双层动卧
经过10多年的高速发展，我国城市轨道交通建设模式、技术标准基本稳定，车辆主要有A、B、C/L等型，列车编组基本为4～8节。在特大城市，如北京、上海、广州、深圳等地，由于客流量持续增加，列车编组也在不断扩大。列车编组的增加直接导致车站长度加长，增加了线位、站位选择难度。同时随着城市轨道交通线网的不断扩大，线路路由资源愈发稀缺，如何规划并充分利用剩余路由资源越来越重要。
在这种背景下，分析双层车辆应用于城市轨道交通有比较强的现实意义。本文所谓的双层车辆是指将两个独立车厢经整合设计后形成的车辆，各车厢有独立的车门，可直接上下客，与法国巴黎RER有本质区别。本文将分析在城市轨道交通系统中采用双层车辆的必要性、可行性，并提出选用该车型的条件。
1.采用双层车辆的必要性
根据中国城市轨道交通协会提供的数据，北京、上海、广州的轨道交通全年客运量2014年就超过了20亿人次。就列车最小发车间隔而言，前5名的城市为北京（120 s）、广州（132 s）、上海和南京（140 s）、深圳（150 s）。
随着我国经济的发展和城市化发展，参考发达国家发展历程，未来城市轨道交通在交通出行选择的重要性上将进一步增加，客运总量将不断扩大。受限于上下客时间要求，以及为追求更高级别安全而放弃效率的普遍原则，国内城市轨道交通列车最小发车间隔很难降到120 s以内。
也就是说， 对于国内特大城市来说，难以通过提高发车频次来增加客运能力 。 为满足不断增长的客流需求，目前唯有增加列车编组 。比如广州正在建设的11号线（环线）列车编组由6 A增加到8 A，而日本东京则有采用10节编组的线路。
列车编组增加的直接影响是车站长度变长，而车站长度变长压缩了线位、站位选择空间，尤其对于在城市建成密集区建设的轨道交通线路，有时候这种限制是关键性的，导致某些潜在路由被否决，或者改变站间距而降低线路服务水平、减少服务范围等。另外从统计分析发现，对于地下线路的城市轨道交通，车站的建设费用占土建总费用比例在65%左右，也就是说车站对建设费用的影响权重比区间大得多。
与此同时，现有城市轨道交通车辆布局有部分空间属于无效空间（或部分利用空间），包括座位下方的空间（目前主要用于放置灭火器）、座位上方部分空间以及乘客头顶到车体内顶的空间。如果考虑双层车辆，可以 通过重新设置车辆设备布局，达到充分利用车辆空间，提高运输效率的目的 。
基于上述原因，有必要对双层车辆运用于城市轨道交通进行分析讨论，希望能获得一种可行的新车型，以满足社会经济发展需求。
2.采用双层车辆的可行性
2.1 技术可行性
鉴于双层客车在铁路有大量应用案例，可以认为双层车辆运用于城市轨道交通时，在轨道、通信、信号、供电等方面不存在技术问题，需要重点关注的问题是车体、通风空调、动力布置、受电模式，以及车站和区间布局等。
（1）车体： 车体是关键，双层车辆需重新设计车体。结合现有转向架、悬挂系统等设计上下两层车厢，车厢可考虑梯形剖面。根据我国平均身高数据，同时考虑正态分布情况，下层车厢高度可按1.9～2.0 m考虑，上层车厢高度可按1.7～1.8 m考虑。上下层车厢按不同净高设计可降低车体重心，同时可通过乘客自主选择实现自动分流（上下层车厢净空高度有区别，乘客可根据需求自主选择车厢），也可根据需要将上层车厢设置为服务特定对象的车厢（如妇幼车厢等）。通过整合设计，如果车顶不放置空调、受电弓等设备，双层车辆净高可控制在4.9 m左右（轨面到下层车厢底板按1.1 m考虑），比现有车辆（A型车）高1.1 m。
（2）通风空调： 现有车辆的空调设置在车顶，对于双层车辆，可考虑将下层车厢座位上方的部分空间与上层车厢座位下方的空间整合起来，布置空调设备。目前可能没有现成的设备满足要求，需要结合需求重新研究设计。
（3）动力布置： 城市轨道交通车辆采用动力分散布置方式，而铁路双层客车采用动力集中布置方式，因此需考虑两者的区别，需分析城市轨道交通车辆现有牵引能力是否能满足双层车辆载客需求。从现有城市轨道交通车辆动力储备来看，能够满足双层车辆载客需求。如果旋转电机无法满足要求，可考虑直线电机系统。
（4）受电模式： 为节约车辆上层空间，建议双层车辆采用三轨供电模式，或者在隧道区间采用三轨供电，在地面、高架区间可预留受电弓受电。双层车辆受电弓可与司机室整合设计。
