本文盘点世界铁路高速列车50年的发展与进步。
1.1. 日本新干线系列高速列车概述
日本是世界上最早开始实现铁路现代化、最先开行高速列车的国家。从1964年起，日本以0系高速列车起步，经过近50年的不断完善与提高，相继开发了100（100N）系、200系、300系、400系、500系、700系、N700、E1系、E2系、E3系、E4系（见表1）和E5系、E6系等新干线系列高速列车，同时还开发了供研究用的300X、WIN350、STAR21等高速试验列车。将铁路客运的速度由210km/h逐步提高到了300km/h。日本新干线高速动车组的基本特征是：
① 全部为动力分散型电动车组；编组长，列车总定员多；车高较矮，车体较宽，车内空间布置并不是很宽敞，以实用主为；
② 两端车头造型较好，列车空气动力学性能好，运行阻力小，外部噪声低；大量地采用铝合金车体，也有少量低合金钢车辆，轻量化水平较高，最低轴重仅为8t；
③ 除0系、100（100N）系、200系外，均采用轻型无摇枕转向架，在500系、700系车辆上还采用了半主动悬挂系统。
1.2. 日本新干线高速列车的技术规格
日本新干线系列高速列车主要技术规格见表1。
注：(1)0系动车组共有16M、12M、6M、4M等四个编组模式； (2)100系动车组中双层车高度； (3)500系动车组在东海道新干线运行速度； (4)500系动车组在山阳新干线运行速度；(5)700系动车组在东海道新干线运行速度； (6)700系动车组在山阳新干线运行速度； (7)N700系动车组在东海道新干线运行速度； (8)N700系动车组在山阳新干线运行速度；(9)N700系动车组头车尾部和中间车高度； (10)200系动车组在上越新干线运行速度；(11)200系动车组在东北新干线运行速度； (12)200系动车组共有14M2T、12M、8M 等三个编组模式； (13)200系动车组中双层车高度； (14)400系动车组在东北新干线运行速度；(15)400系动车组在山形既有线运行速度； (16)E3系动车组在东北新干线运行速度； (17)E3系动车组在秋田既有线运行速度。
1.3. 日本新干线系列高速列车的最新进展
日本高速铁路的最新进展是E5系和E6系高速动车组，其中E5系高速动车组基于Fastech360s设计制造（见图1），采取10辆车编组，八动二拖（8M2T）的结构，列车牵引功率9600 kW，构造速度320 km/h，实际运行速度300km/h ，定员731人；E6系高速动车组基于Fastech360z设计制造（见图2），采取7辆车编组，五动二拖（5M2T）的结构，列车牵引功率6000 kW，运行速度320 km/h，定员338人。
图1：E5系高速动车组
图2：E6系高速动车组
2.1. 法国TGV（AGV）系列高速列车的概述
法国以TGV系列超高速列车以277km/h的世界最高旅行速度称雄于国际铁路，其超过20年300km/h以上速度的商业运营经历尤令法国引以为自豪。TGV系列高速列车不仅续写了日本新干线高速列车创造的世界高速铁路奇迹，更是在1990年5月18日和2007年4月3日，分别以515.3km/h和574.8km/h的速度两度创下超过500km/h的世界铁路最高试验速度记录，彻底破除了轮轨速度不能超过350km/h的定论，将世界高速铁路与高速列车的发展带入到了一个崭新的阶段。
法国TGV系列高速车的研制始于上世纪60年代末、70年代初，当初的计划是研制内燃动车组，当时将车组命名为TGS，后来又更名为TGV-001。然而，上世纪70年代中期爆发的石油危机，促使法国改变了初衷，放弃了研制内燃高速动车组的计划，于1975年开始改为研制高速电动车组，从而开发出了举世闻名的TGV系列高速列车的第一代产品——巴黎东南线TGV-P高速列车。
