综述

火车是人类历史上最重要的创造之一，它改变了人们原有的生活方式，带来了新的道路革命。火车的存在无疑加强了人们之间的联系，无论是货物运输，给各地带来更多经济效益；

还是远行返乡，方便了无数人的旅途。火车经过200多年的变化，已经有了与以往截然不同的面貌和运作方式。曾经的蒸汽动力火车早已退却历史舞台，随着内燃机的诞生，火车的动力在不断地提升。

进入21世纪后，身处中国的你可能更愿意把火车叫做动车或者高铁。不过，你是否曾有想过，在铁轨上运行的高铁如何进行转弯掉头呢？不同于地面，也不同于汽车，有着长长的身躯高铁如果想要掉头是否会有诸多不便？

蒸汽机车

在正式说到高铁这一高新科技的产物前，让我们回到数百年前，所有火车的原型上，或者说它们的先辈——蒸汽机车。

最早的蒸汽机车是在英国进行开发建设，理查德·特雷维西克于1802年建造了世上第一台蒸汽机车，后来马修·默里在1812年为米德尔顿铁路建造了第一辆商用蒸汽机车。

蒸汽机车的运行最早也是在铁轨上，通过燃烧可燃材料，例如煤炭、石油或者木材，将机车内锅炉的水加热，水的汽化形成的体积膨胀为动力装置提供动力。

蒸汽交替地进入机车中气缸的每一端，活塞与主轮机械相连接，燃料和水的供应也是随机车携带。早期的蒸汽机车动力其实并不强劲，通常时速在每小时18公里。

不过对比起机车本身庞大的身躯，这个速度已经算快了。虽然蒸汽机车本身笨重不便，但从建造之初还是为当时的人们提供了许多便利，至少在运输货物方面，这远远比传统的马拉货车要好得多。

进入20世纪后，内燃机的兴起开始逐渐淘汰传统的蒸汽机车。柴油电力机车的引入标志着蒸汽机车走入了下坡路，不过早期的柴油电力机车在电力传输方面还不是特别稳定，输出功率有限。

所以在蒸汽机完全被淘汰前，蒸汽机车仍然在很长一段时间里是主要的运输工具。到了20世纪30年代，随着内燃机变得更加稳定可靠，电力传输也更强劲，柴油电力机车开始在美国北美地区稳住了市场。

蒸汽机的淘汰是必然的，因为蒸汽机的热效率远不及柴油机，另外还必须不断地进行维护，同时要有大量的劳动力才能保持运行。好在那时的劳动力非常廉价，蒸汽机车才有一定的市场效益。

蒸汽机车除了本身笨拙外，在环境适应性方面也存在许多问题。例如澳大利亚、南非等地区的水质普遍偏硬，非常容易堆积大量的水垢。

这种钙化物长时间的积累会附着在热交换器内侧上，从而限制水流流动，并降低热效率。如果是在炎热的沙漠地带，干旱的气候会使蒸汽用水成为一个大问题，风沙的入侵还会让沙子进入一些齿轮和结构件里，加剧机车结构的磨损。

火车进化

此后的几十年里，不少国家纷纷放弃使用蒸汽机车，中国则是最后一个使用蒸汽机车的国家。就这样，蒸汽机车随着时代的变化发展，逐步退出了舞台，取而代之的是内燃机机车。

内燃机的工作机制也让原本的机车名字逐渐变为了火车，火车直到今天都是仍在使用的交通工具。对于我国来说，绿皮火车可能是几代人的回忆。

从上世纪八十年代开始，春运的逐步出现让越来越多的人开始乘坐这种火车走上了奔波的路途。早前的火车走走停停，速度也不快，平均时速只有40公里不到。

面对如此多的客流量，我国也在不断地想办法提升火车的速度，同时也扩展了众多交通路线。2007年，随着高速铁路首趟动车的发动，我国进入了高速时代。

我们现在能够亲身体验到这种速度的提升。高铁的出现极大的缩短了旅程的时间，曾经几十公里的时速，如今已经达到了数百公里。

同时，便捷的购票方式也方便了人们的购票选择。在这条快速发展的铁路上，中国现在已经站在了世界前列。那速度这么快，列车这么长，如何掉头呢？

转向掉头

火车的转向掉头与普通路面的汽车不同，很大程度上是由于火车的行进方式特殊导致。早期的欧美国家的火车掉头转向主要可以分为两个方法，灯泡线掉头和三角线掉头。

灯泡线，顾名思义，由于火车的转向掉头需要非常大的空间，因此人们为火车转向修筑了一种像灯泡外形的轨道。

这种转向轨道从进入点通过道岔改变火车的行进方向，然后火车跟随圆环般的曲线进行轨道环绕。火车车轮的特殊设计可以使得车轮在转向过程中紧贴在轨道内侧，经过绕圈一周，火车便可以完成转向掉头。

