动车组高通用性共享工业化平台

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中车唐山公司通过研制全球首创的动车组牵引动力集成单元、自适应网络和制动系统,搭建动车组高通用性共享工业化平台,可在同平台上生产不同车种、车型、编组数量、速度等级的动车组,大幅提升生产、检修维护效率。在此平台上创新设计多种旅客界面,包括纵向卧铺车、坐卧转换卧铺车、餐/货合造车、新型VIP和商务座车、头车商务区、双层VIP/一/二等座车,大幅提升旅客乘坐舒适度的同时,提高动车组运能,促进中国高速铁路可持续发展。在2018年工业和信息化部组织开展的中国优秀工业设计奖评奖工作中,工业化平台动车组从2528件参评产品(作品)中脱颖而出获得“2018年中国优秀工业设计奖金奖”。

中国中车股份有限公司的工业化平台动车组项目践行工业设计解决中国问题的理念,打造先进可靠的动车组工业化平台,创新创造多种旅客界面,惠及于民的同时每年将为铁路带来数千亿增收。

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突破技术壁垒

打造先进的动车组工业化平台

在世界范围内,高速列车从1964年诞生半个多世纪以来,由于无法突破技术壁垒都是固定编组。我国的CRH系列动车组,标准动车组,都是固定编组。高速列车固定编组只能整列运营、整列检修,不适应客流变化,成本高、使用效率低,难以满足国情需要。

2009年,中车副总工程师黄俊辉提出使动车动力全功能集成化、拖车简约化、实现动车组工业化平台设计、生产的设想。经过反复调研论证,2011年以来,以原中国北车股份有限公司客车事业部为首,中车唐山公司为主组成项目组,探索并成功搭建城际、城域、干线、高铁不同速度等级和不同数量编组动车组同平台生产的动车组工业化平台。

该方案使动车组可以由头车、动车和拖车按速度等级和编组数量进行组合。该系列动车组最小编组为两节,即两个动力头车相接。如要扩大编组,则根据速度和编组数量配置出最优搭配,在两个动力头车之间加入动车与拖车。以这样的形式,可以组成时速160-500公里、车厢编组数量为2-20节的动车组。

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提出动车组工业化平台设想之初,中车曾与德国西门子进行交流,对方认为该方案无法实现。中车团队没有放弃,经过不懈努力、反复研讨和验证,攻克牵引动力集成单元、列车网络控制、制动控制等技术难关,终于设计出了适合我国铁路运输需求和多达九种创新型旅客车厢的工业化平台动车组。目前德国铁路公司已要求西门子按此方案制造新一代动车组。

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动车组的工业平台化、集成化、单元模块化、通用化、标准化设计和制造,有利于单个设备或系统的研发验证及改进升级,不仅降低了研发、制造费用,更能够使动车组保持持续先进性、安全可靠性。在运营方面,可以根据线路客流特点等实际情况进行编组,降低了运营成本。在动车组维修方面,可以根据具体故障拆编替换维修,大幅提高了动车组利用率。这些优势能够缓解高铁盈利压力。中国科学院院士、中国工程院院士沈志云认为,工业化平台动车组是划时代的、全球性的技术突破。

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九种创新型旅客界面

满足旅客多样性需求 提升动车组运营经济性

头车商务区。随着高铁的迅速发展,其准时、快捷、受天气影响小的优势,已经越来越多的被商务人士的认可,团队出行也渐渐成为一种趋势和需求。本设计是在动车组头车区域设置了2个可折叠会议桌,以及4组多功能商务座椅,可满足4-12人的商务会议需求,使商务团队可以充分利用高铁平稳、舒适的办公环境,进行交流磋商。

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大定员新型纵向卧铺动车组。该车型为全球首创,是轨道交通领域重大发明专利。卧铺采用纵向交错布局,提高了动车组空间利用率,使单车厢定员增加50%,该设计还使每人拥有较大的独立空间,1.9米的成年男性可以在此卧铺间内坐直,并拥有独立调节的空调和灯光等功能,拥有独立的车窗和吧桌,可以欣赏风景和办公,舒适性与实用性显著提升;因独立空间的设置,旅客独自乘坐安全性得到保障;卧铺纵向布置,使列车在极端情况下的碰撞安全性也有较大提升。3列动车组在京沪线D311/D312次运营18个月,取得了极好经济效益,同时受到旅客极大好评,国家铁路局和中车分别对旅客进行了问卷调查,旅客满意度均在95%以上。在已开通运营的“四纵四横”高铁线路上已具备开行270对以上卧铺动车组的条件,可使铁路运输每年增加1500亿元以上收入,并且可大大促进五大经济区及东西、南北的大跨度区域之间的交流,推动经济社会发展,同时将2000公里以上的高铁劣势变优势,也将有力推动其他运输方式的平行发展。

