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铁路与轨道交通 |
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日本新干线N700系力争以安全和环境技术成为世界标准 |
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| http://cn.newmaker.com
8/2/2011 11:25:00 AM
日中环保生态网
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在全球范围内，曾经以汽车和飞机为中心的人员和货物的移动方式正在发生剧变。把运输方式向环境负荷较低的运输工具——铁路转移的“运输形态转换（Modal Shift）”的速度正在加快。其中，长距离高速铁路扮演着主要角色。
目前，如下方表格所示，美国、欧洲和亚洲各国正酝酿着为数众多的大规模高速铁路网建设计划。绝大多数计划的事业规模高达1万亿日元。瞄准这一商机，拥有高速铁路车辆和线路技术的欧洲等铁路发达国家如今正在展开激烈的技术促销战。在这种情况下，进入2009年后，日本拥有的高速铁路的地位节节攀升。
例如，日立制作所于2009年2月取得英国城际铁路1400辆列车订单的优先交涉权就是其象征之一。而且，为了进一步加快成功的脚步，同年9月，日本国土交通省设置了向海外推广日本高速铁路的“铁路国际战略室”。
之后，2009年11月，越南政府宣布，连接河内至胡志明市的1600公里“南北高速铁路”的建设事业将采用日本的新干线方式。对于这项总事业费约为5万亿日元的大规模计划，时任日本首相的鸠山由纪夫曾亲自向越南总理阮晋勇力荐，“新干线自1964年投入运营以来，从未发生过死亡事故”，称得上是日本举国推动计划的成果。
优势在于安全和环保性能
以商业运营最高时速创造世界纪录，达到320公里的法国TGV为首，欧洲各国在高速铁路领域拥有自主技术和优势，此前一直引领着全球铁路的发展。在这种形势下，为何日本的高速铁路如今却备受关注？就像前首相鸠山的那句话一样，其理由之一在于新干线在开发中培养出的安全性及高环保性能。
新干线为了彻底追求安全性，铺设了不与其他常规线交错的专用线，采用了取消道口的基本概念。不仅排除了发生事故的可能性，还确立了即使高密度运行晚点平均也不到1分钟的精确运用系统。
而且，在车辆方面，凭借只有日本人才能实现的对细节的精益求精，新干线一直在开发重量轻且能量效率高、噪声少的车辆。目前运营车辆的最高杰作便是N700系。N700系采用了最新的材料、加工技术，以及与之相应的设计。由日本的智慧凝聚而成的车辆如今已经成为了日本新干线走向世界的王牌。
设计引领新技术
在实现N700系的各项要素中，设计发挥着尤为重要的作用。铁路设计除了要求外形美观，外形还必须直接与功能挂钩。
例如车头的形状。在过去，平滑的流线型一直占据主流，但从700系以后，车头外观大幅调整，变成了像是从鸭嘴到鸭头的复杂形状。这是解决在隧道内产生的各种问题所需要的。
对于高速铁路，首要的问题是被称为“隧道微气压波”的噪声。这是指新干线进入隧道时，空气像气枪一样被压出，在出口引发剧烈爆破声的现象。严重时据说会导致附近房屋的玻璃破碎。
按照一般看法，要想防止隧道微气压波，重要的是使尖端部到后方的车辆截面积变化率保持固定。500系之前的流线型形式就是根据这个理论制造而成。但是，还有一些问题单靠流线型并不能得到解决。例如，受隧道内乱流的影响，随着后方车辆前行，横摇会变得剧烈。
在此之前，消除横摇使用的是减振器等机械装置。但新干线设计师提出的建议却是改造车体某个部位的形状，使其像飞机那样具有垂直尾翼的功能。
按照这种设想，只要使气流笔直流动，使风的流向从左右夹住列车，就可以消除横摇。对于这项提案，设计师与参与开发的技术人员为了寻找替代垂直尾翼的形状，研究各种形状，反复进行了讨论。
得出的结果就是700系的“气动流线（AeroStream）”形式。在采用车头侧面外扩的形状后，产生了能够抑制车尾横摇的气流。
N700系进一步改进设计，通过数千次的气动力计算，成功抑制了时速超过300公里的高速隧道微气压波。参与新干线等各种铁路车辆设计的交通工具设计机构的成员、统筹300系以后新干线设计的产业技术研究生院大学教授福田哲夫表示，“这是设计师与技术人员齐心协力才得以实现的形态”。
另外，车头的复杂形状还带动了加工技术的进步。过去，这种形状需要由工匠敲击铝板成形，然后焊接进行组装。但作为一家车辆制造公司，日立制作所在N700系的制造中，开发出了无需依靠工匠技艺的新加工法。这种加工方式是对30毫米到40毫米厚的铝板实施冲压加工，制成大致形状，然后使用5轴切削加工机切削成形。
借此，该公司成功以极高的精度制造出了大部件。一举将过去多达几百个的部件数量减少到了几十个。包括高精度焊接部件的“摩擦搅拌焊接”在内，这些加工技术称得上是技术人员为满足设计要求而不断努力的成果。由此可见，优秀的设计有时也能够推动技术的发展。
细节汇聚出的性能
东海道山阳新干线向N700系进化的过程也是在细节上对设计精益求精的结果。就外装来说，N700系采用的覆盖连结部的全包式弹性材料盖罩就是其中之一。这样不仅能够抑制连结部附近的空气乱流，提高气动力性能，还能减少噪声，使车内甲板的位置可以使用手机流畅通话。
为了提高隔热性、隔音性，每次改款都缩小了窗户的大小。缩小窗户可以减少玻璃这一最重部材的用量，对减轻整体重量也有好处。另外，N700系还把玻璃更换成了帝人公司的聚碳酸酯树脂。使车窗重量又减轻了3成。
对于700系安装的覆盖车体下部机械部件和车轮的保护层，N700系也全部改换碳纤维材料，实现了轻量化。
另一方面，为使旅客感觉舒适，车内以兼顾舒适性和环保性能为主要宗旨，进行了精心设计。甲板通道的入口部分略微加宽，在心理上显得空间更深更宽。除此之外，在700系以前，头等车的读书灯都安装在行李架上，通过采用发热量小的LED，读书灯嵌入座椅，转移到了靠近乘客的位置。这样不仅便于调整和操作，而且无需太大的光量即可得到足够的亮度。
这些成果来源于能够站在乘客立场上组合各种技术、提出新移动空间方案的设计师。虽然每一个都只是微小的改进，但集合起来同样有助于提高环保性能。与第一代新干线0系相比，以相同时速220公里行驶时，N700系的耗电量减少了49％。日本国土交通省称，与法国的TGV和德国的ICE相比，N700系的人均编组重量只有约一半。如此高水平的轻量化和环保性能之所以能够实现，背后倾注了设计师的热情和创意，以及技术人员为实现理想决不妥协的努力。
2009年11月，N700系新干线在东海道新干线线路上成功完成了最高时速为332公里的试运行。出于减少噪声、弯道较多的原因，东海道新干线线路的时速一般控制在270公里，向海外推销时，这一速度经常成为瓶颈。但试运行证明，N700系在性能上毫不逊色。今后JR东海公司还计划实施时速为320公里的商业运营。从而进一步加大宣传力度。
包括压倒性的环保性能，以及适合大量运输的运行系统在内，日本的移动文化培育出了新干线。由厂商、设计师、运营新干线的JR各公司切磋琢磨铸就的传统，如今正作为环保时代的标准逐渐得到世界的广泛认同。（《日经设计》记者：丸尾弘志）
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