运输部署案例集/2023/TGV

简介

TGV 是法国开发的高速铁路网络，连接着比利时、德国、英国、意大利、荷兰、卢森堡和瑞士等主要国内和国际城市，总长 2696 公里。1981 年 9 月，TGV 在巴黎和里昂两座主要城市之间正式开通，是欧洲最早的高速铁路之一，其成功促使欧洲其他国家也开始发展自己的高速铁路网络。

日本新干线的推出促使 TGV 项目在 20 世纪 60 年代后期开始启动。这是因为新干线旨在解决法国在主要城市之间国内旅行方面所面临的类似问题，而日本通过大幅缩短东京和大阪之间的乘客运输时间和能源消耗取得了成功。

法国还面临着现有模式在解决城市之间大地理距离方面的局限性。TGV 旨在解决主要城市之间乘客出行的主要市场，优先考虑其相对于其他交通方式的主要优势。这包括与汽车和传统铁路相比的出行时间更短，同时与航空旅行相比更易于进入且消耗的能源更少。该项目还旨在通过缩短出行时间为公民提供更多空闲时间。

如今，TGV 是世界上最快的商业列车之一，可以实现从法国往返的快速、高效的城际和国际旅行。自开通以来，轨道一直得到定期改善，并新建了线路以扩展网络。尽管其成本可行性至今仍存在争议，但可以肯定地说，TGV 的创新对欧洲客运交通的创新做出了重大贡献。

TGV 之前

现有模式

在 TGV 开通之前，城际旅行的选择有限，主要是在首都巴黎和法国第二、第三大城市马赛和里昂之间，这两座城市都位于该国的东南方向。交通方式包括公路、传统铁路和飞机。由于 TGV 的开通覆盖了巴黎和里昂之间，因此出行时间的比较仅限于这两座城市之间。

巴黎和里昂之间的公路和传统铁路出行时间相似，分别约为 4 小时 30 分钟和 4 小时。汽车旅行的额外劣势是必须在欧洲支付自己的汽油费，而欧洲的汽油税很高。乘坐传统铁路意味着乘客无需担心在繁忙的城市加油或停车，但一些乘客更喜欢私人汽车带来的多功能性和灵活性。这两座城市之间的航班将出行时间大幅缩短至 75 分钟，乘客需要在各自的机场登机和下机。

现有模式的局限性

在 TGV 开通之前，法国正在经历城际旅行的增长，这给上述现有模式带来了越来越大的压力。除了之前提到的欧洲汽油税高的问题外，汽车旅行增加了道路交通和人口稠密城市的停车需求。传统铁路面临着其接近满负荷的局限性，基础设施被认为已经过时。上述两种模式面临的最大局限性可能是长时间的通勤，如果他们能够更快地通勤，这些时间可以更实用地利用。

飞行也存在其多功能性方面的局限性。通勤者需要前往机场并办理登机手续，这增加了总的通勤时间。此外，依赖飞行来解决城际旅行的高需求量是低效的，因为与之前提到的模式相比，运营飞机消耗的能量要大得多。因此，需要一种能够有效地运输城际乘客，同时易于进入且低能耗的交通方式。

TGV 的发展

创新

为了满足上述设计要求，TGV 对之前的传统铁路设计进行了多项改变和创新。无论是硬件还是软件，都进行了改进。

火车本身进行了重大的物理改变，使其更具空气动力学，并降低能耗。最明显的变化是车头采用了空气动力学造型，降低了阻力系数，有效地使列车能够在更低的空气阻力下以更高的速度行驶。

TGV 列车组的铰接结构与之前的传统铁路设计相比有了显著改变。新的设计在车厢之间采用了车轴，而不是每个车厢在前后都有自己的车轴。这实际上意味着两节车厢通过同一个车轴半永久地连接在一起，作为前一节车厢的拖车。此外，这种设计使列车能够更低地贴近地面，从而改善了空气动力学。这些因素导致车轴数量减少，这意味着列车的重量更轻，最终导致能耗降低。除了能耗之外，这种铰接结构还通过在车厢之间连接阻尼器，改善了行驶平稳性和车厢之间的行驶，相比之下，传统铁路的阻尼器有限，乘坐舒适度相对较差。

