交通部署案例集/2019/中国高速铁路网
以下维基教科书是对中国高速铁路网（HSRN）在全球市场背景下的高度概括。定性和定量两个方面的网络被纳入分析。最终，通过生成基于中国高速铁路网每年客运量的逻辑 S 型曲线预测模型，对网络的诞生、增长和成熟阶段进行了生命周期分析。本提交内容符合悉尼大学 CIVL5703 HWA3 的作业评分标准和要求。
与其他形式的交通相比，高速铁路（HSR）及其运营的网络（HSRN）在相同距离上（即覆盖约 800 公里的国内航空旅行）以及与传统铁路旅行相比，产生大量的优势。正是因为如此，高速铁路服务才最有利。但是，在调查这种网络的外部影响时，还必须考虑一系列相关的利益。这些好处包括[1]
- 减少对公路基础设施的依赖，缓解交通拥堵造成的延误，并减少因拥堵而造成的怠速污染。
- 城市蔓延程度可能逆转。随着通勤时间保持相似，但住处离工作地点更远，高速铁路可以改善对以前无法到达或不可行居住地的访问。这只有在高速铁路网能够提供常规服务的情况下才能实现，其最高运营速度远超 300 公里/小时。
- 提高生产力。拥有高速铁路技术的国家已经证明，在通勤中花费的时间与在办公室实际工作的时间相似（对于那些可以远程或部分使用笔记本电脑完成的工作而言）。这使得员工能够在舒适的高速铁路服务中处理工作相关事务，从而提高生产力。
- 考虑到中国的情况，高速铁路网的出现将减少中国对外国进口石油和石油的依赖，这些石油和石油用于为公路和航空等传统交通方式提供动力。同样，使用这些材料发电来运营高速铁路网，其效率更高。此外，更多地依赖可再生能源也有助于改善高速铁路旅行的总体环境状况。
- 高速铁路旅行比公路旅行安全得多。2016 年，中国每天约有 700 人死于道路交通事故，虽然中国高速铁路发生过事故，但整个网络的死亡人数总计仍未达到中国每年道路交通事故死亡人数。
- 显著的经济刺激。中国高速铁路网的建设在全球金融危机后经济衰退时期开始了。为此，对高速铁路项目的巨额投资在随后的几年里帮助中国经济和社会复苏。
中国国土面积近 960 万平方公里，人口的大规模迁移一直局限于历史上可用的基础设施，18 世纪到 20 世纪的大部分时间里，除主要城市外，几乎没有发展发生。[2] 因此，在考虑如何为不断增长的人口（14 亿人）提供可行的交通选择和基础设施时，广阔的地域带来了巨大的复杂性和问题。为此，自 1949 年中华人民共和国成立以来，交通基础设施建设得到了很大的发展。[3]
此外，中国快速扩张和发展的铁路网是推动部分重大发展的重要因素，无论是从货币价值还是基础设施改善方面。这些发展使铁路运输被公认为中长途旅行的主要选择，并且在 2018 年仍是中国的主要交通方式。[4] 这最终导致中国铁路网络在 2016 年扩张到惊人的 120970 公里，成为世界第二长铁路网。与 1950 年之前的总网络长度（21800 公里）相比，这增加了 550% 以上，在 66 年的时间里，平均每年向网络增加了 8.4% 的额外铁路轨道长度。[4]
在 120970 公里的网络中，约 21%，即 25000 公里，由中国的高速铁路网组成，这也使得该网络成为世界上最长、最繁忙的高速铁路网。自 1990 年代初开始建设首条高速铁路服务以来，中国城际高速铁路网的增长一直保持着稳定而健康的增长，2008 年全球金融危机除外。[4] 这一增长时期与国内航空旅行并行，在同一时期内提供了竞争来源。此外，航空与高速铁路之间的联系是构成中国交通网络的内在因素，以至于世界上最繁忙的磁悬浮列车服务——上海磁悬浮列车——运营于上海浦东国际机场和龙阳路站之间。[4]
从这个意义上说，自 1876 年第一条客运铁路开始运营以来，铁路一直是中国中长途旅行的主要方式，是人们出行的主要方式。[5] 除了由高速铁路网提供的城际铁路网络外，许多城市内的通勤旅程都是使用全国 34 个地铁系统中的任何一个完成的。了解到中国 12 个最大的城市内地铁或地铁网络/系统中有 7 个位于中国城市，便可以看出中国经济对铁路交通基础设施的依赖程度。[4][6]
随着专用运输基础设施的发展，中国的公路基础设施也经历了类似于高铁及其相关产业的繁荣。这种扩张包括规划、开发和建设许多快速公交服务、轻轨和公路基础设施。政府开发的倡议旨在通过建设“国家干线公路系统”的公路来促进城市的发展和连接。[6] 这一倡议与中国高铁网络在 1990 年代的同步发展，使得高速公路网络在 2016 年达到约 97,000 公里的总长度，而上述高铁网络的长度为 25,000 公里。由此产生的网络突出了其相应的巨大规模，因为它们分别是世界上最长的高速公路和高铁运输网络。此外，城市间和城市内公路网容量和连通性的提高，导致人口中产阶级和上层阶级私人车辆的使用量增加；然而，高铁运输和航空旅行仍然是中长途旅行的主要交通方式。[4][6]