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坐卧转换卧铺动车组。卧铺采用纵向布局,卧铺定员40人,下铺可转换为80人的二等座或者40人的一等座,大幅提高卧铺动车组的利用率。由于舒适性大幅提升,每人拥有更大更舒适的空间,该卧铺车型可用于开行“高铁万公里环游列车”,解决西部线路利用问题,吸引国内外游客,提升人民生活品质,尤其方便中老年退休人员的旅游,拉动西部经济,每年可创造2000亿元以上的高铁收入。

餐货/客货合造车。双层餐货、客货合造车,上层空间可用于餐厅或普通座车,下层空间可承载60立方米/8吨货物,实现小型集装箱及行包的快捷运输,该项快捷运输方式几乎是零能耗和以极低成本的绿色运输,也将是最具中国创新、促进发展的方式。如果未来有3000列动车组具有快件运输功能,每年将增加1500亿元以上收入,将对经济社会和人民生活产生深远影响。

新型VIP、商务车厢。创新设计的商务车厢,使旅客乘坐舒适性大幅提高,可将现有动车组24定员商务车厢优化为32定员或42定员,分别增加33%、75%,可极大提高VIP车厢的使用率和运营收入,另一方面拉低与一、二等座的差别惠及于民。

双层VIP、一等座、二等座车。定员分别较既有单层车厢提升70%、46%、56%。目前京津城际和京沪线、长三角和珠三角的高铁线路运能已经饱和,发车间隔小于5分钟,高峰期上座率100%以上,采用工业化平台动车组的双层车方案,将极大解决繁忙干线运能问题。

2018年11月28日,中国工程院院士、原铁道部常务副部长孙永福在考察中车唐山公司期间,评价工业化平台动车组和卧铺动车组是中国高铁从引进、消化、吸收后,最具中国创新和创造内涵的设计,其充分考虑旅客多样性、个性化需求的尝试,具有深远意义,值得推广应用。

如果自2020年开始,全国新增动车组全部应用工业化平台动车组,至2025年可累计增加总收入超过1.6万亿元,这将极大满足社会和民众对高铁的需求,提高高铁的经济性和可持续性。

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创新设计利国利民

符合中国发展理念

1. 符合党的十九大提出的五大发展理念

创新:创新设计的工业化平台动车组和各种新型旅客界面,已经获得38项专利,其中发明专利6项。

协调:依中国国情,创新设计多种旅客界面和车种、车型,提升舒适度的同时增加经济效益,满足东部运能和提高西部线路利用率。平衡东西部高铁线路利用率、推动西部经济快速均衡发展。

绿色:降低生产、运营、维护成本;减少固定资产投入;降低人均能耗。高铁快捷运输方式,将极大促进我国快递运输的结构性改革,使快递运输更快捷、更绿色。

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孙永福、杨建兴、吴强、傅选义、赵坚等人参观工业化动车组样车

开放:动车组平台化、单元化、模块化、标准化研发生产,有利于单个设备或系统的研发验证及持续改进升级。

共享:该动车组工业化平台,可标准化、通用化、集成化、单元化、模块化生产动车组,实现各种车种、车型、2-20辆编组、160-500km/h速度等级动车组的同平台生产。

图14 柏林展.JPG

nnoTrans2018柏林轨道交通展上德铁高管参观工业化平台动车组模型

2. 符合中国国情

创新驱动:通过对动车组的创新设计,解决中国高铁存在的实际问题,助推社会和经济发展;可持续发展:极大提升经济效益,促进高铁可持续发展,助力国家经济腾飞;以人民为中心:提高动车组舒适性、安全性,降低票价、惠及于民,体现以人为本、以人民为中心的理念;供给侧结构性改革:通过对目前存在问题的调研和研究,以创新的动车组工业设计改变高铁运用的方式和内容,是中国中车供给侧结构性改革的最具价值的尝试;一带一路战略:动车组工业化平台易于成熟、较快的设计、生产出多种车型,快速满足“一带一路”战略需求;中国制造2025:掌握关键核心技术,使用新材料、新工艺,依托中车智能工厂/数字化车间生产的工业化平台动车组,能耗、物耗及污染物排放明显下降,质量大幅提升,劳动生产率明显提高,两化融合迈上新台阶,在全球产业分工和价值链中的地位明显提升。

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工业化平台动车组获2018年中国优秀工业设计奖金奖

交通运输部副部长、国家铁路局局长杨宇栋评价卧铺动车组是中国铁路装备质的飞跃的代表产品,它的投入运营将增加数千亿元收入,打开了一个全新的市场,打开了一个极富含金量的矿藏,给国家的经济发展注入新的动力。从这个层面来讲,它的投入运营更是铁路系统供给侧结构性改革的重要工作。

依托该平台生产的可变编组动车组3X样车和时速350公里卧铺动车组已于2016年在中车唐山公司下线,已完成厂内试验。目前,德国铁路公司要求西门子采用该工业化平台动车组方案生产新一代动车组,美国费城已向中车订购该双层动车组方案的城际车。2018年9月17日,工业化平台动车组亮相柏林国际轨道交通展,获得德铁、法铁等运营部门的认可。