§1 中国高铁技术创新与发展

1.1 高速铁路发展中的技术转移与技术创新

1.1.1 转移和创新是技术进步的基本形态

技术进步源自科技工作者的创造性工作。在很多流行的科技创新故事中，总有某个人的灵光一现。这些流行的情节正确地说明了科技创新的不确定性，但远远不能揭示科技创新工作的全部。真实的情况不那么有戏剧性，而是伴随着大量枯燥乏味的工作，甚至是不断重复的工作。更重要的是，现代科技创新通常是一个庞大复杂系统协调运转的结果，个别科技人员并不能起到主宰全局的作用。

诉诸历史，即使在近代，科学家们已经不是各自埋头在实验室里不相往来了。纵向地看，如牛顿所言，每一代人都站在前人的肩膀上继续前进；横向地看，在文艺复兴时期，早期的科学共同体就在意大利产生了。科学家们共同研讨问题，推动科学向前发展。到17世纪，科学家们的合作已经跨越了国界。

工业革命之后，随着全球化的发端和深入，科技成果开始在更大的范围内流动。科技相对落后的国家从其他国家引进技术，快速缩小与先进国家的差距，又通过技术再创新形成本国科技体系，这成为落后国家技术进步的通行模式。美国在19世纪、日本在二战之后的经济腾飞过程，都是如此。

从18世纪末开始，在欧洲发明蒸汽轮船、铁路、电报、炼钢、内燃机、汽车、真空二极管等技术后，美国均很快引进，并凭借自身领土、资源优势后来居上：铁路通车里程在1850年超过英国居世界第一，电报营业线在1852年居世界第一，钢产量在1890年居世界第一。有些技术则是在引进后进行消化吸收再创新，如20世纪初美国创造了福特流水线生产方式，开现代汽车产业之先河并成为汽车工业最先进的生产国；在真空电子二极管基础上开发出真空电子三极管，处于无线电技术领先地位，成为无线电技术的先进制造国家。总之，19世纪是美国工业化的奠基时代，其工业基础无一例外都是技术引进的产物，直到20世纪初才开始进行模仿基础上的自主创新。

日本曾是世界上引进技术最多的国家。1950～1958年是日本战后的经济恢复期，每年引进项目达250项左右。1959～1967年是日本经济的成长期，其技术引进速度也加快，达到每年1200项左右。1968年以后，日本经济进入高速发展阶段，技术引进项目达到每年2400项左右。日本经济高速发展之后，技术引进项目虽然有所减少，但每年仍达2000多项，而且重点引进的是原子能、飞机、计算机、宇宙开发等高级技术。1950～1981年的32年间，日本共支付引进费用约133亿美元，引进3.8万项技术，其花费在专利权、技术诀窍方面的费用逐年增加。引进的同时，日本也非常重视消化吸收资金的配套。20世纪50～70年代，日本技术引进费用增加了14倍，而主要用于消化吸收和创新科研的费用则增加了73倍，吸收费用是引进费用的2～3倍。有时为消化和发展引进的技术，甚至要花费10倍于引进费用的资金，如1976年技术引进费用与消化创新费用之比是1∶7。日本非常重视引进技术的国产化，一般只允许引进后5年内能使国产化率达到90%的企业引进技术。据日本科技厅统计，1950～1966年，在1500家公司中有83%对引进技术进行了不同程度的消化创新工作。^[1]

1.1.2 高速铁路是用先进技术改造升级传统产业的范本

世界交通运输发展的历史就是速度不断提高的历史。交通运输从人力、畜力到以热力机械为动力经历了几千年，到工业革命时期开始加速发展，在交通工具类型和运行速度上不断刷新纪录。

1825年，世界上第一条铁路在英国通车，并迅速发展。到19世纪50年代，英、法、美等国已形成铁路网。铁路在诞生后的一个世纪时间里，又发展了内燃、电力牵引技术，成为陆上运输的主力。

第二次世界大战后，随着汽车技术的改进和高速公路的大量建成，以及民航业的发展，铁路运输市场份额渐渐萎缩，在西方甚至被称为“夕阳产业”。但是，随着石油能源危机来临、车祸与空难频发、环境污染严重等资源与环境制约的日趋严峻，日益增长的运输数量及质量需求，人们期望有一种安全性能好、运能大、速度快、可以使用可再生能源的节约型交通工具，铁路行业面临新机遇，研究修建高速度铁路被提上议事日程。

1959年4月5日，世界上第一条高速铁路——东海道新干线在日本破土动工，经过5年建设，于1964年3月全线完成铺轨，同年7月竣工，10月1日正式通车。东海道新干线从东京起始，途经名古屋、京都等地，终至大阪，全长515.4公里，运营速度高达210公里/小时，它的建成通车标志着世界高速铁路新纪元的到来。其开通之后，每天运送旅客36万人，年运量超过1.2亿人。

