发展高铁具有多方面重要意义。首先，从交通效率来看，高铁速度快、准点率高，极大地缩短了城市之间的时空距离，使人们的出行更为便捷舒适，大大提高了出行效率。其次，在经济发展方面，高铁的建设带动了沿线地区的投资，促进产业发展，如带动旅游业、商业等繁荣，加强区域间的经济联系与协作，推动资源的优化配置和区域经济一体化进程。再者，从环保角度，相比传统交通方式，高铁更加节能环保，符合可持续发展的需求。它还能提升国家的基础设施水平，增强国际竞争力等。

大家好，我是周伟，来自中国铁道博物馆。

中国铁道博物馆主要包括三大馆。上方是中国铁道博物馆正阳门展馆，这个展馆主要介绍中国铁路的历史。中间是东郊展馆，有100多台大型机车，非常壮观漂亮。下面是八达岭的詹天佑纪念馆，主要介绍詹天佑的平生。

▲左：韶山1型电力机车；右：司机室

我之前是一个火车司机，驾驶的就是图片中的韶山1型电力机车。这是很早的一种机车，和高铁相比是比较落后的。但是，就是这个机车，开启了中国电力机车运输的新时代。

这是我驾驶的国外的8K机车，这比韶山1型电力机车先进很多。

实际上，这个机车来到中国以后给我们很大的震撼。相比我们当时驾驶的机车来说，这个车特别先进，外观也特别时尚，所以当时我们就感觉这个车是真不错。

有一次我们和法国技术工人交流，我说中国铁路和法国铁路差多少年？法国人伸出了8个手指头，80年。我们当时还不太认可，觉得不可能差那么多。实际上，欧洲几百年的工业革命造就了有一定厚度的工业发展。相比之下我们的铁路是差了一点，这是正常的。但是，追上差距并且使中国铁路成为世界领先的行业，这就是中国铁路的使命。

中国高铁的发展之路

在没有高铁的情况下乘火车是什么样的，可能我们或者我们的爸爸妈妈们都赶上过。当时到春运的时候，车站里挤满了人。有的地方挤了几万人、几十万人，大家都等着回家，这种场景特别多。

春运的车上面也全都是人，本来一辆车能坐100多人的，却要坐上300多人。凡是能站的地方都是人，有的时候为了解决没地站的问题，可能在座底下躺着人、在行李架上坐着人。那么怎么解决这种春运这样的难题？所以到2004年，我们就从国外引进高铁，开始真正发展高铁技术。

在这个时期之前，中国铁路也干了好多事。特别是大量地从国外引进一些技术，在自己原有的基础上不断提升。

▲1998年，在建的最长隧道——秦岭隧道贯通

像这里，我为什么要展示这个秦岭隧道呢？这是我们头一次建一个长隧道，这个隧道有18公里长，当时很难建。

最早的隧道是由钢钎、锤子凿出来的，就像左侧这张黑白照片，所有的隧道都是这么挖出来的。那么秦岭隧道是如何挖的？当时是从国外引进了盾构机，用它来挖隧道。我们感觉这个东西特别好使，它的掘进速度很快，而且质量、效果也特别好。

但是，这个盾构机还是有问题。我们花了7亿从国外买了2台盾构机，它们不是新的设备，而是二手的。所以发生问题时只能请德国的专家维护，如何维护、时间进度、维护价格都由国外专家来定。国外专家在维修时，拿警戒线圈起来，所有中国人不得入内，谁也不能学这个技术。就在这种情况下，我们开启了技术研发。

上图中就是通过盾构机修好后的十分平整的隧道。2008年我们研发出第一台盾构机，开启了中国盾构机时代。从此无论是大隧道还是小隧道我们国家都能做。从此出现了“基建狂魔”这个名字，这代表了中国在铁路建设、桥梁建设发挥出来的能力，也表明中国的铁路建设发生了质的飞跃。

▲左上：和谐号动车组CRH1；右上：和谐号动车组CRH2；左中：和谐号动车组CRH5；右中：和谐号动车组CRH3；下：和谐号动车组CRH380A

到2004年，在这个基础上我们引进外国先进的技术，然后消化、吸收、再创新，由此“和谐号”的动车组出现了。图片中这几种车型是我们从法国、德国、日本、加拿大几个国家引进的技术。但是，我们引进技术并不是将它买进来，而是买进来几个原装车，所有的车在中国散装组装，开始自己生产。

在2017年，我们推出了“复兴号”。所以，中国的动车组一个是“和谐号”，一个是“复兴号”。

动车和高铁有什么区别？

最早有一个概念“火车跑得快，全凭车头带”。以前的火车都是火车头，也叫机车或者电力机车。所有动力都在火车头上，车箱、车辆、车底都不带动力。

那什么是动车组？假如一列车有8个车厢，它有4个车厢是带有动力的。动车组是大家拉着手一起向前跑，一有力量，二跑得快。动车组里带动力的是动车，不带动力的是拖车，图上红箭头指的就是带动力的动车。

从这张图片中，大家可以比较清楚地看见动车、拖车的位置。

如何理解动车组和高铁？其实无论是否是动车，凡是达到200公里和250公里以上速度的都叫高铁。动车组是指车体的形态、动力，而高铁是指速度，所以它们是两个概念。

我们在买票的时候，会发现高铁有两种速度：一种是时速200到250公里的，车票上是D开头；还有一种是时速300到350公里的，车票上是G开头的。之所以使用不同字母开头，是为了区分速度。动车组跑350公里的时候到底有多快？一秒钟一眨眼就是97米。

