时速350公里双层动车组研发展望

王希刚

（中车长春轨道客车股份有限公司总体研发部，吉林 长春130062）

0　概述

为解决发达工业区、发达城市间运输能力，国外在90年代开始研发双层动车组并投入运用。国内京沪等发达地区高速铁路客流持续攀升，目前京沪线节假日期间高速动车组最小发车间隔仅5 min，开行的长编动车组占线路总开行动车组的比例已经超过95%，开行车次已近饱和，但仍不能满足日益增长的铁路客运需求，研制双层动车组迫在眉睫。根据目前国内外双层动车组技术发展现状，分析了研发双层动车组需要攻克的关键技术，对发展中国双层动车组进行可行性分析。

1　研制双层动车组的必要性

1.1　解决节假日期间繁忙线路运能的需要

目前京沪线节假日期间高速动车组最小发车间隔仅5 min，开行的长编动车组占线路总开行动车组的比例已经超过95%，开行车次已近饱和，但仍不能满足节假日期间的铁路客运需求，而双层动车组可以增加约50%的定员，而成本仅增加约20%.从经济性及人员流动的季节性考虑，可以考虑将京沪线等繁忙线路运行上的30%动车组改为双层动车组。

1.2　加快振兴交通运输装备制造业的需要

国务院颁布的《国务院关于加快振兴装备制造业的若干意见》（国发[2006]8号）明确指出，到2010年，发展一批有较强竞争力的大型装备制造企业集团，增强具有自主知识产权重大技术装备的制造能力。目前，具有完全自主知识产权的时速350公里中国标准动车组已经研制成功。因此以时速350公里中国标准动车组为平台，研制高速双层动车组，可以完善产品种类，进一步促进我国轨道交通装备制造业快速发展并达到国际先进水平。

1.3　培养高层次技术创新人才的需要

双层动车组的系统集成化更高，对车辆重量管理、动力学、空气动力学、牵引系统、减震降噪与车内环境控制等方面提出更高要求，在双层动车组的研制过程中，可以培养掌握先进的高速动车组产业技术的高层次专业人才和现代化管理人才，打造高水平的国家级科研创新团队，为我国高速铁路的发展提供人力资源保障。

2　国外双层动车组技术发展现状

在欧洲和日本，双层动车组技术的发展和应用时间长、应用广，研制和运用经验较为丰富。

2.1　阿尔斯通TGV系列双层动车组

阿尔斯通自1988年开始先后研制了TGV-DUPLEX、TGV-EURODUPLEX、TGV2N 系列双层动车组，TGV双层动车组如图1所示，交付于法铁、摩洛哥国铁，前后共交付近200列。列车采用2动8拖动力集中配置，定员509～560人，运行速度320 km/h，车辆高度为4 320 mm[1].

图1　TGV双层动车组

2.2　日本E1、E4双层动车组

JR东日本先后于 1994、1997年开行了 E1、E4系动车组，共交付16列（E1系6列、E4系10列），E4系双层动车组如图2所示。列车采用动力分散配置，E1系6动6拖，E4系4动4拖，E1系定员1235人，E4系定员817人，运营速度240 km/h，车辆高度为4 485 mm[2]。

图2　E4双层动车组

2.3　IR200-动力分散双层动车组

IR200动车组为庞巴迪研发的双层动车组，2010年在瑞士铁路公司SBB投入运用，IR200双层动车组如图3所示。列车采用8辆编组，3动5拖动力分散配置，总功率7 500 kW，定员682人，运营速度200 km/h.

图3　IR200双层动车组

2.4　澳大利亚EDI不锈钢双层动车组

中车长客股份公司于2009-2013年为澳大利亚生产了78列不锈钢双层动车组，EDI不锈钢双层动车组如图4所示。列车采用8辆编组，4动4拖动力分散配置，总功率2 960 kW，定员896人，设计速度130 km/h.

图4　EDI不锈钢双层动车组

表1分析了以上四种国外双层动车组的列车重量、牵引功率、定员、车体材质、车辆基本参数等信息。

表1　国外双层动车组参数对比

3　国内双层动车组技术发展现状

3.1　“新曙光”号内燃双层动车组

1999年研制，采用二动九拖推挽式重联牵引，首尾两节为动车，装车功率2 760 kW，定员1 140人，最大运用速度180 km/h，共有3组投入运营，“新曙光”号双层动车组如图5所示。

