第3章 1.1 高速铁路格局的演变

法国人意识到新干线的这种弱点后,充分利用自己的高速新线和既有线轨距相同的特点,采取高速线和既有线直通的运行原则,这样就大大扩大了TGV列车的运行范围,从而使TGV列车利用既有线到达更多的边远城市,使前往这些城市的乘客省去了换乘的麻烦。不过要说明的是,TGV列车下高速线进入既有线后,得按照既有线许可的速度运行。

4)改善受电弓受流状况

日本0系新干线列车和TGV-PSE列车在运行中使用的受电弓台数之比为8:1,即1辆列车8台受电弓。这实在是太多了!这不单纯只是一个经济问题,它带来的是严重的受电安全和质量问题。高速运行中的受电弓会让接触线发生振动,因前面的受电弓引起的振动会直接影响到后面的受电弓和接触网的接触,受电弓的台数越多,这种现象也就越明显。所以,0系列车设置8台受电弓,无论从受电特性、经济性还是景观的角度讲,都是不合理的。TGV注意到0系列车这个设计上的重大缺陷,运行中只使用后面的电力机车的一台受电弓受电。要说明的是,日本后来吸收了TGV列车受电弓少的这一长处,100系列车的受电弓减少为3台,300系以后变为只使用2台受电弓。

5)提高乘坐舒适度

法国人认为,动力分散方式列车把机器分散在各车辆地板下,机器的振动和噪声影响乘坐舒适度,而动力集中方式恰好没有此缺点。所以,TGV采用动力集中方式。当然,动力集中和动力分散的优劣,绝非一个技术指标就可以评定。动力集中方式的确有乘坐舒适度优于动力分散的优点,可以肯定地讲,这个优点不是TGV选择动力集中方式的根本理由。更合理的解释是,法国人选用了自己所擅长也有扎实的技术基础的动力集中方式,客观上这种方式具有乘坐舒适度好的优点。

在改善乘坐舒适度方面,TGV的另一个重大技术举措是,不用新干线的独立式转向架,而选用铰接式转向架。铰接式转向架的主要优点在于:一是可以降低车辆底盘高度达到降低车辆重心的目的,从而提高列车曲线通过能力,改善乘坐舒适度;二是转向架不在各室的正下方,可以降低车内噪声;三是和采用车辆式转向架相比,列车使用转向架的数量可以减少,达到列车轻量化的目的。当然,铰接式转向架也有使轴重增加、车辆间不易分离等缺点。

总之,TGV的成功使新干线相形见绌。作为高速铁路的先驱,新干线落后了!

1989年9月24日,法国大西洋线的巴黎—勒芒区间207km的线路开通,第二年线路延伸至图尔,线路长度达到了280km。在大西洋线投入运行的是法国第二代高速列车TGV-A,其最高运行速度达到300 km/h!世界上法国人首先尝到了列车以最高速度300km/h商业运行的滋味。1990年5月18日,TGV-A在大西洋线上的试验速度达到515.3km/h,创下了当时的世界纪录。

2.德国的ICE列车

1981年法国TGV开通的时候,德国还在进行高速铁路的建设和研究。

日本早就有了新干线,邻国法国的TGV又如耀眼的新星迅速升起,此时,德国人内心的酸涩是可想而知的。TGV的成功开通,给此前在高速铁路建设上犹疑不决的德国政府泼了一盆冷水,清醒后的德国立即加快了高速铁路建设的步伐!

从TGV开通后的第二年起,德国的高速列车研制和高速新线建设的步伐明显加快。1982年高速试验列车的研制工作展开,1985年七月动力集中方式的ICE(Inyer City Express)试验列车研制成功,这一年也正值德国铁路建设150周年。1988年4月28日,ICE首次突破了人类铁道史上400km/h速度大关,2天后的5月1日,406.9km/h的新世界纪录,让人们从此无法无视德国高速铁路技术的存在。不过,ICE享受世界第一速度的荣耀并不长久,半年后,实力强劲的法国TGV就以482.4km/h的速度跃居速度榜榜首。

1991年6月2日,全长327km的汉诺威—维尔茨堡线和107km(其中新线99km)的曼海姆—斯图加特线终于全线开通,最高速度280km/h的ICE1型列车闪亮登场,世人开始关注这个本该早到却迟来的竞争者——ICE。

