透过控制室的玻璃，一列短火车停在实验室门口。这其貌不扬的家伙在实验室里“奔驰”起来，时速可达400公里。“它不仅是在轨道上跑，更是在空气介质中跑。”和高速列车“跳出去”的脱轨相比，过去低速运行的列车脱轨只能算是“爬出去”。在地震、风沙、滑坡等自然环境等的作用下，高速运行的铁家伙更是脆弱的。

　　京沪高铁呼之欲出，成绵乐城际列车引发多层面的想像……但对西南交通大学“长江学者奖励计划”特聘教授张卫华来说，着意的并不仅仅是速度，而是列车不断提速后如何保障其运行安全。就在上月末，我国首个瞄准列车高速运行安全问题的“973项目”——“高速列车安全服役关键基础问题研究”在西南交通大学牵引动力国家重点实验室启动，实验室主任正是张卫华。

　　高速列车每提速10公里，都是对技术的重大挑战，一个小小的实验室，见证了我国列车10年提速进程

　　可别小看了西南交通大学的这间实验室。

　　1989年，这个“牵引动力国家重点实验室”开建，在进入1997年“高速时代”的前两年，它就已开始接受试验研究任务。我国机车升级换代、铁路一次次提速、火车舒适度和安全系数提高，都离不开这个“宝贝”实验室。

　　在实验室进行的机车仿真动态模拟试验，看起来也并不复杂。真正的主角不是火车，而是奔跑的“铁轨”。火车通过车轮与地坑中的“铁轨”——轨道轮相连，轨道轮的旋转，模拟“铁轨”周而复始地奔跑，火车却原地踏步，通过这种方式收集整理火车运行中的各种参数，判定火车的运行状态。

　　不过，这看似并不复杂的系统，却是目前世界上最先进的。这个实验室可进行世界上最先进的六轮对机车车辆整车动态模拟试验，除此之外，仅德国有一个试验台可以做四轮对机车车辆整车动态模拟试验。

　　很难想象，这间小小的实验室，却承载着列车安全运行的重任。

　　世界铁路的提速过程是一条平滑上升的曲线。“日本早在1964年就开行了时速200公里的高速列车，从200公里提速至300公里，用了40年。”张卫华介绍，运行速度不同，在列车的设计上就有很大改变。高速运行列车每提速10公里，都是对技术的重大挑战。

　　我国列车6次提速过程则是一条跳跃的曲线。1997年4月1日，平均开行时速从几十公里提升到最高时速140公里；而从140公里提速到250公里，我们只用了10年。1998年，最高时速达160公里；2000年，提速线路覆盖亚欧大陆桥陇海-兰新线、京九线和浙赣线；2001年11月21日，实施新列车运行图，全国铁路联网；2004年4月18日，列车时速达200公里，提速线路达到7700公里。在今年4月18日的最近一次提速中，动车组最高时速达252公里。

　　这些跨越式发展，与实验室的技术支撑密不可分：上世纪90年代以来，我国自行设计研制的50余种新型机车，都在这里通过试验获得各种参数。2001年，这个试验台的试验速度就达到了每小时400公里，这个数字在今后的2年内，将增加到每小时450～500公里。

　　然而，400公里仅是实验室数据，现实中仍无法达到。今年6月，法国TGV高速列车达到每小时574.8公里的试验速度，而实际运行中也只有300多公里。“世界上目前最快实际运行速度约为每小时350公里，未来京沪铁路的运行速度将在300-350公里。”

　　高速列车已经离我们不再遥远。

　　列车提速后危险增加，10年前的车型提前“退役”，那条拉住提速列车出轨的缰绳却迟迟没有出现

　　人类对速度有着永恒不怠的追求。而一次次提速，也将另一个问题摆在人们面前：高速列车安全服役问题。也就是说如何保证在列车投入高速运营后，有效保障列车的安全行驶。

　　随着我国铁路大提速，列车脱轨事故时有发生。张卫华告诉记者，从1997年到2006年的10年间，共发生重大事故139次，险性事故455次，造成人员伤亡和财产损失。就在今年2月28日，新疆提速列车遇大风脱轨。人们意识到：需要探寻的不仅仅是如何实现高速运动，要拉住飞奔的烈马，还需要紧紧握住一条结实的缰绳。

　　在过去的每一次提速中，安全控制研究也都在试验台上完成：在结构强度疲劳试验台，可进行结构强度及疲劳试验研究；轮轨蠕滑脱轨试验台和高速粘着试验台，可研究列车脱轨情况；这个试验台还创造了左右滚轮独立激振的滚振结合试验模式，能模拟出轨道的各种不平顺现象，最大限度地仿真出火车的各种运行状态，从而保障火车安全运行。

　　然而，随着未来高速列车更迅猛的发展，仅靠在实验室的摸索，已不能提供足够的安全保障。“列车运行速度在每小时350公里以上时，其速度每提高10公里，科技含量需成倍增加。”中科院、西南交通大学双院院士沈志云说，我们的列车不会停留在时速300公里，未来很有可能研制时速在600-800公里的超高速列车。而解决这种状态下的安全运行问题，是更加困难的事情。

　　1997年至今短短10年，我国研制出的第一批高速列车，已面临淘汰。根本原因是重大的基础研究没有跟上。“不是梁断了，就是焊裂了”，在服役过程中，这些列车出现关键结构部件的疲劳断裂破坏、脱轨等安全问题，隐患很多。一般机车车辆的服役周期为25-30年，它们的性能会随着运行时间增加而改变。过去10年生产的这批列车材料、设计，都不足以应对高速运行中的磨损和消耗，“退役”时间过早地到来了。