TGV 在信号功能方面的创新也很明显。TGV 没有使用传统铁路中使用的线路旁信号，而是通过轨道传输信号信息，因为线路旁信号不适合高速运行时的读取。

早期市场发展

在TGV的开发阶段，主要市场被确定为途经最拥挤和最不方便路线的乘客。这是因为当时巴黎和里昂是法国最大的城市之一，这两座城市之间的通勤者占据了法国人口的 40%左右。此外，这两座城市之间的道路由于交通量大而普遍拥堵。现有市场包括但不限于商务旅行和度假的通勤者。高速铁路网络旨在与飞行竞争，这也成为了一种高速替代选择。

现有模式的功能增强在TGV的市场开发中发挥了重要作用。如上文所述，现有模式存在明显的局限性，而TGV的目标是提供与传统铁路相同的可达性，同时提供与飞行相当的通勤时间。在与飞机（其主要竞争对手）的比较中，TGV可以更轻松地将乘客连接到城市的不同区域，比在位于城市郊区的机场转机效率更高。所有这些都有助于减少门到门的旅行时间，并提高现有市场所需的实用性。本质上，TGV的市场开发旨在吸引那些希望通过飞机快速旅行的通勤者，以及那些希望通过传统铁路和汽车获得可达性、更低成本和更低能耗的市场。

诞生阶段的政策

法国政府在TGV开发和早期阶段都采取了各种政策。第一个也是最著名的政策是国家冠军政策，该政策补贴了新技术的研究和开发，旨在创造可销售的创新产品，并在未来寻求利润。TGV是在与协和式客机和阿丽亚娜 1 号火箭等其他法国项目同一时期开发的。

然而，TGV项目在开发的早期阶段被认为是技术上的死胡同，直到决定利用现有铁路基础设施才获得政府资金。该政策旨在逐步建设更多基础设施和新的铁路线路，分多个阶段开通，最终形成独立的铁路基础设施，而不是从一开始就为TGV建设全新的轨道和基础设施，这将被认为过于昂贵。

这一决定也受到了日本在开通新干线时遇到的财务问题的启发，新干线从一开始就建设了独立的基础设施。TGV在解决轨道开发的地理限制方面也与新干线有所不同。新干线为了绕过山区地形，在几乎笔直的线路上建设了轨道，使用了数十个隧道，而TGV轨道则沿着地形建造，以降低土方工程的成本。从日本汲取的这一财务政策使得该项目在其诞生阶段更加财务稳定。

票价政策从TGV开通之日起就由法国国家铁路公司（SNCF）实施，SNCF是TGV的国有运营商，也控制着大部分铁路网络。这包括之前由航空公司采用的基于需求的模式，票价在旺季、一周中的某一天或一天中的某个时间段会提高。票价也会根据路线目的地而有所不同。这又是一项旨在最大化模式利润的财务政策，而且是欧洲第一个将其应用于火车时刻表的国家。

TGV开通时的另一项票价政策是将票价设定为与TGV平行线上的传统铁路票价相同，以鼓励乘客乘坐。这项政策旨在向公众传递一个信息，即高速铁路不是面向富裕人口群体的优质服务，而是面向所有公众，让他们比以往更加方便地通勤。SNCF将这项政策与一项重大的宣传活动相结合，宣传了高速铁路相对于现有模式的优势，并提高了客流量。这些政策的实施，只有在该模式的诞生阶段才能实现，取得了巨大成功，并因提高了城际旅行的实用性而受到公众好评。

TGV的增长与成熟

TGV的增长

TGV由法国国家铁路公司（SNCF）开发和运营至今，这是一家国有公司。这有利于TGV的增长，因为如果没有法国政府的补贴，票价很可能会变得更高，而且可能不会将网络扩展到法国那些利润率较低的地区。由于有了补贴，该模式对公众来说更加经济实惠，而且多年来它不断扩展到法国的各个地区，这也有助于提高TGV的客流量。

TGV一直面临着运营多条线路的财务可行性问题。上文提到的政策在TGV的增长阶段是有效的，即高速铁路网络的停滞发展，整合现有基础设施，并沿着轮廓线开发新的轨道，并将土方工程量降至最低。这种保守的做法鼓励了新的出行模式的发展，并具有财务稳定性，这与日本新干线不同，新干线由于其独立基础设施的开发，从开通之日起就面临着财务困难。

从 20 世纪 90 年代中期开始，欧盟要求将铁路的国有制与火车运营分开。这促使法国创建了法国铁路网（RFF），并将其与 SNCF 分开。虽然 SNCF 仍然拥有 TGV 以及法国的其他铁路基础设施，但 RFF 专门负责铁路运营。