技术发展
[edit | edit source]中国高铁网络及其相关的技术进步经历了两个阶段的发展，最明显的是通过网络的形成阶段发展和相关技术的初期发展，从 1990 年代中期到 2008 年的全球金融危机，以及自 2014 年至今的高铁投资和发展的二次繁荣/增长时期。
通过依赖发展
[edit | edit source]中国最初对高铁技术的试验/考虑集中于开发设施和能力以生产所需的技术，以及在国内进行相关的研究和开发。尽管在目标速度方面实现了测试目标，但有关可靠性和可维护性的问题否定了在商业运营中选择国产高速列车的选择。[6] 长期商业可维护性难以实现，以及资源（即时间和金钱）的消耗增加，证明了德国、法国和日本提供的技术背景下可用技术与中国最初生产的国产技术之间的差距太大而无法弥合。为此，中国高铁网络的初始或第一阶段增长是在国外机车车辆和轨道技术和制造的基础上实现的。然而，当时的铁道部明确指示，并承担了合同义务，中国高铁网络的后续投资和扩展不仅是为了让那些投资中国高铁网络的外国经济体和/或公司受益。[6]
2004 年 6 月，铁道部发布招标，要求制造 200 列时速 200 公里的高速列车组。[7]
- 法国阿尔斯通
- 德国西门子
- 总部位于德国的庞巴迪交通
- 由川崎牵头的日本财团都提交了投标。[7]
除了西门子拒绝降低每列车组的成本和技术转让成本外，其他三家公司都获得了部分合同。[7]
向自力更生过渡
[edit | edit source]中国铁路的目标是发展能够自我维持中国国内高铁产业的技术和制造工艺。中国高铁产业和相关网络的第二阶段的特点是，从依赖外国公司的制造能力和技术服务，转变为成为高铁技术和工艺的市场领导者。[8] 这在国产第二代高速列车组和轨道扩展中得到了最明显的体现。在那些外国公司做出重大贡献并随后进行技术转让之后，国内制造商在很短时间内发生了重大转变。中国高铁网络的生命周期已经进入国内研究和开发的持续发展阶段，并设计、制造和开发了他们自己的高速列车，其运营速度超过 350 公里/小时，最大测试速度超过 450 公里/小时。同样，这种从依赖到自力更生的重大转变也反映在作为中国铁路主要运营商的中国铁路制定的基本政策目标中，作为中国高铁网络基础设施建设和发展大幅增加的主要推动力（在制造和技术服务 - 补充服务和行业方面）。[8]
然而，从国际进口技术和服务到以国内产业为主体的转变，并没有以明显的区别为特征。相反，外国铁路投资与获得的高铁相关信息并行共享之间的共生关系，仍然是许多那些初始阶段合资企业的持续合作关系。这种关系不仅帮助弥合了中国高铁产业最初的技术和制造能力差距，而且可以说是过去二十年来，尤其是自 2014 年以来该行业第二次复苏以来，中国高铁网络持续增长的催化剂。然而，必须指出，与大多数国有公司或企业组成的外国合资企业关系会导致围绕非合同技术盗窃的争议。为此，川崎以技术和专利盗窃为由对他们的合资伙伴提出了质疑；这一挑战后来被撤销。不久之后，这种关系就结束了，川崎退出了中国高铁市场。[7]
从依赖到自力更生的转变，虽然没有明确定义，但可以通过使用京沪铁路作为衡量标准来确定里程碑。2007 年，京沪铁路单程行程不到 10 小时，最高运营速度为 200 公里/小时。[9] 然而，在 12 个月内，即 2008 年 4 月 18 日，在现有的传统京沪铁路旁边开始了建设工作，用于世界上第一条设计运营最高速度为 380 公里/小时的高铁服务。施工于 2011 年 6 月 30 日完工并开始商业运营。同样，2010 年 10 月 26 日，CRH380A/AL 在沪杭高铁服务线上开始运营，标志着国产高速列车（属于 CRH 系列）首次成为高铁线路的主要机车车辆。CRH380A/AL 后来在同年晚些时候被用于京沪线路。[10]
在合并为中国铁路之前，铁道部宣布了高铁技术研究和开发的下一阶段；其目标是将下一阶段国产高速列车的最高运营速度提高到 500 公里/小时以上。
中国高铁网络的诞生阶段
[edit | edit source]正如广泛报道的那样，如今高铁旅行的精神家园和诞生地始于日本。同样，法国、西班牙和德国等欧洲主要国家在高铁技术上的投资，早于中国首条商业运营线路开始运营近二十年。为此，在高铁领域/行业中，许多现有的技术都远远落后于
初始规划和开发
