运输部署案例集/2024/中国高铁

中国高铁介绍

高铁（HSR）是一个铁路网络，由时速达350公里/小时的列车组成。除了列车车型之外，高铁与普通货运铁路的主要区别在于，高铁网络不能有急转弯或显著的海拔变化[1]。2007年，中国引入了高铁服务，随后在2008年推出了首条高铁线路，连接北京和天津。最初在2008年，中国只有1000公里的运营高铁线路。自2008年以来，中国的高铁网络迅速扩张，据报道，截至2023年底，网络规模已达45,000公里，并将继续增加新的线路。目前，中国有三种类型的高铁列车：C类用于城际旅行，D类为第二快的列车类型，G类为用于长途旅行的最快的列车。

高铁的创新

高铁最早于1964年在日本推出，被称为新干线，也常被称为子弹头列车。高铁不同于传统铁路，因为它可以比当时的传统列车快近一倍。将高铁与传统铁路区分开来的主要技术差异在于，高铁必须在特定的轨道上运行，这些轨道的曲线比典型轨道少，以减少脱轨的可能性。另一个关键区别是，新干线采用的是与标准列车不同的特定轨距[2]。高铁将结合并整合来自铁路和现代电力系统的技术，创造出一种高效且快速运行的列车，以满足现代消费者的需求。中国将在日本最初的高铁线路蓝图基础上，在其发展过程中进行扩展。具体来说，对于中国的高铁，有四项技术改进有助于进一步提高中国铁路系统的运营速度。这四项改进分别与铁路线路、控制系统、牵引供电系统和EMU（电力动车组）相关。随着技术的进步和安全问题的出现，轨道建设成为重点，特别是强度、刚度、耐久性、施工后的沉降和几何尺寸[3]。EMU是高速列车的重要组成部分，中国的高速列车通过改变列车的某些部件（如铝合金车体、高速转向架、牵引变流器和制动系统）对EMU进行了重新创新。这些改进使其列车车型能够达到350公里/小时的运营速度。控制系统用于控制和调节列车在车站的停靠速度。此过程通过先进的控制网络运行。牵引供电系统负责电力过程的安全性和可靠性。

中国高铁引入的影响

中国高铁的引入使得中国能够实现更高效、更快的旅行，主要目标市场是中国人和游客。此外，更多线路的引入使人们能够更便捷地到达中国多个城市，同时也改变了人们在中国旅行的方式。自中国高铁的引入及其快速扩张以来，研究发现，旅客航班数量下降了28.7%，航空旅客减少了31.8%。这些航空旅行减少带来的环境效益意味着航空交通排放量将减少，研究发现，2012年至2015年期间，净节省了176万吨二氧化碳[3]。此外，高铁还促进了区域经济发展和经济增长，这是因为高铁提高了中国的人口流动性，这意味着可以更快、更频繁地前往不同的地区。

中国高铁引入之前的主要交通方式

在2008年高铁和高铁线路引入之前，人们使用传统的火车，如蒸汽机车和电力机车，在中国各地旅行。此外，汽车和公共汽车也被使用，并且更适合短途旅行，而商用航班则更适合长途旅行。尽管由于19世纪后期铁路的早期发展，铁路网络非常庞大，但这些列车的主要缺点是乘坐不舒服、拥挤且速度缓慢，1994年的旅行速度为49公里/小时-120公里/小时。随着更多现代化列车的引入，网络中增加了200公里/小时的快速铁路[4]。这些网络的补充并没有多大程度上解决旧网络的现有缺点。另一种在中国旅行的方式是国内商用航班，也称为民航。这种方式主要用于长途旅行。这种交通方式的主要问题是，由于安全原因，航班通常速度较慢，并且常常被认为更不可靠。此外，航班的另一个缺点是，它们的频率低于高铁，且机票价格高于火车票。此外，汽车和公共汽车也是另一种交通方式。这种旅行方式的主要缺点是，由于限速和不可预测的交通状况，它比高铁慢。特别是对于公共汽车来说，它们通常被认为不舒服，并且与高铁相比，更容易出现可靠性问题。此外，长途旅行需要多次换乘公共汽车也是一个主要缺点。自中国高铁引入以来，研究表明，在有高铁线路的地方，公共汽车的载客率有所下降，国内航空旅行减少了27.9%[5]。这可以归因于高铁网络的发展，随着更多线路被添加到系统中，中国消费者有了更多理由选择高铁而不是之前现有的交通方式。

