運輸部署案例集/2023/TGV

簡介

TGV 是法國開發的高速鐵路網路，連線著比利時、德國、英國、義大利、荷蘭、盧森堡和瑞士等主要國內和國際城市，總長 2696 公里。1981 年 9 月，TGV 在巴黎和里昂兩座主要城市之間正式開通，是歐洲最早的高速鐵路之一，其成功促使歐洲其他國家也開始發展自己的高速鐵路網路。

日本新幹線的推出促使 TGV 專案在 20 世紀 60 年代後期開始啟動。這是因為新幹線旨在解決法國在主要城市之間國內旅行方面所面臨的類似問題，而日本透過大幅縮短東京和大阪之間的乘客運輸時間和能源消耗取得了成功。

法國還面臨著現有模式在解決城市之間大地理距離方面的侷限性。TGV 旨在解決主要城市之間乘客出行的主要市場，優先考慮其相對於其他交通方式的主要優勢。這包括與汽車和傳統鐵路相比的出行時間更短，同時與航空旅行相比更易於進入且消耗的能源更少。該專案還旨在透過縮短出行時間為公民提供更多空閒時間。

如今，TGV 是世界上最快的商業列車之一，可以實現從法國往返的快速、高效的城際和國際旅行。自開通以來，軌道一直得到定期改善，並新建了線路以擴充套件網路。儘管其成本可行性至今仍存在爭議，但可以肯定地說，TGV 的創新對歐洲客運交通的創新做出了重大貢獻。

TGV 之前

現有模式

在 TGV 開通之前，城際旅行的選擇有限，主要是在首都巴黎和法國第二、第三大城市馬賽和里昂之間，這兩座城市都位於該國的東南方向。交通方式包括公路、傳統鐵路和飛機。由於 TGV 的開通覆蓋了巴黎和里昂之間，因此出行時間的比較僅限於這兩座城市之間。

巴黎和里昂之間的公路和傳統鐵路出行時間相似，分別約為 4 小時 30 分鐘和 4 小時。汽車旅行的額外劣勢是必須在歐洲支付自己的汽油費，而歐洲的汽油稅很高。乘坐傳統鐵路意味著乘客無需擔心在繁忙的城市加油或停車，但一些乘客更喜歡私人汽車帶來的多功能性和靈活性。這兩座城市之間的航班將出行時間大幅縮短至 75 分鐘，乘客需要在各自的機場登機和下機。

現有模式的侷限性

在 TGV 開通之前，法國正在經歷城際旅行的增長，這給上述現有模式帶來了越來越大的壓力。除了之前提到的歐洲汽油稅高的問題外，汽車旅行增加了道路交通和人口稠密城市的停車需求。傳統鐵路面臨著其接近滿負荷的侷限性，基礎設施被認為已經過時。上述兩種模式面臨的最大侷限性可能是長時間的通勤，如果他們能夠更快地通勤，這些時間可以更實用地利用。

飛行也存在其多功能性方面的侷限性。通勤者需要前往機場並辦理登機手續，這增加了總的通勤時間。此外，依賴飛行來解決城際旅行的高需求量是低效的，因為與之前提到的模式相比，運營飛機消耗的能量要大得多。因此，需要一種能夠有效地運輸城際乘客，同時易於進入且低能耗的交通方式。

TGV 的發展

創新

為了滿足上述設計要求，TGV 對之前的傳統鐵路設計進行了多項改變和創新。無論是硬體還是軟體，都進行了改進。

火車本身進行了重大的物理改變，使其更具空氣動力學，並降低能耗。最明顯的變化是車頭採用了空氣動力學造型，降低了阻力系數，有效地使列車能夠在更低的空氣阻力下以更高的速度行駛。

TGV 列車組的鉸接結構與之前的傳統鐵路設計相比有了顯著改變。新的設計在車廂之間採用了車軸，而不是每個車廂在前後都有自己的車軸。這實際上意味著兩節車廂透過同一個車軸半永久地連線在一起，作為前一節車廂的拖車。此外，這種設計使列車能夠更低地貼近地面，從而改善了空氣動力學。這些因素導致車軸數量減少，這意味著列車的重量更輕，最終導致能耗降低。除了能耗之外，這種鉸接結構還透過在車廂之間連線阻尼器，改善了行駛平穩性和車廂之間的行駛，相比之下，傳統鐵路的阻尼器有限，乘坐舒適度相對較差。