　　除了机车结构设计上本身质量问题导致的“失效性脱轨”之外，高速运行将带来列车振动加剧，风与列车、车轮与铁轨、电弓与线缆等各种摩擦也将加剧，这些因素都有可能导致列车运行不平稳、轨道不稳定而产生脱轨。

　　“应该有更系统的理论研究。”张卫华很早就萌生了这样的想法。如果有系统的理论，来研究高速列车的安全运行规律，就可以在车辆和轨道的选材、设计上有所改进，提高服役期。如果能通过研究获知灾害类型和灾害烈度对脱轨的影响，提前预警，那么，自然灾害带来的损失也可以减少。“除了人为破坏之外，其他的脱轨都可以通过理论研究得到更好的防范。”

　　而安全保障理论的发展，仍未跟上速度的提高。1896年，法国学者Nadal提出静态脱轨原则，这一原则也没有让脱轨事故杜绝。在列车不断提速后，更需要新的理论支撑，而我国的理论研究还相当欠缺。

　　“开展高速列车服役安全研究，杜绝或减少脱轨事故的发生，是我国高速铁路健康、快速发展的关键，也是实现可持续发展的关键。”所有的一切，都呼唤着系统的基础理论出现。

　　经过“6年5申”漫长历程，“973”项目正式启动，高速列车安全服役即将告别“理论匮乏时代”

　　2001年，当青藏铁路刚刚开始批准建设时，专家们就已抱有列车安全理论研究的初衷：提出重载列车安全性研究项目计划书，申报在1997组织实施的国家重点基础研究发展计划，也就是973计划。

　　张卫华回忆起这段申报之路，不禁感叹：从2001年到现在，项目得到批准之前，经历了6年5次申请的漫漫长路。

　　当时，西安交通大学朱金华教授向西南交通大学张卫华教授发出邀请：共同拟定方案，为铁路的安全问题提供理论基础。张卫华欣然应允：这与他的想法不谋而合。而车辆动力、失效分析与预防，这正是他研究的领域，将其形成更为系统的理论，当然更好！

　　不过，这次由西安交通大学牵头、7个院校参加的项目计划，在进入“复赛”之后就停下了脚步。按照973计划项目要求，各申报项目必须紧紧围绕农业、能源、信息、资源环境、人口与健康、材料等领域国民经济、社会发展和科技自身发展的重大科学问题，提供解决问题的理论依据和科学基础。核心围绕“高速重载列车”的项目，在面对专家院士们的答辩中，让位给其他与主题更为契合的研究。而来年的第二次申请，依旧“名落孙山”。

　　西藏历史上第一辆机车的司机长吴军，驾驶装载着物资的机车行驶在建设中的青藏铁路线上时，时间走到2004年。这一年，张卫华应北京科技大学之邀参与申报的项目，再次强调了高速重载列车安全运行问题，却第3次与成功失之交臂。

　　张卫华有些着急了：列车安全运行是大事！机车制造已逐步实现本土化生产，伴随这一发展需要，我们要保证几千几万公里的运行安全，不能再从实验室里、从失败的教训中一点一点积累经验了，必须形成一套完备的理论体系。

　　一份研究高速重载铁路服役行为与失效机制的项目计划书，在2005年交到了科技部。这一次，张卫华自己站出来牵头，6个院校，关注同样的领域。只是这一次，在经历了3次失败之后，他们的计划书更加详细，目标更加明确，并第一次将“安全服役”这个词写进内容。原以为这次能十拿九稳，结果却出人意料：这一本来有机会通过的方案，第4次申报还是与“973”失之交臂。

　　数年来，高速铁路的发展从未停下脚步。2006年，青藏铁路客运线正式开通，2万吨重载列车在大秦线也开始运行。人们期待着最高时速250公里的铁路第六次大提速。此时，张卫华教授的973项目建议——“高速列车安全服役关键基础问题研究”——第一次聚焦到高速列车和安全服役。

　　如果安全领域的突破点都能得到解决，那么这一理论带来的成果是诱人的：除了提高列车在运行中的安全性，对事故提前防范和有效控制外，构建完整的高速列车运动动态行为的研究体系和分析系统，将推动我国高速列车在设计领域的创新。

　　这个项目计划书引起了时任国家科技部部长徐冠华的重视：“是这个领域基础研究的重大突破。”

　　“基础研究、标准建设和技术创新是实现铁路跨越式发展的根本。”这句话被写进最新一次申报“立项依据”中。10月26日，项目正式启动，核心成员44人，分为6个课题组，包括机械动力学、材料与工程科学、高分子材料结构与性能、机械摩擦学与表面技术的专家学者。

　　而此时，历经17年讨论、总投资2200亿元的京沪高速铁路又传出即将开工的消息，其基础建设投资超过了三峡工程。京津高速客运专线也将在2008年奥运会开幕前投入运行。在国务院批准的《中长期铁路网规划》中，到2020年，我国将兴建起“四纵四横”铁路客运专线和三个城际快速客运系统，总里程达1.2万公里，其中大部分速度在每小时250公里以上，最高设计速度为每小时350公里。我国铁路加速进入高速时代。这个项目的研究成果将为规划提供理论基础和技术支撑。

　　申报成功仅仅是一个开始。项目的研究为期5年，2011年，也许我们能够看到的是一份完整的“高速列车安全服役关键基础问题解决措施”。

　　而对研究者们来说，更为深远的意义是，尽管本项目的研究是以高速铁路为背景，事实上，铁路系统的运行环境也广泛发生在其它机械系统、运载工具和其它工业领域中。这一理论在汽车、航空航天设备和海洋、桥梁结构等都有适用的部分。这也许会成为一次大的理论架构的开始。