随着中国在 1990 年代继续蓬勃发展并融入全球经济，中国政府也开始规划建设高铁网络。1990 年 12 月，当时的铁道部（MOR）提出了建设京沪之间专用高速铁路的建议。[11] 长达 1305 公里的京沪铁路走廊的背景状况是，运营超过了原设计能力，单程行程时间接近 10 小时。[12] 四年后的 1994 年 12 月，连接北京和上海的高铁服务的可行性研究获得了批准。正是这项可行性研究通常被认为是中国随后在高铁技术和制造方面的突飞猛进以及中国大陆高铁网络相应扩张的催化剂。
“提速”运动
除了对高铁运输进行可行性研究之外，铁道部还制定了一个框架，以提高铁路技术的客运量，为新的高铁网络做好准备。这项倡议被称为“提速”运动，其目标是现有网络中的关键点，并在七年的时间里分五轮实施。在运动的五轮系列（1997 年 4 月、1998 年 10 月、2000 年 10 月、2001 年 11 月和 2004 年 4 月）中，以时速 160 公里为特点的准高速服务在 7,700 公里的现有客运线路中提供。[13]
铁道部将重点放在一些技术进步和变化上，以促进运营速度的提高，这些变化在“提速”运动的五轮中都有体现。每一轮运动的重点都是突出为现代化现有线路服务而做出的努力，从而提高现有线路的整体服务速度和运力。[13] 这些努力包括
- 双线建设
- 轨道电气化
- 改进轨道坡度
- 减少曲线半径
- 安装无缝线路
随着中国高速铁路网（HSRN）从最初的发展阶段过渡到持续增长和成熟阶段，从 2007 年 4 月开始，新一轮的“提速”计划已在铁路第六次大提速中启动并实施。[13][14]
- 轨道和调度改进
- 部署更快的 CRH 系列列车。
- 52 列 CRH 列车（CRH1、CRH2 和 CRH5）投入运营。
如定量和定性分析所强调的那样，中国高速铁路网目前正处于从网络的初始发展阶段向预测中的重大增长阶段的过渡时期。中国高速铁路网可能实现显著增长的最显著特征是国家高速铁路网格。这将通过建设专用高速铁路路线和服务，将全国上下和东西网络连接配对组合起来，其中许多路线要么取代现有的铁路基础设施，要么与现有的铁路基础设施平行运行。[15]
与名称暗示的不同，4x4 网格实际上由八条高速铁路走廊组成，其中四条沿着该国南北走廊运行，四条沿着东西走廊运行，总轨道长度为 12,000 公里。4x4 网格的大部分由新建的线路组成，这些线路专门用于客运。同样，鉴于许多新线路紧邻现有主干线，许多货运服务已转移到使用这些现有线路。国家电网系统的规划便于将东南沿海走廊的许多二三线城市纳入和连接，通过建设高速铁路连接线。鉴于此类连接以前尚未建立，新建的铁路连接线将用于运营客运和货运服务。[15] 专门用于轨道路线的设计使得最大运营速度能够模仿 CRH 制造的滚动库存的容量，大约为 300-350 公里/小时。新建的混合用途高速铁路线路，客运列车服务可以达到 200-250 公里/小时的峰值速度。这个雄心勃勃的国家电网项目计划在 2020 年之前建成，但政府的刺激措施大大缩短了许多线路的交付时间。[15][16]
在 中国政府提供的重大刺激下，4x4 国家高速铁路网格在 2015 年底基本建成，现已成为中国高速铁路网的骨干。然而，2016 年 7 月，国家层面开始筹备，对最近建成的国家高速铁路网进行重新组织和后续开发，包括那些在最初的 4x4 国家电网系统下运营、在建和最近建成的高速铁路线路。该系统的再开发旨在将容量提高一倍，达到 8x8 网格，即八条垂直和八条水平高速铁路“通道”，旨在使网络容量翻倍。[17][18]
鉴于中国高速铁路网的年轻化，该网络的成熟可能需要很多代人才能实现，尤其是在考虑到该国铁路网络的平均增长率的情况下。
在过去二十年里，自第一条高速铁路服务（某种服务）建成以来，中国高速铁路网的建设速度一直在保持每年 4.29% 的平均增长率，每年新建 4,815 公里的铁路轨道。[19]
因此，与欧洲大陆和日本等其他国家的高速铁路网不同，这些国家的网络已经成熟，扩展速度（通过客运量（客公里）、新建轨道和服务形成反映）与中国高速铁路网所展示的增长速度相比，以及与每个网络各自的扩张和增长时期相比，已经大幅放缓。这在下面的定量分析中得到了反映/证实。[18]
鉴于中国高速铁路网的年轻化，许多相关的政策也处于起步阶段。然而，那些已经实施的政策的根本前提是明确界定的，并旨在为未来十年（到 2030 年）的网络发展和进步奠定基础并提供动力。
同样，鉴于中国铁路网络的集中所有权，通过国有独资企业中国铁路，政策制定过程在很大程度上受内部力量的支配，而受外部因素的支配较少。中国铁路高速（CRH）是中国铁路的子公司，负责中国的高速铁路服务。
