严格来说,“动车组”是轨道车辆的一种模式,它仅在这个范畴上有意义,动车组与传统的机车牵引模式相对,除此之外不应赋予它额外的意义;“高速列车”在国际上一般是指正常运行速度达到最高200km/h以上的铁道车辆,但并不限定必须为动车组模式。在国内因为目前还没有200km/h级别的机车投入运营,所以高速列车就只有动车组这一种模式(此处及后文均不考虑磁悬浮列车)。
1动车组只代表一种轨道车辆模式,不等于高速列车
传统的机车牵引模式,也就是人们熟悉的由火车头(机车)牵引若干节车厢(客&货车)的“火车”。“动车组”的英文为“multiple unit”,指若干自带动力的“动车”、也可包括若干无动力的“拖车”混编、全列集中控制、且编组相对固定(不同于普通的列车,动车组正常运营条件下一般较少解编)的一种车辆模式,根据动车/拖车数量比又可进一步分为动力集中式(通常动拖比小于1:1,多为首尾各连挂一台内燃&电力机车)和动力分散式(动拖比大于1:1或全部为动车,通常将柴油机&电动机分散布置在动力车的车厢地板下)。动车组本身只是一种车辆模式,并不能等同于高速列车,比如各种地铁列车、以及国外的各种通勤电车其实也是一种动车拖车混编的“动车组”,但显然与高速铁路并不相干;再如北京S2线的NDJ3型“和谐长城号”内燃动车组(动力集中式,首尾为内燃机车),最高设计速度只有160km/h,以及CRH6S型城际动车组、设计运营速度140km/h,也不属于高速列车;德国的CargoSprinter“货运短跑手、日本的M250系货运电车属于货运动车组,当然也是动车组,但速度只有120、130km/h(想让集装箱货运列车跑更快也的确勉为其难了……);更极端的如日本现有的铁道客车几乎全部采用动车组模式,但除了新干线列车外其他的“电车”也大多在130km/h以下。因此不能一提到动车组就自动和高速列车划等号。
2动车组模式是否更具优越性
提高列车运行速度是一个复杂的问题,在这方面动车组模式(主要是指动力分散式)相对传统的机车牵引模式确实有一定优势。首先,列车要高速化就必须加大整车的牵引功率,而动车组可以配置更多的动力车、更多的内燃机&电动机、更多的动轴,相对通常只有1~2节机车牵引的传统模式(必要时也可以连挂机车,但受限于很多其他的复杂问题)能够容纳的动力也就更大;其次,列车的牵引力不仅取决于输出功率,还要考虑轮轨间的摩擦力(称为粘着力),粘着力不足就容易出现轮对空转打滑,因此仅仅加大输出功率还不够。对传统的机车来说要获得足够的摩擦力则机车轴重不宜太轻(也可采取其他手段如电子防滑器),但轴重加大又会加剧列车运行时对轨道的破坏作用、也与铁路高速化对列车轻量化的要求背道而驰,从而陷于两难;而动车组模式由于列车有较多的动轴,即使不刻意加大轴重、在黏着利用上也较传统机车更有利(普通机车轴重可达20t以上,而动力分散式动车组可控制到14t)。动力分散式动车组还有一个长处:由于动力装置被分散安装在多节车厢的地板下,动力车的载客载货能力不会受到影响;而普通列车的机车部分(火车头)是不能载客载货的,这部分空间无法得到有效的利用。
当然动车组模式也并非完美无缺:由于动力分散式动车组的内燃机&电动机布置在距客室极近的车厢地板下,而非传统列车那样布置在距车厢较远的端部机车内,也会导致车厢内的震动、噪音加大。在早期这个问题曾严重到了影响乘坐舒适性的地步,以至于二战前人们普遍认为动车组模式不适用于长途客运(短途电车可以忍一忍凑合……),但日本在战后的一系列试验证明这个问题完全可以通过技术改良得到解决,从而为新干线采用动力分散式铺平了道路——如今人们恐怕难以想象当年居然会有人抱怨动车组的噪音震动太大
3高速列车并不必然采用动车组模式
现今世界上的高速列车大多采用动车组模式。采用动力集中式的有法国的TGV高速列车及其衍生的欧洲之星“E300”型(英铁373型)高速列车和西班牙S103型高速列车、德国的ICE-1&ICE-2型高速列车、西班牙的Talgo系列摆式列车和引进法国技术的S103型高速列车、瑞典的X2000摆式列车、美国的Acela Express“阿西乐特快”摆式列车、韩国的KTX高速列车等等,国内较早期的动车组也有不少采用动力集中式,如“蓝箭”、“新时速”(进口的X2000)、“中华之星”等。采用动力分散式的有中国的CRH系列电力动车组、日本新干线的所有型号列车及衍生的中国台湾高铁700T型动车组、德国的ICE-3&ICE-T&ICE-TD型动车组及其衍生的欧洲之星“E320”型(英铁374系)高速列车和俄罗斯“游隼号”高速列车、法国的新一代AGV高速列车、意大利的Pendolino(ETR460、ETR600等)摆式列车、瑞典的Regina系列动车组等等。但是,高速列车(High-Speed Train)一般指“正常运行速度在最高200km/h以上的列车”,并没有限定采用哪一种车辆模式。因此,即便不是“动车组”、即便采用传统的机车牵引模式,只要运营速度能达到200km/h以上,同样也可称为“高速列车”。
