运输部署案例集/2023/中国铁路

铁路介绍

如今，中国铁路拥有世界上最大的高速铁路系统，并使用尖端的高速列车技术，例如CRH系列动车组，最高时速超过350公里/小时。 中国大部分铁路线路都已电气化，这提高了列车的效率，并降低了污染。中国铁路的电气化率已超过80%。中国铁路信号和通信技术不断改进，并已实施尖端的数字通信技术，使列车与调度指挥中心之间能够实时通信，确保铁路运输的效率和安全。

中国铁路近况

中国铁路在许多方面优于其他运输方式。它的主要优势之一是速度，这使乘客能够快速安全地往返于不同地点。此外，它拥有出色的安全记录，是可靠且安全的运输方式。与空中和公路等其他运输方式相比，铁路系统可以承载大量乘客，同时具有生态友好和节能的特性。中国铁路是中国交通基础设施的支柱，是其主要市场。它还服务于全球市场，通过“一带一路”倡议，这是一个旨在将中国与亚洲、非洲和欧洲其他国家连接起来的重大基础设施项目。例如，CRH系列动车组采用了先进的轻型材料、创新的制动系统和能量回收技术，以提高列车的安全性和能源使用效率。中国铁路采用高精度轨道技术，确保列车平稳安全运行，提高列车运行速度的稳定性。

铁路出现之前的运输方式

中国早期运输方式

在中国铁路建成之前，中国主要的运输方式是水路、马车、骆驼、人力车、轿子、自行车等。还有一些更基础的轻轨系统，如人力车轨道和蒸汽车轨道。这些运输方式存在许多缺点，包括速度慢、运载能力低、安全性差、旅行距离短以及受季节和天气限制。由于中国的地形，大量货物需要长途运输，仅仅依靠人力或马车来运输大量材料（如煤炭）效率极低。中国的煤田分布非常不均衡，尤其是在北方和南方之间，这使得铁路作为长途运输方式的建立成为必要。 随着中国工业化和城市化进程的快速发展，对运输的需求迅速增长，市场也因此得到拓展和扩大。在这种情况下，人们对新的运输技术和方式很感兴趣，尤其是那些可以提高运输速度、运载能力和效率的技术和方式。

铁路的发明

由李鸿章提议、中国人独立建造的唐胥铁路于1876年开始建设，并于1888年投入运营。该铁路最初由马匹和骡子牵引，后来改为蒸汽机驱动。该铁路全长9.7公里，轨距为1435毫米。随后，1909年，铁路工程师詹天佑发明了“人字形铁路”，解决了承德南口和八达岭之间的高差问题。从设计到施工，中国人独立完成了所有步骤。

中国铁路的发展可以追溯到19世纪后期和20世纪早期，当时中国引进了美国和欧洲的铁路建设和运营技术。为了在中国引入火车技术，使用了多种不同的技术专业知识，包括机械工程、土木工程、电气工程、信号工程和通信工程。土木工程师设计并建造了基础设施，例如火车轨道、隧道、桥梁和车站。机械工程师设计并制造了机车和其他机车车辆。电气工程师设计并建造了信号和通信系统。交通工程师规划了铁路的路线、时刻表和物流。这些技术技能的整合促成了中国铁路的快速发展。

早期铁路

20世纪90年代，为了改善中国主要城市之间的客运交通，开始建设专线铁路。在此之前，铁路没有采用板式轨道。由于板式轨道系统具有快速运行和高可用性潜力，因此越来越受到PDL架构的关注。然而，直到2006年，中国只有短距离隧道或桥梁采用板式轨道。在实际应用中，只考虑了三种类型的板式轨道系统：预制板系统、一体化系统和弹性支撑双块轨枕系统。1999年，秦沈铁路线上首次在长桥上采用了板式轨道。（秦皇岛和沈阳之间）。这条线路全长404公里，于2003年建成通车。这是中国首条新建的高速铁路，是一条双线电气化铁路，最高时速200公里/小时。自2005年以来，中国铁路总公司一直在从德国和日本引进板式轨道技术和专业知识，以加快PDL的发展。引进的四种板式轨道系统，包括两种基型（预制板轨道和双块轨枕轨道），促成了中国铁路的两种轨道类型，CRTS I和CRTS II的诞生。

早期市场发展

中国的铁路市场可以追溯到1911年以前的清朝。1879年，英国人在中国修建了第一条铁路，1881年，中国政府修建了自己的铁路。在1937年至1945年的第二次中日战争开始时，大多数新线路建在日本占领的东北地区。随后的1945年至1949年的中国内战导致新铁路建设延误，许多铁路被毁。1949年新中国成立后，中央政府制定了铁路建设规划标准，强调通过扩展铁路系统实现国家一体化。第一个五年计划从1953年持续到1957年，铁路主要建设在西北和西南地区。从1964年到1978年，更多铁路建在西北和西南地区，这些地区远离外国入侵，被称为“第三战线”。1966年到1976年，由于文化大革命期间中国铁路发展缓慢，仅增加了8500公里新线路。^[8]随着1978年经济改革和开放政策的实施，国家交通投资的重点转向东部沿海地区，铁路发展也从新建线路转向增加北部和东部现有线路的运力。在20世纪80年代中期，由于区域发展不平衡，铁路集中在沿海地区的现有线路的扩建和电气化，而铁路资金来源也变得更加多样化。20世纪90年代中期后，中国铁路网逐渐成熟。铁路发展的重点是建设西部、东北部和中部地区的新线路，并升级现有线路，从而减少区域不平等。