与日本人和法国人的高速铁路之路相比,德国人走得显然没有那么顺当。作为高速铁路的前辈,日本可以以高速铁路的鼻祖自居,法国的TGV已经成为世界新霸主。高速铁路领域已被日、法占先了,在高速运行方面,当时ICE不如TGV但优于新干线。ICE靠什么作为自己的“卖点”呢?通过对日、法高速列车的研究,德国人决定给乘客提供比新干线和TGV列车更加宽敞、舒适的乘车环境。

ICE1型列车和TGV列车一样属动力集中方式,列车前后各配置一辆动力车,根据客流量需要中间可附挂7~14节拖车,按照空气动力学设计的车头外形美观,空气阻力小。ICE1的最高速度达280km/h,这个速度比当时的新干线高出60km/h,但比TGV-A要低20km/h。

速度不是ICE1列车的卖点,那在乘坐环境方面,ICE1列车是高速列车中当之无愧的佼佼者。中间拖车14辆的ICE1的乘客平均占有地板面积为1.32平方米/人,这个数字是200系的1.4倍(0.933平方米/人)和TGV-A的1.26倍(1.041平方米/人)。ICE1列车不仅宽敞,而且车内装潢设计美观、明亮、大方。ICE1列车分头等客车、二等客车和餐车。如果你和家人或者朋友结伴出行,既可以利用敞开式客室,要是想不受他人影响的话,也可以利用头等客车或二等客车的5人或6人包间式客室;如果是出差,你还可以和同事在带有会议桌的包间内开会。在这里工作所需的复印机、传真机、电话等设备一应俱全;此外,ICE1上还设有堪称一流的餐车。总之ICE1列车就像一座移动的高级宾馆。

ICE重视乘坐环境的设计思想,对偏重于大量运输的新干线列车设计也有积极的影响。后来的700系列车在保证列车高速的同时,也开始注重为乘客提供更加宽敞、舒适的乘车环境。

然而,有得必有失。ICE1在提供高规格的乘车环境的同时,也付出了列车重量增大的代价。日、法、德三国的高速列车中,ICE1的轴重最大,达到19t,这个数字比100系新干线列车重3t,比TGV重2t,后来这个19t的轴重为德国带来了很多意想不到的烦恼。

从1981年到1991年,法国TGV开通了,德国ICE也开通了,意大利的高速客运专线建设也接近尾声,欧洲高速铁路界显得热闹而富有朝气。相比之下,远在亚洲的日本新干线则充满了沉闷之气。

1982年,日本东北和上越两条新干线开通。由于这两条线路地处严寒多雪地区,日本国铁为了这两条线路量身定制的200系动车组开始登场。200系动车组比TGV-PES动车组晚一年问世,且不说210km/h的最高速度无法和TGV-PSE的260km/h相提并论,而且因为增设了防雪装置,动力分散方式的200系的轴重居然也变得和动力集中方式的TGV-PSE相等,都是17t。日本一直强调的动力分散式列车轴重轻的优点,在200系身上也荡然无存!

有意无意之间,200系的出现,越加凸显了TGV的绝对优势。

1985年10月1日,东海道新干线上的0系动车组终于迎来了一位新伙伴——100系动车组,此前,0系动车组孤身在东海道新干线上跑了整整21年!遗憾的是,100系的最高速度只有230km/h,在技术上除了导入双层车还算引人注目外,其他并没有令人耳目一新的突破。

眼看欧洲超越了自己,这一时期,看不出日本有向欧洲发起强烈挑战的**。日本选择了沉默……

1.1.4 日欧双雄并行(1992年至今)

从1992年开始,世界高速铁路发展进入了一个全新的时期:新干线重新崛起,法国TGV走向世界,德国成功开发了动力分散式高速列车ICE3,意大利、瑞典高速摆式列车的运行,亚洲的韩国和中国台湾的高速铁路……进入这个时期,世界上的高速铁路新闻让人目不暇接。日欧之间在继续竞争的同时,也彼此借鉴对方的长处,从而使世界高速铁路技术发展到一个前所未有的高度。这个时期,日欧各自都没有明显的绝对优势,出现了日欧双雄并行的局面。

1987年,日本国铁解散,实现民营化。负责经营新干线的JR东海、JR西日本、JR东日本加大了高速铁路研发的力度,开始努力挽回新干线在日欧竞争中的颓势。

新干线卷土重来了!