在 中国高速铁路网的创建和初始建设过程中，国内和国际的批评人士都质疑这样一个网络的必要性，因为该国大部分地区仍被认为是欠发达或发展中国家。围绕基础设施和相关政策制定的评论大多突出了人们对大部分贫困人口与高速铁路旅行的高昂成本之间差距的担忧。
因此，中国铁路在回应上述批评时，提出的许多解释都是为了突出实施的围绕新兴高速铁路网发展的政策的预期结果和目标。
政府通过推广一系列政策目标，为这项昂贵的项目提供了理由。具体来说，以下目标最常被认为是投资高速铁路基础设施项目的积极影响。
- 通过提高公司透明度和相关的竞争力，提高财政生产力。这将通过扩大铁路运力来实现，包括滚动库存和客公里，从而缓解现有铁路线路的压力，并允许这些线路过渡以适应以货运为导向的服务，这比提供补贴票价的客运服务更有利可图。[20]
- 高速铁路建设项目在首要情况下会立即创造就业机会，以及诸如混凝土和钢铁等二级市场会立即产生劳动力市场增长，预计仅北京-上海高速铁路就会创造 110,000 个就业机会。[21][22]
- 北京是中国经济的商业枢纽，中国的大多数跨国公司都在中国首都设立了区域或全球总部。然而，国内高速铁路网的蓬勃发展促进了二级城市的推广和发展，使这些城市成为国内外企业的具有吸引力和可行的前景。[23] 这反映在由于连接和接入高速铁路网，这些二级城市的市场潜力增长了 59%。据估计，支流城市市场潜力增长 10% 等于该城市相应平均房地产价值增长约 4.5%。正是这种随后的增长被吹捧为高速铁路网在主要城市以外地区持续发展的首要目标。[24][23]
- 中国政府推行建设高速铁路网，旨在体现其在环境责任、节约用电和提高能源效率方面的努力。该政策强调，与传统公路基础设施相比，铁路技术在运输相同数量的乘客或货物的情况下，在相同距离上的耗电量更少。此外，由于能够利用可再生资源发电，而不是依赖进口石油，能源生产也得到了支持。[25]
- 中国高速铁路网快速而持续增长的主要驱动力之一是渴望建立和发展本土高速铁路设备和制造业。[4]
大多数技术发明和进步都遵循一个代表初始（诞生）、增长和成熟阶段的逻辑函数，并以此识别技术或概念。大量的交通方式也遵循类似的生命周期，可以对其进行跟踪、建模并随后预测。使用年度乘客公里作为自变量，为中国的高速铁路网开发了一个逻辑曲线。该模型旨在预测中国年度乘客公里增长的总体模式或路径，可能在未来几十年内出现。
表 1 中的数据用于估计一个三参数逻辑函数，如下所示。该函数用于预测数据的趋势。
![{\displaystyle S(t)=\left({\frac {K}{[1+e^{(-b(t-t_{0})}]}}\right)}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/3aceccf3a2fc627bce48cee8930976d85d71c1c6)
其中
- 是状态度量（例如，乘客公里数）
- 是时间（通常以年为单位）
- 是拐点时间（达到 1/2 K 的年份）
- 是饱和状态水平
- 是系数。
和 是通过试错法估计的，因为可用数据量很少。
将来，下面的方程将用于将可用数据转化为线性关系，从中可以推导出更精确的 K、b 和 t0 值。
方程如下所示
常数的计算和估计值以及变量的描述可以在下面的表 1 中看到。
| 变量 | 描述 | 值 |
|---|---|---|
| S | 乘客公里数 | 百万 |
| t | 时间 | 年 |
| t0 | 拐点 | 2023 |
| K | 轨道饱和水平 | 2500 |
| b | 系数 | -0.23 |
提供的结果，充其量只是一个估计的预测模型，但确实可以探索获得的结果以及可以从中得出的见解。虽然实际曲线和预测曲线之间的初始相关性相似，但在分析获得的结果时必须考虑以下几点
- 数据收集只能通过一个来源进行验证，这使得模型容易受到使用不准确数据的负面影响。虽然可用数据来自信誉良好的来源，但无法通过官方途径进行验证，因此导致数据集不完整。同样，鉴于获得的实际数据样本量很小，数据不准确的风险会显著放大。
- 如上所述，由于数据收集量有限，可用数据量少，这阻碍了预测模型的有效性和潜在的准确性，以及任何可以推断出的相关声明或假设。由于该系统仅商业运营了 10 年，可用数据以及相关的内部和外部影响过于波动，无法生成年客运公里数的统计显著趋势。此外，由于样本量很小，对输入数据的要求大于删除异常值的必要性，导致收集数据的显著变化对最终结果和预测产生重大影响。