法国从1972年开发研制第一列TGV高速列车开始至今，相继开发研制了三代动力集中型的TGV系列高速电动车组。它们分别是第一代的TGV-P，第二代的TGV-A、AVE（西班牙TGV）、TGV-R 、TGV-Thalys（TGV-PBA、TGV-PBKA）、TGV- EUROSTAR（TGV欧洲之星）和TGV-KTX（韩国TGV）；第三代的TGV-Duplex（TGV双层高速动车组）和TGV-POS高速列车。现阶段又在开发研制更新一代的高速列车---由动力集中型的TGV高速列车演化出来的AGV动力分散型高速电动车组。
2.2. 法国TGV（AGV）系列高速列车的主要技术规格
法国TGV系列高速列车的主要技术规格见表2。
2.3. 法国TGV系列高速列车的最新进展
法国TGV系列高速列车的最新进展是AGV动力分散型铰接式高速列车（见图3）。该车组采取11辆车编组，共12个转向架，5个动力转向架，7个无动力转向架，列车定员451人（其中包括2个残疾人座席），牵引功率7600 kW，在高速线上的运行速度为360 km/h，在既有线250 km/h，采用轻量化铝合金车体和永磁电机新技术。与TGV高速列车相比有以下几点改进：
图3：AGV高速列车
(1) 与TGV高速列车头车全部采用独立式转向架，第一辆中间拖车的前位转向架仍为独立式转向架，仅在各中间拖车的连接处采用铰接式转向架的结构不同，AGV高速列车从头车与第一辆中间车的连接处开始即采用铰接式转向架，只有两端头车的前位转向架为独立式转向架，因而相同编组长度的AGV列车要比TGV列车少两台转向架。
(2) 采用动力分散的动力配置结构，动力转向架仍采用铰接式结构，以TGV高速列车动力车的独立式动车转向架为平台开发，并增加了二系主动悬挂系统。
(3) 车体宽度由TGV的2.814/2.904m加大到了大约3.3m左右，并采用铝合金车体，列车的两个前端具有与TGV Duplex相同的抗碰撞性能，前端碰撞吸能装置可以吸收4.8MJ的能量。
(4) 采用最新开发的Onix牵引变流系统和效率更高、重量更轻的永磁直流电机，同时采用涡流制动装置。
此外，AGV高速动车组还可以有选择性的开发成为摆式高速列车。
3.1. 德国ICE/Velaro系列高速列车概述
德国ICE/Velaro系列高速列车是世界上最为成功的高速列车之一，以功能完备、技术等级高、车辆总体布置结构合理、内装档次高、运用维护性好等诸多优点而闻名于世。其中多项技术被许多国家广为引用或借鉴，推动了世界铁路技术的进步。德国ICE系列高速列车主要有ICE1、ICE2、ICE3、ICT（ICE-T、ICE-TD）等车型，及Velaro E和Velaro RUS高速列车。其主要特点是：
① 初期以动力集中式的高速电动列车组为主，其中包括仅在单端有动力的ICE2型短编组高速列车，后期以动力分散型列车为主；
② 采用铝合金车体，采用MD（明登）系列和SGP（SF）系列转向架无摇枕转向架；制动系统中含磁轨制动机与涡流制动机；
③ 定员适中，车内空间宽敞，功能齐全，设备较多，注重乘坐舒适度和功能的完备性与技术上的先进性；车辆档次较高，车内装饰豪华。
3.2. 德国ICE/Velaro系列高速列车主要技术规格
德国ICE/Velaro系列高速列车主要技术规格见表3。
3.3. 德国高速列车的最新进展
德国高速动车组的最新进展是西门子公司开发的ICx动力分散型动车组，运行速度250km/h，采用铝合金车体；轴重18t，其主要特点是采用集成式牵引动力单元，共有10个编组模式，5～14辆车编组（见图4）。其中的两个典型编组结构为7辆车编组和10辆车编组。7辆车编组的ICx动车组采取三动四拖（3M4T）的结构，列车牵引功率4950 kW，定员499人；10辆车编组的ICx动车组采取五动五拖（5M5T）的结构，列车牵引功率8250kW，定员724人。
图4：ICx高速动车组
4.1. 意大利ETR系列高速列车概述