1992年3月14日,300系“希望”号新干线动车组向TGV、ICE发起挑战。

如果只看最高运行速度,300系列车依然不能和法国的TGV和ICE抗衡。因为法国早在3年前,在大西洋线上投入运行的TGV-A列车的最高速度就已经达到了300km/h,而前一年刚投入运行的ICE1列车的最高速度是280km/h。300系之所以会对TGV、ICE形成一种挑战,是因为动力分散式列车的优点在它身上真正显示出来了。

首先300系动车组的轻量化技术取得了骄人的成绩。TGV-PSE和TGV-A动车组的轴重为17t,而300系动车组的轴重只有11.3t!ICE1的轴重达到了19t,更是无法和300系相提并论。如果只介绍轴重你还很难想象两者在列车轻量化方面的差距的话,那就来比较一下两者可供乘客利用的单位面积地板的重量吧。比较的结果是TGV-PSE和TGV-A分别为1.041t/平方米,和0.937t/平方米,而300系为0.584t/平方米,只相当于TGV-PSE和TGV-A56%和62%!

其次,动力分散方式常为动力集中论者所诟病的一个明显弱点是机器数量太多,机器的维护保养费事费钱。在直流传动的时代,动力分散方式这个缺点的确比较明显。然而,随着电力电子技术的发展,300系动车组采用电流传动技术后,电传动系统的维护保养工作大大减少。

同时,300系动车组采用再生制动技术,使分散在各车厢下部的牵引电机在列车制动时可作为制动装置使用,再生制动不但对于系统的节能发挥了作用,更为重要的是,再生制动成为列车制动的主体后,大大减小了机械制动装置的负担。具体地讲,新干线列车在正常制动时,列车一般在30km/h以上使用再生制动,30km/h以下才切换成机械制动。而动力集中方式的列车,各拖车的制动力得靠机械制动装置来承担,所以机械制动装置的维护保养工作量很大。

还有一点也应该提及,法国人在研发TGV列车之前就指出的新干线列车受电弓多的缺点,日本认真吸收了对方的意见,300系动车组只使用2台受电弓。

日本成功开发300系动车组后,其前进的步伐并没有停止。日本没有忘记在最高运行速度方面,新干线还落后于法国和德国的事实。1997年3月,由JR西日本公司开发的500系动车组的最高速度达到300km/h,新干线动车组的速度在落后TGV列车16年后,终于和对手打成平手。

在旅行速度和平均速度方面,500系动车组还超过了TGV动车组。可能是日本极欲在最高运行速度方面达到甚至超过欧洲,所以500系动车组为16M的全动车方式,列车的造价高是可想而知的。同时,由于太过追求速度,列车的断面积小,乘客的乘坐舒适度受到影响。

基于这两个原因,由JR东海和JR西日本联手开发的700系动车组于1999年2月投入运行。12M4T的700系列车充分吸收了300系动车组和500系动车组的优点,它集速度、经济性和乘坐舒适度于一身,代表了日本高速列车研制的最高水平。中国台湾引进的日本高速列车就是以700系动车组为基准的。

从1992年到现在,新干线引人注目的“举动”还有:世界上第一列全部双层客车的E1系“MAX”号问世;新干线和既有线直通运行;部分线路区间采用数字ATC信号系统;新干线走出国门,在我国台湾高速铁路建设国际招标中中标;车体可倾斜式N700系动车组于2007年投入运营;研发的速度为360km/h的新一代新干线超高速动车组,等等。

这一时期,欧洲的高速铁路表现得同样活跃。

法国人不只是要让TGV活跃在国内,他们还要让TGV走向世界。这个梦想,在1992年便实现了,TGV首先到了西班牙。

这一年恰逢300系新干线动车组开通。好像是故意要和日本拉开距离,当日本在高速列车技术上向法、德重新发起挑战的时候,TGV却已经走出了国门。法国是世界上第一个向海外输出高速列车技术的国家。1992年4月。西班牙的马德里—赛维利亚长约471km的高速新线开通。在这条线路上运行的AVE(Alta Velocidad Espanola)型高速列车,是通过技术转让从法国购置引进的,是在TGV-A型高速列车的基础上设计制造的。AVE列车为2L8T的10辆编组,列车最高速度300km/h。

1993年8月20日,在韩国的首尔——釜山高速铁路的高速列车竞标中,法、德、日三国经过激烈争夺,最终法国胜出。韩国决定引进46列法国的TGV-R型高速列车。TGV已经走出欧洲,实现了进军亚洲的梦想。

