世界铁路
0 引言
高速动车组作为旅客运输的载体，是高速铁路运营组织的基础装备。基于高速铁路重速度、重方便性、列车频率高的特点，且双层动车组对高速铁路技术条件要求高，传统高速动车组基本是单层结构。随着高速铁路客流量持续增长，部分高速铁路线路运输能力已开始出现紧张现象，越来越多的国家开始在繁忙高速铁路线路上运用双层动车组。目前，我国部分主要干线繁忙区段的旅客列车对数已占用大部分线路运输能力，大多数旅客列车存在超员现象[1-3]。随着高速双层动车组生产制造技术的不断进步，双层动车组的运用可为解决我国繁忙高速铁路线路能力紧张问题发挥作用。1 国外运用情况
1.1 日本新干线双层动车组
截至2017年11月，日本已投入运营的新干线高速铁路里程为3 041 km，高速列车保有量为401列，当前运营的双层动车组仅有E4系列。E4系列在上越新干线共有24列，占总列车数的6%。上越新干线日常运
营50个车次，其中双层车为37个，占比74%，发车间隔为20～40 min，密度较低。除E4系列外，E1系列双层动车组曾运营于东北和上越新干线。
E4系双层动车组（见图1）曾行驶于东北、上越、长野新干线上，目前仅行驶于上越新干线，最高运行速度240 km/h，可与E2、E3系等高速列车重联运行。该系列车由T+M1+M2+T四辆车构成一个单元，每列为8辆车（4M4T）编组，额定载客数817人，2列重联载客量可达1 634人，是世界载客量最大的双层高速铁路列车之一[4]。
国外高速双层动车组的发展及对我国的启示
张庆刚1，乔珂2，曹源3
（1. 中车唐山机车车辆有限公司 研发中心，河北 唐山 063035；
2. 北京交通大学 交通运输学院，北京 100044；
3. 北京交通大学 轨道交通运行控制系统国家工程研究中心，北京 100044）
摘 要：传统高速动车组基本是单层结构，随着高速铁路客流量持续增长，部分高速铁路线路存在运输能力紧张问题，越来越多的国家开始在繁忙高速铁路线路上运用双层动车组。以法国TGV、日本新干
线双层动车组为例，介绍国外双层动车组运用情况和线路运营情况，然后通过与单层动车组对比，阐述双层动车组的优缺点，最后考虑限界、接触网现有技术标准，借鉴国外高速双层动车组的发展经验，从技术可行性和运用经济性2方面讨论双层动车组在我国高速铁路的适用性和需要关注的问题。
关键词：高速铁路；双层动车组；运营组织；运行控制系统
中图分类号：U273 文献标识码：A 文章编号：1001-683X（2018）07-0103-05 DOI：10.19549/j.issn.1001-683x.2018.07.103
基金项目：国家重点研发计划项目（2017YFB1201304-07）
第一作者：张庆刚（1977—），男，工程师。
国外高速双层动车组的发展及对我国的启示 张庆刚 等
但上越新干线列车的客流需求主要为通勤、通学和旅游需求，客流波动大。据日媒报道，双层动车组的运用并没有取得较高收益，E4系双层动车组计划于2018年年底退出运营，届时日本新干线将没有双层动车组运行。川崎重工等生产企业仍在研制在速度和舒适度方面能够满足需要的新型双层动车组。
1.2 法国双层动车组
截至2017年11月，法国已投入运营的TGV高速铁路里程为2 696 km，双层TGV列车保有量达到210列，占列车总数量的近45%，主要包括TGV Duplex列车、TGV Dasye列车、Euroduplex列车等类型，双层动车组运营线路包括：东南线、东部线、莱茵—罗纳线、地中海线、北方线。
TGV Duplex列车（见图2）是由法国国家铁路公司（SNCF）与阿尔斯通公司合作研制的第一代双层动车组。其目的是针对客流量大及流量饱和的高铁路线，列车追踪间隔很难降低，且线路限界限制了车厢加宽，站台长度约束了列车重联，考虑技术可行性，双层动车组可实现载客量从350人左右增加到510人左右。TGV Dayse、Euroduplex列车分别是第二、三代双层动车组，三代双层动车组均采用10辆（2M8T）编组形式。其中，Euroduplex是唯一一款国际运营的高速双层列车，列车设计全面考虑了满足欧洲不同国家不同牵引供电制式和列车运行控制系统的要求，可载客1 018人，最高运行速度320 km/h。
法国双层动车组发展起步时间早且速度较快，在双层动车组研究和制造过程中获得迅速的发展和丰富的经验反馈。当前法国双层动车组应用广泛，未来仍在进一步生产及投入使用，基于其大运量、速度高的特点，发展前景较好。2 高速双层动车组优缺点分析
一般意义上的动车组都是单层结构，一方面是基于高速铁路自身需求的特点，重速度、重方便性、列车频率高，单层8辆左右编组即可满足需要，双层动车组缺乏实际应用价值；另一方面双层动车组在技
术条件上存在限制问题（如高度），因此，高速铁路建设初期，动车组几乎全部采用单层设计。通过对法国三代TGV 双层动车组与TGV单层动车组（TGV Reseau）的技术参数对比分析及日本双层动车组E1、E4与单层动车组（E7、700系）[5]的技术参数对比分析，阐述双层动车组的特点（见表1、表2）。
可见，法国TGV和日本新干线双层动车组开发在技术路线上有较大区别[6-7]。法国TGV单层动车组本身高度大，其双层动车组高度几乎与单层动车组一致，铝合金材料的广泛采用使得双层动车组质量较单层动车组仅增加了5%左右，满载情况下也不到10%。高度与质量的稳定使得双层动车组的运行阻力提高量仅为4%，发动机功率几乎不需调整，对运营成本影响很小。新干线双层动车组则不论高度、质量都有明显增加，其单辆车的牵引功率明显高于单层动车组，对运营成本有较大影响，客流量不足时无效运输损失很大，整体经济效果尚待评估。