意大利ETR系列高速列车除ETR500型高速列车之外，全部为摆式列车，因此又被称之为Pendolino列车。Pendolino即为英语中Pendulum“钟摆”之意，形象地刻画了ETR系列高速摆式列车的最突出特征。ETR系列摆式列车包括第一代Pendolino摆式列车ETR401、第二代Pendolino摆式列车ETR450、第三代Pendolino摆式列车ETR460、ETR470、ETR480、S220（SM3）、ETR500（动力集中型非摆式高速电动车组）和第四代Pendolino摆式列车ETR600等车型。第一代ETR401摆式列车于1975年开发，列车采取4辆车编组，全部为动车（4M）的结构，牵引功率1800kW，运行速度250km/h，定员120人。目前该车组已经停用。
4.2. 意大利ETR系列高速列车主要技术规格
意大利ETR系列高速列车主要技术规格见表4。
4.3. 意大利ETR系列高速列车的最新进展
意大利高速动车组的最新进展是安赛尔多-伯莱达（Ansaldo-Breda）公司正在开发的ETR1000型高速列车（见图5）。ETR1000高速列车采取8辆车编组，四动四拖（4M4T）的结构，列车牵引功率9800kW，构造速度360 km/h，定员477人。
图5：ETR1000型高速动车组
5.1. 瑞典X2000型高速列车
X2000型高速列车是瑞典设计制造的动力集中型摆式电动车组，共有两种编组方式，其一为一动六拖（1M6T）的模式，由1辆动力车和5辆中间拖车及1辆带驾驶室的拖车（控制车）组成；其二为二动十二拖（2M12T）的模式，由2辆动力车和12辆中间拖车组成；两种编组模式的运行速度均为210km/h。一动六拖（1M6T）X2000型摆式列车的牵引功率为3260kW，二动十二拖(2M12T)X2000型摆式列车的牵引功率为6520kW，我国广州铁路集团公司租用的X2000型摆式列车即采用了第一种编组方式——1M6T的编组模式。在瑞典，一动六拖（1M6T）X2000型摆式列车的定员为318人，而我国广州铁路集团公司租用的一动六拖（1M6T）X2000型摆式列车的定员为415人。
X2000型摆式列车的引人注目之处，就在于它可以在既有线路上高速行驶。其主要工作原理是利用列车通过曲线区段时，依靠有源车体摆动装置使车体摆动一定的角度，以补偿线路的欠超高，来保证舒适度。从而可以提高曲线通过速度约40%。X2000列车车体摆动的最大摆动角度为8°，最大速率为4°/s，对横向未平衡加速度的补偿高达70%。其主要特点是：
① 动力集中式高速电动车组，采用不锈钢车体，其短编组列车是仅在单端有动力的车组；
② 曲线通过能力强，对线路的要求不高，最高运营速度不是很高，仅有210km/h，旅行速度（平均速度）高达173km/h；
③ 采用径向自导向转向架；采用有源式（主动式）车体摆动装置，倾摆机构置于转向架一系悬挂装置与二系悬挂装置之间（簧间摆）。
5.2. 西班牙Talgo系列高速列车
5.2.1. Talgo XXI型高速列车
Talgo XXI型高速列车是西班牙设计制造的可变轨距动力集中型摆式列车，车组采取二动五拖（2M5T）的编组结构，列车牵引功率3000kW，构造速度220km/h。Talgo XXI型高速列车有两种可变轨距的模式，一种为适应轨距由1435mm变为1520mm（俄罗斯轨距）的可变轨距模式，另一种为适应轨距由1435mm变为1668mm（西班牙轨距）的可变轨距模式。
5.2.2. Talgo 250型高速列车
Talgo 250型高速列车是西班牙的可变轨距动力集中型摆式列车，车组采取二动十一拖（2M11T）的编组结构，列车牵引功率4800kW，构造速度250km/h，定员300人，其应轨距可由1435mm变为1668mm（西班牙轨距）。Talgo 250型高速列车的动力头车采用低合金钢车体，并设有列车被动安全防护的碰撞吸能装置，可吸收2MJ的碰撞能量，拖车采用铝合金车体。