TGV 在訊號功能方面的創新也很明顯。TGV 沒有使用傳統鐵路中使用的線路旁訊號，而是透過軌道傳輸訊號資訊，因為線路旁訊號不適合高速執行時的讀取。

早期市場發展

在TGV的開發階段，主要市場被確定為途經最擁擠和最不方便路線的乘客。這是因為當時巴黎和里昂是法國最大的城市之一，這兩座城市之間的通勤者佔據了法國人口的 40%左右。此外，這兩座城市之間的道路由於交通量大而普遍擁堵。現有市場包括但不限於商務旅行和度假的通勤者。高速鐵路網路旨在與飛行競爭，這也成為了一種高速替代選擇。

現有模式的功能增強在TGV的市場開發中發揮了重要作用。如上文所述，現有模式存在明顯的侷限性，而TGV的目標是提供與傳統鐵路相同的可達性，同時提供與飛行相當的通勤時間。在與飛機（其主要競爭對手）的比較中，TGV可以更輕鬆地將乘客連線到城市的不同區域，比在位於城市郊區的機場轉機效率更高。所有這些都有助於減少門到門的旅行時間，並提高現有市場所需的實用性。本質上，TGV的市場開發旨在吸引那些希望透過飛機快速旅行的通勤者，以及那些希望透過傳統鐵路和汽車獲得可達性、更低成本和更低能耗的市場。

誕生階段的政策

法國政府在TGV開發和早期階段都採取了各種政策。第一個也是最著名的政策是國家冠軍政策，該政策補貼了新技術的研究和開發，旨在創造可銷售的創新產品，並在未來尋求利潤。TGV是在與協和式客機和阿麗亞娜 1 號火箭等其他法國專案同一時期開發的。

然而，TGV專案在開發的早期階段被認為是技術上的死衚衕，直到決定利用現有鐵路基礎設施才獲得政府資金。該政策旨在逐步建設更多基礎設施和新的鐵路線路，分多個階段開通，最終形成獨立的鐵路基礎設施，而不是從一開始就為TGV建設全新的軌道和基礎設施，這將被認為過於昂貴。

這一決定也受到了日本在開通新幹線時遇到的財務問題的啟發，新幹線從一開始就建設了獨立的基礎設施。TGV在解決軌道開發的地理限制方面也與新幹線有所不同。新幹線為了繞過山區地形，在幾乎筆直的線路上建設了軌道，使用了數十個隧道，而TGV軌道則沿著地形建造，以降低土方工程的成本。從日本汲取的這一財務政策使得該專案在其誕生階段更加財務穩定。

票價政策從TGV開通之日起就由法國國家鐵路公司（SNCF）實施，SNCF是TGV的國有運營商，也控制著大部分鐵路網路。這包括之前由航空公司採用的基於需求的模式，票價在旺季、一週中的某一天或一天中的某個時間段會提高。票價也會根據路線目的地而有所不同。這又是一項旨在最大化模式利潤的財務政策，而且是歐洲第一個將其應用於火車時刻表的國家。

TGV開通時的另一項票價政策是將票價設定為與TGV平行線上的傳統鐵路票價相同，以鼓勵乘客乘坐。這項政策旨在向公眾傳遞一個資訊，即高速鐵路不是面向富裕人口群體的優質服務，而是面向所有公眾，讓他們比以往更加方便地通勤。SNCF將這項政策與一項重大的宣傳活動相結合，宣傳了高速鐵路相對於現有模式的優勢，並提高了客流量。這些政策的實施，只有在該模式的誕生階段才能實現，取得了巨大成功，並因提高了城際旅行的實用性而受到公眾好評。

TGV的增長與成熟

TGV的增長

TGV由法國國家鐵路公司（SNCF）開發和運營至今，這是一家國有公司。這有利於TGV的增長，因為如果沒有法國政府的補貼，票價很可能會變得更高，而且可能不會將網路擴充套件到法國那些利潤率較低的地區。由於有了補貼，該模式對公眾來說更加經濟實惠，而且多年來它不斷擴充套件到法國的各個地區，這也有助於提高TGV的客流量。

TGV一直面臨著運營多條線路的財務可行性問題。上文提到的政策在TGV的增長階段是有效的，即高速鐵路網路的停滯發展，整合現有基礎設施，並沿著輪廓線開發新的軌道，並將土方工程量降至最低。這種保守的做法鼓勵了新的出行模式的發展，並具有財務穩定性，這與日本新幹線不同，新幹線由於其獨立基礎設施的開發，從開通之日起就面臨著財務困難。