大家会问，动车组的路基钢轨是不是一整根？实际上，动车组的钢轨的确是一整根，并且是无缝的。一整根的无缝钢轨在线路上铺的时候是300公里，但有的地方也有缝隙，主要是解决热胀冷缩的问题。

▲左：无砟轨道；右：有砟轨道

左边是高铁轨道，是无砟轨道，非常平整。右边是普通的路基，是有砟轨道，上面有石头，石头上面铺上枕木，枕木上面是钢轨。由于这种钢轨是一节一节的，所以火车一过就会有咣当当的声音。

高铁平整到什么程度？从北京到上海1318公里，一共铺了近40万块的高铁轨道板，这些轨道板是一模一样克隆出来的，误差约0.1毫米，差不多一根头发丝这么粗。

高铁的钢轨是将100米一根的钢轨焊在一起，焊到一根500米长。焊成500米长后，由于钢轨特别长，它吊起来的时候像面条似的，必须用同步的吊车保证它不会弯曲变形，这样铺在高铁线路上就特别直。

刚才说的是“和谐号”，现在我们说说“复兴号”。他们有什么区别呢？“和谐号”和“复兴号”最本质的区别是：“和谐号”由国外引进，各个国家的技术都不一样，驾驶方式、车体构造都不一样。我们在这个基础上消化、吸收、再创新，创造出了中国的“复兴号”。“复兴号”虽然是由中国的各个厂家生产的，但是它都是统一标准、统一操作、统一设备、统一配件，在使用方面就特别方便。

▲左：“复兴号”中国标准动车组CR400AF；右：“复兴号”中国标准动车组CR400BF

“和谐号”的使用寿命是20年，“复兴号”的使用寿命是30年。“复兴号”的使用时间更长，对运输更有利。

而且“复兴号”很舒适，它有Wi-Fi、插座，而且座位之间的间隙特别宽敞。为什么坐高铁不用系安全带？因为高铁的制动力没有那么大，它的制动力只相当于汽车的1/7，1秒钟制动距离为1.4米，所以不需要安全带也非常安全。

▲左：南京大胜关长江大桥；右：武汉天兴洲长江大桥

高铁的桥梁更厉害。以南京大胜关长江大桥为例，这一座桥上有6条铁路线同时通过，其中4条是高铁线，高铁高速运行的时候对桥的冲击力可以达到1500吨。南京大胜关长江大桥是世界上载荷最大的、承受力最强的高铁桥梁。再如武汉天兴洲长江大桥。中国好多大桥都已经走在了世界的前列，甚至可以说已经是其他国家无法追赶的程度了。

高铁是全天候的，在刮风、下雨、下雪等任何天气，无论白天还是晚上都可以运行。除此之外，高铁司机可以知道前方32公里的任何问题。高铁上有2000多个传感器，能够在系统中及时感应问题出现。

开启了智能化高铁新时代

随着京张高铁的开通，中国高铁开启了智能化铁路发展的进程。

智能高铁已经可以不需要人驾驶，虽然依然有一个司机坐在里面。它可以自动开车，区间自动运行，到站自动停车，停车以后自动把门打开，开门的过程中车站的屏蔽门可以同时打开。这在世界铁路上是没有的。

目前高铁正在研究变轨技术，即不论轨道宽窄都可以适应。以前的高铁如果轨道轨距不同，只有换转向架才能继续运行。有了变轨技术，中国的“复兴号”不管宽轨窄轨都可以使用。

这是京张高铁。

图片中是京张高铁智能化的泊车。

这是京张高铁的青龙桥车站，在102米厚的山体以下，也是世界上第一个建在地下的高铁车站。

这是第一条以中方为主投资建设、共同运营并与中国铁路网直接连通的跨国铁路——中老铁路。

探索未来交通模式

今后的智能化铁路会如何发展？

一是在进站的时候不用出示各种各样的证明，也无需出票，在进站的过程中就可以知道乘客的身份信息和车厢位置，即智能化的刷脸进站。二是无感安检，乘客在进站的过程中不会感受到安检过程，但实际上安全检查已经完成了。三是智能化隧道建设，不需要人在现场进行施工。四是我们的车辆以后也会更加智能化。

那么今后的交通方式会怎样发展？有四个方面：一是城市之间可能会出现中低速磁浮。即时速在200公里以下的铁路，在城市、楼群、空间中驾驶悄无声息地运行，虽然运量不太大，但是很便捷。

第二种是高铁。高铁以后的时速可能达到四五百公里，甚至更快。从北京到欧洲9000多公里，可能几十个小时就到了，非常方便。

三是高温超导磁浮。这也是一种磁浮列车，但是这种磁浮列车是通过零下196度的液氮使车浮起来，它的时速可能达到800公里。但是为节约能源，这种交通方式运量不会太大。

最后一种是真空管道，主要为了解决速度问题。将中间的空气抽干净，之后采用两种方式：一是电磁发射技术，刹那间将车发射出去；二是高温超导磁浮技术。时速可以达到1200公里到2400公里，远远比飞机要快得多，安全系数也很高。但是，还要思考如何解决人在真空管道运行中的加速度问题，是否会对人有伤害？狭小的空间舒适度够不够？

高铁体现了中国铁路发展的过去和现在，以后中国高铁、中国的铁路明天会更好。

谢谢大家！

本文来自微信公众号：格致论道讲坛，作者：周伟，本文经中国科学院格致论道公众号（SELFtalks）授权刊登。格致论道是中国科学院全力推出的科学文化演讲，由中国科学院计算机网络信息中心和中国科学院网络安全与信息化办公室主办，中国科普博览（中国科学院科普云平台）提供技术支持。