运输部署案例手册/2014/高速铁路
高速铁路 (HSR) 是一种铁路运输方式，它使用专门设计的基础设施和机车车辆以高于传统铁路的速度运输货物（通常是乘客）。在世界范围内，对 HSR 没有一个统一的定义。欧盟在第 96/48 号指令中将 HSR 定义为包含三个要素[1]
- 基础设施：专门为高速行驶而建造的轨道，时速至少 250 公里，或为高速行驶而升级的轨道，时速至少 200 公里。
- 机车车辆：能够以至少 250 公里的速度安全、不间断行驶的技术先进的机车车辆。
- 系统兼容性：机车车辆和基础设施特性必须具有极佳的兼容性。
国际铁路联盟是本次评估定量部分数据来源，通常依赖于欧盟的定义，并指出 HSR 更注重构成系统的各要素（基础设施、机车车辆、运营条件）的组合，而不是列车以特定速度行驶[2]。
高速铁路作为一种交通选择具有多个优势
- 容量：HSR 能够快速、安全地运送大量人员，缓解道路和空中基础设施的拥堵[3]。
- 安全性和可靠性：与空中或道路运输相比，HSR 受天气条件的影响较小[4]，并且已被证明是一种非常安全的旅客出行方式[5]。
- 环境效益：HSR 每乘客公里使用的能源少于道路或空中运输[6]。
HSR 的市场一般是连接人口稠密、相距较近的城市地区，这些地区对运输有很高的需求。人们普遍认为，HSR 在 200 公里至 800 公里的市场距离之间最具竞争力，尽管有些人认为，根据区域特征，HSR 在更长的距离上也可能具有竞争力[7]。
在许多国家，二战后，汽车和飞机出行成为主要方式。虽然客运列车出行在许多地方仍然很受欢迎，但道路和机场越来越拥堵，当局正在寻找缓解这种情况的方法。二战前，一些国家已经尝试以高速行驶列车，但直到战后，才开始认真努力实施。
第一条真正的高速铁路是日本的新干线，于 1964 年开始运营。它连接了东京和大阪，距离 515 公里。由于日本地形多山，该国的铁路线路轨距较窄（1067 毫米），弯道较急，不适合高速行驶。因此，建造了一条全新的标准轨距线路，并修建了许多隧道和桥梁，以实现高速行驶和更大的运力。使用连续焊接钢轨，以提高乘客舒适度，减少轨道接头的磨损。该系统和机车车辆的最初设计允许最高时速达到 250 公里，但为该项目提供资金的世界银行担心该技术尚未得到验证，因此将最高时速限制在 210 公里。几年后，随着技术证明是安全可靠的，该限制被解除。[8]
欧洲第一条最高时速超过 250 公里的高速铁路是法国的 TGV，该线路连接巴黎和里昂。在日本取得成功后，法国的官员和研究人员开始研究实施高速列车。最初，计划使用燃气轮机技术为列车提供动力。然而，1973 年的石油危机大幅提高了价格，并明确表明电气化才是未来方向。这迫使研究人员开发出能够承受超过 250 公里时速的受电弓。最终决定将该新技术的初始实施路线定为巴黎-里昂走廊，因为这条走廊已经饱和，是该国最繁忙的走廊之一。与新干线一样，将建造一条全新的铁路线路，这条线路将采用非常平缓的弯道以及桥梁和隧道。完成施工和测试后，该线路于 1981 年开通运营。TGV 比新干线的一个优势是，它使用与法国其他铁路线路相同的轨距。这意味着它能够使用现有的基础设施进入拥挤的地区，而无需建造一条全新的铁路线路。此外，如果 HSR 线路上发生事故，列车可以被引导到其他轨道上，并最终到达目的地。[9]
日本和欧洲早期的 HSR 线路都取得了成功，并迅速变得非常受欢迎。它们能够大幅缩短与驾车相比的旅行时间，同时与航空旅行在时间上也具有竞争力，使它们获得了很大的市场份额。HSR 最初的市场定位是两个大型城市之间的交通流量很大的走廊，这两个城市之间既不太近，也不太远。正是在这些地方，HSR 的额外运力以及缩短的旅行时间和提高的舒适度使其大受欢迎，并得到了充分的利用。
在欧洲，帮助 HSR 诞生阶段的一个政策是当时对航空公司的严格监管。在欧洲运营的航空公司受到国家之间各种运营协议的约束，这些协议规定了从票价到航班频率再到运力的一切。竞争的空间非常小。[10]随着越来越多的 HSR 线路投入运营，乘客从空中转移到这些路线上的火车，航空公司几乎无能为力地利用票价价格与 HSR 竞争，以夺回乘客。这种情况已发生改变，因为欧洲航空市场在 1990 年代初期的自由化，现在航空公司几乎可以完全自由地决定票价、航班频率、飞机尺寸和航线。[11]。然而，在诞生阶段，对航空公司的严格监管帮助支撑了新的 HSR 线路。
