高速铁路(High-Speed Rail 或 HSR),或称高速铁道,简称高铁,一般是指最大运行速度在200km/h及以上的铁路,它是由适合于高速运行的基础设施、固定设备、移动设备,完善科学的安全保障系统和运输组织方法等结合起来的庞大的
铁路运输系统。
1964年,世界首条高速铁路日本新干线诞生。1981年法国TGV的开通,展示了全新的高速铁路,
欧洲掀起了一波高铁建设浪潮:1988年的
意大利和
德国、20世纪90年代的
西班牙、
比利时和
芬兰、2003年的
英国和2009年的
荷兰先后加入了欧洲高速铁路国家俱乐部; 21世纪初,高速铁路在亚洲快速发展,如2003年后的中国、
韩国、中国台湾和
土耳其。2008年8月,
京津城际铁路高铁开通后,中国改变了世界高铁发展重心,建设了数万公里的新高铁线路,购买了数千列动车组,最终成为全球高铁的领导者。高速铁路不仅是在传统铁路技术基础上提高速度的运输系统,更是对传统铁路领域的技术革命。
世界高铁网络的发展趋势显示,
亚洲国家的高铁网络长度急剧增加。世界各地都在研究高速线路的开发和实施。
截至2022年,全球有近59000公里的高速铁路线路在运营,每年有超过30亿次乘客乘坐高速列车。中国的高速铁路里程(4.2万公里)和旅客人次数(15.568亿人次)均为世界第一。
高速铁路及其基础设施概念定义
高铁一词通常指可高速运行的轮轨运输系统,广义的高速铁路包括所有使用固定轨道或管道的高速运输系统,
磁浮列车等是广义高速铁路的一种,管道运输和高速磁悬浮列车又被称为超高速铁路。
高速铁路这一概念,既有时代特征又有国际特性,
国际铁路联盟认为:19世纪时,斯蒂芬孙驾驶火箭号达到50km/h时速即可称为高速铁路;20世纪70年代,
日本在世界上最早以政府法律定义高速铁路:“列车在主要区间能以200KM/h以上速度的干线铁道称为高速铁路。”联合国欧洲经济委员会在1985年将高速铁路的最高运行速度规定为:客运专线300KM/h,客货混线250KM/h; 中国于2013年发布的《铁路技术政策》中对高速铁路的定义是:新建线路开行时速达到250km/h(含预留)及以上的动车组列车,初期运营速度不小于200km/h的铁路。,时至2023年,
国际铁路联盟依旧把运行速度200km/h及以上视为高速铁路的标志。由此可见,各国之间及国际组织之间的定义存在差异,随着科学技术的不断发展和进步,高速铁路的定义也将会随之不断更新。
高速铁路系统中包括:高速铁路基础设施、高速动车组、牵引供电网、控制与信号、车辆运营调度信息系统、运营维护等等。
基础设施
高速铁路基础设施含线路设施系统以及枢纽(车站)系统。
线路系统
高速铁路的线路设施系统主要包括路基、轨道结构、桥梁、隧道等组成部分。
高速铁路
路基主要包括基床、
路堤和
地基等部分。在列车与线路这一整体系统中,路基是重要的组成部分。高速铁路轨道结构由
钢轨、轨枕、
扣件、道床、
道岔等组成。轨道类型分为
有砟轨道和
无砟轨道,无砟轨道以混凝土或
沥青混合料取代散粒道砟道床(砟,是指铁路路基所用的小块石头)。高速铁路的高速度、高舒适性、高安全性和高密度运营决定了高速列车对桥梁结构的动力作用远大于常速
铁路桥梁,因此,对高速铁路桥梁的
刚度、整体性、耐久性有严格要求。当今世界各国的高速铁路中,日本高铁里程中各类桥梁的比例为33-61%,中国京津城际高速铁路桥梁比例超85%、京沪高速铁路桥梁比例为80%。高速列车行车速度的提升使得线路
最小曲线半径不断变大,高速铁路选线设计中出现大量隧道工程,例如:隧道在中国东南部相当部分高速铁路中的比例超过30%。高速列车的
空气动力学效应,隧道会产生微压波,
爆破噪声,瞬变压力等。
车站、枢纽
高速铁路枢纽或车站是高速铁路系统中重要的基础设施,是密集客流集散的场所。按技术作业分类,高速铁路车站分为
越行站、
中间站和始发(终到)站;按客运量高速铁路车站分为特大型、大型、中型及小型车站。
高速铁路枢纽(车站)配备的技术设施设备包括:站内线路设施、客运服务设施以及信号设备。
高速列车分类
不同属性的分类
在轮轨式列车中:
动力集中型高速列车的牵引电机和
牵引变流器设置在头车(一端或两端)其余车辆为拖车,动力分散型高速列车的牵引电机和牵引
换流器可以设置在任意车辆下,各车辆一同提供动力,但动力分散型高速列车的头车不一定是
动车。
典型的动力分散型、独立转向架车型为中国CRH系列和CR系列、
日本各系高速列车和德国ICE-3高速列车;法国TGV高速列车为动力集中型、铰接转向架;德国
ICE-1列车、ICE-2高速列车为动力集中型、独立转向架;法国的AGV高速列车为动力分散型、铰接转向架。
另外,还有带有轮距可变
转向架的自动变
轨距高速列车,实现了高速列车在不同轨距间跨线直通运行。
中国的G字头和D字头高速列车的不同:G字头和D字头列车,提供的是两种不同的运输服务,G字头高速列车是指全部或大部分以300-350km/h速度运营的列车,D字头高速列车则是指以200-250km/h时速运行的列车。C字头的
城际列车中,既有高速列车,例如
京津城际铁路;也有200km/h以下的动车组,例如运行于长潭株的城际列车
和谐号CRH6型电力动车组。
高速铁路货运列车
高速铁路货运列车是有别于客运列车的一类高速列车。国外高速铁路货运始于20世纪80年代中期,以法、德、意、西、美、日为主。
2003年,由
日本车辆制造株式会社、
川崎重工业株式会社、
东芝开始制造世界首款货运动车组列车“M250”,2004年投入使用。
高速铁路货运有三种形式:捎带货运运输;客货联挂
动力分散式列车;货运动车组专列。
国外货运列车的类型:经改造的高速客运列车(TGV邮政专列)、货运动车组专列、经改造的普通货运列车。
运输组织模式:以中心节点城市间的夜间运行为主,客货混跑,分时运行。
2011年,
英国开通了连接
英法海底隧道通往欧洲大陆的定期高速货运列车,成为世界上极少数兼顾客运和货运的300km/h等级的高速铁路之一。
中国自2016年
电子商务双十一黄金周开始试运行
广州南站长沙南之间的高速列车货运,武汉-北京之间的
邮包快递高速铁路运输。最先参与者有
中国邮政快递、
顺丰速运、
联邦快递等。主要采用的是高速旅客列车、预留高速客车空间、确认高速列车、
旅客列车行李车等车辆,及少量电子商务特快。
中国于2020年12月下线了全球首列时速350km/h的高速货运列车。
中原地区高速铁路货运尚处于起步阶段。
磁悬浮列车简介
磁悬浮铁路利用异性相吸、同性相斥的原理,以
线性电机驱动车辆,运行时车体悬浮或吸浮于
导轨之上,并保持一定间隙,磁悬浮铁路上所用车辆上所用的列车被称为磁悬浮列车。
1922年,德国人赫尔曼.肯佩尔提出磁悬浮原理,并于1934年获发明专利。经过对两大类型磁悬浮(常导吸引式和超导排斥式)的试验比较和分析,德国人认定长
