“想知道大門里面是獅子還是美人，總得推開門去看看。”盡管是一名技術型人員，丁叁叁卻總能恰到好處地冒出文藝范的金句。

碳纖維復合材料在軌道交通承載結構的應用可行與否，就是丁叁叁口中的“美人和獅子”。

作為中車四方股份公司（以下簡稱“中車四方”）副總工程師，他和團隊的使命就是探索各種可能性。在他鼓起勇氣推開那座沉重的大門前，嘲諷、質疑和各種壓力如潮水般洶涌而至。

背負重重壓力，這個團隊還是選擇了尊重內心的好奇。不過，碳纖維復合材料對于解決軌交列車輕量化問題的誘惑也確實大。

2018年9月，第一代碳纖維地鐵CETROVO在德國面世。無疑，丁叁叁和他的團隊看到的、向世人證明的，大門內確實是美人。

不過要迎接“美人”出來，卻是不易。

2年后，時速600公里的高速磁浮試驗樣車，在上海成功試跑。這輛中國地面速度最快的交通工具，走出了萬里長征第一步。該車的研發由中國科技部組織，中車四方股份公司技術負責，匯集國內高鐵、磁浮領域優勢資源，聯合30余家企業、高校、科研院所共同攻關。

2019年，高速磁浮作為前沿關鍵科技被列入國家《交通強國建設綱要》。

但輕量化問題，是高速磁懸浮列車要面臨的重大問題之一。迎接美人走出大門的需求越來越迫切！壓力也越來越大，這不是一個行業的事情，是碳纖維復合材料與主機廠兩個行業共同的議題。

協調兩個行業的步子，難度可想而知。

通過一年一次的碳纖維會議，兩個行業的智慧充分碰撞，讓滿是焦慮的他感到些許的安心。

01

高速磁懸浮輕量化 需要碳纖維

2020年6月21日，上海迎來了特別的一天。

高速磁浮試驗樣車首次在上海進行系統聯合調試。多種工況下的動態運行試驗一一開展，包括不同軌道梁以及道岔、小曲線、坡道、分區切換等，共完成七大項200多個試驗項點，對懸浮導向、測速定位、車軌耦合、地面牽引、車地通信等關鍵性能進行了全面的測試。

最終的測試結果完全滿足預期效果。

這輛高速磁浮試驗樣車設計時速達到600km/h，補充了高鐵350km/h和飛機900km/h之間的速度空白。

“完善天空地一體化的交通網絡，對于我們國家來講是很有戰略意義的。”丁叁叁對《大國之材》說道。

中國人對于磁懸浮的執念，早就體現在上海的首條磁懸浮試驗線上，中國人渴望擁有一個全套的技術解決方案。前期磁懸浮的項目主要是以院校為創新主體，解決技術和理論問題。“十三五”重新規劃后，工廠接過項目，解決成套方案工業化生產的問題，建立起產業鏈。

另外，中國高鐵產業已經形成龐大的體量優勢。后高鐵時代，發展600km/h的高速磁懸浮列車，借此占領技術制高點，將帶來技術外溢性，如碳纖維、磁技術、控制技術等等的發展，對于產業轉型升級具有重要意義。

中車四方的丁叁叁團隊，背負著重任。

對于他們而言，磁懸浮列車是全新的領域。與傳統的輪軌列車相比，輪軌列車是軌道與輪子相互接觸，列車系統都在車身上；而磁懸浮列車則是由電機牽引，電機部分在地底下，這給丁叁叁團隊帶來了列車系統全新的認識。

高速磁懸浮帶來的是控制系統的遷移和材料系統的遷移，一切都是從無到有的過程。

材料是關鍵問題之一。列車達到600km/h的速度后，將面臨氣動的問題，特別是在隧道內，列車車體承受的氣壓與速度成平方關系，因此車身強度與高鐵如復興號相比成倍增加，此外空氣阻力也會大幅提高。因此，只有滿足輕量化，才能設計出足夠強的車體。

而輕量化的材料方案主要有兩個：高強度合金材料和復合材料。

近十幾年，合金材料的潛力被逼到了極限，最早的重二十噸左右的合金材料客車車體，重量硬生生被壓縮到如今的七八噸。

剩下的方案是復合材料。

碳纖維復合材料已經在CETROVO上得到了一定的驗證，但對于時速高達600km/h，運行條件更為復雜的高速磁懸浮列車而言，仍面臨新的挑戰。

02

并非簡單的材料應用算數題

高速磁懸浮采用碳纖維復合材料，不是一道簡單的材料應用算術題。

在高速運行過程中，高速磁懸浮列車輕量化與車身強度、剛度、噪聲、振動等因素之間，存在矛盾。“不能為了實現輕質而影響其他性能。”丁叁叁對《大國之材》說。

另外就是兩個行業協調的事情，“跨行業需要理解與包容，兩個復雜的行業的知識、認識需要形成統一。”

目前階段存在著各種矛盾。做復合材料的從業者認為軌道交通的設計結構不合理，而軌道車輛的設計人員認為，列車的控制系統、制動系統、空調等方方面面都要徹底改動，要適應新材料的結構難度很大。

“所以要盡量相互學習、交叉學習，然后相互理解對方的行業的規律，去找到技術的平衡點。”

