德国高铁
“二战”前铁路高速化的王者毫无疑问是德国,但是“二战”之后德国认为铁路已经是夕阳产业,公路与航空才是发展的方向,于是铁路被大规模拆除,高速公路得到迅速发展。数据统计显示,1950年至1990年的40年中,德国公路增加了15.2万公里,增长44%,其中高速公路达到8800公里,增加了319%。但是同时期,铁路总里程却减少了近20%,缩短到只有3万公里。
1964年日本东海道新干线的开通,刺激了德国人一下(这里指当时的联邦德国)。恰巧1965年6月德国慕尼黑要举办国际运输展览会,他们决定展示一下自己的铁路高速化技术。于是,在展会期间,他们在慕尼黑到奥古斯堡之间,开行了由E03型电力机车牵引的运营时速达200公里的客运列车。173这着实让德国人出了一把风头。但是德国人准备得并不充分,虽然只是开行了很短的一段时间,但是列车已经对轨道造成了非常严重的损伤。德国只好停止了这种客运列车的运行。
其实德国人认识到高速铁路的重要性,一点都不比法国人晚,而且动工建设高速铁路的时间还比法国人更早。1970年联邦德国政府计划修建汉诺威—维尔茨堡高速铁路,全长327公里,采用新线建设与旧线改造相结合的方式,设计最高时速280公里。1741973年汉诺威—维尔茨堡高速铁路正式开工,但是建设速度极其缓慢。有多缓慢呢?与意大利的罗马—佛罗伦萨高铁的蜗牛速度差不多。1976年法国TGV东南线比这条铁路晚3年开工,到1981年TGV东南线开通时,这条高铁刚修了一点点。本来资金就不足,德国人还把大部分资金投入到了理论研究,用于实际建设的资金更是杯水车薪。这条高铁直到1987年才修通了87公里,到1991年才全部建成投入使用。与该条高铁差不多同时,1971年德国政府还决定开工建设另外一条高铁,曼海姆—斯图加特高铁,全长107公里,其中新修线路只有99公里。1976年该条线路正式开建,如果以年修建里程来算,这条高速铁路的修建速度更加蜗牛,到1991年正式建成通车,这条铁路每年只修建七公里,是世界上建设速度最慢的高铁线路。
“二战”前德国铁路人行动力极强,主要是当时的思想家以及执政者把铁路看成完成德国统一的法宝之一,而在两次世界大战期间,德国人也把铁路看成重要是战略资源。但“二战”后,其他交通工具的飞跃式发展让铁路开始边缘化。德国铁路人开始逃避现实,陷入无穷无尽的理论研究之中,继而行动的执行力越来越退化。原因无他,就是因为没钱。当时高速公路才是联邦德国政府的亲儿子,铁路早就被当成干儿子了。联邦德国在交通政策的制定上对亲儿子无比优待,然后剩点汤水再给干儿子。数据显示,从1960—1992年,联邦德国国家财政投资公路的费用高达4500亿马克,但同一时期,国家投资用于改建和扩建铁路网络(包括修建汉诺威—维尔茨堡和曼海姆—斯图加特两条高速铁路)的资金,只有560亿马克(平均每年17.50亿马克)。175
本来建设费用就不多,而德国人又将这少得可怜的费用相当一部分用在了理论研究上。1970年德国联邦研究技术部制定了高速铁路研究计划,主要研究两个内容,第一个是磁悬浮,希望在磁悬浮技术成熟后可以发展更高速度的交通运输系统;第二个是“轮轨技术经济极限速度的研究”,他们制订了庞大的研究计划,包括轮轨关系的基础研究、轮轨滚动试验台建设、修建专门的试验线、制造可调参数的试验车,光这一项就耗资10亿马克。最终,他们得出了一个结论,轮轨的极限速度是时速350公里。176但是,1981年法国TGV高速列车在巴黎至里昂的高速铁路线上跑出了380公里的时速。他们辛辛苦苦研究出来的理论结果,在实践面前竟然不堪一击。高速铁路是民生工程,也是实践工程,是骡子是马拉出来遛遛,躲在书斋里面研究的理论往往会脱离现实。终于,这帮德国人在被法国人用事实打脸的情况下,觉得这些东西没有必要继续研究下去了。
法国TGV高铁的成功给了德国人以非常大的刺激,要知道此前德国的铁路技术才是欧洲大陆第一把交椅。这一盆冷水基本把德国人给浇醒了,联邦德国政府开始反思自己以往交通政策的失误,决定加大铁路的投入。他们做的第一件事就是削减1982年的高速铁路研发经费,然后把钱拿来干实事。1982年5月13日,原联邦德国铁路成立新的董事会,确定了加快高速铁路建设的方针。1982年7月,联邦德国政府决定加快已经开工了九年的汉诺威—维尔茨堡高速铁路以及开工了五年的曼海姆—斯图加特高速铁路建设。同一年,联邦政府作出决定研发ICE-V高速试验列车,先后投资7800万马克。1985年原联邦德国政府正式出台了《联邦运输道路规划》,明确了加强铁路网建设的目标,计划未来10年拨出417亿马克用于新建高速铁路和旧线改造。根据这项规划,在综合交通体系中,用于铁路的投资额提升到了27.8%;公路投资仍旧占据首位,但是比例有所下降,只占到39.7%。根据这项规划,德国铁路的目标是开行时速200—250公里的高速客运系统以及时速80—120公里的货运系统,到20世纪末形成一个2000公里的高速(快速)客运网络。