萌芽阶段

在萌芽阶段，中国严重依赖铁路进行货物和长途运输。铁路发展是中国交通枢纽和经济带形成以及城市体系发展的重要核心。1894年至1895年的中日甲午战争战败后，清政府割地赔款，侵略者趁机施压，侵夺了中国铁路权益，并强行修建铁路。他们根据自己的需要，分别设计和建造了一批铁路。标准不一，设备混乱，导致中国铁路早期混乱落后。因此，1949年新中国成立后，政府制定了铁路系统整合和铁路建设规划标准的政策。^[8]这些政策深深植根于铁路萌芽阶段，并在随后的几十年中不断塑造着中国铁路系统。将铁路发展作为国家战略重点的政策至今仍在生效。

除了当时中央政府运营的铁路外，还有一些小型国有地方铁路，连接着矿山、农场、工厂和林区。中央政府鼓励建设这些小型铁路，而国家铁路系统则在小型铁路能够刺激区域经济发展时提供技术援助。^[9]

成长阶段

从历史角度看，第一个“五年计划”政策实施时代可能标志着中国铁路进入成长阶段。在1953年至1957年期间，政府高度重视交通系统的建设，超过60%的9.015亿人民币基础设施建设支出用于修建铁路。趋势图表清楚地显示了这段时间的巨大增长。此后，政府的立场有所改变，在发展铁路的同时更加重视国家安全。由于中国在20世纪60年代初与苏联断绝外交关系，以及美国介入越南战争，国家安全变得越来越重要。^[8]

根据政策，线路增长主要集中在“第三线建设”地区，包括西部山区四川、贵州和山西南部，以及河南、湖北和湖南西部。20世纪80年代中期，中央政府采取了引导东部沿海地区发展的策略，并将铁路扩张的重点转移到促进经济增长。例如，三水至茂名铁路由地方政府、外国资金和国际组织贷款共同建设。因此，资源开发、经济发展和国家安全等政策在推动中国铁路快速发展方面发挥着重要作用。

成熟阶段

中国铁路的成熟阶段始于20世纪90年代后。这个阶段被称为“走廊建设阶段”，主要目的是加强铁路走廊。在这个阶段，中央政府采用均衡发展战略，缩小区域差距，重点关注铁路欠发达的地区，如西部、东北部和中部地区。在此过程中，中国铁路快速发展，铁路建设开创了新时代。^[8]

此外，自2000年以来，中国政府大力推动高速铁路建设。这项举措的目的是提高铁路速度和效率，支持经济发展，加强区域连接。在接下来的几十年里，中国的高速铁路网快速发展和扩张，成为世界上最大的高速铁路网。截至目前，中国铁路已进入成熟阶段，铁路网更加完善高效。因此，市场竞争更加激烈，航空和汽车成为受欢迎的交通方式。为了适应市场，铁路系统也注重提高效率和服务质量，为乘客提供更好的体验。

在适应市场的同时，也受到基础设施和技术的锁定效应的限制，因为大量资金投入到现有的技术和基础设施中，给重新创新和发展更有效率的交通方式带来了障碍。然而，中国铁路可以通过高速铁路和磁悬浮列车等新技术进行改造和建设，成为更有效的交通方式。同时，创新技术还可以减少燃料使用带来的环境污染，降低能耗和排放，从而实现未来交通的可持续发展。

定量分析

公式展示

为了绘制S曲线，我们选择了1949年至2021年中国铁路的原始数据（客运量）。根据公式 $St=Smax/[1+exp(-b(t-ti)]$

$St$ 代表客运量

$t$ 代表年份 (1949-2021)

$ti$ 是 $1/2Smax$ 能达到的年份。

$Smax$ 是 $K$，代表饱和水平，是最大乘客量。

设置 $K$ 值的方法是找到实际数据的最大值，然后加上 10,000，最终成为 370,000、380,000、390,000 等等。

$b$ 是斜率。

为了确定 b 和 c，还需要采用公式 $Y=bX+c$，$Y=\ln(passenger/K-passenger)$，$X$ 表示年份。

通过公式，计算每年的值并进行比较。之后，通过比较 R 平方来确定 K 值（Smax），找到最大的 R 平方。从数据中可以看出，当 K 为 580000 时，R 平方最大。

K	560000	570000	580000
截距 (c)	-82.45692	-82.09485	-81.75231
b	0.040693	0.040499	0.040315
RSQ	0.854214	0.854768	0.855263

回归统计
多元 R	0.924804
R 平方	0.855263
调整后的 R 平方	0.853224
标准误差	0.354351
观察值	73

结果解释

图表显示 S 曲线和实际数据曲线融合良好。从 1949 年到 1957 年，中华人民共和国刚成立时，主要任务是管理国家铁路建设，曲线相对稳定。在随后的几十年里，铁路建设稳步增长。

从图表可以看出，曲线趋势缓慢上升，这可能是由于经济衰退等原因导致客运量增长缓慢。2003 年以后，由于中国铁路的技术升级和创新，铁路建设已进入成熟阶段，客运量也快速增长，超出了 S 曲线的预期。根据模型，Smax 的一半将在 2027 年达到。因此，客运量可能会继续增长，但在 2020 年和 2021 年，由于新冠疫情的影响，客运量出现了断崖式下跌，因此 S 曲线无法完美拟合。中国交通持续增长，因此图表中没有显示出经济衰退。

中国铁路客运量