全球首列商用(yong)碳纖維地鐵列車在(zai)線(xian)路上進行動態測試。中車四(si)方股(gu)份公司 供(gong)圖(tu)

　　工(gong)作人員對全球(qiu)首列商用碳(tan)纖維地鐵(tie)列車進行檢測調試。中車四方股份公(gong)司 供圖

　　全(quan)球首列商用碳纖維地鐵(tie)列車外觀（局部）。中(zhong)車四方股份公(gong)司 供圖

　　全球首(shou)列(lie)商用碳纖(xian)維(wei)地(di)鐵(tie)列(lie)車司機(ji)室(shi)。中車四方股份公司 供圖(tu)

　　全球首(shou)列(lie)商用碳纖(xian)維地鐵列(lie)車車廂內部(bu)的(de)碳纖(xian)維立柱和碳纖(xian)維座椅。中車四(si)方股份公司 供圖

　　凌晨三(san)點(dian)，當(dang)青島這(zhe)(zhe)座美(mei)麗山海城還在(zai)沉睡(shui)，中車四方股份公司碳纖(xian)維地鐵列(lie)車主任設計師劉金柱和同事們迎來(lai)了一天中最忙碌(liu)的時刻。“我們需(xu)要利用(yong)地鐵1號(hao)線(xian)這(zhe)(zhe)兩(liang)三(san)個小時的非運營時間(jian)，對碳纖(xian)維列(lie)車進行用(yong)戶現場(chang)的線(xian)路實(shi)驗(yan)，讓車輛在(zai)真實(shi)場(chang)景中‘跑’起來(lai)。”

　　劉金(jin)柱(zhu)所說的(de)“碳纖(xian)(xian)維(wei)列(lie)(lie)車(che)(che)”，是指中車(che)(che)四方股份公司聯合青(qing)島地(di)(di)鐵(tie)(tie)集團(tuan)為青(qing)島地(di)(di)鐵(tie)(tie)1號線研制的(de)碳纖(xian)(xian)維(wei)地(di)(di)鐵(tie)(tie)列(lie)(lie)車(che)(che)“CETROVO1.0碳星快軌”。6月26日，該列(lie)(lie)車(che)(che)在青(qing)島正式發布(bu)，這是全(quan)球(qiu)首列(lie)(lie)用于商業化運營的(de)碳纖(xian)(xian)維(wei)地(di)(di)鐵(tie)(tie)列(lie)(lie)車(che)(che)，較傳統地(di)(di)鐵(tie)(tie)車(che)(che)輛減重11%，具有更輕更節(jie)能等顯著優勢。

　　在(zai)交通工(gong)具輕量化方面，碳(tan)纖(xian)維列(lie)車(che)做了哪些探(tan)索(suo)嘗(chang)試？與其他(ta)材(cai)料的列(lie)車(che)相比，碳(tan)纖(xian)維列(lie)車(che)有哪些不同之(zhi)處？未(wei)來，它將如何引領地鐵列(lie)車(che)實現全新綠色(se)升級？讓(rang)我們一起走(zou)近全球首列(lie)商(shang)用(yong)碳(tan)纖(xian)維地鐵列(lie)車(che)。

　　更輕量

　　整車(che)(che)減(jian)重約11%，運行能耗降(jiang)低7%，每(mei)列車(che)(che)每(mei)年可減(jian)少二氧化(hua)碳排放約130噸

　　賽場(chang)上(shang)，它助力運(yun)動員刷(shua)新紀錄(lu)；生(sheng)活中(zhong)，它讓“輕裝(zhuang)上(shang)陣”成為(wei)習慣；太空里，它向金(jin)(jin)屬材(cai)料發起凌厲沖擊……它就是被(bei)譽(yu)為(wei)“工業黑(hei)色黃金(jin)(jin)”的碳纖維。

　　2021年，我國首次成為全球(qiu)最(zui)大的(de)碳(tan)纖(xian)維生產國。2023年，我國碳(tan)纖(xian)維運行產能占據全球(qiu)碳(tan)纖(xian)維產能的(de)一半。

