馬勝全 王洪寶 賈興瀧 郭 昊

(中車長春軌道客車股份有限公司國家軌道客車工程研究中心, 130062, 長春∥第一作者, 正高級工程師)

高速動車組列車具有的速度感流線型車頭、獨具特色的車體外觀裝飾已成為深入人心、彰顯科技進步的金名片。乘客在享受出行便利的同時，也能感受到動車組設計帶來的愉悅。但對于保證生命安全的動車組本身所具有的科學技術而言，乘客是看不見、摸不著的，只能通過可觀、可感的外型和空間環(huán)境，形成對動車組的第一印象，并由表及里地形成對動車組內(nèi)在科技及品質的判斷。因此，與視覺美感相關的造型和色彩設計，成為技術實現(xiàn)中文化表達之關鍵，是打造中國標準動車組品牌的重要環(huán)節(jié)之一。

中國標準動車組列車外觀造型設計是在限定空間和限定尺度下追求最優(yōu)設計的過程。該設計必須最大程度配合空氣動力學原理，同時又是反映具有中國自主知識產(chǎn)權高速鐵路技術的形象載體。每個設計都應展現(xiàn)中國面孔，彰顯中國精神。

1 基于技術美學的中國標準動車組列車頭型設計

動車組作為公共交通工具，首要考慮的設計因素就是安全性能，其次才是舒適性、環(huán)保性和節(jié)能性等，而這些因素都受到列車氣動性能的影響。良好的氣動外型可以減小橫風和交會壓力波對車身平衡的襲擾，減少氣動噪聲造成的乘客不適和沿途污染，降低列車抗阻耗能等。

研究表明，當列車運行速度在300 km/h時，外部空氣阻力約占總阻力的75%～85%；當列車運行速度達到500 km/h時，外部空氣阻力將會達到總阻力的96%[1]。

文獻[2]認為車頭鼻形長度是影響列車進入隧道時產(chǎn)生壓力梯度和阻力的主要因素，采用遺傳算法對鼻形幾何參數(shù)進行了優(yōu)化，起到了很好的減阻效果。文獻[3]在風洞中測試了14種不同頭型列車在橫風下的氣動差異，總結了列車頭型與氣動性能的關系。文獻[4]以韓國最新研發(fā)的HEMU-430X型列車作為基礎模型，通過優(yōu)化頭車和尾車的鼻形，實現(xiàn)了減阻15.3%。文獻[5]研究了列車受電弓罩、轉向架側罩、外部風擋、底部截面及尾部形狀對隧道內(nèi)列車受到的非穩(wěn)態(tài)氣動力的影響。國內(nèi)從20世紀90年代起逐步重視對動車組列車外型氣動性能的研究。文獻[6]研究了不同列車頭型對交會壓力波、空氣阻力和升力的影響。文獻[7]認為氣動阻力和列車交會壓力波對列車外型的要求是矛盾的，設計時必須兼顧兩者間的關系。

從整體造型來看，動車組列車頭型分為扁寬型、橢球型、梭型和鈍體型4類(見圖1)，其氣動性能各有優(yōu)勢。在無橫風的條件下，橢球型車頭阻力最?。辉谟袡M風的條件下，扁寬型車頭阻力較??；在列車交會時，扁寬型頭型列車產(chǎn)生的壓力波最小，橢球型頭型列車產(chǎn)生的壓力波最大。在具體設計中，應根據(jù)列車運營速度，以及是否多風、多隧等線路環(huán)境來確定列車頭型。