此外，法国TGV和日本新干线双层动车组列车速度、制动率、车站作业时间等列车开行条件与技术标准与单层动车组几乎完全相同，且具备良好的重联条件，配件大多数可以通用，最大限度减少了在运输组织、动车组检维修方面存在的差异，使得双层动车组
运用和检修与单层动车组形成了良好的兼容关系。图1 E4系双层动车组图2 TGV Duplex列车
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综上所述，双层动车组的最大优势是提高了列车载客量，能在解决高速铁路运输能力不足的问题上发挥比较明显的作用。但双层动车组在高度上存在限界设计的困难，且动车组高度、质量增加后空气阻力和摩擦阻力都有明显增加，列车难以维持原有运行速度和起动加速度，其运营成本可能会有显著增加。
3 对我国的借鉴意义
根据日本新干线、法国TGV双层动车组的运用情况可知，双层动车组在解决高速铁路运输能力不足的问题上发挥了比较明显的作用，国外双层动车组的运用范围有限。法国TGV双层动车组运营线路主要是东南线（比例很高）；日本仅在东北和上越新干线开行过双层动车组，目前仅有上越新干线（将于2018年年底停运）。这充分说明了双层动车组的应用效果还未得到充分认可，我国必须对其技术可行性和运用经济性等问题进行更充分研究，明确双层动车的合理运用范围和条件。
3.1 技术可行性3.1.1 限界技术
从现有双层客车标准来看，我国双层普速客车和
内燃动车组是在机车车辆限界标准下完成的，其中双层普速客车高度最高，为4 750 mm。法国TGV双层动车组高度为4 320 mm，日本新干线双层动车组高度为4 485 mm，均符合我国现有客运专线机车车辆限界技术标准。尽管在设计双层动车组时需考虑车厢高度对乘客舒适性的影响，当前客运专线机车车辆限界技术标准也是必须遵循的重要依据。
3.1.2 接触网技术
在现有技术标准下，已知京沪高铁接触网参数为：接触线悬挂点高度为5 300 mm，接触网结构高度为1 600 mm。当受电弓为最小功能高度时，即受电弓高度为930 mm时，车体高度为4 370 mm。法国TG
V的3种双层动车组车型高度均为4 320 mm，日本新干线E1系和E4系动车组高为4 485 mm。由于法国TGV是动力集中型动车组，日本E1系及E4系和我国动车组均为动力分散型动车组，相比之下，日本车型设计对我国高速双层动车组设计更有参考价值。若需设计运用于京沪高铁上的双层动车组，基于现有条件，在进行动力车和拖车的内部设备、座位等配置的同时，还需在日本E1系和E4系车型高度的基础上降低115 mm，仍具一定挑
战性。
表1 法国双层动车组与单层动车组技术参数对比
注：编组输出=牵引电动机输出×牵引电动机台数（25 kV 50 Hz AC），各型车牵引电动机台数均为8台
表2 日本双层动车组与单层动车组技术参数对比
注：编组输出=牵引电动机输出×牵引电动机台数（25 kV 50 Hz AC），E1、E7、E4、700系动车组对应牵引电动机台数分别为24、40、16、24台
国外高速双层动车组的发展及对我国的启示 张庆刚 等
3.2 经济适用性
3.2.1 车体设计
目前，主要是法国TGV和日本新干线在高速铁路区段运用双层动车组，其他一些国家铁路增购新的双层旅客列车或对既有运营双层旅客列车进行现代化改造，许多机车车辆生产制造公司设计生产了在技术、运营特性有所改进，同时提升了运行速度、走行平稳性及旅客乘车舒适性的新型双层高速旅客列车。
我国单层动车组技术水平先进，但双层动车组研制时仍需注意尽量减少相较于单层动车组在高度、质量、发动机功率等技术参数上的损失，避免运营成本的明显上升。此外，根据法国TGV、日本新干线双层动车组的发展经验，我国双层动车组也需在同系列单层动车组基础上，在运行速度、车门设计、配件选配方面做到尽可能一致。
3.2.2 运用线路选择
无论法国TGV还是日本新干线，双层动车组取得良好效果的前提都是较高的客流量[8]。法国TGV双层动车组主要运行于其客流量最为饱满的东南线，以及对列车开行频率不很敏感的东部线和北方线长途（国际）列车交路上，可以保证双层动车组的高上座率，避免发动机功率的损失。以TGV为例，其单列运输能力提高幅度超过50%，TGV东南线能力不足的问题得到很大改善，由于运量比较饱满，动车组单位收益也有较大增长，在运输能力不足、客流量比较饱满线路上开行双层动车组可以取得较好效
果。因此，我国双层动车组也必须明确以客流量大、运输能力不足或长途客流比较饱满的高速铁路线路或交路为主要服务对象，确保双层动车组较高的上座率。
此外，双层动车组因自身质量大，列车提速后风阻增加迅速，会造成能耗的快速增加及加速度指标的下降，基于日本新干线E4系双层动车组的运用经验，双层动车组运用需要仔细权衡运营成本和收益。针对客流波动较大，高峰期客流饱满、非高峰期客流低糜的情况，需权衡考虑高峰期的额外收益是否能弥补非高峰期的功率损失，计算双层动车组的运营经济性。
4 结束语
随着现代经济的发展，高速铁路客流量持续增长，部分高速铁路线路运输能力已达到饱和。为满足城市与地区间旅客运输迅速增长的发展需要，进一步提高旅客列车的载客能力，兼顾大运量条件下的运输效率问题，高速双层动车组的运用是解决高速铁路运输能力不足问题的有效手段。
在满足限界、接触网等现有技术标准的前提下，高速双层动车组能够在列车运行间隔难以缩短的情况下，实现列车载客量的大幅提升以缓解能力紧张问题，但同时也存在较单层动车组相比其高度、质量、发动机功率等技术参数上的损失导致运营成本上升问题。因此，针对我国高速双层动车组运用问题，需结合我国高速铁路自身情况，对其技术可行性和运用经济性等问题进行深入研究。
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责任编辑 高红义
