn)路線轉(zhuǎn)向自主創(chuàng)新？為什么尚未完成對外國技術(shù)消化吸收的中國工業(yè)能夠自主開發(fā)新型動車組？分析這些“突變”和“斷裂”的前因后果是理解中國高鐵技術(shù)之源的一個關(guān)鍵。

實際上，把中國高鐵技術(shù)的迅速進(jìn)步歸因于“引進(jìn)、消化、吸收、再創(chuàng)新”的說法來自官方自己的解釋。2011年6月底，全長1318公里、設(shè)計時速350公里的京滬高鐵（總投資超過2200億元）開通，它是當(dāng)時世界上最長、最快的高鐵線路，而且投入運(yùn)營的列車是中國自主開發(fā)的CRH380系列。根據(jù)當(dāng)時鐵道部的說法，在京滬線上使用的100列動車組“全部由我國自主開發(fā)制造，整車國產(chǎn)化率達(dá)到85%以上”。但這個成就也引來“羨慕嫉妒恨”。2011年7月初，日本媒體質(zhì)疑中國高鐵技術(shù)是“盜版新干線”，并對中國可能在海外申請專利表示關(guān)切。

中國鐵道部旋即予以反駁，稱中國高鐵技術(shù)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于日本新干線。鐵道部新聞發(fā)言人向媒體介紹說，中國高鐵研發(fā)堅持政府主導(dǎo)，構(gòu)建了“產(chǎn)學(xué)研”相結(jié)合的再創(chuàng)新平臺，在不到6年的時間內(nèi)，跨越了3個臺階：第一個臺階，通過“引進(jìn)、消化、吸收、再創(chuàng)新”，掌握了時速200～250公里高速列車技術(shù)，標(biāo)志著中國高速列車技術(shù)躋身世界先進(jìn)行列。第二個臺階，在掌握時速200～250公里高速列車技術(shù)的基礎(chǔ)上，自主研制生產(chǎn)了時速350公里高速列車，標(biāo)志著中國高速列車技術(shù)達(dá)到世界領(lǐng)先水平。第三個臺階，中國鐵路以時速350公里高速列車技術(shù)平臺為基礎(chǔ)，成功研制生產(chǎn)出新一代高速列車CRH380型高速動車組，標(biāo)志著世界高速列車技術(shù)發(fā)展到新水平[1].

從這個由《人民日報》報道的解釋看，中國高鐵技術(shù)發(fā)展的“3個臺階”是從技術(shù)引進(jìn)開始，每一個臺階都是下一個臺階的基礎(chǔ)。既然鐵道部都這樣說，難怪許多公眾會把技術(shù)引進(jìn)當(dāng)作中國高鐵技術(shù)發(fā)展的源頭。具有諷刺意味的是，正是因為把引進(jìn)說成唯一來源，所以后來才加重了公眾對高鐵技術(shù)的懷疑：中國怎么可能從引進(jìn)自己本來沒有的技術(shù)開始，只用6年時間就“跨越”到世界先進(jìn)水平？

嚴(yán)格從理論上分析，這個說法包含了兩個因果關(guān)系：第一，高鐵技術(shù)的最初來源是引進(jìn)；第二，能夠“再創(chuàng)新”的能力是通過“消化、吸收”引進(jìn)的技術(shù)而生成的。但是，如果仔細(xì)分析中國高速列車的技術(shù)變化，那么這兩個關(guān)系都不成立。

2004-2006年的大規(guī)模引進(jìn)高速列車技術(shù)的主要內(nèi)容是從4個外國企業(yè)購買了4個車型及相應(yīng)的技術(shù)轉(zhuǎn)讓，它們被鐵道部統(tǒng)一命名為“和諧號”，具體分為4個CRH系列（CRH是 China Railway High speed 即“中國高速鐵路”的縮寫）。

1型車，即CRH1，由鐵道部從加拿大龐巴迪公司（Bombardier Inc）購買40列。由于這批列車是由龐巴迪在中國的合資企業(yè)生產(chǎn)，所以沒有技術(shù)轉(zhuǎn)讓費。

2型車，即CRH2，以新干線E2-1000為原型車，時速200公里，由鐵道部向日本川崎重工業(yè)株式會社（Kawasaki Heavy Industries Ltd.）訂購60列，由南車集團(tuán)所屬青島四方機(jī)車車輛股份有限公司（以下簡稱四方股份或四方）受讓并國產(chǎn)化，支付技術(shù)轉(zhuǎn)讓費約6億元人民幣（不含購車費，下同）。