圖1 動車組列車典型頭型Fig.1 Typical head shapes of EMU

遵循上述研究結果，中國標準動車組列車頭型設計采用了橢球型，充分考慮了長細比、斷面形狀、斷面面積、導流型式及駛艙傾角等技術要求，列車外型均呈流線型，車體表面光滑，無凸出外表的扶手、門把手等。列車車身斷面采用鼓形，側墻以圓弧狀與車頂和底罩相連，通過精準控制流線型車頭的截面變化率，使編組列車車身斷面盡可能相同；使鼻錐、導流板、前窗、側窗、燈具等結構部位表面順暢，避免縫隙凹槽處產(chǎn)生渦流；通過在轉向架區(qū)域增加裙板，避免其暴露于氣流中，保證了列車側面形態(tài)的整體性，避免渦流產(chǎn)生，達到減阻降噪的效果。試驗數(shù)據(jù)表明，裙板包裹面積越大，減阻效果越好。從空氣動力學角度考慮，應使裙板盡可能包裹轉向架艙，以減小氣動阻力。

2 基于陰陽兩諧造型美學的中國標準動車組列車頭型設計

縱觀全球，動車組列車作為技術高度集成的高端裝備，其設計不僅直觀體現(xiàn)出一個國家在材料加工、制造工藝、基礎研究及管理制度等方面的現(xiàn)代化水平，也反映著一個國家審美觀念與文化理念的獨特性。

歐系動車組的運行線路相對比較平直、隧道少，動車組列車造型整體渾圓，無明顯特征線型，注重細節(jié)減阻，空氣阻力最小，但空氣壓力波相對較大，呈現(xiàn)出歐洲人的理性主義、人本主義的文化特性。

日系動車組沿線的隧道較多、造型扁平、線條豐富，有助于減小空氣壓力波，但滯止區(qū)域及空氣阻力較大，須以加長列車頭部長度等方式降低空氣阻力，呈現(xiàn)日本人思維細膩縝密、簡樸自然的全民文化特性。

反觀我國，動車組的運行線路相對復雜，部分線路區(qū)間運營里程極長，運營環(huán)境能在一天內(nèi)橫跨“冬夏”，溫差達到±40 ℃。因此，動車組在技術上要考慮平直道、隧道、橋梁、大風等多變環(huán)境。以橢球型頭型為基礎對動車組列車外觀造型展開具體設計，尤其要在融入本土文化和中式審美哲學，形成有新時代中國特色的列車外型風格上下功夫。基于既有動車組列車頭型的分析，結合其氣動研究規(guī)律，得到列車頭型的縱向對稱面型線(縱剖面投影線)和最大輪廓線(外輪廓水平面投影線)是決定列車外觀造型的兩條最基本特征線[8]。中國的傳統(tǒng)審美哲學有一種辯證觀，即有“陰”必有“陽”；有“天地”、“方圓”、“剛柔”等對立意象，這明顯有別于德國ICE(城際特快列車)整體圓潤的橢球型設計、日本新干線全流線型設計及法國AGV(高速動車組)直面折線式設計的審美取向。因此，中國標準動車組列車在頭型特征線的控制上，以圓潤的最大輪廓線為基礎，在肩線、腰線、裙線處設計了硬朗的漸消棱線，棱線凸出為“陽”，消失為“陰”形成了剛柔并濟、陰陽兩諧的中國式審美設計。中國標準動車組系列列車頭型見圖2。

圖2 中國標準動車組系列列車頭型Fig.2 Train head shapes of China Standard EMU series

3 傳統(tǒng)色彩及文化符號在中國標準動車組列車頭型設計中的應用

人從外部得到的信息，80%～90%來自視覺，就顏色而言，它比形態(tài)更容易識別。一個產(chǎn)品給人的第一印象往往是通過色彩而獲得的。動車組列車的造型更多地受到技術的約束，而色彩涂裝設計則有較大的施展空間。高速動車組作為服務大眾的交通工具，其外部色彩具有公共設計的一般屬性，即考慮一個廣泛地域內(nèi)的旅客心理感受和線路環(huán)境，在遵循車體材料特性、涂裝工藝及標準規(guī)范的前提下，通過色彩設計使列車具有良好的可識別性、視覺美感和文化認同感，以滿足品牌傳播的需要。中國標準動車組肩負著由中國制造向中國創(chuàng)造轉變，打造中國品牌的重任。而將中國傳統(tǒng)文化符號通過設計重構融合到動車組設計中，豐富動車組的文化內(nèi)涵，使動車組有中國鮮明的形象，使旅客在體驗乘坐舒適性、便捷性的同時，更能享受到與動車組產(chǎn)品文化價值的互動交流所帶來的喜悅。