高速铁路出现的原因，除了交通运输需求外，更重要的是信息技术、新材料技术等高新技术的兴起。没有这些技术，高速铁路不可能成功。因此，高速铁路可以看作用先进技术对传统产业进行改造升级的范本，凸显了技术创新在经济社会发展中的重要作用。

和汽车相比，高速列车速度快、安全性高；和飞机相比，高速列车成本低、舒适度高、能耗低。高速铁路还有全天候、大运量的优点。所以，日本东海道新干线成功运营为发达国家铁路复兴奠定了基础，欧洲一些国家也随即酝酿筹划建设高速铁路。从1964年开始到1990年前后，高速铁路从日本扩展到法国、德国、意大利、西班牙、韩国，形成了高速铁路发展的第一次浪潮，也推动了高速铁路技术的发展，其运行时速从210公里逐步提升到350公里，稳固占据了中长距离客运市场的空间。

中国是铁路后发国家，长期处在从发达国家学习、引进技术的过程。和欧美国家不同，第二次世界大战后，由于交通技术的落后，中国铁路不但没有被公路和航空边缘化，而且获得了政府充分的重视，被视为“国民经济发展的大动脉”。在铁路网不断扩张的过程中，形成了由铁道部统领的完整的技术研发、基础设施建造、机车车辆制造、运营维护、人才培养体系。

改革开放之后，随着经济发展、国力增强，中国铁路建设步伐进一步加快。

“六五”时期，铁路完成的基本建设投资是历次五年计划中最多的。其中既有铁路改造的投资占33.2%，双线铺轨1870公里，使大部分营业铁路中的主要干线建成双线。到1985年底，全国铁路营业里程达52119公里，客货换算周转量突破1万亿吨公里。

“七五”时期，京秦、大秦（第一期工程）等双线电气化铁路相继竣工。全长14公里以上的大瑶山隧道胜利打通，使南北主要大干线——京广铁路双线全线通车，大大提高了通过能力。兰新铁路修到了阿拉山口，完成了横贯中国大陆东西的钢铁运输线。其他旧线改造和机车车辆工业也取得了很大进展。

电气化铁路大规模建设。在高速铁路出现之前，电力机车牵引是最先进的技术。电力牵引具有马力大、速度快、能耗低、效率高等特点，使用电力牵引的区段，运输能力明显提高，运输成本大为降低，同时，其机车性能、工作条件等较内燃机车更好。电气化铁路在19世纪末期出现，而我国建设第一条电气化铁路宝成铁路宝凤段已是半个多世纪之后。该路1958年3月完成初步设计，同年6月15日开始动工兴建，于1960年5月14日胜利建成，经过一年多的试运行，于1961年8月15日正式交付运营，揭开了我国电气化铁路建设的序幕。

改革开放以后，中国电气化铁路建设发展迅速，由以前平均每年修建不到100公里发展到平均每年修建超过500公里，仅在“六五”期间就修建了2500公里，比过去20年修建的总和还多。特别是1985年一年内就有京秦线、成渝线内（江）重（庆）段、贵昆线贵（阳南）水（城西）段和太焦线长（治北）月（山）段4条电气化铁路建成并交付运营，共计1170公里。

“六五”期间，在京秦线电气化工程中首次利用外资引进了自耦变压器（AT）供电技术和微机远动控制系统及其成套设备，标志着中国电气化铁路技术开始向世界先进水平迈进。“七五”期间，电气化铁路在建设速度上和技术水平上又有新发展，5年内共修建了电气化铁路2790公里，引进了国外先进设备，组织国内一些主导工厂研制生产了一批新设备，使中国电气化铁路技术装备达到或接近20世纪80年代世界先进水平。

但同时，中国铁路也面临着严峻的挑战。

首先，和世界先进水平相比，和中国经济社会发展的需要相比，现代化水平总体还不够高，还面临既要扩大路网规模，又要提高运输质量，还要提高经济效益、保证安全运输的艰巨任务。

在铁路运营里程上，虽然已经位居世界前列，但中国是一个有十几亿人口的大国，如果按照人均计算，就显得少之又少。有人曾根据计算形象地指出，每一个中国人拥有的铁路还不到一支香烟的长度。在铁路建设上，改革开放后虽大力兴建，但最初十年每年交付的运营里程不过344公里。

运输质量还不够高。1949年，我国客车运行平均时速仅28.2公里，到1995年，才提高到平均时速49公里，而货车平均时速为30.2公里。经历既有线路提速后，和世界先进水平仍有较大差距。