而目前，碳纖維復合材料的應用從高端往民用推進，規模和牽引力仍然有限。

材料應用到某個行業，就要適合這個行業的TQC（時間、質量、成本）要求。從航空航天走到軌道交通，碳纖維技術的移植，面臨跨行業的認識問題。

“形成TQC的優勢，就要產業成熟、形成規模化的效應，有足夠強大的專業裝備、足夠多的人員、足夠科學的流程，需要長期的積累、優化。這一切需要大量的人才、物力的投入。”

中車四方看到，用戶和裝備商的熱情沒有預想中的高。盡管碳纖維輕量化的項目正在嘗試，但從工業層面上看只是淺嘗輒止，并沒有大量的投入和相應數量的產線建設。

“碳纖維作為戰略材料應該由大型企業主導，形成專業的細化分工。”丁叁叁有些感慨。

所幸，對于碳纖維導入高速磁懸浮等列車的應用，民營碳纖維企業的熱情高漲。與這些供應企業合作，丁叁叁的感受頗深，有感動也有困惑。

“他們都很有情懷，開放、積極，做了大量的工作。”

但碳纖維產業發展不均衡，一方面市場不充分，另一方面產業技術不充分。有數據顯示，2018年全球碳纖維需求量約 92.6 千噸。在細分市場的應用上，風電葉片、航空航天、體育休閑及汽車領域的需求達到 68.1 千噸，占據碳纖維全球需求總量的 73.5%。

碳纖維發展仍處于高端往低端邁進的過程中，但還未接地氣。“沒有足夠的市場驅動，但也是因為沒有讓用戶為之心動的完整的解決方案。”丁叁叁表示。

“很多乍一聽很有吸引力的方案，但真正面臨應用的時候，還是很難。”

“不能提供完整的解決方案，歸根結底，就是規模化不足、專業化的路未通、主體缺位。”丁叁叁總結道。

主體缺位導致分工同質化嚴重，國產碳纖維企業數量達到80多家。生產碳絲的企業占不少，碳絲的型號強度也包括T300到T700不等。從行業內而言，T300到T700技術差異很大，但從另一個層面而言其實都屬于一類技術。

“同一類技術，為什么不能大家集中投資把它徹底解決呢？”站在中車四方的角度，丁叁叁說出了自己的困惑。

另外，不少做碳絲的企業為了找到生存空間，延伸產業鏈布局預織品等，導致未集中精力深耕碳絲工藝。“從企業生存角度而言沒有錯，但是從整個行業發展來看，不符合工業化分工的趨勢。從行業的大發展上看，我個人覺得有必要進一步去理順。”

03

抓住窗口期是關鍵

為了把“美人”從大門內迎出來，丁叁叁很重視與碳纖維企業保持溝通。

每年的“碳纖維及其復合材料技術與應用研討會”，丁叁叁都會參加，與碳纖維行業的企業和專家學習交流。“每年的這個時候對我們來說很重要。”

對于研發機車車輛的丁叁叁團隊而言，對于碳纖維復合材料的理解仍然有限，通過與碳纖維復合材料的研發、制造單位、企業一起坐下來探討面臨的難題，群策群力找到解決方案無疑是不錯的機會。

“美人”什么時候才能迎出來，丁叁叁認為，希望從政產學研用等多方面，一起達成共識，也許三五年就會出現很大的變化。

作為機車車輛的研發力量，丁叁叁團隊也正用自身的力量去推動。

早前，丁叁叁的團隊定下了清晰的規劃：一是進行軌交列車材料的替代，二是在通過結構優化把技術催熟，三是憑借成熟技術進行批量化的生產和推廣。

兩年的時間，一切按照預期計劃在推進。

丁叁叁團隊做了大量低成本、高效率部件的試制，并取得了一些成果。如高鐵的司機室，磁懸浮的很多樣件也取得不少成果，準備裝車，“可能到明年或者是后年，可能會有更大的一些東西出來，如車體、轉向架等部件。”

出于綜合性能需要，鎂合金、碳纖維及其他新型的材料技術也都在不斷嘗試。但面對越復雜的環境，碳纖維復合材料的應用潛質就越大，“我希望磁懸浮在碳纖維復合材料的應用上能夠達到10%~30%以上的覆蓋范圍，這樣才能帶來整個列車系統的轉型升級或代際變化。”

在2020年8月的“2020第六屆碳纖維及復合材料產業大會”上，丁叁叁這樣總結團隊的工作：經多年努力，取得長足進步，成就斐然。總體進展緩慢，應用進程到需求窗口交集動態令人擔憂。

中國軌道交通行業的活力，為碳纖維的推廣帶來需求窗口。

相關數據顯示，截止2020年6月，國內干線已開通86條，3.7萬公里，在線列車3665組，運營里程及列車保有量均占世界2/3。

按照國家鐵路局的規劃，到2030年，高鐵里程將達4.5萬公里，投入使用7000組列車。城軌方面，截止2019年底，國內40市已開通208條城軌，6736公里里程，列車6966列。“預計到2025年總計再建7800公里，保有量將超16000列。”

但針對碳纖維在軌交車輛上的應用，業界能否抓住高鐵發展窗口期并披荊斬棘搭上這趟東風，著實考驗著復合材料和軌交車輛兩個行業人的智慧。

原文標題：高速磁懸浮研發負責人丁叁叁：600km/h需要輕量化 離不開碳纖維

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