運輸部署案例手冊/2014/高速鐵路
高速鐵路 (HSR) 是一種鐵路運輸方式，它使用專門設計的基礎設施和機車車輛以高於傳統鐵路的速度運輸貨物（通常是乘客）。在世界範圍內，對 HSR 沒有一個統一的定義。歐盟在第 96/48 號指令中將 HSR 定義為包含三個要素[1]
- 基礎設施：專門為高速行駛而建造的軌道，時速至少 250 公里，或為高速行駛而升級的軌道，時速至少 200 公里。
- 機車車輛：能夠以至少 250 公里的速度安全、不間斷行駛的技術先進的機車車輛。
- 系統相容性：機車車輛和基礎設施特性必須具有極佳的相容性。
國際鐵路聯盟是本次評估定量部分資料來源，通常依賴於歐盟的定義，並指出 HSR 更注重構成系統的各要素（基礎設施、機車車輛、運營條件）的組合，而不是列車以特定速度行駛[2]。
高速鐵路作為一種交通選擇具有多個優勢
- 容量：HSR 能夠快速、安全地運送大量人員，緩解道路和空中基礎設施的擁堵[3]。
- 安全性和可靠性：與空中或道路運輸相比，HSR 受天氣條件的影響較小[4]，並且已被證明是一種非常安全的旅客出行方式[5]。
- 環境效益：HSR 每乘客公里使用的能源少於道路或空中運輸[6]。
HSR 的市場一般是連線人口稠密、相距較近的城市地區，這些地區對運輸有很高的需求。人們普遍認為，HSR 在 200 公里至 800 公里的市場距離之間最具競爭力，儘管有些人認為，根據區域特徵，HSR 在更長的距離上也可能具有競爭力[7]。
在許多國家，二戰後，汽車和飛機出行成為主要方式。雖然客運列車出行在許多地方仍然很受歡迎，但道路和機場越來越擁堵，當局正在尋找緩解這種情況的方法。二戰前，一些國家已經嘗試以高速行駛列車，但直到戰後，才開始認真努力實施。
第一條真正的高速鐵路是日本的新幹線，於 1964 年開始運營。它連線了東京和大阪，距離 515 公里。由於日本地形多山，該國的鐵路線路軌距較窄（1067 毫米），彎道較急，不適合高速行駛。因此，建造了一條全新的標準軌距線路，並修建了許多隧道和橋樑，以實現高速行駛和更大的運力。使用連續焊接鋼軌，以提高乘客舒適度，減少軌道接頭的磨損。該系統和機車車輛的最初設計允許最高時速達到 250 公里，但為該專案提供資金的世界銀行擔心該技術尚未得到驗證，因此將最高時速限制在 210 公里。幾年後，隨著技術證明是安全可靠的，該限制被解除。[8]
歐洲第一條最高時速超過 250 公里的高速鐵路是法國的 TGV，該線路連線巴黎和里昂。在日本取得成功後，法國的官員和研究人員開始研究實施高速列車。最初，計劃使用燃氣輪機技術為列車提供動力。然而，1973 年的石油危機大幅提高了價格，並明確表明電氣化才是未來方向。這迫使研究人員開發出能夠承受超過 250 公里時速的受電弓。最終決定將該新技術的初始實施路線定為巴黎-里昂走廊，因為這條走廊已經飽和，是該國最繁忙的走廊之一。與新幹線一樣，將建造一條全新的鐵路線路，這條線路將採用非常平緩的彎道以及橋樑和隧道。完成施工和測試後，該線路於 1981 年開通運營。TGV 比新幹線的一個優勢是，它使用與法國其他鐵路線路相同的軌距。這意味著它能夠使用現有的基礎設施進入擁擠的地區，而無需建造一條全新的鐵路線路。此外，如果 HSR 線路上發生事故，列車可以被引導到其他軌道上，並最終到達目的地。[9]
日本和歐洲早期的 HSR 線路都取得了成功，並迅速變得非常受歡迎。它們能夠大幅縮短與駕車相比的旅行時間，同時與航空旅行在時間上也具有競爭力，使它們獲得了很大的市場份額。HSR 最初的市場定位是兩個大型城市之間的交通流量很大的走廊，這兩個城市之間既不太近，也不太遠。正是在這些地方，HSR 的額外運力以及縮短的旅行時間和提高的舒適度使其大受歡迎，並得到了充分的利用。
在歐洲，幫助 HSR 誕生階段的一個政策是當時對航空公司的嚴格監管。在歐洲運營的航空公司受到國家之間各種運營協議的約束，這些協議規定了從票價到航班頻率再到運力的一切。競爭的空間非常小。[10]隨著越來越多的 HSR 線路投入運營，乘客從空中轉移到這些路線上的火車，航空公司幾乎無能為力地利用票價價格與 HSR 競爭，以奪回乘客。這種情況已發生改變，因為歐洲航空市場在 1990 年代初期的自由化，現在航空公司幾乎可以完全自由地決定票價、航班頻率、飛機尺寸和航線。[11]。然而，在誕生階段，對航空公司的嚴格監管幫助支撐了新的 HSR 線路。