- 对于当前假设的中国高速铁路网的过渡期，很难对未来二十年网络进行准确或有效的预测，然而，可以公平地说，网络的扩张远未完成，预计的增长阶段可能会实现建议的 500 公里/小时的障碍。
| 年 | 实际 乘客公里数 (百万) |
预测 乘客公里数 (百万) |
|---|---|---|
| 2010 | 46.3 | 119.59 |
| 2011 | 105.8 | 148.68 |
| 2012 | 144.6 | 184.31 |
| 2013 | 214.1 | 227.65 |
| 2014 | 282.5 | 279.95 |
| 2015 | 386.3 | 342.45 |
| 2016 | 464.1 | 416.29 |
| 2017 | 577.6 | 502.34 |
| 2018 | NA | 601.05 |
| 2019 | NA | 712.24 |
| 2020 | NA | 834.96 |
| 2021 | NA | 967.37 |
| 2022 | NA | 1106.8 |
| 2023 | NA | 1250 |
| 2024 | NA | 1393.16 |
| 2025 | NA | 1532.62 |
| 2026 | NA | 1665.03 |
| 2027 | NA | 1787.75 |
| 2028 | NA | 1898.94 |
| 2029 | NA | 1997.65 |
| 2030 | NA | 2083.70 |
| 2031 | NA | 2157.54 |
| 2032 | NA | 2220.04 |
| 2033 | NA | 2272.34 |
| 2034 | NA | 2315.68 |
| 2035 | NA | 2351.31 |
| 2036 | NA | 2380.40 |
| 2037 | NA | 2404.04 |
| 2038 | NA | 2423.15 |
| 2039 | NA | 2438.56 |
| 2040 | NA | 2450.94 |
| 2041 | NA | 2460.86 |
| 2042 | NA | 2468.80 |
| 2043 | NA | 2475.15 |
| 2044 | NA | 2480.22 |
| 2045 | NA | 2484.26 |
| 2046 | NA | 2487.47 |
| 2047 | NA | 2490.04 |
| 2048 | NA | 2492.08 |
| 2049 | NA | 2493.70 |
- ↑ https://science.howstuffworks.com/transport/engines-equipment/8-benefits-high-speed-trains8.htm
- ↑ https://www.railjournal.com/passenger/high-speed/ten-years-27000km-china-celebrates-a-decade-of-high-speed/
- ↑ https://www.ft.com/content/4cd5723e-6685-11e0-ac4d-00144feab49a?ftcamp=rss#axzz1Jn3JecpQ
- ↑ a b c d e f g http://documents.worldbank.org/curated/en/451551468241176543/pdf/932270BRI0Box30ffic020140final000EN.pdf
- ↑ WOOSUNG ROAD -the story of China's First Railway, Peter Crush, Hong Kong 1999. ISBN 962-85532-1-6
- ↑ a b c d e Xue, X et al. “An Introduction to China’s Rail Transport. I. History, Present and Future of China’s Railways.” Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers F, Journal of Rail and Rapid Transit 216.F3 (2002): 153–163. Web.
- ↑ a b c d https://www.theguardian.com/world/2005/apr/17/china.japan