德国人终于奋起了。好在他们的技术底蕴非常深厚。ICE-V是一个规模庞大的联合项目,集中了德国顶尖科研机构,包括克虏伯、蒂森—亨舍尔、梅塞施密特(MBB)、林克—霍夫曼等工业巨头参与制造工作。1985年7月,2M3T动力集中式的ICE-V试验高速动车组正式问世,这一年正值德国铁路创始150周年。车虽然出来了,但是线路还没有建好,只好到旧线上随便跑跑,热热身。随便跑跑的ICE-V试验高速动车组,就跑出了时速317公里的速度纪录。1987年,汉诺威—维尔茨堡高速铁路有一段87公里的线路终于正式贯通,ICE-V试验高速动车组着急到那里一展身手。1988年4月28日,人类历史上轮轨速度第一次突破400公里时速;两天后,它又在这条线上创造了时速406.9公里的纪录。德国人用实际行动证明,在高速铁路领域虽然他们来得有点晚,但是他们是不可忽视的存在。
联邦铁路公司1985年12月向国内制造公司下了ICE1型动车组的订单,1990年7月首批ICE1正式交付。1991年6月2日,汉诺威—维尔茨堡和曼海姆—斯图加特两条高速铁路正式开通,ICE1也正式投入运营,设计最高时速280公里。当年秋天,60列ICE1全部交付完毕。德国高速铁路投入运营虽然比法国晚了10年,但是ICE1一诞生就展现出了极强的竞争力。在技术上,它应用了“三相交流传动技术”、“计算机控制的机车牵引及列车制动技术”、“轻型车体结构”、“低能耗低噪音空气动力学”等。177在舒适性上它更是当之无愧的佼佼者,ICE1乘客的人均占有地板面积为1.32平方米,日本新干线200系只有0.933平方米,法国TGV-A型高速列车也只有1.041平方米。178ICE1不但宽敞,内饰装潢也引领着时代潮流。它的座椅比照波音747-400座椅设计,后方有显示屏提供视频服务。179车厢与车厢的连接处采用了自动感应玻璃门,并设有私人包间,包间里面有完备的办公设施如复印机、传真机、电话等,你可以在旅途中与自己的同事开会,也可以选择与家人拥有一个密闭的空间。ICE1的餐车更是一流,餐车中部为厨房,两端分别为餐室和酒吧。餐车比普通车厢高出0.455米,餐室和酒吧上面有采光天窗(太有创意了),显得宽敞明亮。无论你是独自一人,还是与亲人朋友一起旅行,在这里一边享受旅途的风景,一边享受美食带来的快感,都会有一种特别的体验。
天下大事分久必合,合久必分。到1990年东西德国已经越走越近了,1990年6月28日,原东德政府与西德政府签订协议,准备改造柏林至汉诺威铁路。当年10月,东西德国完成统一,德国决定迁都柏林,柏林的政治经济地位日益凸显,柏林成为欧洲重要的交通枢纽,修建柏林至汉诺威高速铁路的计划提上议事日程。1992年11月,该条线路正式开工,线路全长264公里,其中170公里按照时速280公里建设,其他路段为既有线改造,时速可达200公里。与此同时,德国正式决定研发第二代车型ICE2。1993年12月德国铁路正式向国内铁路装备制造公司下单订购了44列ICE21996年首列ICE2下线,1998年9月柏林至汉诺威高速铁路建成通车,ICE2正式投入运营。ICE2其实就是ICE1的短编版本,由2M14T(或2M12T)变为1M7T。这样做的原因主要是便于灵活组织运输,既可以短编组运行,旅客多的线路又可以重联运行。
德国高速铁路的一个重要特点就是客货共线,他们在强调客运高速的同时特别重视扩大货物运输能力,他们的高速铁路既运行ICE列车,也要运行货物列车,如何更高效率地组织运输对他们而言是一个重大挑战。之所以如此,大概是与德国人多中心居民分散型居住现状有关系。德国人是多中心分布的,国内没有很大的城市,人口超过100万的城市只有柏林和汉堡,像德国著名的工业中心法兰克福人口也只有67万,但是中等城市特别多。这就导致德国铁路没有一条客流非常集中的干线,而是每条铁路运输量都很平均。
尽管如此,德国人最终还是迈出了建设客运专线的步伐。1995年年底,科隆至法兰克福高速铁路正式动工,全长219公里(包括科隆机场线15公里)。这是德国第一条客运专线,只跑客运列车不运货物,其中有158公里线路铺设无砟轨道,其余铺设有砟轨道。这条铁路的建设标准为时速300公里,最小曲线半径3500米(特殊情况下可以是3350米),最大坡度40‰,180根据此线路的断面和速度要求,原先的ICE1与ICE2都已不能满足要求,于是第三代ICE的研发提上了议事日程,这就是大名鼎鼎的ICE3。1994年德国铁路订购了50列ICE3,其中有13列要在国际高速线路上运营,所以要求ICE3必须能够适应欧洲四种不同的牵引供电系统的技术要求。这13列也被称为ICE3M车型,后来1995年荷兰又增订了6列ICE3M,用于阿姆斯特丹—科隆—美茵高速铁路运营。