国内的200km/h以上铁道机车目前基本还是空白,韶山8型电力机车在1998年达到的最高239km/h的试验速度至今未被突破,但试验速度不能等同于运营速度,SS8牵引T&Z字头准高速列车的运营速度只有最高160km/h。其后国内也研制过交流电传动、设计速度200km/h的四轴电力机车如“奥星”、“九方”等,但因技术不成熟而未进入运营即被淘汰。之后株洲厂也曾试制过200km/h级别的和谐型电力机车,因种种原因未进行试车即被封存(可视为和谐1D型电力机车的原型,但该车未获正式编号,而HXD1D的运营速度不过最高160km/h),直到15年才有新的八轴大功率交流电机车(HXD1G)问世,设计速度可能为200km/h,目前尚未正式投入运用。总而言之,除CRH系列动车组外(再加上台湾高铁的700T),国内目前还没有其他的铁道车辆能达到200km/h以上的运营速度,因此国内目前的高速列车就只有动车组这一种模式。
4非动车组模式的国外高速列车
在铁道技术长期领跑世界的欧洲情况则大为不同,早在七八十年代就有一些机车车辆的运营速度达到了200km/h级别。需要注意的是,国外的机车牵引模式还衍生出一种推挽式列车(Push-Pull train),它可以是普通列车的首尾两端各连接一台机车、从而实现前拉后推的运行模式;也可以是更奇特的列车一端为机车、另一端为无动力的客车但端部带驾驶室,虽然整列车只有一台机车,但司机既可以在机车驾驶室内操纵机车牵引列车运行,也可在带驾驶室的客车一端通过贯穿全列的列车线来远程控制尾部机车推动列车运行,从而省去了普通列车折返时需要摘挂机车的麻烦,司机只要从一端驾驶室走到另一端就可以了——不过这也导致推挽式列车与动力集中式动车组(后者是首尾各连挂一台动力车,两端驾驶室均可对全列实行集中控制)的区别某种程度上更加模糊化了。
英国的Inter City225型摆式列车就是一种推挽式列车,最高速度可达225km/h、试验速度260km/h,不过运营速度受线路条件限制——英国目前只有一条百来公里的连接伦敦和英法海底隧道的新建高速铁路HS1线(High Speed 1)供来往英、法、比三国的欧洲之星等列车(也有英国国内的短途列车乃至货车)运行,只有欧洲之星能在HS1线的部分区间达到最高300km/h,其他高速列车多需要在提速改造既有线运行——不超过201km/h。但英国也有大量动车组模式的高速列车,如不幸流产的APT高速列车、运营中的HST列车(Inter City125,动力集中式,试验速度238km/h,世界最快的内燃机车)以及英铁220、221、390、395型列车(多为动力分散式)等等,由于同样的原因运营速度也多限制在200km/h左右。
德国铁路的Inter City系列高速列车(注:德国的高速列车品牌“ICE”是“Inter City Express”即“城际特快列车”的简写,ICE是目前德国铁路等级最高的客运列车,而IC系列城际列车则可视为仅次于ICE的优等列车),采用德铁103&120&101型电力机车牵引,在新建高速线——德国高速铁路即使是新建高速线也多实行高速列车与普速列车甚至货车混跑——上运行时速度也可达到200~220km/h。实际上最高运行速度可达280km/h的ICE-2动车组也是一个属性模糊的“异端”,有人戏称其为ICE-1(首尾各有一台电力机车的动力集中式动车组)从中间一刀两断的产物,ICE-2以短编组运行时是一端为机车另一端为带驾驶室的无动力客车的推挽式,但两列ICE-2可以重联运行、这样又拼接成了像ICE-1那样的动力集中式动车组了
奥地利联邦铁路的Railjet高速列车同样也是推挽式列车,采用西门子ES64(Euro Sprinter“欧洲短跑手”,国内引进过作为HXD1型的技术原型)型“金牛座”电力机车牵引,最高运营速度可达230km/h。值得一提的是ES64U4型电力机车在一次冲高实验中达到最高速度357km/h,这也是世界铁路机车的最高速度纪录。
美铁的Northeast Regional列车(在美国目前唯一的“高速铁路”——Northeast Corridor东
北走廊上是仅次于阿西乐特快的优等列车),采用双机车牵引,在部分路段的最高速度也可达到201km/h,仅次于阿西乐特快的最高240km/h,但因线路条件不好导致许多区间无法达速运行。
此外国外还有其他一些机车牵引模式、速度达到200km/h的高速列车,殊为繁琐,这里就不提了。
总结:
可以看到虽然机车牵引模式在200km/h级别还能有作为高速动车组的有力补充的一席之地,但在250km/h以上级别就几乎是动车组一统江湖了,而且这些高速机车中有部分还是“老骥伏枥”(如英铁的IC225)、未来可能会被动车组替代,这也是两种车辆模式本身的特点所决定的。
动车组模式最早在通勤电车上被采用,起初被认为不适用于长途客运,但新干线0系电力动车组(早期为比较极端的全动车,不过也是技术条件所限)的出现颠覆了这一观点,日本的高速列车从此也一直坚持走动力分散之路。欧洲受到新干线的刺激开始自己的铁路高速化时,以法、德、英为代表则更多地延续了动力集中的传统,不过也很难断言动力集中与动力分散到底孰优孰劣,毕竟当时新干线的全动车也的确存在很多问题,动力集中在那时技术上更成熟。但近年来法、德的新一代高速列车有放弃动力集中转向动力分散的倾向,显示出后者的一些优势正在得到更多的重视。
中国高速铁路在发展的早期也曾探索过动力集中式,但随着技术引进(CRH1的原型车庞巴迪Regina C2008、CRH2的原型车新干线E2系、CRH3的原型车西门子ICE-3、CRH5的原型车阿尔斯通ETR600无一例外均为动力分散式),CRH系列也全面采用了动力分散模式,而且显然在未来的中国标准动车组也将继续坚持下去。
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