定子和转子同步直线电机推进的常导吸引型列车是其研究重点,例如出口中国浦东的磁悬浮示范线的TR-08磁悬浮列车;日本人认为超导排斥式更能适应日本多地震的特点,因而一直着力于长定子同步
线性电机推进的超导排斥型列车。
动车组相关定义
动车组的组成
动车组由车体、
转向架、牵引变流、制动、车辆内部设备、网络控制、辅助供电、车辆连接等单元构成。
与传统列车由机车和车辆组成不同,高速铁路的动车组将动力装置分散安装在多节车厢,使其既具有
牵引力又可以载客,或将动力置于两端头车,这两种形式的列车都被称为动车组。
带有动力的即带有牵引电机可以驱动轮轴旋转,从而驱动列车运行的车辆被称为动车(Motor car,M车);没有动力装置的车辆为拖车(Trailer car,T车)。
动车组编组
将
动车与拖车按一定比例组合编成一列完整的列车,称为编组,高速列车一般有三种编组方式,即:固定编组、灵活编组、重联编组。在中国,一般采用8辆车固定编组,又称短编组,例如6辆动车与2辆拖车的编组,称为6动2拖或6M2T;法国TGV-R因为采用动力集中型,编组两端头车与8辆拖车,其编组为L+8T+L。为扩大单次运能,将两列具有互联互通功能的短编组列车联挂在一起,称为长编组,或重联编组。
轴重,指车轴允许负担的、包括轮对自重在内的最大的总质量。
速度
速度等级:在中国,高速列车的速度等级划分,和谐号划分为200-250km/h,300-350km/h两个等级;复兴号则划分了三个等级,即:CR200,CR300,
复兴号动车组,分别对应100-200km/h,200-300km/h,300-400km/h。
最高运营速度:是指动车组或列车在运营时所允许的持续最高速度。
最高试验速度:是指动车组或列车在试验时的最高走行速度,它是评价高速动车组或列车的速度能力和安全裕度的重要指标。
旅行速度:旅行速度=列车运行距离/(列车运行时间+列车中途停站时间)。
发展历史
高速铁路诞生前
19世纪初,铁路的建设始于
英国,在1940年前的100多年里,铁路因其大运量、低能耗和全天候的特征逐步成为世界陆路运输的主要方式,随着铁路的运营里程的增长、铁路的运行速度也不断提升。从初期的50km/h到数百公里。列车的牵引动力也从
蒸汽机逐步发展为
内燃机。这一阶段具有代表性的时间和速度数据如下:
1814年 布鲁克号 斯蒂芬孙研制的第一台蒸汽机车 6.4km/h
1830年 乔治 斯蒂芬孙 驾驶火箭号
机车 行驶速度50km/h
1903年
西门子股份公司和AEG公司的电动车组 最大速度210km/h
1931年
德国 内燃机
动车组 最高试验速度 230km/h
1938年 英国 马拉德号蒸汽机车 英国东海岸铁路 202.58km/h
1955年 法国阿尔斯通
电力机车 最大速度 326km/h
自20世纪初到
第二次世界大战前,
欧洲国家就对高速列车进行了很多试验和探索。这些不断打破记录的
机车车辆技术性能试验,为高速铁路的商业运营打下了坚实的技术基础。到1963年,旅客列车的最高运行速度达到了140-160km/h。以
德国、法国为代表的欧洲各国的高速铁路技术与
日本的技术结合,诞生了世界上第一条商业运营的高速铁路—日本新干线。
初期发展
随着1964年日本新干线的投入运营,以法国、
意大利和德国为首的欧洲国家开始了高速铁路建设,到20世纪80年代陆续诞生了法国TGV、德国ICE,意大利Pendolino等,这一时期被称为高速铁路的初期发展。20世纪中叶以来,
磁悬浮技术的研究也飞速发展,德国和日本在这个领域的研究成果很多。以下为这一时期主要的速度数据:
1964年 世界首个高速铁路系统
新干线在日本运营,0系高速列车 最高运行速度 210km/h、最高试验速度 256km/h
1976年 HST IC125内燃机车
动力分散式列车 商业运营 时速 200km/h
1979年 日本磁悬浮试验速度 517km/h
1981年
阿尔斯通公司TGV 试验速度 380.4km/h
1981年
欧洲第一款高速列车TGV-PSE在法国巴黎-里昂投运,最大运营速度260km/h
1988年 ICE-V动车组 试验速度 406.9km/h
1988年
菲亚特汽车公司公司 ERT450 Pendolino
摆式列车最大运营速度 250km/h
1988年
意大利的Pendolino和德国的ICE投入运营
扩大发展
20世纪80年代末到90年代中期,
欧盟主要
成员国的高速铁路建设陆续展开,出现了全国及
跨境高速铁路网,这被称为高速铁路的扩大发展时期,具有代表性的时间和速度数据如下:
1989年
阿尔斯通公司第二代高速列车TGV-A投运,最高速度300km/h
1989年 日本新干线300系列车 最大运营速度 270km/h
1989年 德国 磁悬浮TR-07列车 埃姆斯兰试验线 最大试验速度 436km/h
1990年 瑞典X2000摆式列车 运营速度 200km/h
1990年 法国 阿尔斯通公司 TGV Atlantique 大西洋线 最高时速 515.3km/h
世界主要高速铁路
发达国家在1994年的列车最大运营速度和旅行速度如下表:
迅速发展
20世纪90年代到2004年,法国、
德国、
意大利、
西班牙开始大规模修建本国或跨国高速铁路,逐步形成覆盖
欧洲的高速铁路网;1992年,西班牙引进法、德两国技术,建设马德里-塞维利亚高速铁路;1994年,
英吉利海峡隧道开通,第一条
英法海底隧道跨国高速铁路通车;1997年,“欧洲之星”高速列车将法国、
比利时、
荷兰、德国连接在一起;中国台湾、
英国、荷兰等从1992年起先后开始了高速铁路新线路的建设;2004年4月,
韩国第一条高速铁路 首尔-
釜山广域市(至
大邱市)建成通车。这是世界高速铁路的迅速发展期。主要时间节点和速度数据如下:
1995年 法国 阿尔斯通 第三代TGV TGV Duplex(双层高速列车) 运营时速 320km/h
1996年
日本 300X型高速列车 6辆编组 最高速度 443km/h
1999年 日本 MLX01超导磁悬浮列车5车满载 最高速度 552km/h
2000年
韩国 KTX-1 高速动车组(TGV技术)试验时速 300km/h
2000年
西门子股份公司ICE-3 列车 设计速度 350km/h
2001年 阿尔斯通第四代TGV AGV 最高运行速度350km/h
2003年 英国HS1高速铁路1号线投运
2004年 韩国KTX高速列车投运
集中发展
2004年至今,是以中国为主的国家高速铁路集中发展阶段,在中国高铁迅猛发展的激励下,
美国、
俄罗斯、
澳大利亚、
沙特阿拉伯、
印度、
印度尼西亚等国陆续制定了各自的高铁发展计划,法国、
西班牙等传统高铁大国也展示出巨大的雄心。标志性数据如下:
2007年
阿尔斯通公司 TGV-POS(又称TGV-V150)创造轮轨铁路最高速度 574.8km/h