5.2.1. Talgo 350型高速列车
Talgo 350型高速列车是西班牙动力集中型摆式列车，车组采取二动十二拖（2M12T）的编组结构，列车牵引功率8000kW，构造速度350km/h，定员300人。Talgo 350型高速列车的动力头车采用低合金钢车体，并同样设有列车被动安全防护的碰撞吸能装置，拖车采用铝合金车体。
5.3. 英国IC系列高速列车
英国的高速列车是IC225型城际列车，主要运用于英国的东、西海岸干线的伦敦—爱丁堡、伦敦—哥拉斯哥之间。IC225列车是由1辆Class 91型电力机车和9辆MK4型客车及1辆带司机室的拖车组成的一动十拖(1M10T)的高速列车，列车牵引功率4700kW，定员为546人。其最设计高运营速度为225km/h，实际最高运营速度为201km/h。其主要特点是：
① 是世界上仅在单端有动力的长编组动力集中式高速列车；
② 采用低合金钢车体，采用BT41型无摇枕转向架；
③ 定员较多，二等车的定员为74人，是欧洲高速车中定员较多的高速列车之一，且车内空间开阔、舒适，实用性强。
5.4．部分国外高速列车主要技术参数
上述高速列车主要技术参数见表5。
6.1. 冲击更高速度
当前日本、法国、德国、意大利、韩国竞相开发构造速度在360km/h以上的高速列车，其中已经投入商业运营的有法国的AGV动力分散型铰接式高速列车，还在开发中意大利ETR1000和韩国的HEMU430等高速列车。预计再经过10年左右的时间，国际铁路高速列车的构速度可达380~420km/h，最高商业运营速度可达360～380km/h。
6.2. 铰接式高速列车采用动力分散技术
铰接式高速列车的特殊结构致使其与传统的独立式车体结构高速列车相比，具有更优良的运行品质、更强的通过曲线能力、更高的轻量化水平，以及更好的车内空间利用率。然而长久以来，铰接式列车只有动力集中型高速列车，难以让铰接式列车的诸多优点得到充分发挥。随着法国阿尔斯通（Alstom）公司设计制造的AGV动力分散型铰接式高速列车问世，不仅消除了世人的疑虑，更将铰接式高速列车的优点发挥到了极致。与相同编组长度的TGV高速列车相比AGV高速列车的重量减轻25%，而且列车运行品质更为优良，运行阻力大幅度降低，比其他传统独立式车结构高速列车相比明显高出一筹，引领了世界高速列车的技术发展潮流。
6.3. 采用车体小幅倾摆技术
采用车体小幅倾摆技术，让车体倾摆1~1.5°以提高高速列车通过曲线速度是当前高速列车发展趋势之一。AGV、N700、E5系、E6系和正在开发中的ETR1000等高速列车均采用了通过曲线弯道时车体倾摆1~1.5°的技术，取得了明显成效。其中，N700系高速动车组和E5系、E6系高速动车组分别能够以270/h和320km/h的速度通过曲线半径分别为2500m和4000m弯道。
6.4. 注重列车整体气动外形设计
注重包括头形、列车断面形状及尺寸、突出物、涡流区等方面的高速列车整体气动外形设计也是当今高速列车的发展趋势之一。国外通过深入研究得出结论，高速列车的突出物、涡流区的影响比断面尺寸的影响更大。AGV高速列车通过对列车整体气动外形的优化，比TGV高速动车组降低了10%的运行阻力。E5、E6系高速列车也改进了车辆端部的结构设计，消除了车辆连接部的空气涡流区，正在开发中的ETR1000高速列车也采用了同类设计。
6.5. 采用永磁电机牵引机技术
日本和法国阿尔斯通（Alstom）公司率先对永磁电机技术进行了开发应用研究，分别在日本Fastech360（后来演变为E5系和E6系）高速试验列车。法国阿尔斯通（Alstom）公司则在为意大利铁路研制的AGV高速列车成功地应用了功率为760kW的永磁电机，紧随其后，意大利的安塞尔多-伯莱达（Ansaldo-Breda）公司也将在为意大利铁路开发的ETR1000型高速列车中采用永磁电机技术。
6.6. 应用碰撞安全被动防护技术