（5）车站和区间布局： 双层车辆的上下层不互通，乘客通过站台直接进入上层车厢，因此需根据相关车辆参数设置双层车站站台。为确保疏散能力，上下层站台应直接与站厅层连接，因此需综合分析电扶梯布局，适度增加站台宽度。在确保站台到站厅疏散能力的前提下，站厅层的疏散能力需重点考虑，可适度增加出入口数量。对于区间，除需扩大隧道空间以适应双层车辆限界需求外，还需考虑疏散平台的设置。
综上所述，可以认为 双层车辆运用于城市轨道交通在技术上不存在不可逾越的障碍或困难 ，存在的问题可通过专项研究逐一解决。
2.2 经济可行性
假定采用双层车辆的列车编组为4节，在不考虑舒适程度的情况下，4节双层车辆编组列车（方案1）的运输能力略低于8节单层车辆（A型车）编组列车（方案2）的运输能力，因为双层车辆截面为梯形，上层有效空余地板面积略小于下层。本文对两者进行对比分析。两者定员总数相差不大，在5%以内。假定两者的运行线路都是地下线路，为盾构区间；线路全长20 km，车站设置为1座/km。
（1）车站建设费用： 目前城市轨道交通地下车站造价约1000元/㎡。方案2的车站比方案1的车站长110 m左右。方案1的车站为双层框架，宽15 m。基于此，方案2的单座车站建设费用比方案1的多3300万元。考虑到方案1在站台、设备（如电扶梯、屏蔽门）等方面有更多需求，扣除此部分费用后，保守估计方案2的单座车站建设费用比方案1的多3000万左右，全线多6亿元左右。
（2）区间建设费用： 目前5.4 m内径的盾构隧道无法满足双层车辆的需求，经初步测算,运行双层列车的隧道的内径应不小于6 m，甚至还要更大。运行双层列车隧道的延米单价要比5.4 m内径隧道的延米单价高10%～20%。目前5.4 m内径盾构隧道的延米单价约为5万元，则一个区间（假定长度为1 km）新增工程费用不超过2000万元，全线新增工程费用约为4亿元。
（3）车辆购置费用： 目前国内地铁A型车（单层）造价约800万/节，其中车体费用不超过车辆总费用的10%。根据现有制造工艺及制造能力，双层车辆车体费用增加幅度不会超过100%，即增加的车体费用不会超过80万/节。每列车（4节）在车体方面增加费用在300万左右。对于其他设备，原则上单层、双层车辆没有本质区别。由此可测算8节单层列车比4节双层列车费用增加2900万，全线车辆按30列计算，总费用增加8.7亿元左右。
（4）其他费用： 包括 设备费、运营费 等。鉴于双层车辆的集约化设计，可以认为，平均分摊到每位乘客的其他费用，双层车辆方案的额度应该小于单层车辆方案，具体数据需进行详细测算。在车站客流组织方面，双层车辆方案的挑战来自多个方面，包括：站台、站厅层布局；电扶梯、楼梯引导和疏散客流的设计；通过有效的导向信息引导乘客自主分流到特定车厢，比如将妇女、儿童、老人等引导到层高较低的上层车厢（设置为特殊人群车厢）。这些变化会产生新的费用，但通过优化运营组织，可以获得更好的效果。
经初步分析， 方案1的建安费及车辆购置费比方案2的低10亿元左右 ，具有一定的竞争优势。
3.运用条件
双层车辆的应用有其特定条件。原则上只有在客流量大且未来将持续增长、建设条件严重受限、路由资源紧张等情况下才能将其纳入考虑。北京、上海、广州、深圳等城市满足使用此类车型的条件。
另外，考虑到综合管廊项目的推进，未来可以将“大盾构+城市轨道交通双层车辆+综合管廊”等要素有机结合起来，以更好地利用城市地下空间。在这种情况下，可以减少双层车辆在区间建设费用的影响，获得更好的经济效益。
4.结语
本文对双层车辆在城市轨道交通中的应用进行了简要分析，希望通过集约利用资源获得更好效率。本文另外蕴含的两个观点须作说明：第一是对于城市轨道交通，本文仅将其定位为出行工具，而非所谓的城市名片或者其他更高档的东西；第二是对规范的看法，规范是历史经验的总结，应该作为现实的参考而非标准，更非强制性要求，如果囿于规范则不利于创新。
科技是国家强盛之基，创新是民族进步之魂。RT FORUM 智慧轨道交通大会即 RAIL TRANSIT FORUM，以“总有一种智慧点亮未来”为主题，专注在轨道交通行业工程和技术方面的新兴科技，一直得到业界高度认可和好评。
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