2007年 中国CRH和谐号200km/h级
动力分散式列车投运,中国开启高铁时代。
2008年 中国和谐号CRH高速列车投运,最高运营速度350km/h
2011年 中国CRH380BL动车组 运营铁路最高试验速度 487.3km/h
2014年
意大利 Frecciarossa (红箭)ETR1000动车组投入商业运营 运行速度 360公里/小时 设计时速400km/h
2015年 日本
磁浮列车 载人试验速度 603km/h
2017年 中国复兴号高速动车组 商业运行速度 350km/h
2019年 中国
京张高速铁路实现智能动车组350km/h自动驾驶商业运营
四个时期高铁线路里程如下表汇总:
相关数据
世界各大洲(区域)高速铁路里程
世界各地的高速铁路运营里程与正在施工的、核准计划的以及远期规划的里程,如下表(单位:km):
全世界高速铁路里程前十的国家
根据
国际铁路联盟的统计数据,截至2022年9月1日,全世界高速铁路里程排在前10位的国家如下表所示(单位 km):。
目前开通、在建、已核准计划建设高速铁路的国家
目前世界上已运营及在建高速铁路的国家和地区包括中国、
日本、
韩国、
沙特阿拉伯、
土耳其、乌兹别克斯坦、
西班牙、法国、
德国、
意大利、
英国、
俄罗斯、
葡萄牙、
比利时、
荷兰、
瑞典、
瑞士、
波兰、
丹麦、
芬兰、
奥地利、
摩洛哥、
匈牙利、印度、
印度尼西亚、埃及、泰国、越南、伊朗、
以色列、
爱沙尼亚、
拉脱维亚、立陶宛、捷克、匈牙利、
塞尔维亚、
墨西哥等。
相关记录
速度
世界主要国家的高铁最大运营速度
部分国家高铁线路速度等级分布
长度
京沪高速铁路是世界上一次建成线路最长、标准最高的高速铁路。
世界最长的高速铁路特大桥,京沪高速铁路丹(阳)昆(山)特大桥,全长近165km。
截至2022年底,中国高速铁路运营里程为世界第一,共计42000km。,约占世界高速铁路总里程的三分之二。
密度
世界上高铁线路按国土面积计算密度最高的是
韩国,8.712米/平方公里。其次是
日本,8.151米/平方公里;
西班牙排第三位,7.235米/平方公里。
列车
型号:全世界共有约200种不同型号的高速列车。
数量:根据
国际铁路联盟2023年的数据,全世界共有6187列高速列车在线运行,其中中国的高速列车CRH和CR系列(含检测车)达到3314列。
旅客数据
世界部分国家近年高速铁路旅客周转量(十亿人公里)与年均增长量—数据来源:国际铁路联盟UIC
中国高速铁路年旅客人次达15.568亿(2020年)为世界第一。
中国高速铁路旅客周转量自2011年起持续保持世界第一,达到7746.1亿人公里(2019年数据)
主要技术
高速铁路技术涉及以下主要技术:
动车组(高速列车)技术
牵引与供电技术
为了给电力动车组供应
电能,需要在铁路沿线架设一套牵引供电系统,从三相
电力系统接受电能向在单相交流
电气化高速铁路中运行的高速列车输送电能,含牵引供电变电所、牵引网(馈线、接触网、轨道、回流线)数据采集与监视控制等系统。
接触网技术属于高速铁路技术难点之一。接触网的电压等级和频率因各国制式不同而不同,常规的有交流25kv/50Hz,15kv/16.7Hz,直流3kv,直流1.5kv等。中国采用的是25kv/50Hz,东西
日本因供电频率不同,分别采用25kv/60Hz和25kv/50Hz。
通信与信号及列控技术
信号与控制系统被称为基于通信的列车控制系统(Communication Based Train Control System),
欧洲有ETCS系统,日本新干线有ATC,中国采用
CTCS系统。
信号系统用来保证高速列车运行安全,实现行车调度指挥自动化,包括
计算机联锁系统、
列车运行控制系统、调度集中系统和信号设备集中监测系统,以及信号
系统安全信息传输网络。
通信系统用于传输行车等信息,包括通信线路、传输系统、数据网、电话交换系统、调度通信系统、铁路数字移动通信系统、会议电视系统、应急通信系统、同步及时钟分配系统、通信电源与环境监控系统、防雷与接地系统、通信综合网管系统。
工务工程系统技术
线路设施(
路基、轨道、桥梁、隧道)和车站设施,以及轨道安全检测技术
信息系统与管理技术
含运营与管理技术,客票与旅客信息系统技术,动车组管理技术
该系统包括以下子系统:运输计划、运行管理、车辆管理、供电管理、客运服务、综合维修。
灾害与风险防控及环境保护技术
防灾安全监控包含信息采集、信息传输和信息处理三部分,对自然灾害(风、雨、雪、洪水、地震)、轨温及火灾、突发事故、异物侵限、非法侵入进行监测或控制,长隧道、长大桥梁、
路基安全、大型车站防灾。
环境保护含:噪声及其控制、振动及其控制、
电磁干扰及防护、生态影响与防护、对大气环境、
水环境的影响与防护。
综合维护维修技术
工电供维修,动车组维修。
智能高铁技术
智能建造,智能装备,智能运营。
世界主要高铁国家
日本
20世纪50年代后,占日本面积16%的
东京到
大阪区域,既有的
东海道铁路以占全国3%的长度,承担了全国客运量的24%和货运量的23%。日本为解决日益紧张的
铁路运输问题,充分利用德、法等国家的高速列车试验经验与设计思路,依靠本国的技术力量,于1964年建成投运了世界第一条高速铁路-,该线路全长515.4km,列车时速210km/h。1966年该线路开始盈利,1972年即收回了全部投资。20世纪60年代至80年代,
日本建设并投入运营的有东海道线、
山阳本线、东北和上越新干线等,80年代以后,又继续修建开通了北陆、山形、等新干线,形成了纵贯日本国土的新干线网络。日本新干线作为世界上第一条投入商业运营的高速铁路,刺激了以法国和
德国为代表的
欧洲发达国家,在欧洲掀起了高速铁路发展的热潮。
新干线经过半个多世纪的发展,经历了多次技术升级迭代,始终保持了交流供电和动力分散这两个特点。根据
国际铁路联盟2022年9月统计的数据,日本现有3081km的新干线处于运营状态,402km的高速铁路正在施工,另有192km线路计划已核准。按照
日本的规划,其设计时速505km/h的
磁浮列车将于2027年投入使用,连接
东京与
名古屋市的磁悬浮线路正在修建中。日本高速铁路密度位列世界第二。
法国
法国的高速铁路机车的发展,与
第二次世界大战后的法国铁路公司的路易斯.阿曼德总经理及两位
电力机车研发部门主管马塞尔.伽罗和费尔南多.努维密不可分,他们向
美国购买了交流
电气化技术,由此生产的电力机车于1955年3月以331km/h的瞬时速度打破记录。试验为法国的高铁研发积累了宝贵经验。1965年,
SNCF(SNCF)开始拟定计划,并定名为TGV(Train à Grande Vitesse)。1966年,法国国铁设立高速铁路技术研究局,正式启动TGV计划。1981年9月27日,法国开通了TGV东南线,运营速度为260km/h,十年收回了营建成本;1989年开通TGV大西洋线,最高车速300km/h,1993年开通TGV北方线,穿越英吉利海峡隧道通往伦敦,并与