在当今的国际铁路中，高速列车的被动安全防护技术，即高速列车碰撞吸能结构设计日益受到重视。欧洲铁路对跨国联运的高速列车提出了明确的要求，并于2008年制定了EN15227《铁路应用_铁路车辆车体耐撞性要求》标准，对高速列车的不同碰撞场景和对应的碰撞吸能要求做出了明确的规定，其主要目的是：①防止列车在发生碰撞时车辆爬起；②希望以可控的方式吸收撞击能量；③力求在列车发生碰撞时保持车辆主结构的完整性，为司机和乘客提供存活空间；④限制减速度值；⑤最大限度地减小列车撞击轨道上障碍物所产生的后果，降低脱轨风险。2008年后，欧洲的许多高速列车，如Velaro系列、Talgo250、Talgo350和TGV-Duplex、AGV等高速列车均采用防撞吸能结构设计，其中AGV高速动车组的防撞吸能结构设计水平最高，完全满足了EN15227标准定义的各种碰撞场景（工况）的吸能要求。
6.7. 开发新一代双层高速动车组
法国在成功地开发和运用了第一代TGV-Duplex双层高速列车之后（82列），逐步加大了TGV双层列车的力度，法国现已经制造出了220列TGV双层高速列车，其运营速度也由300km/h提升到了320km/h。目前法国正在致力于开发用于欧洲跨国联运的新一代TGV双层高速列车，其运行速度目标值将在320km/h以上。
50年来国际铁路发生了翻天覆地的巨变，世界各国铁路客运移动装备，尤其是高速列车技术跃升了不止一个台阶，新结构、新技术层出不求，令人目不暇接。我国铁道行业只有从世界的眼光看高铁，从高铁的角度认识世界，才能保持与国际铁路高速列车技术的发展同步，把握住机遇实现超越，引领未来世界高铁技术的发展。
参考文献
[1] 日中铁道友好推进协议会，“新干线---日本的高速铁路”，[M]，1998.6
[2] 傅小日等，“日本新干线高速列车”，中国铁道出版社，[M]，北京，1999
[3] 日本铁路资料，新干线400系电动车组（样本），1991.9
[4] ALSTOM，“TGV的演变”，2003年技术交流会，[R]，2003.3
[5] ALSTOM资料：客车五个无所不包含的家族-Passenger rolling stock: five comprehensive `families（中英文）
[6] TGVTM Family: The world reference in high speed land travel
[7] Laurent Baron、Yannlck Legay、Francols，“AGV Italo targets Lower Life-cycle costs”，Railway Gazette International，[J]，July 2012，P43～46。
[8] 《High-Speed Train Velaro E –for the Spanish National Railways》Siemens AG 样本，发行代号：A19100-V800-B720-V1-7600
[9] ICE样本-High-tech on rails
[10] Siemens·Bombardier样本：ICE TD Diesel-Electric Trainset with Tilting Technology For Deutsche Bahn AG。
[11] 李瑞淳，“德国高速车辆综述”，国外铁道车辆，[J]，2005.6，P1～6。
[12] ABB样本：X2000 Data。
[13] ADtranz样本：高速摆式列车X2000。
[14] Talgo样本：Corporate Catalogue。
[15] Talgo样本：Talgo XXI。
[16] Talgo样本：Talgo 250。
作者：李瑞淳，长春轨道客车股份有限公司，北车集团首席专家/教授级高工。
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