5型車，即CRH5，時速250公里，是從法國阿爾斯通旗下的阿爾斯通交通運(yùn)輸公司（ Alstom Transpor）引進(jìn)，轉(zhuǎn)讓給北車集團(tuán)所屬長春軌道客車股份有限公司（以下簡稱長客），技術(shù)轉(zhuǎn)讓費為9億元人民幣

3型車，即CRH3，時速300公里。2006年第二輪招標(biāo)后，鐵道部從德國西門子公司（ Siemens AG）購買60列CRH3（總價6.69億歐元），轉(zhuǎn)讓給北車集團(tuán)所屬唐山軌道客車有限責(zé)任公司（以下簡稱唐客），技術(shù)轉(zhuǎn)讓費為8000萬歐元。

除整車外，還有配套牽引系統(tǒng)、制動等系統(tǒng)及部件的生產(chǎn)轉(zhuǎn)讓。5型車的轉(zhuǎn)讓給北車集團(tuán)的四方所，3型車的轉(zhuǎn)讓給中國鐵道科學(xué)研究院（以下簡稱鐵科院）和北車集團(tuán)的永濟(jì)廠，2型車的轉(zhuǎn)讓給株洲電力機(jī)車研究所（以下簡稱株洲所）和北車集團(tuán)的永濟(jì)廠等企業(yè)。

所謂“轉(zhuǎn)讓技術(shù)”的內(nèi)容是：

（1）對中國購買的高速列車進(jìn)行“聯(lián)合設(shè)計”。這種“聯(lián)合設(shè)計”不是外方與中方一起從頭設(shè)計一種過去沒有的新車型，而是雙方對中方購買的外國車型進(jìn)行設(shè)計修改，以使其能夠適應(yīng)中國的線路特點。

（2）外方提供中方購買車型的設(shè)計圖紙。

（3）生產(chǎn)引進(jìn)產(chǎn)品的工藝。這部分屬于制造體系的一部分，也是中方受益最大的部分。

（4）對中國工程師和技術(shù)工人進(jìn)行培訓(xùn)。

外方向中方轉(zhuǎn)讓的技術(shù)是使中方能夠把給定產(chǎn)品制造出來的技術(shù)，而不是怎樣設(shè)計和開發(fā)產(chǎn)品的技術(shù)[2]。在這種情況下，如果引進(jìn)是技術(shù)的唯一來源，那么中國鐵路裝備工業(yè)后來的發(fā)展路徑就應(yīng)該是按照外國車型設(shè)計來制造，并通過引進(jìn)新車型來進(jìn)行升級換代。但中國后來再沒有引進(jìn)過外國車型，而中國的高鐵技術(shù)卻在后來的幾年中發(fā)展迅速。我們以四方股份負(fù)責(zé)的2型車為例描述一下這種變化。整個變化過程分為兩個階段，即對引進(jìn)技術(shù)的“消化、吸收、再創(chuàng)新”階段和自主開發(fā)階段。

第一個階段其實走了4步。

（1）CRH2A（本段中以下各型號省去CRH）是對川崎重工原型車的“國產(chǎn)化”型號，完成時間是2004-2007年。中日雙方對該型號進(jìn)行了“聯(lián)合設(shè)計”，其內(nèi)容是針對中國線路特點進(jìn)行適應(yīng)性修改。為給此車配套，株洲所受讓日本三菱的牽引變流器等電氣系統(tǒng)技術(shù)。

（2）2B/2E（長編組），2007-2008年完成。這兩個型號的主要變化是把原型車的8輛車編組變成16輛車編組，為此進(jìn)行了安全性和適應(yīng)性改造。2E是在2B的基礎(chǔ)上設(shè)計的，改進(jìn)為臥鋪車。

（3）2C-Ⅰ，2006-2008年完成。此車是在時速200公里的2A平臺上，為京津線開發(fā)的時速300公里動車組，主要變化是動力配置——動車數(shù)量從原來的4節(jié)增加到6節(jié)，牽引總功率提升到7280千瓦，其他變化包括對速度提升的安全性評估和舒適度評估，以及內(nèi)裝的適應(yīng)性改造。

（4）2C-Ⅱ，2008-2010年完成，用于時速350公里的武廣線、鄭西線。動車組改用更大功率的交流牽引電機(jī)，從內(nèi)裝、轉(zhuǎn)向架到牽引系統(tǒng)都做了改進(jìn)。特別要指出的是，2C（Ⅰ、Ⅱ）使用的牽引逆變器、輔助牽引變流器、通風(fēng)系統(tǒng)及列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)已全部由株洲所提供。