早期市场发展

在中国高铁发展初期，主要市场被确定为中国乘客，特别是公路和机场用户，因为乘客对这方面的需求不断增加，但也旨在影响乘客的交通出行模式。随着新增线路的引入，高铁的功能增强和功能发现改变了交通市场。在中国高铁引入的初期，客流量较低，因为人们还没有完全接受高铁，现有的交通方式如汽车、公共汽车和飞机仍然受到青睐。2011年，中国对高铁运营进行了政策调整。这些变化是在2011年7月温州动车追尾事故之后做出的，当时两列火车在高架桥上相撞并脱轨，造成40人死亡，200人受伤。这一事件影响了公众对高铁的信心，随后在8月，中国政府采取行动，推出了铁路降速政策，将高铁列车的运营速度从350公里/小时降低到300公里/小时[6]。此外，由于公众信心不足以及由于票价过高导致客流量低于预期，2011年8月，为了帮助提高客流量，票价降低了约5%。2012年，中国政府重新投资高铁。这项投资增加了支出预算，导致高铁的扩张，并重申了中国政府对高铁的承诺。这些新线路的引入增强了中国城市之间的可达性，随着新线路的推出，公众对高铁的认知发生了变化，因为它比飞行更便宜，旅行时间快捷可靠，且出发频率高。随着高铁客流量的增加，交通市场发生了转变，越来越多的人开始使用高铁。研究发现，随着越来越多的人开始使用高铁，其他交通方式受到了影响，从而影响了交通市场。例如，在宁波-杭州线开通后，公共汽车的载客率下降了25.89%，北京和天津的载客率下降了48.2%。随着2017年高铁客流量的增加，某些高铁线路的票价上涨了10%-50%[7]。

初创阶段的政策

中国政府部署和推出了各种政策，以实现为高铁网络设定的目标。实施的主要政策可以细分为四个主要主题，即技术开发、财政支持、高铁工程项目和安全系统，其中技术开发和工程项目是中国政府高度重视的重点。由于高铁是一个技术密集型产业，在发展的早期阶段，早期政策侧重于技术的设计和引入。例如，2004年发布了《京沪高速铁路设计暂行规定》，随着技术的进步，2008年启动了《中国高速列车自主创新联合行动计划》[8]。这些政策随后将有助于制定其他标准和规范，例如《2014年高速铁路设计规范》，有助于确保……此外，早期政策侧重于改革铁路市场，例如1998年提出的铁路运营与铁路基础设施所有权分离，以及2003年实施的铁路运营改革[8]。在此阶段，中国政府实施了多项财政资助政策，例如税收优惠和补贴，以帮助刺激高铁的发展。这些政策随后将有助于制定与改善高铁投资和融资相关的政策。关于高铁工程，中国政府实施了许多围绕高铁项目建设和运营的政策。政策的早期阶段侧重于铁路基础设施，重点关注网络规划、桥梁和站台设计[8]。后来，随着技术的不断发展，重点转向了高铁设备。随着更多高铁项目的开展，政策随后将转向项目管理。这些政策将有助于确立改善高铁网络内运输服务的重要性。中国政府密切关注高铁的安全系统。在整个高铁发展过程中，安全一直是政策的重点。在发展的初期，高铁安全主要侧重于运输安全，随后转向应急系统。这些早期政策将有助于制定《铁路安全管理条例》等法规。这四个关键政策领域是帮助制定进一步的政策和法规以改善高铁网络的基石。通过制定与投资、融资、税收和价格相关的政策，政府鼓励市场活动参与。当前的高铁政策制定主要以市场为导向，重点关注高铁的发展。中国在高铁方面取得的大部分成功都可以归因于中国政府支持的政策。

成熟阶段

中国的HSR（高铁）在2019年开始进入成熟阶段，因为可以看出客运量数据已经开始下降，并在随后的几年中遵循相同的趋势。这种趋势可以归因于许多因素，例如商业航空旅行的竞争价格更具竞争力，以应对高铁的需求，但主要驱动力可以归因于COVID-19大流行，由于人们对健康的担忧日益加剧以及最终的封锁和旅行限制，导致公共交通的使用量减少，从而对客运量数据产生了更大的影响。为了收缩和重新刺激HSR网络，中国已决定进一步扩展其网络，扩大市场，并与其他市场竞争，HSR改进了运营计划时间表并增加了列车的运力。HSR网络还在开发能够达到620公里/小时[6]速度的新型列车，并进一步发展高速铁路技术。

