高速鐵路發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢研究

謝 毅 肖 杰

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司， 成都 610031)

高速鐵路自1964年面世以來，以高速、安全、便捷的優(yōu)勢受到了全世界的廣泛關(guān)注，掀起了多次建設(shè)熱潮，其蓬勃發(fā)展的勢頭，至今方興未艾[1]。當(dāng)下全球各國間的高速鐵路競賽愈加激烈，共20多個國家和地區(qū)正在修建和規(guī)劃修建高速鐵路，總運營里程超過6萬km，最高商業(yè)運營速度達(dá)350 km/h。其中，日、法、德、美、英紛紛投入到更高標(biāo)準(zhǔn)、更高質(zhì)量以及智能化、數(shù)字化的高速鐵路關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)之中，歐盟提出的以市場為導(dǎo)向的shift2Rail 科技創(chuàng)新項目、德國鐵路推出的鐵路4.0發(fā)展規(guī)劃、法國國家鐵路公司提出的數(shù)字化法鐵項目以及英國提出的數(shù)字時代下鐵路發(fā)展藍(lán)圖等[2]，都旨在提高和鞏固本國高速鐵路產(chǎn)品及服務(wù)在國際市場中的領(lǐng)導(dǎo)地位。面對競爭劇烈的國際市場，中國提出加快建設(shè)交通強(qiáng)國，將進(jìn)一步推動400 km/h級高速鐵路關(guān)鍵技術(shù)、600 km/h級高速磁懸浮系統(tǒng)技術(shù)儲備等重大科技研發(fā)，為引領(lǐng)世界高速鐵路發(fā)展奠定堅實的技術(shù)支撐。

1 世界高速鐵路發(fā)展現(xiàn)狀

高速鐵路規(guī)劃建設(shè)必須以高客流密度和高度發(fā)達(dá)的經(jīng)濟(jì)作為支撐，才能承受其昂貴的建設(shè)、運營及維護(hù)成本，這也使得世界上最先進(jìn)的高速鐵路技術(shù)誕生并得以大規(guī)模發(fā)展在人口、城市密集以及社會經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的日本、法國、德國以及中國。本文分別從技術(shù)裝備、線路建設(shè)、更高速度高速鐵路技術(shù)的推廣應(yīng)用等方面來介紹這4個國家高速鐵路的發(fā)展現(xiàn)狀。

1.1 日本

日本高速鐵路走獨立發(fā)展之路，以成熟、穩(wěn)定的新干線技術(shù)著稱，目前開通的線路總里程約3 443 km(運營中3 041 km，施工中402 km)，全球排名第3(截至2020年2月)，最高運營速度320 km/h。日本運營的高速列車種類多達(dá)11種，是世界上列車種類最多的國家，全部采用動力分散型，使得列車總功率不再受機(jī)車功率限制，同時緩解了列車高速運行對軌道的沖擊破壞。在更高速度高速鐵路發(fā)展方面，日本基于自身技術(shù)積累的優(yōu)勢，在不對既有線進(jìn)行過多特殊處理的基礎(chǔ)上開展了大量高速列車試驗，從WIN350的350.4 km/h的Star21的425 km/h，再到300X的443 km/h[3]，均創(chuàng)造了當(dāng)時世界高速列車最高試驗速度的紀(jì)錄。另一方面，日本早在1962年就開始推進(jìn)超導(dǎo)磁懸浮高速鐵路技術(shù)的研究工作，以MLX01、L0等為代表的多款磁懸浮列車，目前已達(dá)到了準(zhǔn)商業(yè)運營標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 法國

法國高速鐵路以不斷創(chuàng)造最高速度世界記錄而領(lǐng)跑全球，從1955年的331 km/h到1990年的515.3 km/h，再到2007年的574.8 km/h，法國TGV列車多次刷新了當(dāng)時世界輪軌的極限速度，并保持世界最高試驗速度574.8 km/h至今[4]。目前法國有6條高速鐵路線路，總運營里程 2 734 km，居全球第4(截至2020年2月)，最高運營速度320 km/h。TGV列車技術(shù)別具一格，采用動力集中方式，相較于世界廣泛應(yīng)用的動力分散技術(shù)，該方式具有維護(hù)成本低、車廂內(nèi)振動噪聲較小等優(yōu)勢，已被韓國和西班牙引進(jìn)，用于滿足本國高速鐵路建設(shè)初期的發(fā)展需求。