從上述變化的序列看，四方實際上在“消化、吸收”原型車技術(shù)的階段就已經(jīng)開始“再創(chuàng)新”了（如長編組和京津線動車組）。更令人感到“意外”的是，對2型車的改進(jìn)還沒有結(jié)束時，四方就進(jìn)入了第二個階段——自主開發(fā)階段。2008年2月，四方根據(jù)國家立項開始為京滬高鐵自主開發(fā)時速350公里的高速動車組CRH380A（以下簡稱380A）。2010年12月3日，380A高速動車組在京滬高鐵棗莊至蚌埠段試驗運(yùn)行的最高時速達(dá)到486.1公里[3]。同年12月，由四方、株洲所等單位聯(lián)合設(shè)計的時速500公里更高速度試驗列車下線（滾動臺試驗達(dá)到時速600多公里）。這就是鐵道部稱“中國高鐵技術(shù)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于日本新干線”的底氣所在。

關(guān)鍵的問題是，380A和500公里動車組是不是從對2型車的改進(jìn)而來？業(yè)內(nèi)公認(rèn)，區(qū)別一列動車組的知識產(chǎn)權(quán)歸屬要看車頭造型、轉(zhuǎn)向架的構(gòu)造、車體強(qiáng)度密封、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)和牽引系統(tǒng)。我們從這4個關(guān)鍵部分來解析一下380A的技術(shù)變化，以確定它與引進(jìn)技術(shù)的關(guān)系。

1. 車頭造型

380A的頭型是四方自己設(shè)計的，與CRH2A的頭型完全不同。頭型的重要性不只是為了美觀，更與列車的空氣動力性和安全性高度相關(guān)。四方開發(fā)該頭型的過程歷經(jīng)5個步驟：（1）形成初步概念（形成圖紙和模型）；（2）篩選出10個進(jìn)行初步仿真分析、計算、驗證；（3）從仿真模型中選出5個做風(fēng)洞模型試驗，并進(jìn)行精細(xì)化計算驗證和模型實物驗證；（4）再從中選出2個做1：1實物的工藝驗證；（5）最后選定1個投入生產(chǎn)。很明顯，按照這個流程開發(fā)出來的380A頭型，不但與世界上任何列車的頭型都不一樣，而且在開發(fā)的起點上連四方的工程師也無法預(yù)料結(jié)果。

2.轉(zhuǎn)向架的構(gòu)造

轉(zhuǎn)向架的設(shè)計是決定列車安全的保證，因為其功能包括承載、導(dǎo)向、驅(qū)動、制動和牽引。當(dāng)列車時速從200公里變成350公里時，對構(gòu)架的承載能力車輛運(yùn)行的安全舒適性、懸掛系統(tǒng)的防震減噪、輪軌和制動裝置的關(guān)系等問題就都必須重新找到解決方案，而且要解決相關(guān)裝置和系統(tǒng)之間的匹配問題。因此，380A的轉(zhuǎn)向架必須重新設(shè)計。設(shè)計轉(zhuǎn)向架不但要求有足夠的技術(shù)積累而且要求理解技術(shù)的科學(xué)原理——動力學(xué)、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、一系列剛度等，此外還要求使用新的材料。

3.車體強(qiáng)度結(jié)構(gòu)

在高速運(yùn)行條件下，要保證車廂的安全氣密性和舒適性，就要提高“氣密承載能力”，其技術(shù)關(guān)鍵是車廂壁板的結(jié)構(gòu)（壁板由雙層鋁合金板通過一定形狀的金屬結(jié)構(gòu)連接組成，結(jié)構(gòu)連接點的中間是空的）。由于氣密強(qiáng)度和速度是冪次方的關(guān)系，所以速度越高則壓力越大。在高速運(yùn)行中氣流產(chǎn)生的載荷能力對車體產(chǎn)生壓力，可能使車體變形，變形時間長了就會導(dǎo)致車體斷裂。由于380A的速度遠(yuǎn)超過CRH2A，所以它的壁板必須由開發(fā)者通過試驗測出速度數(shù)據(jù)，再根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行全新設(shè)計。

4.網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)和引系統(tǒng)

380A的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)和牽引系統(tǒng)仍采用日系標(biāo)準(zhǔn)和系統(tǒng)架構(gòu)，由株洲所負(fù)責(zé)系統(tǒng)設(shè)計、升級和集成，并完成新牽引模塊、新功能單元的開發(fā)，包括部分控制軟件的開發(fā)和全部軟件的集成。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的主要作用是：實現(xiàn)各動力車的重聯(lián)控制；實現(xiàn)全車所有由計算機(jī)控制的部件聯(lián)網(wǎng)通信和資源共享；實現(xiàn)全列車的制動控制、自動門控制、軸溫監(jiān)測和空調(diào)控制等功能；實現(xiàn)全列車的自檢及故障診斷決策。株洲所和株洲電機(jī)公司為380A提供的牽引系統(tǒng)軸功率已經(jīng)超過400千瓦，而CRH2A的功率不到300千瓦。牽引系統(tǒng)主要參數(shù)的顯著變化意味著主要部件要全部重新設(shè)計，包括變壓器、牽引變流器、電機(jī)等。

