国外典型新一代高速列车研制综述

特别策划·综述述评国外典型新一代高速列车
研制综述
史俊玲，沈通，荆晓霞，刘坦
（中国铁道科学研究院集团有限公司科学技术信息研究所，北京100081）
摘要：选取日本ALFA-X高速试验车、德国Velaro Novo、法国TGV M等国外典型新一代高速
列车，对其研制目标、主要技术路线等进行研究。

通过研究可以看出，国外典型新一代高速列
车追求的目标不只是速度的提升，而是经济性、节能环保性、灵活性、安全性等综合性能的提
升，为了实现这些目标采取了诸多技术创新措施，包括内置式转向架、“空管概念”设计等，并
提出对我国高速列车发展的启示。

关键词：高速列车；ALFA-X；Velaro Novo；TGV M；节能环保
中图分类号：U270文献标识码：A文章编号：1001-683X（2022）05-0035-07 DOI：10.19549/j.issn.1001-683x.2021.08.27.001
0引言
高速列车是现代高新技术的集成，是一个国家铁路技术水平的重要体现。

近年来，日本、德国、法国等国家正在积极研制新一代高速列车，包括日本ALFA-X高速试验车、德国Velaro Novo和法国TGV M 等。

目前我国正在积极开展复兴号动车组系列化研制和产业化应用，加快推进“CR450科技创新工程”，研究国外典型新一代高速列车的研制目标、主要技术路线等，可为我国新型动车组研制提供参考。

1研制目标
日本高速铁路已经开通运营半个多世纪，高速列车也已经由最初的0系发展为以百位数字表示和E系表示的系列车型，主要包括100、200、300、400、500、700、800、N700系，以及E1、E2、E3、E4、E5、E6、E7系等多个车型，最高运营速度也由最初的200km/h
提高到320km/h［1］。

为了将运营速度提升到360km/h，JR东日本铁路公司基于“FASTECH360”试验车研制了ALFA-X高速试验车（见图1）。

ALFA-X的研制目标为“追求更高的安全可靠性，提升舒适度，改善环保
基金项目：中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划项目
（J2020Z004）；中国铁道科学研究院集团有限公司科
研开发基金项目（2019YJ161）
第一作者：史俊玲（1976—），女，研究员。

E-mail：**************
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CHINA RAILWAY
性能，实现运维创新”，列车为10辆编组，设计速度405km/h ，目前正在测试中，最高试验速度400km/h ，计划运营速度360km/h ，旨在为2030年后新干线运营速度提升到360km/h 提供试验支撑［2］。

德国从20世纪80年代开始研制ICE 高速列车，已运营的车型包括动力集中型ICE-1和ICE-2，动力分散型ICE-3。

其中，西门子公司基于新型ICE-3打造的Velaro 平台是其产品发展的重要里程碑，已为德国及其他国家提供1000多列［1］。

为了适应运营商进一步降低成本的需要，西门子公司从2013年开始历经5年研制了第四代高速列车——Velaro Novo （见图2），其研制目标为：投资成本降低20%，维护成本降低30%；运营速度300km/h 时能耗比Velaro 节约30%；适应速度范围250～360km/h ；车内可用空间增加10%。

Velaro Novo 为7辆编组，主要包括360、320、280km/h 三个速度等级，目前1节车厢正编组在ICE-S 试验车中进行测试，首列车计划2023年投入使用［3］。

法国自1978年制造出第一列TGV 高速列车后，发
展了TGV-PSE 、TGV-A 、AVE 、TGV-R 、TGV-TMST （欧洲之星）、TGV-PBKA （大力士）、TGV-2N 等型号高速列车，最高运营速度320km/h ，期间曾创造多项世界纪录。

法国基于TGV-POS 动车、TGV-Duplex 客车改造的V-150试验列车于2007年4月以574.8km/h 的试验速度创造了轮轨铁路的世界纪录并保持至今［1］。

为了更好地适应环境发展需要，阿尔斯通公司从2015年开始为法国国营铁路公司（SNCF ）研制新一代高速列车——Avelia Horizon ，SNCF 将其命名为“TGV M ”。