德国的ICE高速列车。
停靠在科隆站的ICE3高速列车。
ICE3在欧洲高速列车研发史上有重要地位,它由动力集中阵营叛逃到动力分散阵营。德国人做出这种改变的原因是,由于ICE1和ICE2过于追求乘车环境的舒适,他们也付出了沉重的代价,轴重过大,达到了19.5吨(新干线300系是11.4吨,法国TGV-A是17吨),这为ICE列车带来了很多烦恼。因为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17吨以下(做出这种规定主要原因是轴重太大,对轨道的冲击过大,有些国家拒绝让轴重过大的列车驶入)。ICE1和ICE2显然都无法满足条件,所以只能眼见TGV风风光光地走出国门。德国人面临的难题,就是既要提高单位重量的牵引功率,还要降低列车轴重。早在ICE1身上德国人就已经采用了交流传动技术(比日本新干线300系还早一年),此前动力分散型动车组因为电机分散在不同车厢底下,维护保养工作量大的缺点得到了克服,而动力分散型动车组轴重轻还能再生制动的优点展现出来。于是,德国人毫不犹豫地决定开发属于他们的动力分散型动车组。
同ICE1一样,ICE3虽然是德国开发的第一款动力分散型高速动车组,但是它一诞生就站在这个行业的制高点上,它设计时速330公里,抛弃了ICE1方形的前脸,根据空气动力学设计了流线型的车头,采用了4M4T的编组形式,最大轴重16吨。ICE的问世受到了业界的高度好评,并开始走出国门,给TGV造成了很大的竞争压力。如我们前面提到,ICE3的国际车型称为ICE3M,在法国跑的称为ICE3MF。后来西门子公司在ICE3的基础整合成了Velaro平台,出口英国称为Velaro E320,出口西班牙称为Velaro E,出口俄罗斯称为Velaro RUS,中国引进的车型在德国称为Velaro CN,引进中国国产化后被称为CRH3C。作为在国际上享有盛誉的高速动车组品牌,Velaro成为继TGV之后的又一个国际高速列车品牌。
出口俄罗斯的Velaro RUS高速列车。
技术转让给中国的Velaro CN,被命名为CRH3C型高速列车。
德国的高速铁路非常复杂,不像中国高速铁路那样形成一张独立的网络,他们的网络甚至比法国高速铁路还要复杂。法国TGV高铁至少还能分清楚高速铁路与既有线铁路,虽然TGV可以在行驶到高速铁路末端后还能直接开到既有线,然后以相对比较低的速度继续行驶。德国的高速铁路则和既有线铁路混杂在一起,不同的区间段采用的标准都不同。经常会出现一条铁路前半段是无砟轨道,后半段变成有砟轨道,前半段还是高速铁路,中间段又变成了既有线铁路,后半段又变成高速铁路的情况。所以德国并非只有一个ICE网络,他们还有一个IC网络,有人将其称为“平民高铁”,由电力机车牵引普通客车实现时速200公里的运营,最高时速甚至能够达到230公里。这就是德国著名的电力机车“欧洲短跑手”,虽然在舒适度上远远比不上ICE系统,但是毕竟能够省一大笔银子。欧洲短跑手在全球也是广受欢迎,先后出口奥地利、西班牙、匈牙利、波兰、丹麦、希腊、韩国等国家。181欧洲短跑手还通过技术转让的形式进入到中国,国产化后被称为HXD1B型电力机车,主要用于货运。
为了研发一款既能够在高速铁路上快速奔跑又能在既有线铁路上加速的高速列车,德国人又将目光聚焦在了摆式列车上。早在1987年德国铁路就对装有主动倾摆控制装置的意大利潘多利诺摆式列车以及采用被动倾摆结构的西班牙Talgo列车进行了实验,效果非常好,于是德国人向这两家公司分别订购了一批摆式列车,在IC网里运营。为了将ICE网与IC网进一步融合,德国人决定开发一款基于ICE列车技术的摆式列车ICET(T在德语中摆式列车的缩写),它采用了ICE列车的所有成熟技术,另外吸取了意大利菲亚特铁路公司潘多利诺摆式列车的技术,使它能够在既有线上以时速230公里运行。1997年德国铁路公司共订购了43列ICET型摆式动车组,其中32列是7辆编组,另外11列是5辆编组。1999年ICET摆式动车组开始交付,2002年5月28日正式投入运营,通过让列车在过弯时倾斜8度,可以让它在既有线上提速30%,182大大提高ICET在既有线上的运行速度,使得德国铁路整体运输绩效大大提高。
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