380A的網(wǎng)絡(luò)和牽引系統(tǒng)采用日系標(biāo)準(zhǔn)，反映出總體設(shè)計者看重使用2型車的經(jīng)驗。因此，雖然所有的核心部分都必須重新設(shè)計，但開發(fā)者還是盡量將新車置于使用2型車的經(jīng)驗基礎(chǔ)之上，畢竟四方股份在此之前缺乏設(shè)計和使用成熟動車組的經(jīng)驗。但是，這樣做并非必然，因為株洲所擁有自主開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)和傳動平臺，采用與日系不同的標(biāo)準(zhǔn)，而且被用于時速500公里更高速度的試驗列車，其牽引功率達(dá)到600千瓦。

通過上述對四方高速列車技術(shù)變化的描述，可以清晰地看出，380A與2型車之間存在技術(shù)上的“斷裂”，即前者不能被后者所充分解釋。因此，對于自主開發(fā)階段是以“引進(jìn)、消化、吸收”階段為唯一基礎(chǔ)的官方說法，在邏輯上存在一個巨大的“黑洞”，因為它沒有解釋兩個關(guān)鍵因素：

第一，中國企業(yè)能夠迅速對引進(jìn)技術(shù)進(jìn)行“消化、吸收、再創(chuàng)新”的前提條件是它們在引進(jìn)之前就必須具有強(qiáng)大的技術(shù)能力基礎(chǔ)。

第二，開發(fā)380A和新一代高速動車組使用了與引進(jìn)無關(guān)的核心技術(shù)，說明中國工業(yè)在引進(jìn)之外還存在另外的技術(shù)來源，而且是更重要的來源。

那么，為什么鐵道部在大規(guī)模引進(jìn)時從未提到這個能力基礎(chǔ)？為什么在后來的官方宣傳和解釋中也對此含糊其詞？

我們明天再繼續(xù)談！

注釋：

[1] 鐵道部稱高鐵研發(fā)實行舉國體制技術(shù)超日新干線，（2011-07-08），http：//news.sina.com.cn/c/2011-07-08/042522777122. shtml.

[2]長客的一位技術(shù)管理者是這樣介紹從西門子受讓技術(shù)的：“我們拿到的全部是西門子的制造圖紙，連一張三維模型圖都沒有。我們拿到的是設(shè)計結(jié)果，沒有過程。我們拿到的是現(xiàn)場施工圖紙。因此，初期工藝引進(jìn)了，我們學(xué)會了怎樣把現(xiàn)成的零部件裝上，但怎么設(shè)計的不知道。引進(jìn)對我們設(shè)計的影響，第一是通過制造技術(shù)的引進(jìn)推進(jìn)了設(shè)計的進(jìn)展，主要是通過結(jié)果反向推論，這就和我們自己的能力基礎(chǔ)有關(guān)，算是偷藝的過程，西門子不會告訴你的。另外，我們通過培訓(xùn)側(cè)面了解一些”（長客訪談記錄）。四方的一位技術(shù)負(fù)責(zé)人則是這樣描述的：“在與川崎的合作上，我認(rèn)為川崎是個好老師。四方派了一個設(shè)計團(tuán)隊在日本學(xué)習(xí)了半年，其中也有前后學(xué)習(xí)了1年的人。日方不是教你設(shè)計的方法——如為什么這么設(shè)計，而是教你讀圖。他們不會告訴你為什么電路要以這個邏輯關(guān)系設(shè)計出來，而是告訴你這個執(zhí)行機(jī)構(gòu)的作用，以及此后有哪幾個步驟要懂。日方的培訓(xùn)很細(xì)致，對于每一個圖上的細(xì)節(jié)都會告訴你是起什么作用的，但不會告訴你為什么”（四方訪談記錄）。

[3]四方開發(fā)的CRH380A已經(jīng)通過美國的知識產(chǎn)權(quán)評估。在四方跟蹤美國加州高鐵市場的過程中，考慮引進(jìn)中國高鐵技術(shù)的美方對知識產(chǎn)權(quán)問題非常重視，于是對四方的產(chǎn)品進(jìn)行了評估，由四方提供自己的技術(shù)條件和設(shè)計方案，美方檢索出來所有相關(guān)技術(shù)專利900多項，再找專業(yè)人士評估是否侵權(quán)。最后，美方評估的結(jié)論是四方的產(chǎn)品沒有侵權(quán)，說明CRH380A的技術(shù)已經(jīng)超過日本新干線技術(shù)。