“全TGV”政策鼓励开发新的TGV线路，将法国所有地区连接到网络，但也遇到了财务问题，因为一些连接到人口稀少地区的线路无法吸引足够的乘客，而运营高速铁路基础设施的成本却很高。由于TGV是国有企业，因此在一定程度上控制了票价，并保持了正规的时刻表和路线，即使是那些不太受欢迎的路线也是如此。这也有助于网络的增长，以及该模式在早期和中期阶段客流量的增加，然而，SNCF 的债务在 2018 年达到了 470 亿欧元。

TGV进行网络扩展和改进

TGV 在运营过程中，其铁路网络和基础设施不断升级。轨道的累积距离从 275 公里增加到 2023 年的 2696 公里。在增长阶段，网络扩展的重点是将巴黎与各个人口稠密的城际城市连接起来。在 1983 年完成的 TGV 东部第二阶段（将巴黎和里昂连接起来）之后，TGV 大西洋于 1989 年开通，将巴黎与勒芒连接起来，并在 1990 年与图尔连接起来。大西洋线在之前的车队基础上进行了小幅改进，包括通过改变车组，提高了空气动力学性能、制动性能以及更高的功率重量比。

国内铁路网络继续扩展，主要将巴黎与其他主要城市（如马赛）连接起来，并为法国雷恩、波尔多和南锡等更多地区提供通往首都的便捷通道。与斯特拉斯堡和蒙彼利埃等其他地区城市的连接，将在未来为国际线路提供服务。

SNCF 于 1993 年开始进行国际扩张，当时开通了从巴黎到加来的线路。加来是法国北部的一个港口城市，这条线路的主要目的是通过英吉利海峡隧道（一条横跨英吉利海峡的地下铁路隧道）实现从英国大陆到法国的铁路旅行。

这标志着TGV开始吸引不同的市场，即那些希望在法国附近进行高速国际旅行的市场。TGV 继续向国际边界扩展，将各国各自的铁路网络连接到其自身网络，包括 1993 年的 LGV Nord，绕过里尔，后来在 1997 年连接到布鲁塞尔，LGV Est 通往斯特拉斯堡，连接到卢森堡和德国，LGV 莱茵-罗讷线通往米卢斯，于 2011 年连接到巴塞尔，以及通往西班牙边境的线路，于 2010 年开通。未来计划扩展到意大利和西班牙的多个地区，将多个其他铁路网络连接起来。这突出表明，SNCF 努力不断开拓新市场，为往返法国的国际旅行提供另一种选择。

在TGV网络扩展的过程中，列车本身也进行了物理升级，以提高其空气动力学性能和功率重量比，进一步降低能耗。在开发 TGV 大西洋之后，SNCF 于 1992 年推出了 TGV Reseau，最高速度从 300 公里增加到 320 公里，TGV Duplex 于 1994 年推出，将座位容量从 377 个增加到 508 个，TGV POS 于 2005 年推出，自 TGV 于 1981 年开通以来，其功率从 8800 千瓦增加到 9280 千瓦。Euroduplex 于 2011 年建成，功率和座位容量均有所增加。所有机车车辆的功率重量比在每次开发中都有所提高。

TGV进入成熟阶段

图 1：1990 年至 2019 年 TGV 乘客公里数，数据来自 SDES 和 Statista

继 2007-2008 年全球金融危机之后，TGV 于 2010 年开始进入成熟阶段。乘客数量的年增长率已经停滞，并且尽管不断开通连接国内外城市的新线路，这种趋势一直持续到今天。如图 1 所示，自 2010 年以来，TGV 的乘客公里数也停滞不前。2017 年的微弱增长是由于连接勒芒至雷恩的 TGV 布列塔尼-卢瓦尔地区以及连接图尔至波尔多的 LGV 南欧大西洋的开通。即使在开通之后，乘客公里数依然停滞不前，直到 2020 年 COVID-19 严重影响了乘客数量。因此，可以得出结论，自 2010 年以来，TGV 已经接近饱和，但乘客数量并没有下降，而是保持稳定。

TGV 的未来

法国的高速铁路在经济上越来越难以运营，在不断开通新线路后未能吸引到大量乘客的增长。各种来源对这种下降的原因及其相应的可能改变进行了不同的解释，包括不断开通进入法国相对农村地区的线路，而这些线路没有合适的业务，尽管 TGV 的维护和运营压力不断增加，这表明应该停止发展新的线路（Barrow，2015）。