高鐵從20世紀60年代中期到80年代初誕生以來，一直穩步增長。確切地說，何時從誕生階段進入增長階段，有點棘手。如果假設誕生階段結束時達到飽和水平 (K) 的 10%，那麼這大約發生在 2000 年左右（參見下面的定量分析）。然而，快速檢視下面的圖表可以看出，高鐵里程在 90 年代和 00 年代穩步上升，然後在 2009 年開始突然爆發式增長。因此，可以說，這就是增長階段真正開始的時候。高鐵里程的這種巨大、突然的增長，主要是由於中國開通了新的線路。中國自 00 年代中期以來一直在以驚人的速度建設新的高鐵線路，到 2013 年底，運營線路已超過 10,000 公里，是世界上最大的高鐵網路。[12] 此外，還有超過 7,500 公里的線路正在建設中，另外 3,000 公里的線路正在規劃階段。幾乎所有這些線路的最高時速都在 250 到 350 公里/小時之間。
多年來，高鐵一直是歐洲和東亞的專屬技術（除非把美國東北走廊算作高鐵，但作者不同意這種說法）。然而，最近，其他國家開始實施高鐵技術。土耳其於 2009 年開通了第一條高鐵線路，目前運營里程接近 700 公里，另有 400 公里正在建設中。[13] 他們計劃最終建成一個近 3,000 公里的網路，連線幾乎全國所有地區。沙烏地阿拉伯也在建設一條連線麥地那和麥加的高鐵線路，預計將於 2015 年開始運營。摩洛哥正在建設一條新的高鐵線路，這將是非洲大陸上的第一條高鐵線路。
在美國，高鐵一直難以贏得政客和其他政府官員的歡迎。儘管奧巴馬總統在 2009 年為高鐵專案提供了 80 億美元的刺激資金，但近年來，高鐵的動力一直難以獲得。加州選民批准了洛杉磯和舊金山之間線路的初始資金，但此後一直陷入法律和財務糾紛，最終可能導致整個專案脫軌（不是雙關語）。隨著這項技術在全球範圍內不斷進入增長階段，並且每年離成熟系統都更近一步，為高鐵支付鉅額資本成本將變得越來越令人質疑。
全球範圍內，高鐵尚未進入成熟階段。它仍然是一項正在發展中的技術，每年都在增加數千公里的軌道，還有數千公里的軌道正在規劃階段。根據下面的定量分析，預計高鐵將在 2050 年左右達到成熟階段，但未來的增長高度依賴於政府是否能夠承擔鉅額資本成本和債務，這些成本和債務不僅與建設高鐵線路有關，還與運營和維護高鐵線路有關。到目前為止，政府一直願意承擔這項任務，因為高鐵的益處已被認為超過了鉅額成本。隨著這項技術進入成熟階段，投資鉅額資本將帶來遞減的投資回報。許多高鐵的理想市場已經有了線路，因此，新的線路將建在不太理想的市場，並且可能難以吸引足夠的乘客來覆蓋成本。此外，到那時，這項技術的大部分內容將被鎖定，阻礙了可能有利於系統的創新。
本次評估的定量分析部分所獲得的資料來自國際鐵路聯盟[14]，該聯盟跟蹤全球高鐵的發展。用於分析的指標是世界範圍內高鐵線路的總里程。僅使用 2013 年或更早時間投入運營的線路。正在建設或規劃中的線路被排除在外。
為了分析高鐵的生命週期，使用了以下公式：S(t) = K/[1+exp(-b(t-t0)]
S(t) = 狀態測量值（運營總里程）
K = 飽和狀態水平
b = 係數
t = 時間（以年為單位）
t0 = 拐點時間（達到 1/2 K 的年份）
由於高鐵尚未達到成熟階段，K 未知，需要估算。這是使用普通最小二乘迴歸完成的，使用不同的 K 值進行每次迴歸。迴歸給出了 r 平方值，該值衡量估計值與實際資料的擬合優度。r 平方越接近 1，擬合度越好。
使用上述方法，確定了 K 值為 50,000 公里。r 平方值為 0.95，這表明使用 50,000 作為 K 將很好地匹配實際資料。之所以選擇此 K 值，是因為它與國際鐵路聯盟的資料相符，該聯盟將世界上正在運營、正在建設或正在規劃中的所有高鐵線路加起來。此項總計約為 54,000 公里[15]。考慮到這一點，K = 50,000 似乎是對高鐵里程飽和度的合理估計，因為一些正在規劃的線路可能不會建成，而另一些目前尚未規劃的線路最終可能會建成。使用 50,000 作為 K，拐點時間 (t0) 為 2023 年。這是高鐵總里程停止以越來越快的速度增長的年份。這也是高鐵大約處於其增長階段中途的年份，此後的每一年都將越來越接近成熟階段。假設成熟階段開始於 K 的約 90%，這將在 2050 年左右發生。假設誕生階段結束於 K 的約 10%，這發生在 2000 年，儘管爆發式增長大約要到 9 年後才會開始。