布鲁塞尔、
科隆、阿姆斯特丹相连,1997年,欧洲之星开始在这条线路运行;1994年,TGV东南延伸线开通,1996年开通TGV
巴黎地区
联络线,2001年TGV线开通,意味着纵贯法国的高速铁路干线建成;2007年和2016年,东线高铁开通,连接法德边界,2011年,
里昂斯特拉斯堡高速铁路通车。2017年,两条
大西洋线的延伸,连通了
波尔多和
雷恩足球俱乐部。法国高铁路网和TGV高速列车的服务,作为泛欧高速铁路网最重要的组成部分之一,已经连接了法国周边所有国家:
英国、
比利时、
西班牙、
德国、
瑞士、
意大利、
卢森堡。根据
国际铁路联盟2022年9月统计,法国运营的高速铁路线路长度为2735km,另有1735km的线路为远期规划里程。
德国
1965年,德国高速列车的研发提上日程,德国联邦铁路DB(Deutsche Bundesbahn)在当年6月举行的
慕尼黑运输展览会上展示了DB Class 103电力机车,该车运行速度达到200km/h。1974年,DB Class403高速动车组上线以200km/h速度运行,1985年,DB Class410动车组成为德国历史上第一个超过300km/h速度的试验快车。设计速度350km/h的高速列车ICE-V于1985年12月7日即德国铁路150周年纪念日登场,1988年5月1日,该车在汉诺威-线路上创下406.9km/h的
世界纪录。德国高速铁路网由改造的旧有线路(最高速度200km/h)与新建高速路(最高速度250-300km/h)混合组成。客货列车混合运行。汉诺威-
符兹堡和曼海姆-
斯图加特于1991年投入运营,首批ICE-1型高速动车组投入运行,运营速度280km/h的,1998年,汉诺威-柏林铁路投入运营,2002年8月1日,运营速度300km/h的科隆-
法兰克福线路开通,(这是世界上
坡度最大的高速铁路)是德国第一条客运专线,此线路上的ICE-3型高速列车最高运行速度330km/h。2006年,
纽伦堡因格尔斯坦特高速铁路开通。到2007年,
德国开通了连接周边
荷兰、
比利时、
瑞士、
丹麦、
奥地利、法国的高速铁路线。德国的高铁新线、提速既有线和普通铁路均采用15kv、16.7Hz交流供电。2022年9月统计的数据显示,德国运营的高速铁路里程为1571km,147km的线路正在施工,另有81km的线路计划业已核准,远期规划尚有210km的里程。
中国
1978年,邓小平访日并乘坐
新干线,是中国高速铁路孕育期的开始。1990年代起,中国铁路技术人员先后研制了大白鲨号、
DJJ1型电力动车组和
先锋号电力动车组、及最高试验速度达到321.5km/h的
中国铁路DJJ2型电力动车组号电力动车组(2002年),以及神州号和庐山号内燃动车组等,为随后中国高速铁路的发展积累了经验。1997年起至2007年,中国铁道部组织了6次铁路大提速,先后开行了夕发朝至列车和时速160km/h的快速旅客列车;2004-2005年,铁道部组织
中车青岛四方机车车辆股份有限公司、北车
中车长客股份公司、唐山客车、先后从日本川崎、
阿尔斯通公司、德国
西门子股份公司以及
加拿大庞巴迪公司引进技术,于2007年开行CRH动车组,时速200km/h提速线路达到6003公里。其中干线提速区段的时速为200-250km/h。中国正式进入了高速铁路时代。
中国高速铁路的路网建设始于1999年8月开工的
秦沈客运专线。国务院审议通过的《中长期铁路网规划》规划建设了“四横四纵”客运专线。2005年,中国启动了高速铁路线路建设相关技术的引进工作,引进了国外的
无砟轨道、高速
道岔和
扣件技术。2008年8月,
京津城际铁路高铁正式开通,最高运营速度达到350km/h,2009年12月,武广高铁正式运营,2011年6月,
京沪高速铁路投入运营;2012年12月,
哈大高速铁路建成运营;全长2298km的京广高铁全线通车;2014年7月,投入运行3年的京沪高铁正式盈利;2014年12月,兰新高铁投入运营。2016年7月,在“四横四纵”高铁客运专线基本建成的情况下,重新布局《中长期铁路网规划》(2016-2025),规划了“八横八纵”高铁主通道。在此基础上,规划区域连接线和城际客运铁路。截至2022年末,中国高速铁路里程达4.2万km;占世界高铁总里程的三分之二。2024年6月6日,陕西省委副书记、省长赵刚介绍,陕西通过连通大动脉、畅通内循环、服务新高地等工作构建现代综合交通运输体系,中国家规划的八纵八横高铁主骨架有4条经过陕西,
西安市到
延安市、西安到
重庆市、西安到十堰五条高铁项目正在加快建设,2028年将实现市市通高铁,通车里程超2000公里。
经过十多年的引进消化吸收创新,中国的高速铁路与世界先进水平的差距不断缩小,但在高铁关键核心技术的完全自主可控方面仍有待提升,在基础性、前瞻性和关键共性技术研究上仍待有原创性的突破。
西班牙
西班牙既有铁路轨距1668mm,但
西班牙高速铁路采用了
轨距1435mm。20世纪80年代,西班牙开始客运专线的规划建设,1987年,
马德里塞维利亚高速铁路开始动工,1992年,西班牙开工建设了最高设计时速350km/h的马德里-
巴塞罗那高速线,该线于2008年开通,在建设高速铁路线路的同时,西班牙的高速
动力分散式列车制造商也通过与阿尔斯通、西门子和庞巴迪及
意大利公司合作,不断开发新型高速动车组,形成了多国技术平台共存的高速列车体系。2002年,TALGO与庞巴迪联合研发的动车组创下365km/h的速度,2005年正式上线提供服务,2004年,投入运营以ICE-3为基础改进而来的Valaro E型高速列车,其运营速度达到350km/h,2013年开通了
巴塞罗那到西法边境城市费戈拉斯的高速铁路,意味着
西班牙与法国的高速铁路正式会合。从1966年起,TALGO公司在解决西班牙铁路不同
轨距线路互通方面做出努力,最终研发了列车
轮对内侧距可调的
转向架,使得西班牙成为该领域的技术领先者,创造了世界独一无二的可变轨距高速列车。西班牙铁路RENFE以正点率高闻名,承诺因公司问题造成5分钟以上AVE列车延误,将全额退还票款。根据2022年9月的数据,西班牙是世界高速铁路里程排名第二的国家,运营里程为3661km,此外,1055km的线路处于施工状态,还有863km的里程计划已经核准。
西班牙的高速铁路密度为世界第三位。
意大利
意大利是
欧洲最早提出高速铁路建设意向并开工建设的国家。1966年意大利出台高速铁路修建计划,1970年,意大利开工建设罗马-
佛罗伦萨高速铁路,1987年建成,初期列车速度180km/h,1992年提升为250km/h, 1998年米兰-
博洛尼亚线改造完成,车速提升为300km/h,2000年,都灵-博洛尼亚高速铁路建成,2001年米兰-