TGV M 的研制目标为：采购和运营成本至少降低20%；优化碳足迹，材料可回收率超过90%，能耗至少降低25%；改善乘客乘车体验，车厢容量增加20%。

TGV M 为7～9辆模块化编组，最高速度350km/h ，首列TGV M 型高速列车的动力车（头车，见图3）已下线，计划于2024年6月巴黎夏季奥运会之前正式投入运营［4］。

2主要技术路线
国外典型高速列车研制目标重点在于大幅降低全
生命周期成本、降低能耗，提升乘客体验和可靠性等，大多都基于上一代高速列车进行了大量技术创新和优化，并提出相应的技术路线。

2.1ALFA-X
ALFA-X 高速试验车为10M 全动车编组，其端车长
26250mm 、中间车长24500mm ，平均轴重12.4t 、最大轴重13.1t ，车体采用蜂窝结构铝合金型材，可在司机驾驶和自由驾驶之间切换。

其相关系统配置见表1。

ALFA-X 围绕更安全可靠、更舒适、更环保和运维
创新等研制目标，在FASTECH 360试验车基础上综合
图
1ALFA-X 高速试验车
图2
编挂在ICE-S
试验车的Velaro Novo 试验车
图3TGV M 高速列车头车
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CHINA RAILWAY 采用大数据、人工智能、全SiC 功率模块等前瞻性技术，进行了多项技术创新。

2.1.1更安全可靠
ALFA-X 高速试验车主要采取地震对策、监测、防
雪等措施以提高安全可靠性，具体如下：
（1）日本铁路技术标准规定新干线列车的制动距离不超过4000m ，目前新干线列车仅靠黏着制动能够将320km/h 运行时的紧急制动距离控制在4000m 以内，ALFA-X 要将360km/h 运行时的紧急制动距离控制在4000m 以内，需在黏着制动基础上增加非黏着制动方式，因而其在再生制动和带空-重车调节的电空制动基础上，增设基于德国ICE 技术的线性涡流制动，并在车顶增加纵向安装的空气阻尼板（见图4）制动，还设置了地震-制动控制模式曲线等，制动效果正在测试中。

此外，ALFA-X 装载有地震对策用减振器和限位块（见图5），减振器可在地震发生时立即启动以缓和车体摇晃、防止脱轨；限位块可起到抵消地震附加荷载、缓和车体晃动荷载向转向架传递，减缓轮轨间作用力，保持车辆重心稳定的作用，降低脱轨风险［2，5］。

（2）ALFA-X 还在车体和转向架、轴箱等关键部位安装振动传感器及温度传感器，实施部件状态监测，及早发现异常征兆，提升安全性和维修性［2，5］。

（3）ALFA-X 采用高耐寒、高耐雪的车体结构，可适应-30℃的气候条件，车头采用低噪声空压式除雪犁，加装车体裙板，并对车底电机、轮对及转向架等设备加罩；吸气口处设置旋风式分离器，避免电机和换气系统因吸入的空气中夹杂雪花而发生故障；改进转向架周边部件形状，控制气流方向以减少卷入转向架的雪量，防止产生积雪；采用电热片式暖风空调系统，并增加其功率［6］。

2.1.2提高舒适度
ALFA-X 采用空气弹簧式车体倾摆系统（通过曲线
时最大倾角为2°）和有源振动控制装置，以实施车体横向、竖向振动控制。

座椅带有减振机构，兼顾舒适性、免维护性和轻量化，扩大脚下空间，提升乘坐舒适度。

采用高遮音、吸音性能车体结构，减小车内振动和噪声［2，5］。

2.1.3环保降噪
ALFA-X 分别在3号和7号车搭载具有良好降噪
和受流性能的直臂式和曲臂式受电弓，适应交流25kV/50Hz 供电制式。

其中，直臂式受电弓关节部位采用符合空气动力学形状的包覆，并对受电弓隔声板
内侧进行吸声处理；曲臂式受电弓采用全包式风挡结构，黑色三元乙丙橡胶主材。

为了开展多台受电弓对比试验，5号车加装了第3台受电弓。

以上措施有效防止高速运行时产生的空气动力噪声［2，5］。

ALFA-X 为了抑制高速驶入隧道时的微气压波，追
求环保效应，优化头车外形设计，采用2种空气动力学
头型以验证不同头型效果。

其中，1号车（见图6）流线长度约16m ，头型融入“楔形”“平顺起伏”“舒展”等气流要素，在抑制隧道微气压波的同时确保合适的车厢空间；10号车（见图7）流线长度约22m ，造型呈
现出转向架裙板突出、驾驶舱镶嵌、向后方平顺过渡
等特点［2］。