高铁从20世纪60年代中期到80年代初诞生以来，一直稳步增长。确切地说，何时从诞生阶段进入增长阶段，有点棘手。如果假设诞生阶段结束时达到饱和水平 (K) 的 10%，那么这大约发生在 2000 年左右（参见下面的定量分析）。然而，快速查看下面的图表可以看出，高铁里程在 90 年代和 00 年代稳步上升，然后在 2009 年开始突然爆发式增长。因此，可以说，这就是增长阶段真正开始的时候。高铁里程的这种巨大、突然的增长，主要是由于中国开通了新的线路。中国自 00 年代中期以来一直在以惊人的速度建设新的高铁线路，到 2013 年底，运营线路已超过 10,000 公里，是世界上最大的高铁网络。[12] 此外，还有超过 7,500 公里的线路正在建设中，另外 3,000 公里的线路正在规划阶段。几乎所有这些线路的最高时速都在 250 到 350 公里/小时之间。
多年来，高铁一直是欧洲和东亚的专属技术（除非把美国东北走廊算作高铁，但作者不同意这种说法）。然而，最近，其他国家开始实施高铁技术。土耳其于 2009 年开通了第一条高铁线路，目前运营里程接近 700 公里，另有 400 公里正在建设中。[13] 他们计划最终建成一个近 3,000 公里的网络，连接几乎全国所有地区。沙特阿拉伯也在建设一条连接麦地那和麦加的高铁线路，预计将于 2015 年开始运营。摩洛哥正在建设一条新的高铁线路，这将是非洲大陆上的第一条高铁线路。
在美国，高铁一直难以赢得政客和其他政府官员的欢迎。尽管奥巴马总统在 2009 年为高铁项目提供了 80 亿美元的刺激资金，但近年来，高铁的动力一直难以获得。加州选民批准了洛杉矶和旧金山之间线路的初始资金，但此后一直陷入法律和财务纠纷，最终可能导致整个项目脱轨（不是双关语）。随着这项技术在全球范围内不断进入增长阶段，并且每年离成熟系统都更近一步，为高铁支付巨额资本成本将变得越来越令人质疑。
全球范围内，高铁尚未进入成熟阶段。它仍然是一项正在发展中的技术，每年都在增加数千公里的轨道，还有数千公里的轨道正在规划阶段。根据下面的定量分析，预计高铁将在 2050 年左右达到成熟阶段，但未来的增长高度依赖于政府是否能够承担巨额资本成本和债务，这些成本和债务不仅与建设高铁线路有关，还与运营和维护高铁线路有关。到目前为止，政府一直愿意承担这项任务，因为高铁的益处已被认为超过了巨额成本。随着这项技术进入成熟阶段，投资巨额资本将带来递减的投资回报。许多高铁的理想市场已经有了线路，因此，新的线路将建在不太理想的市场，并且可能难以吸引足够的乘客来覆盖成本。此外，到那时，这项技术的大部分内容将被锁定，阻碍了可能有利于系统的创新。
本次评估的定量分析部分所获得的数据来自国际铁路联盟[14]，该联盟跟踪全球高铁的发展。用于分析的指标是世界范围内高铁线路的总里程。仅使用 2013 年或更早时间投入运营的线路。正在建设或规划中的线路被排除在外。
为了分析高铁的生命周期，使用了以下公式：S(t) = K/[1+exp(-b(t-t0)]
S(t) = 状态测量值（运营总里程）
K = 饱和状态水平
b = 系数
t = 时间（以年为单位）
t0 = 拐点时间（达到 1/2 K 的年份）
由于高铁尚未达到成熟阶段，K 未知，需要估算。这是使用普通最小二乘回归完成的，使用不同的 K 值进行每次回归。回归给出了 r 平方值，该值衡量估计值与实际数据的拟合优度。r 平方越接近 1，拟合度越好。
使用上述方法，确定了 K 值为 50,000 公里。r 平方值为 0.95，这表明使用 50,000 作为 K 将很好地匹配实际数据。之所以选择此 K 值，是因为它与国际铁路联盟的数据相符，该联盟将世界上正在运营、正在建设或正在规划中的所有高铁线路加起来。此项总计约为 54,000 公里[15]。考虑到这一点，K = 50,000 似乎是对高铁里程饱和度的合理估计，因为一些正在规划的线路可能不会建成，而另一些目前尚未规划的线路最终可能会建成。使用 50,000 作为 K，拐点时间 (t0) 为 2023 年。这是高铁总里程停止以越来越快的速度增长的年份。这也是高铁大约处于其增长阶段中途的年份，此后的每一年都将越来越接近成熟阶段。假设成熟阶段开始于 K 的约 90%，这将在 2050 年左右发生。假设诞生阶段结束于 K 的约 10%，这发生在 2000 年，尽管爆发式增长大约要到 9 年后才会开始。