　　細如發(fa)絲、輕(qing)若鴻毛、強過鋼鐵的(de)(de)碳纖(xian)(xian)維(wei)，目(mu)前在(zai)我國已實現多個系列(lie)和(he)級別的(de)(de)國產化，廣泛應用(yong)于(yu)航空(kong)航天、軌(gui)道(dao)交通、船舶車輛、新能源等領(ling)(ling)域(yu)。在(zai)航空(kong)航天領(ling)(ling)域(yu)，碳纖(xian)(xian)維(wei)憑借其(qi)輕(qing)質且高強度的(de)(de)特(te)性，成為飛(fei)機、導彈等關鍵部件的(de)(de)首(shou)選材(cai)料(liao)。在(zai)風電(dian)(dian)葉片領(ling)(ling)域(yu)，眾(zhong)多碳纖(xian)(xian)維(wei)生產商積極與風電(dian)(dian)設備制造商展開合(he)作，共同(tong)研(yan)發(fa)更適配風電(dian)(dian)葉片的(de)(de)碳纖(xian)(xian)維(wei)材(cai)料(liao)。此(ci)外(wai)，日常生活中的(de)(de)碳纖(xian)(xian)維(wei)棒球棒、網(wang)球拍、自(zi)行車，早已被大眾(zhong)熟知。

　　輕量(liang)化(hua)(hua)(hua)，同樣是軌(gui)道(dao)交(jiao)通技術(shu)領域的追求。在保證車(che)輛性能(neng)的前提下盡可能(neng)減輕車(che)身重量(liang)、降低運行能(neng)耗，是實現軌(gui)道(dao)車(che)輛綠色化(hua)(hua)(hua)、低碳化(hua)(hua)(hua)的關鍵技術(shu)。

　　近年來(lai)，地鐵列車越(yue)做越(yue)輕，不斷地被力學優化的(de)合金(jin)材(cai)料已經發揮到了(le)(le)性能極限，必須要找到一種綜(zong)合型的(de)優良材(cai)料。通過反復論證，中車四方股份公(gong)司選擇了(le)(le)將碳(tan)纖(xian)維復合材(cai)料應用到“CETROVO1.0碳(tan)星快軌”的(de)設計(ji)上(shang)。

　　“以前的地鐵(tie)列車(che)(che)(che)也有運用(yong)碳(tan)(tan)(tan)纖維材料的，但是用(yong)作裝(zhuang)飾比(bi)較多。‘CETROVO1.0碳(tan)(tan)(tan)星快軌’與(yu)傳統列車(che)(che)(che)最大(da)的不同是，它的車(che)(che)(che)體、轉向(xiang)架(jia)構(gou)架(jia)等(deng)(deng)主承載結構(gou)采用(yong)碳(tan)(tan)(tan)纖維復合材料制(zhi)造，實現了車(che)(che)(che)輛(liang)性能的全(quan)新升級。”劉金(jin)柱介紹，中車(che)(che)(che)四(si)方(fang)(fang)股(gu)份公司聯(lian)合青(qing)島地鐵(tie)集團等(deng)(deng)單位(wei)共同攻(gong)關，攻(gong)克了碳(tan)(tan)(tan)纖維大(da)型復雜主承載結構(gou)一體化設計、高效低(di)成本成型制(zhi)造、全(quan)方(fang)(fang)位(wei)智能檢(jian)測維護等(deng)(deng)關鍵技術(shu)，在全(quan)球(qiu)首次實現了碳(tan)(tan)(tan)纖維復合材料在商用(yong)地鐵(tie)車(che)(che)(che)輛(liang)主承載結構(gou)上的應用(yong)，使該(gai)車(che)(che)(che)具(ju)有更輕更節能、強度更高、環境適應力更強、全(quan)壽命周期(qi)運維成本更低(di)等(deng)(deng)技術(shu)優勢。