1.3 德國

德國的高速鐵路技術(shù)以城際特快列車ICE聞名全球。目前，德國高速鐵路運營總里程 1 718 km(運營中 1 571 km，施工中147 km)(截至2020年2月)，位居世界第5，已初步建設(shè)成網(wǎng)，最高運營速度320 km/h。德國高速鐵路發(fā)展從1988年研發(fā)成功的ICE-V試驗列車起步，其創(chuàng)造了當(dāng)時406 km/h的世界高速鐵路最高速度記錄，標(biāo)志著德國新型鐵路發(fā)展邁向新階段。此后，在ICE-V的基礎(chǔ)上，通過不斷改進(jìn)設(shè)計，逐步形成了以ICE1、ICE2、ICE3為代表的ICE家族。常導(dǎo)高速磁懸浮技術(shù)一直是德國高速鐵路除輪軌系統(tǒng)外的另一個重要研究方向，以TR08 磁懸浮列車為代表，其設(shè)計運營速度達(dá)到505 km/h，目前已有商業(yè)化應(yīng)用經(jīng)驗。

1.4 中國

自2004年起，中國高速鐵路風(fēng)雨兼程近17年，通過引進(jìn)、消化、吸收再創(chuàng)新到自主創(chuàng)新，取得了舉世矚目的成績，中國高速鐵路已成為閃亮的國家名片，總體水平處于世界領(lǐng)先行列。目前，中國“四縱四橫” 高速鐵路網(wǎng)已經(jīng)建成，“八縱八橫” 高速鐵路網(wǎng)加密初步成型，50萬人口以上的城市中有接近90%已開通高速鐵路[5-8]，總運營里程達(dá)3.79萬km，最高運營速度350 km/h，均居世界第一。中國高速鐵路不斷在更高速度領(lǐng)域進(jìn)行探索、研究，2010年CRH380AL高速動車組在京滬鐵路上創(chuàng)造了486.1 km/h的最高試驗速度，2014年超速試驗車CIT500實現(xiàn)了605 km/h的輪軌試驗臺試驗速度，2016年在鄭徐鐵路上實現(xiàn)了明線420 km/h的動車組交會和明洞380 km/h的動車組交會。此外，中國對超導(dǎo)磁浮、常導(dǎo)磁浮、電動磁浮等多種制式的高速磁懸浮均有深入研究，且已建成西南交大低真空管道(隧道)超高速磁浮試驗線，積極在高速磁懸浮領(lǐng)域進(jìn)行技術(shù)儲備。

2 高速鐵路發(fā)展趨勢

當(dāng)前，科學(xué)技術(shù)不斷推動高速鐵路技術(shù)實現(xiàn)突破性發(fā)展，世界政治、經(jīng)濟(jì)、科技、文化等方方面面也影響著高速鐵路的演變，創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享的發(fā)展理念深入人心，人類出行、貨物運輸需求迭代升級，使得高速鐵路呈現(xiàn)出以下明顯的發(fā)展趨勢。

2.1 高速鐵路運營速度將進(jìn)一步提升

隨著科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，交通高速化的趨勢愈加明顯。為構(gòu)建便捷順暢、經(jīng)濟(jì)高效的交通網(wǎng)，實現(xiàn)國際國內(nèi)互聯(lián)互通、國內(nèi)主要城市立體暢達(dá)，高速化已經(jīng)成為全球現(xiàn)代交通發(fā)展的重要目標(biāo)之一。各國對于速度的競爭已日趨白熱化，中國更是率先提出了推進(jìn)“全國123出行交通圈”建設(shè)的整體構(gòu)想。

(1)輪軌高速鐵路方面

俄羅斯莫斯科—喀山高速鐵路于2015年正式啟動設(shè)計工作，最高運營速度400 km/h；英國于2020年9月開工建設(shè)的高鐵2號線時速達(dá)402.3 km，預(yù)計2033年全線投入運營；日本公開的新一代車輛“ALFA-X”最高時速為360 km，正在東北新干線進(jìn)行2次/周的行駛試驗，并于2020年12月完成了360 km/h 速度等級的5G 通信試驗；中國全力推進(jìn)實施CR450科技創(chuàng)新工程，啟動了400 km/h高速列車的研制及相關(guān)線路建設(shè)工作。此外，中國正在逐步啟動實施高速鐵路達(dá)速、提速等工作。

(2)高速磁懸浮方面

日本東京品川—名古屋低溫超導(dǎo)磁懸浮高速鐵路于2014年正式動工，為世界上首條最高速度超過500 km/h高速鐵路，山梨磁懸浮試驗線“L0系”列車實現(xiàn)了603 km/h的最高載人運行速度；美國制造的超級高鐵開始測試，時速最高有望達(dá) 1 200 km；中國廣深、海南、昆楚大等多個項目均已開展預(yù)可行研究，最高運行速度可達(dá)600 km/h；西南交大真空管道磁懸浮環(huán)形試驗線進(jìn)一步驗證了人類創(chuàng)造更高速度交通工具的可行性。

