運輸部署案例集/2023/中國鐵路

鐵路介紹

如今，中國鐵路擁有世界上最大的高速鐵路系統，並使用尖端的高速列車技術，例如CRH系列動車組，最高時速超過350公里/小時。 中國大部分鐵路線路都已電氣化，這提高了列車的效率，並降低了汙染。中國鐵路的電氣化率已超過80%。中國鐵路訊號和通訊技術不斷改進，並已實施尖端的數字通訊技術，使列車與排程指揮中心之間能夠即時通訊，確保鐵路運輸的效率和安全。

中國鐵路近況

中國鐵路在許多方面優於其他運輸方式。它的主要優勢之一是速度，這使乘客能夠快速安全地往返於不同地點。此外，它擁有出色的安全記錄，是可靠且安全的運輸方式。與空中和公路等其他運輸方式相比，鐵路系統可以承載大量乘客，同時具有生態友好和節能的特性。中國鐵路是中國交通基礎設施的支柱，是其主要市場。它還服務於全球市場，透過“一帶一路”倡議，這是一個旨在將中國與亞洲、非洲和歐洲其他國家連線起來的重大基礎設施專案。例如，CRH系列動車組採用了先進的輕型材料、創新的制動系統和能量回收技術，以提高列車的安全性和能源使用效率。中國鐵路採用高精度軌道技術，確保列車平穩安全執行，提高列車執行速度的穩定性。

鐵路出現之前的運輸方式

中國早期運輸方式

在中國鐵路建成之前，中國主要的運輸方式是水路、馬車、駱駝、人力車、轎子、腳踏車等。還有一些更基礎的輕軌系統，如人力車軌道和蒸汽車軌道。這些運輸方式存在許多缺點，包括速度慢、運載能力低、安全性差、旅行距離短以及受季節和天氣限制。由於中國的地形，大量貨物需要長途運輸，僅僅依靠人力或馬車來運輸大量材料（如煤炭）效率極低。中國的煤田分佈非常不均衡，尤其是在北方和南方之間，這使得鐵路作為長途運輸方式的建立成為必要。 隨著中國工業化和城市化程序的快速發展，對運輸的需求迅速增長，市場也因此得到拓展和擴大。在這種情況下，人們對新的運輸技術和方式很感興趣，尤其是那些可以提高運輸速度、運載能力和效率的技術和方式。

鐵路的發明

由李鴻章提議、中國人獨立建造的唐胥鐵路於1876年開始建設，並於1888年投入運營。該鐵路最初由馬匹和騾子牽引，後來改為蒸汽機驅動。該鐵路全長9.7公里，軌距為1435毫米。隨後，1909年，鐵路工程師詹天佑發明了“人字形鐵路”，解決了承德南口和八達嶺之間的高差問題。從設計到施工，中國人獨立完成了所有步驟。

中國鐵路的發展可以追溯到19世紀後期和20世紀早期，當時中國引進了美國和歐洲的鐵路建設和運營技術。為了在中國引入火車技術，使用了多種不同的技術專業知識，包括機械工程、土木工程、電氣工程、訊號工程和通訊工程。土木工程師設計並建造了基礎設施，例如火車軌道、隧道、橋樑和車站。機械工程師設計並製造了機車和其他機車車輛。電氣工程師設計並建造了訊號和通訊系統。交通工程師規劃了鐵路的路線、時刻表和物流。這些技術技能的整合促成了中國鐵路的快速發展。

早期鐵路

20世紀90年代，為了改善中國主要城市之間的客運交通，開始建設專線鐵路。在此之前，鐵路沒有采用板式軌道。由於板式軌道系統具有快速執行和高可用性潛力，因此越來越受到PDL架構的關注。然而，直到2006年，中國只有短距離隧道或橋樑採用板式軌道。在實際應用中，只考慮了三種類型的板式軌道系統：預製板系統、一體化系統和彈性支撐雙塊軌枕系統。1999年，秦沈鐵路線上首次在長橋上採用了板式軌道。（秦皇島和瀋陽之間）。這條線路全長404公里，於2003年建成通車。這是中國首條新建的高速鐵路，是一條雙線電氣化鐵路，最高時速200公里/小時。自2005年以來，中國鐵路總公司一直在從德國和日本引進板式軌道技術和專業知識，以加快PDL的發展。引進的四種板式軌道系統，包括兩種基型（預製板軌道和雙塊軌枕軌道），促成了中國鐵路的兩種軌道型別，CRTS I和CRTS II的誕生。

早期市場發展

中國的鐵路市場可以追溯到1911年以前的清朝。1879年，英國人在中國修建了第一條鐵路，1881年，中國政府修建了自己的鐵路。在1937年至1945年的第二次中日戰爭開始時，大多數新線路建在日本佔領的東北地區。隨後的1945年至1949年的中國內戰導致新鐵路建設延誤，許多鐵路被毀。1949年新中國成立後，中央政府制定了鐵路建設規劃標準，強調透過擴充套件鐵路系統實現國家一體化。第一個五年計劃從1953年持續到1957年，鐵路主要建設在西北和西南地區。從1964年到1978年，更多鐵路建在西北和西南地區，這些地區遠離外國入侵，被稱為“第三戰線”。1966年到1976年，由於文化大革命期間中國鐵路發展緩慢，僅增加了8500公里新線路。^[8]隨著1978年經濟改革和開放政策的實施，國家交通投資的重點轉向東部沿海地區，鐵路發展也從新建線路轉向增加北部和東部現有線路的運力。在20世紀80年代中期，由於區域發展不平衡，鐵路集中在沿海地區的現有線路的擴建和電氣化，而鐵路資金來源也變得更加多樣化。20世紀90年代中期後，中國鐵路網逐漸成熟。鐵路發展的重點是建設西部、東北部和中部地區的新線路，並升級現有線路，從而減少區域不平等。