图5
地震对策用减振器和限位块
（a ）闭合时（b ）打开时
图4
ALFA-X 车顶上安装的空气阻尼板
表1
ALFA-X 高速试验车相关系统配置
［2
］
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2.1.4运维创新
ALFA-X 安装了车辆综合控制及关键部件监视系统
（S-INTEROS ），系统包括信息采集、状态监视、网络控制3个层级。

其中，信息采集层负责收集地面设备及车载设备运转状态相关数据；状态监视层负责对线路、弓网、监视界面、信号、VVVF 逆变器、辅助电源、制动、广播、空调、车门装置的状态实施远程监测，进行故障预兆的早期预测；网络控制层根据设备状态和预测结果，对监视界面、信号、VVVF 逆变器、辅助电源、制动、广播、空调、车门共8个装置实施基于通用以太网的控制。

S-INTEROS 系统能够提高列车的可维修性，为实现由定期修向状态修的转变提供大数据支持。

2.2Velaro Novo
Velaro Novo 为了实现灵活可变、降低成本、节能
环保的目标，在设计上有多项创新。

2.2.1灵活可变
为了满足运营商和乘客的不同需求，Velaro Novo
通过不同配置的动力和制动系统实现不同的速度等级；车身按照“空管概念”设计，即车厢内没有不可更换的内饰，所有座椅、桌板及布局等都可根据用户需求定制，乘客可用空间增加10%。

Velaro Novo 采用更高效、模块化的牵引和制动装
备，每列车可配备4、5或6个牵引单元（动力转向架），实现不同速度等级，其动力转向架采用永磁同步电机，牵引功率增加10%、制动功率增加70%、能源效
率提高5%。

其中：6个牵引单元（12个永磁同步电机）的列车能够在交流25kV 供电条件下实现牵引功率8000kW ，最高运营速度360km/h ，同样功率的Velaro 列车需16个异步电机；5个牵引单元的列车牵引功率6600kW ，交流25kV 供电和直流15kV 供电时可分别支持320、300km/h 运营；4个牵引单元的列车牵引功率4700kW ，可支持280km/h 运营。

另外，永磁同步电机将电制动功率提高到接近12MW ，在不使用机械（空气）制动情况下仅使用纯电制动就可满足正常制动需求，有助于减少机械制动磨损、降低维护成本，也可使电力再生最大化。

Velaro Novo 还配有制动电阻，
当接触网无法回收制动电能时，可采用电阻制动；在拖车转向架上安装盘型制动器，在动力转向架和拖车转向架上安装踏面制动器，用于紧急制动［7］。

Velaro Novo 不同速度等级列车相关参数见表2。

Velaro Novo 采用“空管概念”设计，将大多数技
术设备设置在车底或车顶容器中，仅有少量设备设置
在车厢前壁。

列车编组由Velaro 的8辆改为7辆，车厢长度大于Velaro ，其中动力车长29.285m ，中间车长28.750m ，列车总长度202.320m （其中乘客可用空间188.000m ），高度3940mm 。

车体宽度由2942mm 减小为2880mm ，但车内过道宽度从524
mm 增加到
图7ALFA-X 的10号车（日立公司制造）
表2
Velaro Novo 不同速度等级列车相关参数
［7-8
］
图6
ALFA-X 的1号车（川崎重工业株式会社制造）
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CHINA RAILWAY 535mm ，车内空间增加10%。