　　車(che)身(shen)更輕盈(ying)，運行更節(jie)能(neng)。與傳統金屬材(cai)料的地(di)鐵(tie)車(che)輛相比，一(yi)列6節(jie)車(che)廂編組的碳纖維地(di)鐵(tie)車(che)輛的車(che)體減重(zhong)(zhong)25%，轉向架(jia)構(gou)架(jia)減重(zhong)(zhong)50%，整車(che)減重(zhong)(zhong)約(yue)11%，運行能(neng)耗(hao)降低7%，每(mei)列車(che)每(mei)年可減少二氧(yang)化碳排放約(yue)130噸，相當于植樹造(zao)林(lin)101畝。

　　“CETROVO1.0碳星快軌”采(cai)用(yong)“4節(jie)(jie)動力車(che)(che)(che)+2節(jie)(jie)無動力車(che)(che)(che)”的編組形式，一共(gong)有6節(jie)(jie)車(che)(che)(che)廂(xiang)。劉金柱介紹：“如(ru)果整列(lie)(lie)車(che)(che)(che)的車(che)(che)(che)體和轉向架都采(cai)用(yong)碳纖維材料，那(nei)么這(zhe)列(lie)(lie)車(che)(che)(che)能(neng)減重約(yue)24噸。假如(ru)列(lie)(lie)車(che)(che)(che)一年(nian)運營(ying)12萬(wan)公里，大約(yue)可以節(jie)(jie)省13萬(wan)度(du)電。”

　　更長壽

　　耐(nai)疲勞性(xing)能更優，延長結構使用壽命，大大降低后期維護成(cheng)本

　　手指粗的一束碳纖維，就可以(yi)拉動兩(liang)架飛機。

　　與如此(ci)優(you)質特性相對(dui)應的(de)，是碳纖維復雜(za)的(de)生產工(gong)藝流程(cheng)。生產碳纖維要(yao)經過(guo)上百道工(gong)序，三百多項關鍵(jian)技術(shu)、三千多個工(gong)藝參數，經過(guo)十多個系統的(de)集(ji)成才能制作完(wan)成。因(yin)此(ci)，碳纖維的(de)價格也比其(qi)他材料貴不少(shao)。

　　算(suan)一(yi)算(suan)經濟賬：生產一(yi)列碳(tan)纖維地鐵列車是否成本(ben)太(tai)高昂？從制造成本(ben)來(lai)看，“CETROVO1.0碳(tan)星快軌(gui)”未來(lai)具有可復制性嗎(ma)？

　　“對于軌道交通車輛碳纖維復(fu)合材(cai)料部(bu)件，如果要實(shi)現產業化與規模化，必(bi)須從全(quan)壽(shou)命(ming)周期的角度進行評價。”中(zhong)車四(si)方股份公司技術中(zhong)心副主任(ren)蔣欣(xin)介紹，全(quan)壽(shou)命(ming)周期成本是包括產品從研(yan)究(jiu)、設計、制造、銷售、使(shi)用(yong)(yong)直(zhi)到報廢為止的全(quan)部(bu)費用(yong)(yong)。只有將材(cai)料及材(cai)料選型、工藝設計、結構設計、運行維護、回收再利用(yong)(yong)等全(quan)部(bu)納入全(quan)壽(shou)命(ming)周期考慮(lv)，才能(neng)感(gan)受到碳纖維復(fu)合材(cai)料的應(ying)用(yong)(yong)優勢。

　　蔣欣給(gei)記者舉(ju)了(le)個例(li)子：“與采用傳統金(jin)屬材料相比，碳纖維(wei)轉向架構(gou)(gou)架部件具有(you)更強的(de)抗沖擊能力，耐疲勞性能更優，延長(chang)了(le)結(jie)構(gou)(gou)使用壽命，大大降低了(le)后(hou)期(qi)(qi)維(wei)護成(cheng)本。因此從全壽命周期(qi)(qi)成(cheng)本考(kao)慮，碳纖維(wei)列(lie)車(che)更‘長(chang)壽’更耐用，前期(qi)(qi)的(de)投入也就‘劃得來’了(le)。”

