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双层巴士，或称作双层巴士、双层公交，是指载客车厢由上下两层组成的公共汽车。由于双层巴士重心较高，故此一般情况下上层和梯级都被禁止站立，防止发生危险。
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一辆双层巴士的上层车厢
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一辆双层巴士的下层车厢
一辆双层巴士连接上下层车厢的楼梯
双层巴士由两层构成，两层之间有楼梯相连接，楼梯在车厢的中部或后部。大多的巴士有两扇车门，分别设在车的前部和中部。虽然汽车的长度和宽度与一般巴士并无差别，但由于多了一层，车辆高度比其他的高，这使得此种车型的运载量比其它车要大，比单层巴士能接载多接近一倍的乘客。虽然双层巴士较容易受到建筑物的高度限制，但相比起要达到相同载客量的挂接式巴士，双层巴士在转向及上落斜坡方面会较挂接式巴士灵活。
双层巴士起源于英国，其中行走伦敦的红色双层巴士，更是英国的“国宝”。在一些（前）英联邦国家和地区，诸如印度、香港、新加坡、南非等地，双层巴士是主要的通勤交通工具之一。另外德国，特别是北部德国城市也大量使用。由于车体庞大，重心较高，驾驶员和乘客都要特别注意乘车安全，双层巴士的设计要特别考虑稳定性。因此，双层巴士在设计上需更慎重考虑其车体和物理特性对机械设计和运行的影响。而为免更进一步将车辆重心升高，乘客一般也不能站在上层，以免巴士翻侧。在一些地方例如香港，新型号巴士在获准载客前必须通过倾斜测试。
不少地方例如中国大陆、台湾和澳门，都曾引进过双层巴士，但由于行车安全、经营成本，甚至是人行天桥的高度限制等因素，最后还是以失败告终。在目前一些欧洲、北美城市及中国大陆、马来西亚、日本一些城市，虽也有双层巴士，惟主要还是作为观光巴士以及长途客运。这些车通常有两种，分别为车身低矮，设有后置楼梯及行李舱的双层游览车，以及上层是露天或半露天的双层观光巴士。英国、香港及新加坡因为很早已普及使用双层巴士，并透过建筑物及道路的相关法规，新建的建筑物须要保留双层巴士能够通过的高度，确保双层巴士可以通行无阻。
1949年4月17日，九巴首架双层巴士投入服务，行驶往来尖沙咀和九龙城间的1号线。
在香港，双层巴士已成为普遍的交通工具。
香港的中巴（已经没有再经营的香港巴士公司）及九巴都曾经使用都城嘉慕威曼都城巴士公司（MCW Metrobus）的三轴三门双层巴士，目的是增加落客的速度，不过后来被三轴阔门双门双层巴士取代，原因是将后门加阔，落客速度更快。
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现时，北京、上海、广州、南宁、西安、深圳、天津、杭州等都有双层公车行走。绝大部分为城市通勤及城市旅游观光用途。长途汽车的上层甚至设置铺位。
上海好运道书局发行的一张明信片，黑白照片显示1920年代中国南京路已经出现双层巴士[1]。
中华人民共和国成立后再次有双层客车在境内定期运营则是1985年城巴过境路线开通至深圳之时[2]，该年亦有一台AEC Routemaster在广州和深圳试运行[3]。此后，中国大陆部分厂商1985年开启了双层大客车试制工作，山东淄博客车厂1985年10月3日试制出首台双层客车，该车定位为旅游客车，数年后又试制了一台后便因种种原因终止研发[4]；1987年，武汉长江动力特种汽车制造厂又试制了一台双层客车[5]，但亦未能量产。同年，江苏省交通科学研究所与无锡专用汽车厂联合开发的JS120S15H型双层客车亦试制成功[6]。20世纪80年代末，中国大陆多地开始通过港商引进从香港、新加坡等地区退役的二手右舵双层客车，提供双层公交服务，如1993年上海双层1路即利用新加坡巴士退役的利兰亚特兰大型开办，但亦有极个别二手左舵车，如广州公交1993年接收的前柏林公共交通公司猛狮SD200型。
1989年4月，江苏省交通科学研究所在JS120S15H的基础上，与位于南京市六合县的江苏金陵汽车运输公司修造厂继续研制双层客车，该年9月2日成功研制金陵牌JLY6121S型12米级双层客车，修造厂次年更名为南京金陵双层客车制造厂。随着合肥淝河汽车制造厂基于斯太尔91产品平台的HFF6120D07型双层客车底盘正式投产，JLY6121S型也于1992年开始量产，成为中国大陆首款量产双层客车[7]，但该型号初期的定位为公路客运而非城市公共交通，35至40万元的造价对当时兴起的公路客运个体承包者并不友好，目标市场遂于1993年转向城市公交[8]，自此开启中国大陆自产自销双层客车的时代。1993年，蚌埠客车厂也利用淝河底盘开始生产HFF6120KS型双层客车，次年广州客车厂亦利用HFF6120D06型底盘开发GZK6120GS及GZK6120FS型12米级双轴双层客车。
由于双层客车可刊登较大面积的车身广告，中国大陆多地的早期双层客车通过“广告权折价”（广告公司买断一定期限的车辆广告使用权并代付部分购车款项）模式引进[8][9]。
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台北市早在1978年有过引进双层巴士的计画，当时台北市政府建设局属意引入12米长、4米高的德国制双层巴士，总载客量达126人，但由于超过法令的高度限制问题（台湾法令规定大客车车高不能超过3.8米），因此需要修改法令才可引入，引进双层巴士计画因而不了了之[10]。到了1990年台北市引入了双层巴士试行投入路线营运，为两辆在香港装嵌车身的左舵利兰奥林比安11米双层巴士（台湾以Volvo作登记）[11][12]，在1990年3月1日早上6时首航74号路线，该计画预定试行3个月。新的双层巴士按香港标准设计，上层车厢只有在楼梯扶手设下车钟，下层配用长条形胶带按钟[10]。巴士上路后引来许多台北市民好奇目光，更有不少民众因新鲜感而试搭，在尖峰时段、上学时间等全车爆满，惟部分人对搭乘这种双层巴士的方法并不熟悉，如不知危险性地于上层站立，也有反映楼梯过于狭窄且陡峭不易上落[13]，更有人因深怕来不及按下车钟而不敢在上层坐，引致下层客满，上层仍有座位的情况出现[10]。后来台北捷运工程导致74号需要改道而行，路段因此不再适合双层巴士行驶，之后巴士试行了504、505线，另也曾建议过为巴士安装空调，但代理商称技术问题而未能成事。试验结果认为在提升运载能力及减低日常营运成本方面双层巴士有优势，惟最后因购车成本预算问题、巴士绕路避开过矮之陆桥（香港称天桥）徒添行车时间等，计画最终无疾而终[10][14]，车辆则运回香港，辗转至2000年代才拆毁[15]。双层巴士目前在台湾仅做观光用途。
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马来西亚的双层巴士则可分为公共和旅游两种，其中公共双层巴士可以在巴生谷和槟城找到。其中槟城快捷通目前共使用3辆双层巴士川行，并将在不久后投入30辆双层巴士以容纳更多乘客[16]。吉隆坡的双层巴士则有100余辆，每辆可容纳108名乘客[17]。作为旅游用途的双层巴士服务则有槟城的随乘随下巴士和吉隆坡的随乘随下巴士，然而收费较高，主要于旅游景点川行。
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