Velaro Novo 可根据客户要求布置座椅，列车整个内部空间仅供乘客和相关设备使用，包括入口、洗手间、座椅、行李架、餐厅等［8］。

2.2.2降低成本
Velaro Novo 主要通过轻量化、状态修等方式，实现购置成本降低20%、维护成本降低30%的目标。

轻量化方面，一是通过减小转向架、车体等部件
的质量实现列车减轻质量70t 以上，比Velaro 减轻15%，其中：列车编组由8辆减为7辆可减少2台转向架质量；转向架构架采用开放式设计和热轧钢材质，
减轻质量约40%；采用轴箱布置在轮对内侧的内置轴箱式转向架（见图8），结构更加紧凑、尺寸更小、车轴长度也可缩短，经在Desiro City 型动车组上验证可减轻质量约1t ；与Velaro 相比大幅减轻牵引电机和拖车转向架质量，簧下质量更轻、运行更平稳、磨损更少。

二是车体采用新型铝型材，车体蒙皮厚度从Velaro 的4mm 减小到2mm ，不仅增加了内部宽度，也有助于减轻质量；车顶采用复合板，车厢内采用新材料，车身采用搅拌摩擦焊接技术制造，焊缝质量更高。

三是采用SiC 牵引辅助变流器、永磁同步牵引电机等也有助于减轻质量［7］。

Velaro Novo 采用高性能电制动系统等减少机械磨
损和损坏，并采用监测和传感器技术，连续收集运行数据和列车性能的精确信息，实现故障预测和状态修，可大幅降低维护成本。

2.2.3节能环保
Velaro Novo 通过优化列车外形、转向架、受电弓
设计等实现300km/h 运营时能耗比Velaro 节约30%。

列车外形方面，降低车顶高压设备高度，将列车高度降低至3940mm ；平滑列车下部轮廓曲线，以控制列车
下部气流；车辆间通过台外表面与车体外表面平齐，使空气阻力、能耗降低约10%。

采用的内置轴箱全封闭式转向架使转向架车底区域处于封闭状态，可减少15%的能耗并降低噪声。

新型受电弓（见图9）不采用独立绝缘子以隔离下支撑臂与车架间的电压；车顶高
压设备完全隔离，可用罩壳覆盖，形成全封闭车顶外形，改善列车的空气动力学性能；采用的流线型车顶可降低能耗10%。

西门子公司以科隆—法兰克福线为例进行模拟试验，结果显示，Velaro Novo 以300km/h 运行时比上一代列车节能约30%，每列车每年约减少碳排放量1375t ［3］。

2.3TGV M
法国新一代高速列车TGV M 是一款动力集中型铰接式双层列车，其研发理念主要是通过模块化设计以满足不同客户的需求，更具灵活性，并降低成本，更加节能环保。

TGV M 高速列车主要技术参数见表3。

2.3.1
更灵活
TGV M 高速列车采用模块化设计，可根据需求采
取7、8或9辆编组，其中9辆编组的最大容量为740个座席，载客量相较于正在运营的8辆编组双层TGV 列车增加20%。

TGV M 可实现座椅的灵活布置，其头等车厢和二等车厢间可重新配置（头等座位区可转换为二等座位区）；可添加或移除座位、自行车及行李存放区，也可配备高密度座椅（用于低价高速客运服务）。

另外，TGV M 为了满足乘客的信息服务需求，通过车载Wi-Fi 及覆盖列车的信息提示系统提供全面实时的行程信息；实现轮椅等在车内无障碍通行，方便乘客上下车［
4］。

图8
Velaro Novo
内置轴箱式转向架设计
［3］
图9Velaro Novo 可折叠受电弓
［3］
--39
2.3.2降低成本
TGV M的采购价格将由TGV Duplex的3000万欧元/列降低至2500万欧元/列，列车购置成本降低20%。

其牵引系统采用阿尔斯通公司的机车牵引系统，更加高效、体积更小、更安静，可显著降低动力车成本。

维护成本方面，阿尔斯通公司基于维护英国Pendolino列车及意大利AGV高速列车的经验，联合SNCF利用远程故障诊断系统支持预测性维护，对故障预测、磨损率、维护计划等开展研究，提出维护成本降低30%以上的解决方案［10］。

