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基于分型图谱量化法的高速列车造型设计研究

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欧华健

关键词：分型图谱量化法;高速列车;造型设计

目前，我国铁路事业蓬勃发展，从2004年技术引进，到2017年我国制造出第一辆具有自主知识产权且处于世界先进水平的动车列车，中国铁路事业在逐渐走向产业化、自主化。其中，构建一套属于我国高速列车的造型谱系与设计语义是高速列车造型设计的重中之重，有利于突出视觉识别，提高我国高速列车的品牌辨识度。因此，为了进一步完善我国高速列车的外形继承性，有必要在满足列车气动性能的同时，塑造具有延续性的品牌与独特的家族化视觉形象，从而提升高速列车的辨识度、竞争力。

1分型图谱量化法概述

分型图谱量化法，即抽离样本的外形轮廓线，然后对曲线进行分型分类并谱化，建立一个针对性较强的图谱体系[1]。“型”一般用来表示每种大类下衍生出的多个小类，“式”则用以表示每个小类的演化顺序。这种分析方法能够较为直观地得出样本造型的异同与继承性。

与生物界相类似，产品设计DNA直接影响着下一代产品的性状，对产品族的稳定和延续起着关键性作用。子代产品总会或多或少地保留着父代产品的特征。可将产品的遗传和变异理解为外界因子作用下产品显性特征和隐性特征的变化[2]。将这些造型特征进行归纳总结、分型分式，得出一套属于样本的造型特征图谱。

贝塞尔曲线具有仿射不变性和几何不变性[2]，能使产品的造型特征得以保持一定的可继承性。因此，文章运用相关软件将高速列车进行二维抽象化解构，并抽取外轮廓线将其转化为贝塞尔曲线，然后结合分型图谱量化法进行高速列车造型的分型分类，研究其造型语言与产品家族趋势，综合客观因素，对高速列车的造型设计进行分析研究。

2基于分型图谱量化法的高速列车造型设计意义

随着列车在性能与技术方面的稳定与成熟，列车造型成为市场竞争中不可忽视的影响因素。高速列车造型设计的视觉识别作用突出，对展示大国形象、打造中国高铁国家名片具有重要价值。基于分型图谱量化法对高速列车进行造型设计，能加强各车系造型设计语言上的关联，构建一套属于自己的谱系化设计语言，提升高速列车的辨识度。

3基于分型图谱量化法的日本新干线高速列车造型设计

3.1新干线系列高速列车的造型图谱分析

高速列车的造型设计是围绕减阻、降噪、降低交会压力波、降低气动升力等目标的系统寻优过程[3]。针对这一过程，文章对新干线高速列车的造型研究将引入相关技术作为变量，并运用分型图谱量化法进行探究。

新干线系列高速列车的造型特征主要是通过外部造型被人们所感知。从纵向来看，列车迭代设计以车型量化为前提，同系列多款车型之间通过车头形状、车身涂装等元素建立起迭代关系，其中车头轮廓形状构成了列车的外部特征线。而日本高速列车的形制差异，集中体现在车头的流线型区域，根据变化可分为以下四种形式：扁宽形、椭球形、梭形、钝体头形[4]。又可根据车身截面形状与驾驶窗迎风角细分为鼓形壁车体和直壁车体、高迎风角和低迎风角[4]。

另外，造型特征也并非孤立存在而是经过发展及演变，它与列车的技术发展有着密切关系，不同国家的列车设计之所以会存在差异，主要是因为科技的发展对列车设计的影响。新干线系列高速列车拥有较长的发展时间及较为丰富的样本数量。因此，文章以新干线系列高速列车为样本，进行高速列车造型的迭代图谱研究。

3.2新干线系列高速列車分型分式

新干线系列高速列车的造型变化差异主要体现在头车的流线型区域，而流线型区域的造型元素主要包括流线型长度、司机室（驾驶舱）、鼻尖点、除障器及转向架。以典型列车头部形状为分类原则，列车头形可以分为四种类型，即A型钝体头形、B型梭形头形、C型椭球形头形以及D型扁宽头形，其中A型、B型与D型又可根据壁型与迎风角的高低分为若干样式[4]。

A型为钝体头形，头部侧视图曲面转折较为明显，驾驶窗与鼻头衔接过渡生硬，鼻尖圆润，除障器较大，流线型长度较短，为4400mm—4700mm，根据车身截面形状不同又可分为2式：Ⅰ式：鼓形壁，高迎风角[4]，例见1964年服役的0系列车;Ⅱ式：直壁，高迎风角，例见服役于1982年的200系列车。

B型为梭形头形，归属此型列车较多，鼻头与A型相比较为细长，为4700mm—15000mm，驾驶窗与鼻头连接平顺，除障器较为低矮。可分为3式：Ⅰ式：直壁，高迎风角，1985年服役的100系、1992年服役的400系、1993年服役的300系、1994年服役的E1系、1997年服役的E3系，以及1997年服役E2系均属于此式;Ⅱ式：鼓壁，低迎风角，例见服役于1997年的500系。Ⅲ式：直壁，低迎风角，例见2014年服役的E7系列车。

C型为椭球形头形，流线型长度为9500mm。仅为1式：直壁，低迎风角，例见2004