收稿日期 2018-02-06
国外高速双层动车组的发展及对我国的启示 张庆刚 等
ZHANG Qinggang1，QIAO Ke2，CAO Yuan3
（1. R&D Center，CRRC Tangshan Co Ltd，Tangshan Hebei 063035，China；
2. School of Traffic and Transportation，Beijing Jiaotong University，Beijing 100044，China；
3. National Engineering Research Center of Track Transit Operation Control System，
Beijing Jiaotong University，Beijing 100044，China）
Abstract：The capacity shortages are arising on some high speed lines with continuing growth of HSR passenger volume, so more and more countries start operating double-deck EMU trains on busy high speed line instead of the traditional ones with single-deck structure. By giving examples of French TGV and Japanese Shinkansen, the paper introduces the operation status of the double-deck EMU trains and railway tracks in foreign countries, explains both advantage and disadvantage of double-deck EMU trains by comparing them with single-deck ones. In the end, the study discusses the adaptability of double-deck EMU trains on HSR in China from technical and economic perspectives as well as related matters that need to pay attention to by taking into consideration of foreign experience and existing technical standards about gauge and OCS in China.
动车高铁区别Keywords：high speed railway；double-deck EMU train；traffic organization；operation control system
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MENG Jinghui1，HOU Yuebin2
（1. Infrastructure Inspection Research Institute，
China Academy of Railway Sciences Corporation Limited，Beijing 100081，China；
2. Beijing IMAP Technology Co Ltd，Beijing 100081，China）
Abstract：Considering the design and maintenance standard for track circuit adopted in Chinese railway, this paper introduced the principle of setting the compensation capacitor for jointless track circuit, analyzed the reason for failure of compensation capacitor and the corresponding protective measures. Based on the dynamic test data of signals provided by comprehensive inspection trains, the paper analyzed the trend of failure of compensation capacitor in HSR track circuit on yearly and monthly basis respectively. The paper then verified the design life of compensation capacitor stipulated in the maintenance standard and proposed relevant suggestions on routine maintenance.
Keywords：jointless track circuit；compensation capacitor；comprehensive inspection；failure analysis
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