图5　新曙光双层内燃动车组

3.2　神舟号双层内燃动车组

2000年研制，采用动力集中二动十拖12辆编组，装车功率2 740 kW，运营速度140 km/h，共有5组投入运营[3]，“神州”号双层动车组如图6所示。

图6　神舟号双层内燃动车组

3.3　庐山号双层内燃动车组

1998年研制，采用动力集中二动二拖4辆编组，装车功率864 kW，运营速度120 km/h，共有5组投入运营，“庐山”号双层动车组如图7所示。

图7　庐山号双层内燃动车组

3.4　金轮号双层内燃动车组

2001年研制，采用动力集中二动六拖8辆编组，装车功率3 310 kW，共2组投入运营，“金轮”号双层动车组如图8所示。

图8　金轮号双层内燃动车组

目前国内仅有内燃双层动车组，没有运营速度200 km/h以上速度等级的双层动车组，在运营速度、节能环保、旅客界面方面与国外双层动车组还有明显差距，高速双层动车组发展存在市场空白。

4　国内动车组技术发展现状

目前，我国CRH系列动车组的技术平台由CRH1型、CRH2型、CRH3型和CRH5型组成。投入运营的动车组已有2470组，每天出行动车组列车4200多列，安全运行里程超过37.4亿公里，均居世界首位。

我国高速动车组经过引进、消化吸收、再创新三个阶段形成了我国高速动车组特殊的技术体系。2015年6月，具有完全自主知识产权的时速350公里中国标准动车组成功下线，并于2016年11月完成60万公里运用考核试验，具备正式上线运营的条件。时速350公里中国标准动车组的成功研制，一方面，能够适应中国高速铁路运营环境和条件更为复杂多样、长距离长时间连续高速运行等需求，对保持我国高速铁路可持续发展、推进高铁装备自主创新成果产业化、全面系统掌握高速铁路动车组及关键装备的核心技术，具有重要战略意义；另一方面，能够根据世界各国高铁运营需求，提供系列化产品和成套技术解决方案，成为中国高铁“走出去”的新平台。

5　双层动车组的研制方向分析

5.1　长编组

研制双层动车组就是为了提高载客量，解决部分繁忙线路运能问题，经研究8辆编组的双层动车组只能增加30%左右的定员，而16辆长编组的双层动车组，能实现定员增加50%左右的目标，因此应该研制16辆长编组的双层动车组。

5.2　高速度

由于定员增加，从充分发挥动车组运行效率、用水排污、旅客乘坐舒适性等方面考虑，应直接发展350 km/h双层动车组，缩短运行时间。

5.3　铝合金车体

从轻量化方面考虑应采用铝合金车体，铝合金车体相比不锈钢和碳钢车体每辆车重量减少约3 t.

5.4　动力分散

按TB10621-2009《高速铁路设计规范（试行）》规定，运行车辆轴重不能超过17 t，而采用动力集中方式的双层动车组车头会超出规定轴重要求，因此只能研制动力分散形式的双层动车组。

5.5　舒适性

双层动车组在舒适性、安全性等方面不应低于目前运行的250 km/h和350 km/h动车组。

5.6　新技术、新材料、新结构

为增加定员，减少重量及整车能耗，可以考虑采用一些经试验论证具备可行性的新技术、新材料或新结构，提高运行安全性和可靠性，降低运用维护成本。

6　研制双层动车组需要解决的关键技术和难题

6.1　轻量化

目前动车组满载情况下单层动车重量约64 t，而双层动车组在增加定员、上层地板、座椅和楼梯等设备，经估算单车重量接近满轴重（67 t），因此需要轻量化设计。

6.2　适用于双层动车组的牵引系统

目前的牵引系统均布置在动车组车下设备舱内，而双层动车组需要将牵引变流器布置在车内，需要考虑安装、检修、通风散热、电磁兼容等问题，并提出解决方案。

6.3　动力学

双层动车组车辆轮廓加高，重心相应提高，需要研究对动力学性能的影响；为重量平衡考虑，可能有部分车辆设计为单层车，这两种车辆重心高度不一致又会对列车动力学性能产生影响，也需进行重点分析。

6.4　声学控制

双层动车组有部分牵引和冷却设备安装在车内，同时下层客室靠近转向架，这都会对整车噪声控制产生不利影响，需要从设备降噪、结构降噪、新材料降噪、主动降噪四个方面考虑减震降噪控制。

通过以上分析发现，基于目前国内动车组研制技术水平，制约双层动车组研发的主要技术和难题在2～3年内可以通过分析计算、样件试制及试验等方式来解决，研制双层动车组具备可行性。

7　结束语

本文通过对比分析国内外双层动车组技术发展现状以及国内动车组技术发展水平，提出研发双层动车组来缓解节假日期间运能需求。并提出研发双层动车组的发展方向、需要解决的关键技术及难题。根据目前国内动车组技术发展水平，分析认为双层动车组的研发具备可行性。

参考文献：

[1]钱立新，吴玉树，刘重庆，等.世界高速铁路技术[M].北京：中国铁道出版社，2003：415-420.

[2]缪根欣.日本新干线E4系高速电动车组[J].电方牵引快报，1997，13（04）：60.

[3]郭杨，梁世宽.“神舟号”双层内燃动车组拖车设计[J].铁道车辆，2001，39（09）：1-4.