- ↑ a b https://www.railway-technology.com/projects/beijing/
- ↑ http://www.gov.cn/jrzg/2008-04/18/content_947868.htm
- ↑ https://www.topchinatravel.com/china-high-speed-train/high-speed-rail-in-china.htm
- ↑ Diao, Mi, Zhu, Yi, and Zhu, Jiren. “Intra-City Access to Inter-City Transport Nodes: The Implications of High-Speed-Rail Station Locations for the Urban Development of Chinese Cities.” Urban Studies 54.10 (2017): 2249–2267. Web.
- ↑ http://en.people.cn/200401/16/eng20040116_132743.shtml
- ↑ a b c https://www.topchinatravel.com/china-high-speed-train/china-high-speed-rail-history-and-development.htm
- ↑ K�oll, Elisabeth. Railroads and the Transformation of China . Cambridge, Massachusetts: Harvard University Press, 2019. Print.
- ↑ a b c http://en.people.cn/n3/2016/0721/c90000-9089436.html
- ↑ http://bg.chineseembassy.org/eng/dtxw/t274660.htm
- ↑ (Ato) Xu, Wangtu et al. “The Implications of High-Speed Rail for Chinese Cities: Connectivity and accessibility.(Report).” Transportation Research Part A: Policy and Practice 116 (2018): 308–326. Web.
- ↑ a b Shen, Qing, Chen, Peng, and Pan, Haixiao. “Factors Affecting Car Ownership and Mode Choice in Rail Transit-Supported Suburbs of a Large Chinese City.” Transportation Research Part A 94 (2016): 31–44. Web.
- ↑ https://en.wikipedia.org/wiki/Rail_transport_in_China
- ↑ https://www.nytimes.com/2010/02/13/business/global/13rail.html?pagewanted=all
- ↑ https://money.cnn.com/2009/08/03/news/international/china_high_speed_bullet_train.fortune/
- ↑ https://urbanland.uli.org/capital-markets/shanghai-shenzhen-beijing-lead-prospects-ulis-china-cities-survey/
- ↑ a b https://journalistsresource.org/studies/international/china/china-high-speed-rail-economic-development/
- ↑ https://www.nytimes.com/2009/01/23/business/worldbusiness/23yuan.html?_r=1&pagewanted=all
- ↑ https://www.wsj.com/articles/SB10001424052748704025304575283953879199386
- ↑ https://uic.org/IMG/pdf/20190122_high_speed_passenger_km.pdf