萌芽階段

在萌芽階段，中國嚴重依賴鐵路進行貨物和長途運輸。鐵路發展是中國交通樞紐和經濟帶形成以及城市體系發展的重要核心。1894年至1895年的中日甲午戰爭戰敗後，清政府割地賠款，侵略者趁機施壓，侵奪了中國鐵路權益，並強行修建鐵路。他們根據自己的需要，分別設計和建造了一批鐵路。標準不一，裝置混亂，導致中國鐵路早期混亂落後。因此，1949年新中國成立後，政府制定了鐵路系統整合和鐵路建設規劃標準的政策。^[8]這些政策深深植根於鐵路萌芽階段，並在隨後的幾十年中不斷塑造著中國鐵路系統。將鐵路發展作為國家戰略重點的政策至今仍在生效。

除了當時中央政府運營的鐵路外，還有一些小型國有地方鐵路，連線著礦山、農場、工廠和林區。中央政府鼓勵建設這些小型鐵路，而國家鐵路系統則在小型鐵路能夠刺激區域經濟發展時提供技術援助。^[9]

成長階段

從歷史角度看，第一個“五年計劃”政策實施時代可能標誌著中國鐵路進入成長階段。在1953年至1957年期間，政府高度重視交通系統的建設，超過60%的9.015億人民幣基礎設施建設支出用於修建鐵路。趨勢圖表清楚地顯示了這段時間的巨大增長。此後，政府的立場有所改變，在發展鐵路的同時更加重視國家安全。由於中國在20世紀60年代初與蘇聯斷絕外交關係，以及美國介入越南戰爭，國家安全變得越來越重要。^[8]

根據政策，線路增長主要集中在“第三線建設”地區，包括西部山區四川、貴州和山西南部，以及河南、湖北和湖南西部。20世紀80年代中期，中央政府採取了引導東部沿海地區發展的策略，並將鐵路擴張的重點轉移到促進經濟增長。例如，三水至茂名鐵路由地方政府、外國資金和國際組織貸款共同建設。因此，資源開發、經濟發展和國家安全等政策在推動中國鐵路快速發展方面發揮著重要作用。

成熟階段

中國鐵路的成熟階段始於20世紀90年代後。這個階段被稱為“走廊建設階段”，主要目的是加強鐵路走廊。在這個階段，中央政府採用均衡發展戰略，縮小區域差距，重點關注鐵路欠發達的地區，如西部、東北部和中部地區。在此過程中，中國鐵路快速發展，鐵路建設開創了新時代。^[8]

此外，自2000年以來，中國政府大力推動高速鐵路建設。這項舉措的目的是提高鐵路速度和效率，支援經濟發展，加強區域連線。在接下來的幾十年裡，中國的高速鐵路網快速發展和擴張，成為世界上最大的高速鐵路網。截至目前，中國鐵路已進入成熟階段，鐵路網更加完善高效。因此，市場競爭更加激烈，航空和汽車成為受歡迎的交通方式。為了適應市場，鐵路系統也注重提高效率和服務質量，為乘客提供更好的體驗。

在適應市場的同時，也受到基礎設施和技術的鎖定效應的限制，因為大量資金投入到現有的技術和基礎設施中，給重新創新和發展更有效率的交通方式帶來了障礙。然而，中國鐵路可以透過高速鐵路和磁懸浮列車等新技術進行改造和建設，成為更有效的交通方式。同時，創新技術還可以減少燃料使用帶來的環境汙染，降低能耗和排放，從而實現未來交通的可持續發展。

定量分析

公式展示

為了繪製S曲線，我們選擇了1949年至2021年中國鐵路的原始資料（客運量）。根據公式 $St=Smax/[1+exp(-b(t-ti)]$

$St$ 代表客運量

$t$ 代表年份 (1949-2021)

$ti$ 是 $1/2Smax$ 能達到的年份。

$Smax$ 是 $K$，代表飽和水平，是最大乘客量。

設定 $K$ 值的方法是找到實際資料的最大值，然後加上 10,000，最終成為 370,000、380,000、390,000 等等。

$b$ 是斜率。

為了確定 b 和 c，還需要採用公式 $Y=bX+c$，$Y=\ln(passenger/K-passenger)$，$X$ 表示年份。

透過公式，計算每年的值並進行比較。之後，透過比較 R 平方來確定 K 值（Smax），找到最大的 R 平方。從資料中可以看出，當 K 為 580000 時，R 平方最大。

K	560000	570000	580000
截距 (c)	-82.45692	-82.09485	-81.75231
b	0.040693	0.040499	0.040315
RSQ	0.854214	0.854768	0.855263

迴歸統計
多元 R	0.924804
R 平方	0.855263
調整後的 R 平方	0.853224
標準誤差	0.354351
觀察值	73

結果解釋

圖表顯示 S 曲線和實際資料曲線融合良好。從 1949 年到 1957 年，中華人民共和國剛成立時，主要任務是管理國家鐵路建設，曲線相對穩定。在隨後的幾十年裡，鐵路建設穩步增長。

從圖表可以看出，曲線趨勢緩慢上升，這可能是由於經濟衰退等原因導致客運量增長緩慢。2003 年以後，由於中國鐵路的技術升級和創新，鐵路建設已進入成熟階段，客運量也快速增長，超出了 S 曲線的預期。根據模型，Smax 的一半將在 2027 年達到。因此，客運量可能會繼續增長，但在 2020 年和 2021 年，由於新冠疫情的影響，客運量出現了斷崖式下跌，因此 S 曲線無法完美擬合。中國交通持續增長，因此圖表中沒有顯示出經濟衰退。

中國鐵路客運量