威尼斯线完工,2009年建成米兰-都灵高铁。意大利语的“快速
电气化列车”为“Elettro Treno Rapido”,因此,意大利的高速列车均以ETR系列命名。1982年,
菲亚特汽车公司公司从
英国买断APT-E
摆式列车专利,在此基础上,研制了
意大利第一台高速摆式列车ETR450 Pendolino,1988年投入使用,最大速度250km/h。此后,Pendolino
动车家族的规模不断扩大,如ETR460、ETR470、ETR480等,1988年,ETR500
动力分散式列车问世,1993年投入商业运营;随后,意大利利用法国AGV技术,定制了ETR575动车组;2014年夏天,最高设计时速400km/h,最大商业运营速度360km/h的Frecciarossa ETR1000高速列车投入商业运营。
意大利国铁(FS)运营的高速铁路采用红箭、银箭、白箭三个品牌,对应时速300km/h的高速列车、250km/h的Pendolino动车组、200km/h的既有线路提速高速列车。2022年9月统计的数据表明,意大利运营的高速铁路里程为921km,另有327km线路处于施工阶段。
瑞典
瑞典在20世纪80年代末,对
斯德哥尔摩马尔默市和斯德哥尔摩-马德堡线路进行了提速改造,以满足
摆式列车200km/h的要求,根据自身铁路弯道多、曲线半径小的特点,经瑞典国铁(SJ)与ABB公司多年研究,研制了X2000型摆式列车,于1991年投入运行,(后续还研制了XZ、XC型摆式列车),这台著名的摆式列车,成为瑞典进入高铁时代的标志。X2000运营速度200km/h,最高试验速度达到276km/h。该车的结构与意大利Pendolino、日本国铁的动力分布式摆式列车完全不同,令该车在通过弯道时比普通列车最多可以提速50%。中国向
瑞典租用了一列X2000,于1998年8月底正式投入
广深铁路运行,在中国和谐号高速动车组运营前,被命名为”新时速“的X2000一直是中国最高端的客运列车。除X2000(X2或SJ2000)外,X3、Regina、X40等车型也在瑞典运营。瑞典规划了
斯德哥尔摩马德堡与斯德哥尔摩-
马尔默市的时速300km/h新线,瑞典运营的高速铁路里程为860km, 214km处于施工阶段,另有338km的计划里程已经核准。
韩国
2004年,韩国引进法国TGV技术的-釜山线开通运营,最高行车速度305km/h。韩国在
亚洲第二个建成通车的高速铁路系统,KTX为韩国高速铁路和高速列车的品牌,韩国设计制造的高速动车组KTX-1和KTX-山川,与法国TGV相似,既可以在本线运行,也可以通过联络线下至通过电气化改造的既有线运行。为适应韩国的大客流,KTX-1采用L+18+L的超大编组和13560kw的大功率运行。虽然韩国高铁运营里程只有873km,另有49km线路处于施工状态,但韩国是世界上高铁线路按国土面积计算最密集的国家,每平方公里8.712米,
美国
美国2000年12月开始运行在其波士顿-纽约-
华盛顿哥伦比亚特区之间的高速列车Acela Express,运营速度240km/h,是
庞巴迪公司与
阿尔斯通公司联合制造的源于TGV技术的
摆式列车,受限于美国严格的碰撞安全规定,该车的轴重达23.25吨,远超世界其他国家的轴重。由于历史原因,东北走廊的铁路有三种不同的供电制式(12kv/25Hz、12kv/60Hz、25kv/60Hz),高速列车需要适应三种不同电压。按计划,该列车在2021年起,由阿尔斯通生产的新一代高速列车Avelia Liberty 取代。2022年统计数据显示,
美国运营中的高铁里程为735km,施工中的线路为274km,核准的计划线路里程是1278km,除此之外,有3784km的线路为远期规划。
英国
不同于法、德、意等欧洲大陆国家,英国的高速铁路建设略显保守,虽有1973年6月11日 英国的HST(即高速列车)
内燃机车达到了230.5km/h;1975年 HST内燃机车动车组的商业运营达到平均时速201km/h;1996年开工、2007年完工、设计时速300km/h的HS1(
1号高速铁路)将伦敦圣潘克拉斯车站到
英法海底隧道连接起来,但英国的发展重点是既有线提速到200km/h及以上,因而线路质量、速度、发展水平略显落后。2011年,HS1开通了连接英法海底隧道通往欧洲大陆的定期高速货运列车,成为世界上极少数兼顾客运和货运的300km/h等级的高速铁路之一。连接英国伦敦与中北部
伯明翰到
曼彻斯特的HS2(
2号高速铁路),计划2033年投入运行,计划最高时速360km/h,建成后有望成为
欧洲最快高铁。
英国除Eurostar300和Eurostar320两款
国际列车,另有11款高速列车在国内运行,以谱系繁杂、涂装多样、内(
内燃机)电(电动)并举为特色。
世界各国高铁计划
根据UIC的预计:每年有超过30亿次乘客乘坐高速列车。高速铁路正在世界各地持续发展;目前,全球有近59000公里的高速铁路线路在运营。30年后,这一数字将至少翻一番。
世界高铁网络的发展趋势显示,
亚洲的高铁网络长度急剧增加。世界各地都在研究高速线路的开发和实施。截至2022年9月,全球高速铁路中,正在运营、施工建设、已有核准计划、已有远期规划的国家合计44个,其中共有20个国家正在运营高速铁路;18个国家的高速铁路正在施工阶段,其中7个国家尚未有高速铁路投入运营;8个国家目前只有远期规划,全球正在施工的高速铁路有19759km,已经核准的高速铁路计划里程达到19594km,远期规划更达到33607km,如果这高速铁路全部建成,世界高速铁路里程将超过130000km,其中
亚太地区将超过84000km,中国将有超过65000km的高速铁路。
高速铁路品牌与动车组制造商
法国TGV
自1976年开建TGV东南线起,法国高铁始终保持了世界高速铁路研究的前沿地位,以对速度目标的研究水平遥遥领先。由于法国在高速铁路的技术和运营方面的成功,使得TGV成为法国高速铁路系统的代名词。法国在实施高速铁路计划之初,对当时日本新干线存在的造价高、动力分散维护复杂、编组缺乏灵活性、
受电弓接触不良、乘客舒适度欠佳等问题进行了针对性研究,提出相应策略,形成了TGV动力集中式动车组、铰接式
转向架、采用交流无换向器
同步电机等一系列特点。1990年,TGV高速列车在大西洋线创造了515.3km/h的新纪录;1996年,
欧盟各国联合协商确认以法国TGV技术为全欧高速客车的技术标准。法国是最早出口高速列车的国家。TGV列车整体稳定性和舒适性、
空气动力学性能、可靠性和可维修性均被称道,TGV可以通过联络线与既有铁路直通运行,在法国的服务运营里程超过6000km,极大扩展了高速路网的辐射范围。TGV 技术出口至
韩国、
西班牙、
澳大利亚、