2.2 高速貨運動車組為鐵路貨運注入新活力

進(jìn)入新時代，面對日益增長的高價值、小批量、強(qiáng)時效的貨物運輸需求，在運輸能力有富余的高速鐵路線路，依托高速鐵路動車組開展高速鐵路快運業(yè)務(wù)，是解決日益增長的物流需求、促進(jìn)高速鐵路更好服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要舉措。法國鐵路公司和法國郵政于1984年聯(lián)合推出了法國高速鐵路快運業(yè)務(wù)，主要運輸巴黎—里昂、巴黎—英國倫敦沿線的高附加值快捷貨物[9]，實現(xiàn)了快捷貨物朝發(fā)夕至的運輸需求。2012年，中國廣州鐵路集團(tuán)有限公司依托客運列車推出高速鐵路快運業(yè)務(wù)，包括高速動檢車和圖定動車組兩種方式。莫斯科—喀山高速鐵路專門開展了高速動車運輸輕快貨物的專項設(shè)計工作。

實現(xiàn)高速鐵路快運高效經(jīng)濟(jì)可靠的發(fā)展，一是要加強(qiáng)貨運動車組快速裝卸輔助裝備、專用地板、大開度裝載門系統(tǒng)、智能監(jiān)管系統(tǒng)等的研究，研發(fā)專用高速貨運動車組，滿足貨物運輸需要；二是要推進(jìn)高速鐵路車站相關(guān)快遞專用處理場所、運輸通道、裝卸設(shè)施以及重大樞紐城市專用高速鐵路貨站的建設(shè)，實現(xiàn)郵件快件集中安檢、集中上車，以提升運輸效率；三是要利用信息手段實現(xiàn)快件運輸過程透明化，實時更新跟蹤數(shù)據(jù)，實現(xiàn)信息共享，確?？旒踩瓦_(dá)。此外，還要借鑒國外快運業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)驗，關(guān)注沿線貨物運量、定價標(biāo)準(zhǔn)以及運營模式等關(guān)鍵問題，避免出現(xiàn)類似法國快運業(yè)務(wù)初期遭遇的窘境(法國曾因沿線快捷貨物運量不足，快運業(yè)務(wù)盈利創(chuàng)收無法彌補(bǔ)列車購買、維修和運營等成本，造成TGV快運列車一度停運)。

2.3 高速鐵路將更加注重高質(zhì)量、高效益發(fā)展

受高速鐵路建設(shè)投資大，回收周期長等的限制，全球大多數(shù)高速鐵路線路都處于虧損狀態(tài)。我國作為世界上高速鐵路成網(wǎng)規(guī)模最大、客流密度最高的國家之一，目前也僅有數(shù)條高速鐵路線路盈利，且均分布在經(jīng)濟(jì)最具活力、人口最為密集的長三角經(jīng)濟(jì)帶。近年來，節(jié)約、集約發(fā)展受到高度重視，低成本、高效益、可持續(xù)發(fā)展趨勢日漸顯著，全球在修建高速鐵路時，均十分注重建設(shè)運營成本、沿線客流支撐、盈利預(yù)期、土地占用、能源消耗等綜合效益，不再一味單方面追求速度的提升和規(guī)模的擴(kuò)張。

中國提出高速鐵路將告別早期大規(guī)模、粗放式的發(fā)展模式，通過融資模式、項目定位、規(guī)劃設(shè)計、施工建設(shè)、運營維護(hù)等環(huán)節(jié)的精細(xì)化管理，進(jìn)一步提高高速鐵路的發(fā)展質(zhì)量，逐步實現(xiàn)高速鐵路建設(shè)由規(guī)模速度型向質(zhì)量效益型轉(zhuǎn)變。在鐵路規(guī)劃建設(shè)方面，中國后續(xù)將進(jìn)一步明確項目實施需滿足財務(wù)平衡的基本要求，同時規(guī)定不同鐵路建設(shè)需滿足的客流密度、城市規(guī)模、路網(wǎng)功能等條件，避免盲目、重復(fù)建設(shè)。在運營方面，中國基于高速鐵路已有的優(yōu)勢，不斷升級服務(wù)品牌和服務(wù)內(nèi)容，通過為旅客提供高品質(zhì)、多層次、個性化、聯(lián)程式服務(wù)，開行臥鋪高速鐵路列車，打造“江海小城之旅”和“熊貓專列”等一系列獨特的“高鐵+旅游”產(chǎn)品，進(jìn)一步擴(kuò)大高速鐵路的市場競爭力。