　　得益(yi)于碳(tan)纖維(wei)(wei)(wei)輕(qing)量(liang)化材料和新(xin)技術(shu)的應用，碳(tan)纖維(wei)(wei)(wei)地鐵列(lie)(lie)(lie)車(che)(che)的輪軌(gui)磨(mo)耗顯(xian)著降(jiang)(jiang)低，大幅減少了(le)車(che)(che)輛和軌(gui)道的維(wei)(wei)(wei)護(hu)量(liang)。同時，通(tong)過應用數(shu)字孿生技術(shu)，為碳(tan)纖維(wei)(wei)(wei)列(lie)(lie)(lie)車(che)(che)配(pei)置(zhi)了(le)智能(neng)運(yun)維(wei)(wei)(wei)平臺，實現了(le)整車(che)(che)安全、結構健康及運(yun)用性(xing)能(neng)的自檢測與自診斷，能(neng)夠為應急排故提供秒(miao)級響應的故障報警數(shu)據，同時收集全壽命(ming)周(zhou)期運(yun)維(wei)(wei)(wei)數(shu)據。一系列(lie)(lie)(lie)創新(xin)之舉(ju)，提高了(le)運(yun)維(wei)(wei)(wei)效率，降(jiang)(jiang)低了(le)運(yun)維(wei)(wei)(wei)成本，使列(lie)(lie)(lie)車(che)(che)全壽命(ming)周(zhou)期檢修成本降(jiang)(jiang)低了(le)22%。

　　在軌道車輛碳纖維技(ji)術領域，中(zhong)車四方(fang)股份(fen)公司發(fa)揮產(chan)業優勢(shi)，通(tong)過十余年的研發(fa)積累和“產(chan)學(xue)研用”協同創(chuang)新，搭(da)建(jian)了全鏈條研發(fa)、制(zhi)造(zao)(zao)、驗證平臺，形成(cheng)了從碳纖維結構(gou)設(she)計(ji)研發(fa)到(dao)成(cheng)型制(zhi)造(zao)(zao)、仿(fang)真、試驗、質量保(bao)障(zhang)等(deng)成(cheng)套工程化能(neng)力，可提供(gong)全壽命(ming)周期一站(zhan)式(shi)解決方(fang)案。

　　更舒適

　　碳(tan)纖(xian)維立柱摸起(qi)來不冰手，主動徑向技術(shu)有效控(kong)制轉彎帶來的(de)噪(zao)音

　　與青島地(di)鐵1號線正在運營的(de)黃色(se)列(lie)車(che)相比，這列(lie)以炭黑色(se)為(wei)基(ji)礎色(se)的(de)碳(tan)纖維列(lie)車(che)尤為(wei)顯眼。

　　走進(jin)頭部車(che)廂(xiang)，可以看到碳纖(xian)維立(li)(li)柱(zhu)(zhu)(zhu)、碳纖(xian)維座椅，充滿未來(lai)科技(ji)感。“與普通(tong)的不銹鋼立(li)(li)柱(zhu)(zhu)(zhu)相(xiang)比，碳纖(xian)維立(li)(li)柱(zhu)(zhu)(zhu)大概減重了50%，輕(qing)量化成(cheng)果明顯(xian)。除此之外，它(ta)摸起來(lai)更舒服些，尤其在冬季乘車(che)時，乘客握著立(li)(li)柱(zhu)(zhu)(zhu)不會覺得冰手(shou)。”劉金(jin)柱(zhu)(zhu)(zhu)介紹(shao)。