美国等国,是运用最广泛的高速轮轨技术。第四代TGV被命名为AGV,在同样线路上可以比TGV以更快的速度行驶,并采用了大量可回收材料制造。AGV车型以永磁电机、铰接式
转向架、动力分散式布局、灵活编组为特征,被
意大利铁路公司用于其ETR575动车组。截至2023年,法国TGV列车生成了6款车型和两款以TGV技术为基础的国际高速列车:从第一代TGV-PSE,到TGV-A、TGV-R(全法通用型)、TGV-D(双层车)、TGV-POS (创造轮轨最高速度574.8km/h的车型)、EURO Duplex(泛欧-双层车)、Thalys(大力士)PBA 、Thalys PBKA (该车由于运行在四种电压等级和法、比、德、荷不同铁路线路上,配置了7套不同的信号系统,为世界之最)、EuroStar E300(通行英法海底隧道间的首款国际高速列车);根据阿尔斯通公司的消息,2022年,最新的TGV M 动车组已被订购了115列,预计将于2024年投入运行。
德国ICE
德国作为
欧洲第二个拥有高速铁路的国家,是高速铁路领域重要的技术原创国和技术输出国。ICE的原意是城际高速列车。DB Class 403电力动车组是ICE的前身,1974年9月29日投入不来梅-慕尼黑城际运输服务,运营速度200km/h,1985年3月,设计时速350km/h、试验速度324km/h的 ICE-V诞生,在1988年5月1日创下406.9km/h世界记录后,ICE-1型量产型动车组启动,并于汉诺威-维尔茨堡和曼海姆-斯图加特高速铁路开通后投运。20世纪90年代,ICE穿越了
瑞士边界,实现了苏黎世-法兰克福等线路的国际直达运输。一般认为,ICE技术在传动部分与TGV和新干线技术相比较为先进。ICE系列高速列车目前有ICE-1、ICE-2、ICE-3、ICE-3-407、ICE-4、ICE-T、ICE-TD共计七款车型,其车型的发展经历了从动力集中到动力分散的过程。ICE是
欧洲铁路网重要的服务载体。ICE-3是ICE系列首次采用动力分散式编组的列车,在相同能耗下、极大提高了列车的稳定性、动力效率和爬坡能力,拥有更大的坐席容量、更均匀的重量分布、更好的牵引性能、降低了线路负载等,据德国联邦铁路公司计算,第三代ICE比飞机和汽车更节能,在载客50%的情况下,每人每百km的能源消耗折合汽油不到2升。ICE技术在
瑞士、奥地利得到了欢迎,并被出口到荷兰、西班牙、中国(CRH3系列)、俄罗斯等国。以ICE-3发展而来的”Velaro”系列已开发4代,已经运行在
德国、荷兰、比利时、瑞士、西班牙、法国、中国、俄罗斯、英国、土耳其等国家。预计“Velaro NOVO”将于2023年投入使用。德国新开发的第四代动车组ICE4降低了最高运营速度,其目的就是为了节能。德国铁路DB已向西门子订购了价值53亿欧元的ICE-4,预计到2030年,将有300列ICE4投入运行,用于取代老旧的ICE-1和ICE-2,据预测,未来德国铁路长途运输70%的营业额将来自ICE-4。三相交流传动技术、计算机控制的机车牵引及列车控制技术、低能耗噪声空气动力学等高新技术的应用,使得列车运行控制更安全,牵引控制更成熟。
日本新干线
新干线是
日本新建高速铁路的代称,与既有线对应。新干线已由最初的线路概念,扩大为包含高速列车在内的整个系统。1941年,日本开始实施“标准轨新干线”计划,希望用时15年,修建日本东京至
下关市的970公里标准轨高速铁路新线,
太平洋战争爆发后计划停止。
第二次世界大战后,日本为修建新干线,派遣技术人员赴美、英、德、意等先进国家引进技术。到新干线正式开通前,日本列车突破200km/h的记录。
东海道新干线采用的列车调度与
数字技术,使列车发车间隔缩短到5分钟;将运行准时率误差控制在1分钟以内。动力分散型
动力分散式列车,成为
新干线技术的代名词。
日本综合防灾系统与新干线调度中心系统相连接,对地震、台风、雨量、落石、积雪、水位检测报警,及海底隧道涌水、火灾报警等均可以第一时间反馈数据。为与法、德等国竞争,日本不断开发新型系列列车,1997年
新干线500系电力动车组以300km/h的最高运营速度,成为当时世界上运营时速最快的高速列车,2020年,日本新建造的400km/h动车组“
阿尔法·罗密欧X”开始在
东北新干线上开始试运行和媒体试乘,最高运行速度达到382km/h,预计该车型将于2030年代替现在运行速度320km/h的E5和H5,实行360km/h商业运行。
新干线建成以来,日本高速铁路技术持续保持创新优势。目前,新干线形成了
东海道和东北线两大派系,共计16款高速列车的谱系。东海道、山形、九州线,共有0系,100系,
新干线300系电力动车组,
新干线500系电力动车组,
新干线700系电联车、
新干线800系电力动车组和700N系共7款车,特色是大编组和极端轻量化;
东北地区线则包括了东北、
北海道、
上越市、
北陆新干线、山形、秋田迷你线,
新干线200系电力动车组,
新干线400系电力动车组、
新干线E1系电力动车组、E2、E3、E4、E5/H5、E6、E7/W7共9款车型,以高寒耐风雪和编组灵活为特点。
中国和谐号与复兴号
和谐号
CRH 系列 即和谐号高速
动力分散式列车,是引进国外技术生产的各型高速列车的统称。2004年,中国各生产厂商在外方技术总负责的前提下,开始对引进技术的系统学习和消化吸收。
庞巴迪公司、
川崎重工业株式会社、
西门子股份公司、
阿尔斯通公司分别向中国提供了
和谐号CRH1型电力动车组,
和谐号CRH2型电力动车组,CRH3,
和谐号CRH5型电力动车组车型,并各自转让了250km/h和300km/h以上时速的高速列车技术。
运用引进技术生产的和谐号动车组的国产化率达到70%以上,建立起中国高铁制造工艺标准和技术体系。研制了长编组
动力分散式列车、卧铺动车组、耐高寒动车组。
2008年2月起,科技部与铁道部通过共同制定《中国高速列车自主创新联合行动计划》,组织科学院所、重点高校以及国家级实验室和技术中心,数百多家企业和数十家中央级研究机构,在引进的高速动车组的基础上,研发生产了350km/h及以上时速高速列车CRH380系列:2010年12月,
和谐号CRH380A型电力动车组高速列车跑出486.1km/h的时速,创造世界轮轨运营铁路最高速度记录,CRH380M曾在实验室滚动台上跑出过605km/h的速度纪录。CRH380系列的下线,意味着中国踏入了世界高铁先进技术国家的门槛。
复兴号
为解决和谐号动车组对国外供应商依赖度高;不同引进平台的动车组标准不统一,运营维护成本大,运营效率不高等问题,2012年,中国开始研发拥有自主
知识产权的动车组。在CRH380高速动车组的基础上,中车青岛四方、中车唐山与
中车长客股份公司分别研发了拥有全部知识产权的、最高运营速度 350km/h (试验速度420km/h)的复兴号高速动车组:
复兴号CR400AF型电力动车组与
复兴号CR400BF型电力动车组 。