其次，面临着国内其他运输方式的激烈竞争。改革开放以后，公路业和航空业发展迅猛，快速挤占铁路市场份额，挤压铁路发展空间。铁路发展的滞后性可以从铁路货运量与工业产值增长的弹性系数中反映出来。研究表明，当工业产值每增长1%、铁路货运量增长0.5%，即二者之比（弹性系数）为1∶0.5时，铁路运能供给比较适应国民经济发展的需求。在我国，1950～1980年该弹性系数为1∶0.4，“六五”期间则下降为1∶0.3，进入“八五”时期后，弹性系数更一度下降至1∶0.2。受国际交通运输业发展思路影响，国内出现了应该停止发展铁路，大力发展公路和航空的观点，铁路发展迫切需要突围。

所有这些，都决定了中国铁路需要一个大发展，尽快缩小并赶上先进国家的发展水平。正如1978年10月26日，邓小平同志在日本参观访问，乘坐日本新干线“光-81”超特快列车，称赞列车的高速平稳时所说的：“就像风一样快，新干线推着我们跑，我们现在很需要跑！”^[2]

1.1.3 中国高速铁路技术自主创新的主要路径和方式

中国决定建设高速铁路始于1990年。从那时开始，通过政府主导的自主创新道路，经过近20年时间，系统掌握了集设计施工、装备制造、列车控制、系统集成、运营管理于一体的高速铁路成套技术，形成了具有自主知识产权和世界先进水平的高速铁路技术体系。在创新形态上，其涵盖了科技创新的集中典型，包括原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新。

政府主导主要体现在，从20世纪90年代初开始，铁路系统先后制定实施了四个科技五年计划，通过有重点的突破，实现铁路关键技术的重大提升。

——“八五”期间实施《先行计划》和“十二条龙”项目。《铁路科技发展十年规划和“八五”计划纲要》（即《先行计划》）和《“八五”铁路技术进步规划要点》是20世纪90年代铁路科技发展的总纲要。前者侧重科技攻关，重点体现科学技术研究水平，是向科技要能力、要安全、要效益、要发展后劲的总体规划；后者是将科研成果转化为生产力，重点体现铁路技术装备和科技进步水平的具体规划。

《先行计划》明确提出20世纪90年代铁路科技发展以“客运高速技术的研究开发为主攻方向”，按四大技术工程、20个技术系统、100个项目分层次展开。它的主要内容是：为提高铁路运输能力服务的“扩能技术工程”，为保证运输安全服务的“安全技术工程”，为做好技术储备服务的“先导技术工程”，为提高引进技术国产化率服务的“嫁接技术工程”。《“八五”铁路技术进步规划要点》安排了十二个成龙配套的推广项目（又称为“十二条龙”项目），其中包括广深线开行时速160公里的旅客列车项目。

——“九五”期间实施“四大技术规程”。根据科教兴路战略部署和铁路发展的方针、目标，《铁路科技发展“九五”计划和2010年长期规划纲要》的重点任务包括四大技术工程，即由需要长期研究、逐步实施，为铁路大发展打下技术基础的重大项目组成的“跨世纪攻关工程”；由解决当时铁路热点、难点问题的急需项目组成的“关键技术开发工程”；由加强铁路基础技术主要项目组成的“基础技术强化工程”；由加速成熟技术转化为现实生产力的推广项目组成的“科技成果转化工程”。“跨世纪攻关工程”确定以高速、重载、安全、信息、软科学5个技术领域为攻关重点，其中，高速铁路技术难度大，需要巨额资金，只能分层次攻关、分段建设，在20世纪内必须立即着手研究攻关，力争建成高速试验段，为21世纪初建成客运高速铁路打下坚实的技术基础。

——“十五”期间抓“十大标志性工程”和四个重大技术创新项目攻关。作为技术创新的突破点，《铁路科技发展“十五”计划和2015年长期规划纲要》确定了“十五”期间要重点抓好的十大标志性工程：建成时速160公里以上的京沈快速客运通道；掌握青藏铁路建设、运营相关技术，建设青藏铁路；解决高速铁路相关技术问题，开工建设京沪高速铁路；建成1.4万～1.6万公里覆盖全国主要城市的快速客运网；基本形成大中城市间的快捷货运网；基本建成铁路运营管理信息系统；主要繁忙干线初步建成铁路行车安全监控系统；研制成功时速270公里动车组、摆式列车及先进的城市轨道动车组，交流传动电力、内燃机车形成批量生产能力；研制成功时速200公里速度等级的行车调度指挥与列车运行控制综合自动化系统；繁忙干线养护维修实现大型养路机械化。重大技术创新项目攻关包括：加快信息技术开发应用，全力推进铁路信息化；加强高速技术的自主创新，继续实施提速战略；建设行车安全监控网络，形成安全技术保障体系；攻克技术难关，进一步提高建设水平。