2.4 高速鐵路向更智能方向發(fā)展

高速鐵路技術(shù)的進(jìn)步越來越依賴科技發(fā)展，呈現(xiàn)出明顯的智能化趨勢。中國立足于智能鐵路總體框架布局，利用BIM、大數(shù)據(jù)、5G通信等新興技術(shù)，打造了智能京張、智能京雄等精品工程，實現(xiàn)了運行故障自診斷、自動駕駛、智能引導(dǎo)、生物特征自動識別等功能[10]。在全球互聯(lián)網(wǎng)、人工智能快速發(fā)展的新形勢下，世界主要國家將利用新技術(shù)賦能高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展，實現(xiàn)信息化與建設(shè)管理、裝備制造、運營監(jiān)測的深度融合，加強(qiáng)既有鐵路基礎(chǔ)設(shè)施提質(zhì)升級，提高設(shè)施利用效率和服務(wù)水平，持續(xù)推進(jìn)高速鐵路智能化向縱深發(fā)展。

2.5 高速鐵路向更安全、更綠色方向發(fā)展

安全是高速鐵路運輸最基本的要求，高標(biāo)準(zhǔn)、全過程、穩(wěn)定可控的安全運營是高速鐵路永恒追求的目標(biāo)之一。為確保高速鐵路安全運行萬無一失，中國將持續(xù)完善高速鐵路系統(tǒng)安全保障體系，針對突發(fā)事件構(gòu)建精準(zhǔn)應(yīng)急體系，全方位提高高速鐵路運輸系統(tǒng)RAMS水平[11]。在基礎(chǔ)設(shè)施方面，推廣使用新材料、新技術(shù)、新工藝，提高基礎(chǔ)設(shè)施質(zhì)量和使用壽命，注重預(yù)防性養(yǎng)護(hù)、維護(hù)，及時消除安全隱患，形成集安全技術(shù)、安全管理和安全預(yù)防于一體的保障體系。

綠色一直是高速鐵路可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)在要求。近年來，中國將綠色發(fā)展理念貫穿到高速鐵路發(fā)展的全過程，廣泛采用先進(jìn)高效的綠色節(jié)能技術(shù)，努力建設(shè)與自然資源承載力相匹配、與鐵路沿線生態(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào)的綠色高速鐵路。在明確的“減碳”目標(biāo)下，中國進(jìn)一步提出了對不同線性基礎(chǔ)設(shè)施的廊道進(jìn)行整合，打造以鐵路為主的國家綜合立體交通網(wǎng)，進(jìn)一步擴(kuò)大綠色環(huán)保效應(yīng)。

2.6 高速鐵路邁向多制式發(fā)展新時代

磁懸浮高速鐵路可解決輪軌鐵路存在的黏著力不足、蛇形失穩(wěn)、高速受流等問題，具有更高的提速潛力，近年來成為世界500 km/h以上高速鐵路的研究熱點。

高速磁懸浮以日本的超導(dǎo)磁懸浮和德國的常導(dǎo)磁懸浮制式為代表，其中常導(dǎo)磁懸浮制式在我國上海磁懸浮專線得到應(yīng)用，最高運營速度430 km/h，具備良好的工程化和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景。磁懸浮高速鐵路在速度方面優(yōu)于輪軌鐵路，但具有車內(nèi)噪音大、與既有路網(wǎng)不兼容、道岔結(jié)構(gòu)復(fù)雜等缺陷，在輪軌運營速度可達(dá)到的范圍內(nèi)不具備競爭優(yōu)勢，其速度優(yōu)勢范圍主要集中在最高輪軌速度與航空運輸速度之間的空白區(qū)，即 500～800 km/h之間。

在磁懸浮技術(shù)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步構(gòu)建真空運行環(huán)境用以減少空氣阻力和噪聲，形成低真空管道+磁懸浮技術(shù)，在 1 000 km/h以上速度區(qū)間具有競爭優(yōu)勢，有望成為未來洲際陸地交通運輸工具的發(fā)展方向，美國、中國等正在推動研究的“超級高鐵”，設(shè)想最高運營速度可達(dá) 4 000 km/h，屆時北京與華盛頓將被納入2 h交通圈，輕松實現(xiàn)數(shù)小時環(huán)游世界的夢想。

3 結(jié)束語

相比于其他交通方式，高速鐵路在快速化、低碳化、集約化等方面具有突出的經(jīng)濟(jì)技術(shù)優(yōu)勢，有力地契合了現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展理念，經(jīng)過50多年的發(fā)展，成效顯著，建設(shè)項目遍布世界各地。當(dāng)下，全球各國在激烈的競爭中砥礪前行，呈現(xiàn)出更高速度、更高標(biāo)準(zhǔn)、更高質(zhì)量以及多制式協(xié)同發(fā)展的方向。鐵路運輸是各國國民經(jīng)濟(jì)的支柱性產(chǎn)業(yè)，支撐著一個密切關(guān)聯(lián)的全球經(jīng)濟(jì)社會，面對深刻變化的內(nèi)外部環(huán)境以及鐵路所自帶的復(fù)雜屬性，其未來的發(fā)展任重道遠(yuǎn)！