复兴号动车组于2017年9月21日,复兴号动车组在
京沪高速铁路实现运营速度350km/h。与和谐号动车组相比,复兴号CR400动车组的车体、
转向架、牵引、制动、网络等关键技术拥有自主
知识产权,大量采用中国国家标准,同时采用了一批国际标准和国外先进标准;复兴号提升了整车性能和主体结构设计寿命;采用全新低阻头型,降低了运行阻力和能耗,增大了载客容量;与此同时,复兴号更加智能化和人性化;车辆的运维便利性大大提高;大量应用传感技术,对全寿命周期有了更好的安全保障。2016年,时速250km/h的CR300动车组研究立项。为中国高速列车走向世界提供条件。
中国复兴号技术已经进入海外市场。
根据
国际铁路联盟2023年的数据,中国在线运行的高速列车CRH和CR系列(含检测车)共计3314列,占世界高速列车的一半以上。
摆式列车技术
包括
意大利Pendolino技术、
瑞典X2000技术、
西班牙TALGO技术等。第一台摆式列车于20世纪40年代由
美国制造,1950年从美国运到西班牙运用。自50年代在欧洲开始研究并迅速推广应用。现在掌握摆式列车技术并推广应用的主要国家有:意大利、瑞典、西班牙、美国、法国、
德国、
日本、
加拿大、
英国、中国等。
日本新干线与法国TGV的比较
世界各国高铁技术的联系
世界主要高铁动车组制造商
自21世纪的第二个十年,世界主要高速列车制造商之间的并购与重组不断发生:
CSR与北车的合并诞生了世界规模最大、品种最全、技术领先的
轨道交通装备
供应商中国中车集团;
日立制作所收购
意大利的高铁及轨道交通制造商安萨尔多布雷德;
阿尔斯通公司收购
庞巴迪公司轨道交通业务使之超过
西门子股份公司成为世界第二大轨道交通装备供应商等,无不意味着在高速铁路领域的竞争日趋激烈。
政策与技术规范
高速铁路的发展可以有效带动关联产业技术进步,促进国家科技水平全面提升。因此,很多国家将发展高速铁路视为国家战略性产业予以重视。
2008年,
欧盟出台了铁路互通性指令2008/57/EC, 该指令被认为是1996年关于泛欧高速铁路系统互通性的96/48/EC指令和2001年关于传统铁路系统互通性的2001/16/EC指令的融合,以该指令为基础,互通性技术规范(TSI)为实施规则,对涉及欧盟各国铁路的各个方面的设施、能源、控制和信号及车辆等予以了详尽的规定。为欧洲铁路网的标准化和互联互通提供了保障,也为世界各国铁路技术的协同发展提供了有益的借鉴。
2016年,中国国家研发计划”先进
轨道交通“重点专项”400km/h及以上高速客运装备关键技术“专题正式启动。
2017年,中国国家发改委印发《增强制造业核心竞争力三年行动计划(2018-2020)》发展高速、智能、绿色铁路装备。
2020年8月,中国《新时代交通强国铁路先行规划纲要》发布,明确到2035年,高速铁路里程达到7万公里左右,50万人口以上城市高铁通达。未来将重点建设高铁网主通道缺失段,优化提升沿江高铁主通道。《规划纲要》指出,要加快复兴号系列化
动力分散式列车研制,研究新一代高速动车组、智能动车组、城际及市域动车组、研发高速货运动车组。
2020年,
欧盟宣布2021年为欧洲铁路年,推进欧洲铁路单一区域建设,打造无国界的欧洲铁路网,在2021年欧洲铁路年结束时,
欧盟委员会发布了目标为至2030年高铁客运量翻番、至2050年再翻一番的计划。按此计划,互通性技术规范修订在2022年完成。
2022年2月,欧盟宣布正式启动“欧洲铁路计划“(EUROPE's Rail)”,该计划涵盖交通管理、车辆、基础设施和服务等领域的研究与创新,目标是通过消除互联互通的壁垒,提供完全集成的解决方案,以实现一个高性能的、一体化的欧洲铁路网。欧洲铁路计划提出了诸如:发展欧洲铁路交通管理系统(ERTMS)和支持铁路在未来运输中的关键作用、数字化和自动化列车运营、可持续和数字化铁路资产等优先发展领域。
发展趋势与展望
发展与战略
在世界范围内,高速旅客列车自诞生以来运行速度连续跃上台阶:从60年代日本新干线的210km/h,到80年代法国TGV-PES的270km/h,至90年代,法、日、德等国高速列车的运行速度已经达到和超过300km/h,21世纪的中国已将350km/h等级的高速列车投入运行。中国的400km/h等级的CR450列车已投入试验。
在世界高铁技术原创国家中,
日本注重对基础性、理论性、前瞻性技术的研究,其节能技术和双动力技术居于世界前列;以法德为代表的
欧洲,在最高试验速度、运营组织和乘客服务方面具有一定优势。除了保持传统领域的领先地位,这些国家还以前瞻性的眼光规划着未来铁路科技发展战略,2015年,
德国提出以信息化和互联网为特征的数字化发展战略,法国国营铁路公司也提出了“SNCF数字化”计划,日本预计2027年开通的东京-
名古屋市磁悬浮线路成为目前世界上在建的速度等级最高的高速铁路。
继JR东日本铁路与
丰田汽车和
日立制作所合作、德国国铁DB与
西门子股份公司合作于2022年推出氢能源列车;
西班牙Talgo公司也与
铁路建设和协助公司公司、西班牙国铁、日本丰田公司合作推进可应用于所有类型列车的氢动力列车项目。在现有技术条件下,带有
氢能的高速列车在一定的功率限制下成为可能。
轮轨技术趋势
与此同时,轮轨高速铁路呈现出以下技术发展趋势:
车体结构与动力设备的轻量化,新材料与绿色节能:通过采用
碳化硅和
氮化镓等效率更高的
电力电子器件,提高能源转换效率,采用永磁牵引
同步电机,提高牵引系统效率,牵引传动系统向大功率、小体积、重量轻、高可靠型和低成本方向发展;通过车体结构优化、采用碳素纤维等新材料和新装备的使用减重,对气动外形的优化降低阻力和能耗,
德国的下一代列车(NGT)的目标是速度提高到400km/h而能耗降低到原来的一半。
动力分散布置成为趋势:包括德国下一代高速列车在内,越来越多的高铁采用动力分散型布置。
列车控制系统网络化;物联网、传感网、列车控制网、车载传输网的多网融合
车内环境向人性化、舒适化发展,包括旅客出入车辆的便捷,列车内部空间优化利用,车内噪音、温度、光线和旅客界面舒适性的提高
列车运行和安全保障自动化,智能化;实现列车基于物联网、
大数据、卫星通讯条件下的列车自检、自诊断、自决策;实现列车的智能建造、智能装备和智能运营。
更高的速度:随着速度的提升,在探索运营时速400km/h可能性的同时,在现有列车结构下大幅度提升速度的可能性已不大,对更高速度的追求会逐渐转移到非轮轨关系的高速铁路技术方向上,例如
磁浮列车。
磁悬浮技术的发展
由于轮轨技术的动车组受轮轨、
受电弓、
转向架、牵引与制动系统、振动与噪音控制等技术的限制、高速运行稳定性及环保的限制,目前一般认为,轮轨铁路的实用最高运营速度大约是350-400km/h,超过这个速度则需要依靠气垫列车、磁浮列车等其他轨道交通工具。随之而来的,将会是磁悬浮、