——“十一五”期间科学设定十大目标。2007年9月，《中共铁道部党组关于增强铁路自主创新能力，推进和谐铁路建设的决定》发布。决定指出，为不断增强铁路自主创新能力，推进铁路现代化建设，铁路技术创新的总体要求是：全面推进原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新，突破一批重大关键技术，不断发展壮大铁路科技人才队伍，完善铁路创新体系，使铁路技术整体上达到世界先进水平，为加快实现中国铁路现代化提供强有力的技术支撑。

在创新形态上，则根据高速铁路技术不同专业情况，采用不同的创新战略。

在基础设施上坚持原始创新。原始创新是指前所未有的重大科学发现、技术发明、原理性主导技术等创新研究。原始创新意味着在研究开发方面，特别是在基础研究和高技术研究领域取得独有的发现或发明。

十几年中，中国铁路科技工作者瞄准世界水平，围绕线桥隧涵等基础设施技术条件、结构参数和施工方法、质量监测等进行了大量的研究开发工作，先后完成了数百项专题研究和试验，取得了大批成果，做了大量技术储备。针对存在的技术难题，有计划、有步骤地开展了软土路基长期沉降观测、整体箱梁的制造与动静载试验、高速行车条件下的动力仿真分析、无砟轨道结构及电路传输长度、大号码道岔和高速钢轨的制造以及路基压实、箱梁架设、轨道铺设等施工关键技术的试验。再结合我国广深、秦沈、遂渝等高标准铁路建设和5次铁路大提速的成功实践，建设单位、设计单位和施工单位掌握了高速铁路基础设施的关键技术。在此基础上，制定和完善了高速铁路设计规定和施工及维修养护标准，形成了完全独立的技术标准和自主知识产权，实现原始创新。

在通信、信号及牵引供电系统上实现集成创新。集成创新是利用各种信息技术、管理技术与工具等，对各个创新要素和创新内容进行选择、集成和优化，形成优势互补的有机整体的动态创新过程。

借鉴国际先进的高速铁路系统集成经验，引进国际上先进成熟的通信、信号及牵引供电技术，根据我国国情、路情，实现满足中国高速铁路要求的通信、信号及牵引供电系统集成创新。

通信、信号及牵引供电系统集成技术引进的范围包括整体系统集成技术和各子系统关键技术，其中，通信系统集成关键技术包括通信系统集成技术、专用通信系统设备等；信号系统关键技术包括信号系统集成技术、列控车载子系统、列控地面子系统、联锁子系统、CTC等；牵引供电系统关键技术包括牵引供电系统集成技术、牵引供变电子系统、接触网子系统、SCADA子系统、检测子系统等。技术转让和国产化分阶段进行，在累计至1000公里范围内完成技术转让，国产化率达到80%，其中，列控车载子系统技术转让在120套范围内实现技术转让。

在动车组设计制造技术上实行引进消化吸收再创新。引进消化吸收再创新就是在集成创新的基础上实现技术体系新的跃升。

2004年，按照国务院“引进先进技术、联合设计生产、打造中国品牌”的总体要求，国家发改委、铁道部认真研究、周密部署，下达了《时速200公里及以上动车组技术引进与国产化实施方案》。按实施方案的总体要求，经过2004年和2005年两次招标采购，成功地引进了时速200公里及以上动车组设计制造关键技术，初步建立了技术平台。

2004年招标采购了160列时速200公里动车组，其中9列是整车进口，剩下151列全部在国内生产。2007年底全部完成，国产化率达到70%。

2005年通过竞争谈判采购了120列时速300公里动车组，其中60列是在第一次技术引进的基础上，由国内企业通过消化吸收再创新，将动车组时速提升到300公里，实现国产化。另60列中除3列整车进口外，其余57列全部在国内生产，国产化分三个阶段，第一阶段国产化率达到30%，第二阶段达到50%，第三阶段达到70%以上。动车组交付从2007年底开始，到2009年底全部完成。

通过动车组车体、转向架、牵引控制、牵引变压器、牵引变流器、牵引电机、制动系统、列车网络控制系统、动车组系统集成技术等九大关键和主要配套技术的引进、消化、吸收和再创新，一批骨干企业及铁路科研机构在较短的时间内接近或达到国外先进企业的水平，并具备进一步发展的能力。到2008年，核心企业全部具备时速300公里动车组的设计制造能力，动车组综合制造能力超过250列。

在运营调度系统、客运服务系统上实现自主创新。为建立统一的高速铁路运营调度、客运服务系统技术平台，根据“统一规划，分步实施”的原则，以国内企业为主体，引进国外高速铁路运营调度和客运服务系统的先进理念和成熟经验，结合国内企业应用开发和系统集成力量，以我为主，联合设计，自主创新，形成拥有自主知识产权的技术体系，实现客运专线运营调度和客运服务现代化。