重塑中国的高速铁路 中国的HSR非常完美，因为它高效可靠，服务频率高，除了增加更多线路外，重塑高速铁路还可以降低票价，因为进一步的研究发现，低收入家庭的人群与中高收入家庭相比，使用HSR的频率较低，提高所有社会经济阶层的人群的可及性将对满足消费者需求产生积极的重大变化。此外，将清洁和可再生能源整合到系统中为网络供电将极大地惠及中国，因为目前存在环境问题。

中国高速铁路的定量分析 使用2008年至2021年的客运量数据对中国的高速铁路进行了定量分析。模式的生命周期可以使用S曲线进行可视化和建模，输入年度客运量数据，以确定诞生、增长和成熟阶段。用于生成曲线的数据来自Statista，并进行了估计。S(t) = Smax/[1+exp(-b(t-ti)] 其中：• S(t) 是状态度量（年度客运量）• t 是时间（年）• ti 是拐点时间（达到1/2 Smax 的年份）• Smax 是待估计的饱和状态水平• b 是待估计的系数。使用单线性回归来查找系数以查找乘客的估计值。以下公式中的特定系数c和b

Y = bX + c

使用不同的K值（最大饱和度）来确定最接近1.0的R^2最大值。为了实现这一点，对每一年和每一年使用不同的K值进行单变量线性回归。

结果与讨论

表1：年度实际数据与预测数据对比

图1：中国HSR的S曲线

从图1所示的结果可以看出，乘客的最大饱和度为25亿，并且可以在2016年观察到一半的饱和度。与实际客运量相比，预测的客运量线在初始阶段相当准确，但随着模式的持续增长，乘客和预测乘客的差异很大，因为实际数据明显大于预测数据。因此，该模型并不完全准确，因为它没有正确预测生命周期。造成这种情况的原因可能是额外线路的扩展完成得更快或提前于计划，这扩大了HSR的市场，这可能是客运量数据与预测数据不同的原因。从图表可以看出，诞生阶段是从2008年到2010年，客运量略有增加。图1所示的图表还表明，2011年至2018年期间客运量显着增加，这表明增长阶段。从2019年开始可以认为是成熟阶段，因为客运量急剧下降，但是此数据并不完全准确，并且说明了中国HSR的生命周期，因为COVID 19大流行等外部因素影响了客运量数据。

参考文献

1. 高速铁路建设：有何不同？（2023）R&S Track, Inc. 可在以下网址获取：https://rstrackinc.com/high-speed-rail-track-construction/（访问日期：2024年3月1日）。

2. Elite（2023）高速铁路建设：有何不同？，R&S Track, Inc. 可在以下网址获取：https://rstrackinc.com/high-speed-rail-track-construction/（访问日期：2024年3月7日）。

3. Lu, C.（2019）“关于提高高速铁路网络运营速度的技术探讨”，《交通安全与环境》，1（1），第22-36页。doi:10.1093/tse/tdz003。

4. LHuillier, R.C.（2019）中国高速铁路网络的演变，欢迎来到中国。可在以下网址获取：https://welcometochina.com.au/the-evolution-of-high-speed-rail-in-china-7726.html（访问日期：2024年3月7日）。

5. Chen, Z.（2017）“高速铁路对中国国内航空运输的影响”，《交通地理学杂志》，62，第184-196页。doi:10.1016/j.jtrangeo.2017.04.002。

6. Jones, B.（2022）中国令人难以置信的高速铁路网络的演变，CNN。可在以下网址获取：https://edition.cnn.com/travel/article/china-high-speed-rail-cmd/index.html（访问日期：2024年3月7日）。

7. （无日期a）中国高速铁路的发展。可在以下网址获取：https://transition-china.org/wp-content/uploads/2022/06/20220621_HSR-Study-English-Final.pdf（访问日期：2024年3月7日）。

8. Li, H. 等人。（2021）“中国高速铁路的政策分析：演变、评估和预期”，《交通政策》，106，第37-53页。doi:10.1016/j.tranpol.2021.03.019。

9. Zhang, W.（2024）中国：2023年高速铁路运营网络长度，Statista。可在以下网址获取：https://www.statista.com/statistics/1120063/china-length-of-high-speed-rail-operation-network/（访问日期：2024年3月7日）。

10. Yuan, Z.，Dong, C. 和 Ou, X.（2023）“高速铁路对中国民航的替代效应”，《能源》，263，第125913页。doi:10.1016/j.energy.2022.125913。11. Zhang, W.（2024b）中国：2021年高速铁路客运量，Statista。可在以下网址获取：https://www.statista.com/statistics/1120071/china-passenger-transport-volume-of-highspeed-rail/（访问日期：2024年3月1日）。