顏色和形態(tài)有密切的關系，地球上的萬物，有形而無色者是不存在的。形和色相互匹配、互相協(xié)調，才會使人感到美。動車組列車是呈長方體、高速運動的物體，實際看到的動車組列車細長如離弦之箭地奔駛在鐵路線路上。列車長條的形態(tài)和列車的移動是相稱的，使人感到穩(wěn)定。因此，沿列車縱向加以彩條裝飾，有如流動的線條，給人以舒適的速度感。從形狀和移動關系來看，水平色帶今后仍占主流，這毋庸置疑。為了展現(xiàn)獨創(chuàng)力或者使之具有其他功能，各種新的嘗試仍會繼續(xù)，然而使之與列車外觀造型完美的匹配仍是重要的。

中國傳統(tǒng)色彩觀中將赤、黃、青、黑、白等五色視為正色。古人不僅用春青、夏赤、秋金、冬墨描繪四季萬物的顏色，還用青、赤、白、黑、黃對應東、南、西、北與天地等5個方位，甚至中醫(yī)也將五色視作5種不同的臨床意義，可以說五色觀是中國色的基礎。五色中，紅和黃又是內(nèi)涵最為豐富的兩種顏色，除了上述喻義，從古至今，紅、黃還一直被視作民族的代表色，深受大眾喜愛。

復興號CR400BF型電力動車組外觀為金色，其圖案靈感源于中華民族的文化圖騰——鳳。有鳳來儀,預示著祥瑞和美好。車頭正面金色色帶由前部順勢向上延伸至車頂，宛如金鳳展翅、靈動矯健。利用金色裝飾司機室側窗，形成鳳眼的造型，獨具神韻。鳳尾演化成金色腰帶貫穿整車，使金鳳的形象更加飄逸傳神。純白色的車身象征著純潔和神圣。

復興號CR400BF-Z型電力動車組色彩意象源于國旗與長城，車輛底色為長城灰，選取霞光紅與迎春黃為涂裝主色調，國旗色和長城灰的選用呈現(xiàn)出中國地域屬性，表現(xiàn)中國精神與中國氣概，具有高辨識度。圖案設計主題為“龍鳳呈祥”，龍鳳是中國最具辨識度的神話意象，同時體現(xiàn)本土性與國際性?！褒堷P呈祥”體現(xiàn)出吉利喜慶的寓意。動感的線條與色塊穿插重構體現(xiàn)出一種動感和運動熱情，也與運營環(huán)境產(chǎn)生色相上的對比，動感且強烈。復興號動車組的色彩意象方案如圖3所示。

圖3 復興號動車組的色彩意象方案Fig.3 Color imagery schemes of China Fuxing EMU

4 結語

動車組外觀不僅要符合技術性能的要求，還要表達特定的文化和審美意象。經(jīng)過10余年的發(fā)展，從各類探索形態(tài)，到和諧號系列，再到復興號，中國標準動車組已初步建立起以中華民族偉大復興為主題的獨特設計風格，并掌握了一套從車頭選型到特征線細化，再到色彩設計的意象表達流程。復興號CR400AF型和CR400BF型標志著中國標準動車組從功能設計向功能、情感并重的轉變，在引起旅客廣泛的文化認同和審美共鳴方面取得了初步成效。目前在面對高鐵“走出去”的戰(zhàn)略布局中，如何在已形成特有技術外觀造型的中國標準動車組平臺上映射各地區(qū)的文化內(nèi)涵，以創(chuàng)造更大的市場附加值是設計方正在探究和實踐的課題?？梢灶A見，未來由我國出口的動車組會展現(xiàn)出精彩紛呈的外觀設計。