| 年份 | 新增里程 | 总里程 |
|---|---|---|
| 1964 | 515 | 515 |
| 1972 | 161 | 676 |
| 1975 | 393 | 1069 |
| 1981 | 569 | 1638 |
| 1982 | 735 | 2373 |
| 1984 | 74 | 2447 |
| 1985 | 27 | 2474 |
| 1988 | 90 | 2564 |
| 1989 | 291 | 2855 |
| 1991 | 361 | 3216 |
| 1992 | 703 | 3919 |
| 1994 | 450 | 4369 |
| 1997 | 316 | 4685 |
| 1998 | 189 | 4874 |
| 1999 | 62 | 4936 |
| 2000 | 362 | 5298 |
| 2001 | 259 | 5557 |
| 2002 | 346 | 5903 |
| 2003 | 1143 | 7046 |
| 2004 | 754 | 7800 |
| 2005 | 21 | 7821 |
| 2006 | 409 | 8230 |
| 2007 | 990 | 9220 |
| 2008 | 537 | 9757 |
| 2009 | 2635 | 12392 |
| 2010 | 3074 | 15466 |
| 2011 | 2195 | 17661 |
| 2012 | 2726 | 20387 |
| 2013 | 2147 | 22534 |
- ↑ http://www.uic.org/spip.php?article971
- ↑ http://www.uic.org/spip.php?article971
- ↑ Rodrigue, Jean-Paul (2013). The Geography of Transport Systems. New York: Routledge, 416 pages.
- ↑ Rodrigue, Jean-Paul (2013). The Geography of Transport Systems. New York: Routledge, 416 pages.
- ↑ http://www.uic.org/spip.php?article443
- ↑ Rodrigue, Jean-Paul (2013). The Geography of Transport Systems. New York: Routledge, 416 pages.
- ↑ http://ec.europa.eu/transport/themes/infrastructure/studies/doc/2010_high_speed_rail_en.pdf
- ↑ Smith, Roderick A. (2003). “The Japanese Shinkansen”, The Journal of Transport History (Imperial College, London) 24/2: 222–236.
- ↑ http://www.railway-technology.com/projects/frenchtgv/
- ↑ http://scholarlycommons.law.northwestern.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1543&context=njilb
- ↑ F. Dobruszkes / Transport Policy 18 (2011) 870–879
- ↑ http://www.uic.org/IMG/pdf/20140901_high_speed_lines_in_the_world.pdf
- ↑ http://www.uic.org/IMG/pdf/20140901_high_speed_lines_in_the_world.pdf
- ↑ http://www.uic.org/IMG/pdf/20140901_high_speed_lines_in_the_world.pdf
- ↑ http://www.uic.org/IMG/pdf/20140901_high_speed_lines_in_the_world.pdf