| 年份 | 新增里程 | 總里程 |
|---|---|---|
| 1964 | 515 | 515 |
| 1972 | 161 | 676 |
| 1975 | 393 | 1069 |
| 1981 | 569 | 1638 |
| 1982 | 735 | 2373 |
| 1984 | 74 | 2447 |
| 1985 | 27 | 2474 |
| 1988 | 90 | 2564 |
| 1989 | 291 | 2855 |
| 1991 | 361 | 3216 |
| 1992 | 703 | 3919 |
| 1994 | 450 | 4369 |
| 1997 | 316 | 4685 |
| 1998 | 189 | 4874 |
| 1999 | 62 | 4936 |
| 2000 | 362 | 5298 |
| 2001 | 259 | 5557 |
| 2002 | 346 | 5903 |
| 2003 | 1143 | 7046 |
| 2004 | 754 | 7800 |
| 2005 | 21 | 7821 |
| 2006 | 409 | 8230 |
| 2007 | 990 | 9220 |
| 2008 | 537 | 9757 |
| 2009 | 2635 | 12392 |
| 2010 | 3074 | 15466 |
| 2011 | 2195 | 17661 |
| 2012 | 2726 | 20387 |
| 2013 | 2147 | 22534 |
- ↑ http://www.uic.org/spip.php?article971
- ↑ http://www.uic.org/spip.php?article971
- ↑ Rodrigue, Jean-Paul (2013). The Geography of Transport Systems. New York: Routledge, 416 pages.
- ↑ Rodrigue, Jean-Paul (2013). The Geography of Transport Systems. New York: Routledge, 416 pages.
- ↑ http://www.uic.org/spip.php?article443
- ↑ Rodrigue, Jean-Paul (2013). The Geography of Transport Systems. New York: Routledge, 416 pages.
- ↑ http://ec.europa.eu/transport/themes/infrastructure/studies/doc/2010_high_speed_rail_en.pdf
- ↑ Smith, Roderick A. (2003). “The Japanese Shinkansen”, The Journal of Transport History (Imperial College, London) 24/2: 222–236.
- ↑ http://www.railway-technology.com/projects/frenchtgv/
- ↑ http://scholarlycommons.law.northwestern.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1543&context=njilb
- ↑ F. Dobruszkes / Transport Policy 18 (2011) 870–879
- ↑ http://www.uic.org/IMG/pdf/20140901_high_speed_lines_in_the_world.pdf
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