但是灯泡线在设计上还存在许多弊端，首先是占地问题，灯泡线轨道长度必须要大于火车长度五倍；其次火车在转向过程中必须降低时速，不然很容易就会脱轨，导致火车失事。

为了降低风险和合理利用土地，三角线轨道便催生出来。三角线转向掉头首先在轨道的使用面积方面就大大地减少，三条独立的轨道线路通过道岔连接组成一个三角形。

火车在进入掉头路线后，先进入第一条轨道路线，然后驶向第二条轨道；再从第二条轨道逆行至第三条轨道。通过完成三角结构的三条线路，火车便完成了掉头。

相较于原本的灯泡线掉头，三角线掉头更加安全可靠，后来也给列车转向带来了一个圆盘辅助装置。这个辅助装置一般用于辅助火车头调转，火车头底部会有一个带钢轨的转盘，转盘转动180°便可以完成火车掉头。

不过这种方案设计对技术要求较高，并没有三角线那样普及。我国上世纪自主设计的京张铁路在施工建设上遇到不少困难，为了应对复杂的地形完成火车掉头。

工程师詹天佑便设计出人字形的轨道，通过火车在人字轨道上的折返，便能够完成火车掉头。另外还有车头调换的方式，列车进入终点后，车头继续行进并通过车站渡线行驶到车尾，车头与车尾重新连接完成火车掉头。

进入高铁时代，我国的火车掉头技术对比起原来欧美国家设计的掉头技术更要先进不少。不严格来讲，我们的火车不需要掉头，每列高铁列车车尾都是头部，并且都有动力控制系统。

在高铁等动车上，车头和车尾通过控制台是可以自由切换的，行驶完路线后只需要将车头控制交给车尾，这样车尾就拥有控制权，自然也就成为车头了。

届时乘务员只需要将座椅调至车头方向就行了。对比我们国家这种绝招，部分欧美地区仍在使用传统的火车转向掉头。例如巴黎东郊的Vaires Torcy。

不过该地区的灯泡线主要还是为了方便，其他机车不需要掉头。在巴黎的其他几条灯泡线中，部分线路被改为了站内折返，基本上是一种历史遗留问题。

如今的火车

如今我国的火车基本已经进入高铁时代，曾经的绿皮火车开始退去它原本停留过的轨道。高速铁道的建设比一般普通铁路速度更快，并且使用的是全新的轨道运输系统。

其普遍运行速度在每小时200千米以上。日本的东海道新干线是世界上第一个商业运营的高速铁路，从1964年开始在日本运营。

随着各国都不断地开始建设新的铁路系统，原有的铁轨交通已经跟不上社会的发展需要。如今全世界拥有高速铁路的国家已经超过三十个，而最大的高速铁路运营网在中国大陆地区，占据世界高铁路线的三分之二。

在速度方面，轮轨列车世界第一的保持者是法国的TGV Duplex列车，时速达到了每小时574.8千米，磁悬浮列车运行方面则是由日本L0系列高速列车获得第一。

对于高铁来说，除了速度，更重要的是保障每一名乘客的安全。我国曾经就发生过两起列车伤亡事故，事故的经历教训提醒我们仍要注重安全上的考虑。

我国每年的客流量上亿，要保证列车行驶安全自然也离不开列车长的驾驶。乘务组人员与列车长的紧密沟通与联系，保证了信息的畅通性。

同时列车在长时间的行驶下还会安排轮班人员进行换班，以保证司机精神状态稳定。正是有了他们的辛苦付出，才有我们每一次安全舒适的旅程。

我国的高铁建设当然也不会因为今天的胜利成果而放松下来，未来我国的高铁里程还将继续翻倍。在今后的15年里，我国高速铁路还会面向中小型城市，进一步提升我国的高铁覆盖率。

除了快，我国还会打造智能高铁服务。在人工智能、大数据、物联网的进步下，新一代的信息技术正在展开。

在工程建设方面，铁路工程会建立完整的BIM技术标准体系，完成多源数据融合。在技术方面，我国目前正在研制智能型复兴号动车，不仅能够达到350公里的时速，同时还会配合智能牵引供电技术，实现智能实时优化调整。

另外在信息安全方面，针对于网络购票和人脸信息识别，相关的运营服务领域还将继续不断优化调整，打造出高效、安全的智能客服站。

结语

说完这么多关于火车的内容，相信大家都会对列车有一个新的认知。火车发展也不过几百年，人们彼此间的联系和需求推动了火车发展。用中国先辈们的话来说就是，要想富，先修路。

而事实上也确实如此，中国的高铁网络建立极大地方便了人们的生活，进一步减少了因地域差距所带来的问题。这种快速交通还在不断地改变运输模式和人们的出行方式。

放眼全世界，我们的这种联系都在被慢慢加强，新的道路革命也许会在今天出现。这一切都离不开所有在基层努力奉献的人们，他们才是这一切的连接者。