另一个观点建议在现有线路中增加更多停靠站，以将市场扩展到在较小城市之间通勤的通勤者，并增加乘客数量（Levy，2020）。该论点将新干线作为比较，表明东京至大阪之间有多种旅行选择，绕过京都和名古屋，而不是像 TGV 网络中更常见的直达路线。目前，大多数 TGV 线路都从巴黎分叉。

然而，这两个观点都认为，在通过 TGV 通勤时，需要有更好的交通方式连接，尤其是在相对农村地区。通过更好地整合 TGV 和区域铁路服务（TER）之间的系统，SNCF 或许能够在区域范围内保持公共高速交通的便利性，同时降低高速铁路基础设施维护和运营的高昂成本。

尽管面临着经济上的困境，TGV 仍然是法国重要的城际高速交通服务。COVID-19 的影响给其未来带来了不确定性，随着在线商务会议的增加，人们对城际旅行的需求减少。然而，未来仍然有可能恢复正常。TGV M 是一款于 2021 年 5 月宣布的新车型，它提供了符合人体工程学的设计，将座位容量从 600 提高到 740，并通过改进的空气动力学将能耗降低了 20%。这些创新表明，人们致力于改善欧洲的铁路网络。

TGV 的生命周期分析

S 型曲线建模

可以通过 S 型曲线的数据可视化和建模来近似交通方式的生命周期。乘客公里数将用作状态度量，以确定其诞生、增长和成熟。用于生成 S 型曲线的数据来自 SNCF 发布的 2017 年 SDES 交通账户（从 1990 年到 2017 年）和 Statista（从 2010 年到 2019 年）。使用的原始数据位于附录 2 和附录 3 中，突出显示的行是用于建模的值。验证了这两个数据之间的一致性，因为它们都重叠的 2010 年至 2017 年的统计数据是等效的。1981 年至 1989 年的数据无法找到，而是 ChatGPT 通过结合多个来源估计了这些值。然而，这些值与 SNCF 发布的值不一致，因此不会使用这段时间的数据，这段时间本质上是交通方式的诞生阶段。

建模是通过使用数据来估计一个三参数逻辑方程完成的，如下所示：

S(t) = K / [1+exp(-b(t-t0)]

其中

• S(t) 是乘客公里数的状态度量
• t 是以年为单位的时间
• t0 是拐点时间，即达到 1/2K 年，由 c/-b 给出
• K 是要估计的饱和状态水平
• b 是要估计的系数

为了找到乘客公里数的估计值，使用单变量线性回归从以下方程中估计系数 c 和 b：

Y = bX + c

其中

• Y = ln(乘客公里数 / Smax - 乘客公里数)
• X = 年份

使用各种最大饱和度 K 值来确定最接近 1 的最大 R^2 值。为了实现这一点，对每个年份和各种 K 值进行单变量线性回归。然后，在 Excel 电子表格中对每年的结果使用 RSQ() 函数来找到 R^2 值。如果该值在所有测试的 K 值中都最接近 1，则使用 INTERCEPT() 和 SLOPE() 函数分别确定系数 c 和 b。然后将这些系数代回三参数逻辑方程中，计算 t0 = c/-b，最终得到预测的乘客公里数。

模型及其与数据的关系

图 2：使用乘客公里数的 1990 年至 2019 年 TGV S 型曲线

回归结果

变量	值
K	67
b	0.11874
t0	1999

结果表明，按照当前趋势，乘客公里数的饱和度为 6700 万乘客公里，达到一半饱和度的时间是在 1999 年下半年。图 2 中的估计模型显示了与数据密切的相关性。该模型显示了乘客公里数以恒定速率增长，直到大约 2010 年，当曲线梯度开始下降时，它接近完全饱和。TGV 的增长可以估计在 90 年代初到 2000 年代末之间，这也与数据相符。交通方式的诞生由于上述原因无法分析，可以估计在 1981 年到 90 年代初之间。

尽管存在这些相关性，但模型无法准确地描绘出几个趋势。第一个是 90 年代中期到 2000 年代末之间乘客公里数的增长幅度要高得多，第二个是 2009 年到 2016 年的停滞。结合起来，数据更准确地反映了交通方式成熟的开始。这可能是由于 2017 年开通新的 TGV 线路导致乘客公里数增加。总的来说，该模型在说明 TGV 的总体趋势和生命周期方面做得很好。