1994年11月,从法国/巴黎出发,穿过英吉利海峡海底隧道,然后到达英国/伦敦的高速铁路开通。被命名为“Eurostar”(欧洲之星)的高速列车飞驰在该线路上,“Eurostar”仍是根据TGV的技术研制而成的。

1996年6月2日,同样根据TGV列车技术研制的高速动车组“Thalys”,在法国/巴黎—比利时/布鲁塞尔—荷兰/阿姆斯特丹之间运行。1997年12月10日,“Thalys”的足迹又延伸到德国的科隆。

在TGV走向世界的同时,法国国内的高速铁路建设同样令人瞩目。1993年5月23日,北方线开通;2001年6月10日,地中海线开通。在高速列车技术方面,对应3种不同供电方式(交流25kV/50Hz,直流1500V和3000V)的TGV-R列车、1996年投入运行的TGV-Duplex双层列车、为了将来实现东部线350km/h运行而研制的AGV型动力分散式列车等都取得了巨大成功。

1991年ICE1列车投入运行后,第二年,德国开始研制第二代高速动车组ICE2。ICE2动车组的长度只有ICE1的一半,它在技术上没有什么新的突破,基本技术参数和ICE1完全相同。说的简单一些,把ICE1动车组从中间一分为二,就基本上变成了2列ICE2动车组。由于ICE2只有一辆电力机车,为了在终点站不用换车头就能够双向运行,所以在列车另一端的先头车辆也设有驾驶台。德国之所以要专门研制这样的短动车组,是因为ICE1是用作干线运输的动车组,如果ICE1动车组到支线上直通运行,则显得运力过剩。而ICE2动车组可以联挂运行,这样就可以根据运输量的要求,让动车组单独或联挂运行。

德国的ICE1和ICE2在乘坐环境方面都堪称一流,但这两种动车组19t的轴重却给德国带来了烦恼。原因在于,按照欧洲的铁路运输规范,国际直通列车的轴重必须限制在17t以下,而ICE1和ICE2都因为轴重太大,无法像TGV那样走出国门实现国际直通运行。眼见法国的TGB已经走出了国门,无奈之下,德国人决定研究动力分散方式的高速动车组ICE3以达到减轻轴重的目的。德国决定研发动力分散方式列车的另一个原因是,1995年已经开始动工修建的科隆—法兰克福高速新线的最大坡度为40‰,要求最高运行速度是300km/h,而原有的ICE1和ICE2都不能满足这条新线的运输要求。ICE3型动力分散方式列车就是在这种背景下诞生的。ICE3,也因此开了欧洲动力分散方式高速动车组的先河。

ICE3于2000年投入商业运行,列车为4M4T的8辆编组。性能上,ICE3的最高运行速度可达330km/h,实际商业运行速度为300km/h。

1.1.5 今后:亚欧时代

与欧洲国家相比,亚洲国际人口众多,人口密度大,加以日渐凸显的全球能源与环保问题,按理,亚洲国家更应该大力发展高速铁路。然而,整个20世纪,日本与欧洲几乎占尽了世界高速铁路的所有风光。

时光进入21世纪,日欧的高速铁路建设步伐明显放缓,与此形成鲜明对比的是,亚洲的高速铁路建设却显得生机勃勃。

2005年,韩国首尔—釜山高速铁路开通,该线路全长426km,高速动车组KTX的最高运行速度达300km/h。

2006年,中国台湾全长345km的台北—高雄高速铁路投入运营,从日本引进的高速动车组T700的最高运行速度为300km/h。

2007年4月18日,中国铁路实施第六次大面积提速。这次提速,中国推出三种时速200km及以上的高速动车组CRH,时速200km及以上线路里程一次达到6003km,其中时速250km的线路长度达到846km。

2008年7月,在举世瞩目的北京奥运会召开之前,时速300km的北京—天津高速客运专线开通;2011年投资规模最大,技术含量最高的京沪高速铁路开通;中国多条高速客运专线也正在如火如荼的建设;中国将在2020年前建成世界最大的高速铁路网……

世界关注高速铁路界的目光开始聚焦亚洲!世界高速铁路格局在经历了日本时代、欧洲时代、欧日时代之后,可以预言,今后将进入——亚欧时代!

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高速铁路及其四电系统集成
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