互动科普

坐在宽敞明亮的候车大厅里，正好可以俯瞰站台上整齐停放着的CHR3型“和谐号”列车,优美的流线型车身不时引起周围旅客的低声赞叹。和他们中的许多人一样，我也是专程绕道武汉，来体验武广高速铁路的。

“和谐号”列车在我们顺利登车后准点启动。不知是谁先带的头，大家纷纷掏出笔，把它们立在桌面上，想看看列车运行到底能有多平稳。不过很快，大家的注意力又被车厢两头的液晶屏吸引了，确切地说，应该是液晶屏上不断跳动的数字——出发仅十几分钟，列车的速度就已经提到了350千米/小时。

这并不是我第一次乘坐高铁。此前，我坐过马德里开往巴塞罗那的高速列车，同行的西班牙友人不停地向我炫耀列车的速度。但即使是那趟让整个欧洲为之骄傲的列车，平均速度也不过240千米/小时。而这次的武广之行，列车速度大都保持在330千米/小时以上，短短3个小时就把我带到了千里（实际上是1 020千米）之外的广州。

在中国，武广高铁只是正在兴建的高速铁路网中的一条。短短几年间，高速铁路在国内遍地开花，全世界都在惊叹高铁的中国速度。据铁道部副部长王志国介绍，到2010年3月，我国投入运营的高速铁路已达6 552千米，运营里程居世界第一位。其中，新建时速250～350千米的高速铁路就有3 676千米。

目前在建的高速铁路中，最让人期待的要数连接北京和上海的京沪高速铁路。这条高速铁路全长1 320千米（其中正线1 318千米），设计运行时速350千米，最高时速可达380千米，建成后堪称世界上运行速度最快的高速铁路（磁悬浮线路除外）。要让列车在4小时之内从北京驶达上海，需要在1 000千米的路段上保持350千米/小时的速度。这是一个巨大的挑战，需要设计者在铁轨、机车等诸多方面采用最新技术。

高速铁轨

什么样的铁路才能让列车跑得更快？线路设计、新式路基、高架封闭三者缺一不可。

对高速铁路而言，轨道曲线半径是影响速度的一个关键因素。半径越小，列车通过时的速度就必须越慢，这跟汽车过弯道时必须减速是一个道理，否则很可能车毁人亡。日本的新干线在早期设计时采用的曲线半径比较小，最小半径为4 000米，东海道线甚至仅有2500米，这就把新干线列车的时速限制在了250千米以下。除非全部重新规划线路，否则新干线的车速无法进一步提升。京沪高速在设计线路时充分考虑了这一点，最小曲线半径达到了7 000米，就算是在困难路段，也保证曲线半径在5 000米以上。这为列车安全高速地转向提供了有力保障。

轨道路基则是另一个关键。常规铁路为了保证平整，都要先用碎石铺设路基，再在其上架设枕木和铁轨，这样的铁路被称为有砟轨道。但是，高速列车如果在有砟轨道上行驶，就会使道砟碎石严重粉化，造成线路维修频繁等问题，不仅维护成本猛增，列车的安全性和舒适性也无法保证。因此，我国的高速铁路都采用了无砟轨道，路基直接由混凝土铺就，轨枕本身也由混凝土浇灌而成，直接铺设在混凝土路基上，整条铁路不再使用一块碎石。我国最早于2004年在渝遂铁路上实验了无砟轨道，而正在建设的京沪高速铁路全线共铺设无砟轨道1 268千米，占正线全长的96.2%。再加上超长无缝钢管技术，为列车高速运行打下了坚实基础。

全封闭和近乎贯穿全线的高架式线路，也为列车的高速通行打下了良好的基础。京沪高速铁路线上的高架桥总长达1 140千米，占正线长度的86.5%，此外还有总长约16千米的隧道，以及济南黄河大桥、南京大胜关长江大桥等多座大型桥梁。不过，高速列车在通过隧道、钢结构桥梁（或者两车交会）时，车身周边会形成很大的阻压，如何让列车高速、平稳、安全地通过，又成了建设者必须面对的一大难题。在此之前，世界上还没有哪一辆高速列车能在隧道里跑出300千米/小时的速度。我国的设计人员在车体气动性能方面进行了多项改进，使列车通过隧道、桥梁的速度可达到前所未有的320千米/小时。