　　日常生活中，在乘(cheng)坐某些線(xian)路的(de)地鐵(tie)列(lie)車(che)(che)時，乘(cheng)客會感受(shou)到較(jiao)大(da)的(de)噪音和晃動，影響(xiang)乘(cheng)坐體驗。蔣欣解釋(shi)道，“地鐵(tie)列(lie)車(che)(che)每節車(che)(che)廂下(xia)面有(you)兩個轉向架，每個轉向架上有(you)兩個輪對，能(neng)幫助(zhu)軌(gui)道交通(tong)車(che)(che)輛(liang)進(jin)行(xing)轉向。但(dan)當地鐵(tie)列(lie)車(che)(che)在通(tong)過小(xiao)曲線(xian)半徑(jing)線(xian)路，也就是(shi)‘急轉彎’時，輪對與鋼軌(gui)的(de)摩擦加劇，所以會產(chan)生比在直線(xian)上行(xing)駛時更大(da)的(de)摩擦，帶來噪音。”

　　針對(dui)這一困擾(rao)軌道交(jiao)通領域已久的問題(ti)，項目團隊研(yan)究出了(le)主動徑向(xiang)技術(shu)。在列(lie)車(che)過彎時，可通過快速精確調整輪(lun)對(dui)相對(dui)位置(zhi)，主動控制車(che)輛輪(lun)對(dui)沿著徑向(xiang)通過曲線，降(jiang)低輪(lun)軌作(zuo)用(yong)力對(dui)車(che)輛和基礎設(she)施的影響，大幅降(jiang)低了(le)輪(lun)軌磨耗和噪聲。此外，這一改進能夠節(jie)省30%至50%車(che)輪(lun)保養成(cheng)本。

　　地(di)鐵運行于相對封閉的(de)地(di)下(xia)空間，防火(huo)安全至關重要。據了解，每一列地(di)鐵車(che)輛在正式投入使用之(zhi)前，都(dou)必須(xu)經(jing)過15分(fen)鐘耐火(huo)測試(shi)，從(cong)而保證車(che)輛外部一旦(dan)起(qi)火(huo)，火(huo)勢在15分(fen)鐘內不會蔓延至車(che)廂(xiang)內。

　　碳(tan)纖(xian)維(wei)具有很高的熱穩(wen)定(ding)性和化學穩(wen)定(ding)性，在非極端(duan)條件(jian)下不會(hui)(hui)燃燒，而碳(tan)纖(xian)維(wei)復(fu)合(he)材(cai)料(liao)中通常含有樹脂等材(cai)料(liao)作為黏合(he)劑，對防火性能是有所影響的。劉金柱介紹，為了滿足碳(tan)纖(xian)維(wei)列車(che)的防火性能，列車(che)底部噴涂了膨(peng)脹(zhang)型防火涂料(liao)。在遇到(dao)火源時(shi)，涂料(liao)會(hui)(hui)迅速膨(peng)脹(zhang)形成致(zhi)密的碳(tan)纖(xian)維(wei)層，隔絕氧氣和熱量的傳(chuan)遞，從而阻止火勢蔓延，保障(zhang)乘客安(an)全。

　　目前，“CETROVO1.0碳星快軌(gui)”已完(wan)成(cheng)廠(chang)內型式試驗(yan)，按照計劃(hua)，年內將(jiang)在(zai)青島地鐵1號線投(tou)入載客(ke)示范(fan)運營。未來，碳纖維(wei)列車將(jiang)在(zai)更(geng)多線路、更(geng)多城市奔(ben)跑，給人們帶來新的乘坐(zuo)體驗(yan)。

　　商用碳(tan)纖維地(di)鐵(tie)列車的(de)(de)(de)問世，推動了(le)地(di)鐵(tie)車輛(liang)主(zhu)承載結(jie)構由鋼(gang)、鋁合金等(deng)傳(chuan)統金屬材(cai)料(liao)向碳(tan)纖維新材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)迭代，打破了(le)傳(chuan)統金屬材(cai)料(liao)結(jie)構減重的(de)(de)(de)瓶(ping)頸，實現了(le)我國地(di)鐵(tie)列車輕(qing)量化技術的(de)(de)(de)全新升級(ji)，將在推動我國城(cheng)市軌(gui)道交通綠色低碳(tan)轉(zhuan)型、助力(li)城(cheng)軌(gui)行業實現“雙碳(tan)”目標中(zhong)發(fa)揮重要作用。（記(ji)者 沈(shen)東(dong)方）