2.3.3节能环保
TGV系列高速列车传统上采用铰接式转向架，对改善空气动力学和降低能耗起到很好的作用。

TGV M 要实现能耗比TGV Duplex减少20%，需采用更高效的牵引系统、再生制动、更好的空气动力学性能及“绿色驾驶”等。

此外，TGV M可回收利用部件占比高达97%，碳排放量减少32%，碳足迹为市场最低［4］。

3对我国的启示
截至2021年底，我国高速铁路营业里程已超过4万km，高速列车保有量3919组，其中复兴号动车组1191组。

根据《新时代交通强国铁路先行规划纲要》，到2025和2035年我国高速铁路营业里程将分别比2021年底增加1万km和3万km。

而我国和谐号动车组将于2028年进入换装周期。

因此，我国对于速度等级更高、综合性能更优的新一代高速列车研制需求迫切，建议借鉴国外典型新一代高速列车的研制经验，加快推进新一代高速列车研制。

主要启示如下：
（1）高速列车设计考虑综合性能优化提升。

国外典型新一代高速列车追求的目标不只是速度的提升，更关键的是综合性能的提升，总体呈现出更高速、更节能、更环保、更灵活、更经济、更舒适、更安全等特点，是不同性能综合优化的集成，可为我国新一代高速列车的设计理念、主要技术路线等提供参考。

（2）以运营需求为牵引开展研制工作。

国外高速列车研制中制造企业和铁路运营企业的作用主要有2种模式。

其中，欧洲国家的高速列车研发成本主要由制造商承担，通过模块化定制满足铁路运输企业的需要，铁路运输企业起到的作用正在逐步下降，且欧洲铁路运输市场的开放加剧了这一趋势；日本则由铁路运输企业占主导地位，因其秉承运营方最理解高速列车需求的理念，因而由其主导并与装备制造商共同承担研发费用。

欧洲模式相对适应运营商和制造商数量较多、具备菜单式定制能力的环境，日本模式则与我国有较高的契合度。

（3）大力开展技术攻关和创新。

为了达到预期目标，国外典型新一代高速列车进行了多项技术改进或创新，如Velaro Novo为了达到减轻质量、降低能耗、降低成本的效果，采用内置轴箱全封闭式转向架等多项创新设计。

我国新一代高速列车研制需加强相关基础性前瞻性技术研究，开展重大、原始技术创新和攻关，并实现整车系统集成和关键子系统的自主化，通过技术创新为高速列车性能整体优化提供有力支撑。

总体而言，我国未来高速铁路市场需求巨大，研制具有世界领先水平的高速列车，对于落实国家相关政策要求，以及我国高铁持续领跑世界、推动铁路高质量发展有着重要意义，国外典型新一代高速列车的设计理念和技术路线可为我国提供一定的参考和借鉴。

表3TGV M高速列车主要技术参数［9
］
参考文献
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harajun/20191202-00152992.
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国外铁道机车与动车，2021（4）：15-18.
［10］KEVIN SMITH.法国下一代高速列车的发展［J］.
国外铁道机车与动车，2020（1）：4-5.
责任编辑高红义
收稿日期2021-08-27
Review of Development of Foreign Typical New-generation High Speed Trains
SHI Junling,SHEN Tong,JING Xiaoxia,LIU Tan
(Scientific&Technical Information Research Institute,China Academy of Railway Sciences Corporation Limited,
Beijing100081,China)
Abstract:Research is carried out on the development goals and main technical roadmaps of the typical new-generation high speed trains in foreign countries such as Japanese ALFA-X high speed test train,German Velaro Novo platform and French TGV M train.It can be seen from the research that these countries develop new-generation high speed trains with goals of achieving higher speed and also better comprehensive performance including economic efficiency,energy conservation and environmental protection,flexibility and safety.To this end,many technical innovations were made,including the built-in bogie and the“empty tube concept”design.
These are instructive for China in development of high speed trains.
Keywords:high speed train;ALFA-X;Velaro Novo;TGV M;energy conservation and environmental protection
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CHINA RAILWAY。