高速列车

俗话说，火车跑得快，全靠车头带——这句话放在过去的火车身上确实没错。传统列车一般由单个机车头提供动力，牵引其他车厢前行。不过，目前在我国的高速铁路上运行的列车，车头一般都不提供动力，仅起到运行控制台的作用。多个可以独自提供动力和制动能力的单元被分散到多节车厢，这样的“动车组”设计使列车动力更足，速度也就更快。我国现有的“动车组”全都是8节编组，头尾为车头，中间6节为车厢。普通“动车组”的8节编组中，一般有4节车厢提供动力，而在武广高速上运行的“动车组”，8节编组中6节车厢全部自带动力，只有两节车头没有动力，因此速度可达350千米/小时。专为京沪高速设计的新型动车，营运速度更是可以高达350~380千米/小时。

现有的高速列车大都依靠电力运行，架设在铁路沿线向机车供电的特殊输电线路被称为接触网。我国电力系统提供的是三相交流电，接触网必须向电力机车输入单相交流电，才能使机车正常运行。为此，接触网必须采取分段分相的方法从国家电网中取得电流，从而被划分为一个个不同的分相段，互相连接的两个分相段由不同的两相供电。如何快速通过分相路段，也是影响列车运行速度的一个重要因素。

目前的高速铁路都采用了自动过分相技术，这有助于机车、牵引供电系统的正常运行，也减轻了司机的劳动强度。目前国际上通用的技术都是断电过分相，让列车在没有动力源的情况下，依靠惯性通过分相路段。但这样一来，速度就会大幅降低，增加行驶时间。京沪高速铁路将使用我国自主研发的带电过分相技术，把过分相时的断电时间缩减到一瞬间。以京沪高速铁路为例，高速列车应用这一技术后，通过全程47个分相路段，总共可以节约10~15分钟的行驶时间。

安全舒适

方便快捷，是高速铁路给我带来的最大感受。事实上，如果算上往返机场及安检、候机的时间，乘飞机出行往往比乘坐高铁更花时间。因此，有人将高速铁路称为“地上飞机”，但是贴地“飞行”如何确保运行安全？

高速铁路安全与否取决于三个要素：一、系统本身的稳定性；二、维修的可靠性；三、意外事故的控制。我国的高速铁路采用了世界上目前速度最快的综合检测设备——零号列车（参见环球科学小词典）。每日0点到4点为线路维修期，这段时间内高速铁路全线停车，零号列车对线路、通信、讯号进行检测，速度可达250千米/小时。这还不算完，检查结束以后，旅客列车开行之前还会沿线对开一个空载动车组，对线路进行确认。每隔10天，还有专门的综合检测车对线路的基础设施、通讯信号和牵引供电设备进行全方位的检测和诊断。此外，列车还装备有安全防灾监测系统。比如高速列车对侧风比较敏感，如果侧风风速达到15米/秒，列车将会自动降速，从350千米/小时降到250千米/小时，确保行车安全。

高速铁路不仅在快捷、安全方面可以与飞机媲美，舒适度也有过之而无不及。我国的高速列车车厢宽度超过3.3米，比其他国家的高速列车宽得多，坐椅也按照航空标准设计。另外，为了降低噪音，设计人员还进行了噪声源控制，给车轮涂上了降噪涂料，并调整了车与车之间的连接，使它更加平顺。即使时速达到350千米，噪音也可以控制在68分贝以内。相比之下，普通波音737客机起飞时的噪音可达95分贝，平飞时噪音也在80分贝以上。

大国技术

高速铁路是一个极为庞大繁复的系统工程，与核武器、航天工程等一同被称为“大国技术”，已经成为一个国家综合国力的体现。中国现已掌握了时速250千米、350千米线路的成套技术，并以引进的原型车为基础，针对我国不同地区的地质情况、气候特征以及经济发展需求，自主研制出CRH（China Railways High-speed）系列机车（参见第33页表格）。其中CRH2型的国产化率已经达到90%，CHR3型国产化率也达到了85%，除了车轴和车轮，其余均为国产。

除了在国内建设高铁以外，我国已经准备好将技术推向国外。《纽约时报》曾以《中国有望在美国高铁建设中大展身手》为题，报道了中国参与美国加利福尼亚州高速铁路的竞标情况。150年前，中国为美国西部铁路建设提供了大量廉价劳工，今天，中国的角色完成了巨大的转变，成为了技术提供者。尽管还要面对日本、德国、法国、加拿大等国的竞争，但能够站在向美国输出技术这个舞台上，中国高铁的成功已经名至实归。