管道运输等技术为代表的新的超高速铁路技术。
按目前的研究和技术发展,高速铁路由以下三种不同类别的技术构成,详见下表:
磁悬浮列车发展现状与未来
随着2015年
日本研制的磁悬浮列车试验速度超过600km/h, 不超过400km/h的轮轨技术已不再是热点,
磁悬浮技术成为新宠,美国研究的时速1000km/h的
超级高铁成为新的热点。
目前,主要世界上有三种不同类型的磁悬浮技术:以
德国为代表的常导电式磁悬浮、以日本为代表的
超导电动磁悬浮,第三种是中国的永磁磁悬浮,以特殊的永磁材料获得悬浮力。与国外磁悬浮技术相比,中国磁悬浮技术有以下5大优势:悬浮力强、经济性好、节能性强、安全性好、平衡性稳定。
与轮轨技术铁路相比,磁悬浮高速铁路具有以下优势:低噪音、无污染、安全舒适、高速高效、应用前景广阔。与此同时,磁悬浮高速铁路也有不足:磁悬浮铁路造价昂贵;无法利用既有铁路系统,必须全部新建;磁悬浮铁路的速度优势尚未凸显;发生断电时的磁悬浮铁路面临安全和救援方面的问题。
自20世纪60年代以来,德、日、美、中、韩等国陆续开展了磁悬浮交通技术研究,其中德、日两国的研究投入早,并各自突破了不同的技术模式。自2015年
日本磁浮列车实现605km/h的陆路地面交通速度纪录后,日本已开始”
中央新干线“磁悬浮铁路的建造,预计于2027年开通东京-
名古屋市磁悬浮线路。
美国的磁悬浮研究中,最令人关注的项目是真空管道磁悬浮(
超级高铁)项目。中国自21世纪初引进
德国技术建设磁悬浮试验线之外,2019年,600km/h高速磁悬浮试验样车从青岛
中车青岛四方机车车辆股份有限公司下线,标志着中国在高速
磁悬浮技术领域的突破。2021年,拥有全部
知识产权的
高温超导磁悬浮工程化样车机试验线启动,速度可达600-800km/h, 将对陆地交通带来前瞻性、颠覆性的变革。
专家认为,高速磁悬浮铁路的速度将进一步提升,将会在大客流通道线路上开通高速磁悬浮铁路,高速磁悬浮铁路的未来重点发展方向是实用化和低成本。
特点与影响
建设和管理模式
高速铁路按照建设和管理模式共有四种类型:
1.新建高速铁路双线,专门用于旅客快速运输的客运专线;
3.部分新建线路与部分既有线混合运行,承担客运和货运任务;
特点与优势
高速铁路的技术特点:
1.高速铁路是当今高新科技的集成创新成果,
2.高速度是高速铁路高新技术的核心,
3.与普通常速铁路相比,高速铁路各个系统之间的相互作用发生了
质变,
与公路、航空以及既有铁路等运输方式相比,高速铁路有以下技术经济比较优势:
1.速度优势 技术速度快,发车间隔小,行车密度大,是高速铁路最主要的技术优势,其他的优势基本由此派生。
2.运量优势 从日本新干线到
法国等高速铁路先行国家到中国等高速铁路迅速发展的国家,都以人口密度大、经济发达区域作为第一条高铁线路首选,一条双向高速铁路线路的年运量可达1.6亿人次,
京沪高速铁路年发送旅客更是达到2.1亿人次,其载客量是公路与民航无法比拟的。
3.土地占用优势 与公里相比,运送同等数量旅客,高速铁路所需基础设施占地面积为公路所需面积的25%。
4.节能优势 高速铁路每人公里燃料消耗是汽车的1/3,是中程客运飞机的1/5。
5.排放优势 根据日本新干线的资料,汽车与飞机的人均二氧化碳排放量是高速铁路的5.5倍和6.3倍。
总之,速度快、运能大、安全性高、正点率高、能耗少、占地少、工程投资低、环境污染轻、舒适度高、经济效益好是高速铁路具有的比较优势。
对社会经济生活的影响
高铁被认为是面向未来的交通方式。高速列车在实现区域一体化及在全球范围内协助建立社会经济平衡的社会方面也发挥着关键作用。
高速铁路缩短了城市之间、城乡之间、地域之间的时空距离,加快了人流、物流、资金流、信息流等
生产要素的快速流动,产生了巨大的时间节约效益。
高速铁路对于沿线城市规划建设方面的崛起和增长,有直接推动作用。赋予了沿线城市由高铁经济带所形成的城市新板块核心区域,推动了城市建设和发展。加速了地区之间商务往来,让多个地方共用科创资源或者是稀缺资源的作用非常明显。
高速铁路对区域内其他交通方式产生了影响,改变了原有的交通市场格局,促使各种交通方式发挥自身
比较优势,有利于节约资源、保护环境。
高速铁路释放了铁路货运能力,满足沿线城市物流需求。
高速铁路沿线成为经济发展最具活力和潜力的地区,推进了城市发展和
城市化,有益于就业和产业发展。
高速铁路提高了空间可达性,带来人力资本的流动,促进了产业升级,使得人口重心向沿线城市中具有比较优势的城市聚集。
高速铁路重大事故
1998年6月3日,上午10点58分,
德国,一列运载287人的
慕尼黑汉堡市的ICE-1高速列车,在名为埃舍德的小镇,由于列车的橡胶减震车轮
金属疲劳,发生断裂导致12节列车车厢完全脱轨倾覆,并撞击了混凝土立交桥,造成101人死亡,88人重伤,106人轻伤,遇难者包括2名儿童,生还者中有18名儿童,其中6人失去了母亲。此次事故是到目前为止世界上最严重的高铁事故。
2000年6月,
法国,车速近300km/h的欧洲之星列车从
巴黎开往伦敦途中在法国境内发生脱轨事故,事发路段地基因高压作用高低不平,并未得到及时检修,使得两对车轮脱离铁轨,事故造成14人受伤。
2005年4月25日,上午9点18分,
日本,自
大阪府宝冢驶往
同志社大学的JR城际列车,司机在列车经过
尼崎市的一个弯道时,没有按规定减速至70千米/小时,而是以时速170千米/小时行驶,列车没有安装监控超速的自动刹车系统,导致列车脱轨抛飞,两节车厢飞入附近公寓楼,造成107人死亡,562人受伤。
2008年1月23日,晚间20点48分,中国,北京至四方(青岛)的D59次列车运行到胶济线安丘至
昌邑市区间,撞向正在铁道上施工的施工队,造成18人死亡,9人受伤,此次事故由于施工队违规提前施工造成。
2011年2月11日,
韩国,由
釜山广域市开往
首尔特别市的KTX 的高铁列车在京道光明站附近因一颗线路换电箱内的螺丝钉没有拧紧,导致脱轨事故。
2011年7月23日,晚间20点30分05秒,中国,甬温线
鹿城区境内,同向行驶的
动车D301次与D3115次列车因
列车运行控制系统中心设备的严重设计缺陷,雷击导致设备故障,加之应急处置不力造成的列车
追尾责任事故。事故造成6节车厢脱轨,3节车厢坠桥,172人受伤,40人遇难。
2013年7月24日,
西班牙,晚间8点42分,一列由
马德里开往费罗尔的快速列车,载客200多人,在途中行驶至车站3千米处因超速行驶发生脱轨事故,造成80多人死亡,170多人受伤。
2015年11月14日,
法国,一列高铁测试列车在法国东部艾克威尔桑脱轨并坠入附近的河中,事故造成10人死亡,5人失踪,32人受伤。
2017年5月1日,
德国,晚上18点47分,945号ICE列车在
多特蒙德火车站附近脱轨,列车上共有152人,共计7节车厢脱轨,其中3节完全脱轨。事故原因是由于铁路轨道的损伤造成。