從 20 世紀 90 年代中期開始，歐盟要求將鐵路的國有制與火車運營分開。這促使法國建立了法國鐵路網（RFF），並將其與 SNCF 分開。雖然 SNCF 仍然擁有 TGV 以及法國的其他鐵路基礎設施，但 RFF 專門負責鐵路運營。

“全TGV”政策鼓勵開發新的TGV線路，將法國所有地區連線到網路，但也遇到了財務問題，因為一些連線到人口稀少地區的線路無法吸引足夠的乘客，而運營高速鐵路基礎設施的成本卻很高。由於TGV是國有企業，因此在一定程度上控制了票價，並保持了正規的時刻表和路線，即使是那些不太受歡迎的路線也是如此。這也有助於網路的增長，以及該模式在早期和中期階段客流量的增加，然而，SNCF 的債務在 2018 年達到了 470 億歐元。

TGV進行網路擴充套件和改進

TGV 在運營過程中，其鐵路網路和基礎設施不斷升級。軌道的累積距離從 275 公里增加到 2023 年的 2696 公里。在增長階段，網路擴充套件的重點是將巴黎與各個人口稠密的城際城市連線起來。在 1983 年完成的 TGV 東部第二階段（將巴黎和里昂連線起來）之後，TGV 大西洋於 1989 年開通，將巴黎與勒芒連線起來，並在 1990 年與圖爾連線起來。大西洋線在之前的車隊基礎上進行了小幅改進，包括透過改變車組，提高了空氣動力學效能、制動效能以及更高的功率重量比。

國內鐵路網路繼續擴充套件，主要將巴黎與其他主要城市（如馬賽）連線起來，併為法國雷恩、波爾多和南錫等更多地區提供通往首都的便捷通道。與斯特拉斯堡和蒙彼利埃等其他地區城市的連線，將在未來為國際線路提供服務。

SNCF 於 1993 年開始進行國際擴張，當時開通了從巴黎到加來的線路。加來是法國北部的一個港口城市，這條線路的主要目的是透過英吉利海峽隧道（一條橫跨英吉利海峽的地下鐵路隧道）實現從英國大陸到法國的鐵路旅行。

這標誌著TGV開始吸引不同的市場，即那些希望在法國附近進行高速國際旅行的市場。TGV 繼續向國際邊界擴充套件，將各國各自的鐵路網路連線到其自身網路，包括 1993 年的 LGV Nord，繞過里爾，後來在 1997 年連線到布魯塞爾，LGV Est 通往斯特拉斯堡，連線到盧森堡和德國，LGV 萊茵-羅訥線通往米盧斯，於 2011 年連線到巴塞爾，以及通往西班牙邊境的線路，於 2010 年開通。未來計劃擴充套件到義大利和西班牙的多個地區，將多個其他鐵路網路連線起來。這突出表明，SNCF 努力不斷開拓新市場，為往返法國的國際旅行提供另一種選擇。

在TGV網路擴充套件的過程中，列車本身也進行了物理升級，以提高其空氣動力學效能和功率重量比，進一步降低能耗。在開發 TGV 大西洋之後，SNCF 於 1992 年推出了 TGV Reseau，最高速度從 300 公里增加到 320 公里，TGV Duplex 於 1994 年推出，將座位容量從 377 個增加到 508 個，TGV POS 於 2005 年推出，自 TGV 於 1981 年開通以來，其功率從 8800 千瓦增加到 9280 千瓦。Euroduplex 於 2011 年建成，功率和座位容量均有所增加。所有機車車輛的功率重量比在每次開發中都有所提高。

TGV進入成熟階段

圖 1：1990 年至 2019 年 TGV 乘客公里數，資料來自 SDES 和 Statista

繼 2007-2008 年全球金融危機之後，TGV 於 2010 年開始進入成熟階段。乘客數量的年增長率已經停滯，並且儘管不斷開通連線國內外城市的新線路，這種趨勢一直持續到今天。如圖 1 所示，自 2010 年以來，TGV 的乘客公里數也停滯不前。2017 年的微弱增長是由於連線勒芒至雷恩的 TGV 布列塔尼-盧瓦爾地區以及連線圖爾至波爾多的 LGV 南歐大西洋的開通。即使在開通之後，乘客公里數依然停滯不前，直到 2020 年 COVID-19 嚴重影響了乘客數量。因此，可以得出結論，自 2010 年以來，TGV 已經接近飽和，但乘客數量並沒有下降，而是保持穩定。

TGV 的未來

法國的高速鐵路在經濟上越來越難以運營，在不斷開通新線路後未能吸引到大量乘客的增長。各種來源對這種下降的原因及其相應的可能改變進行了不同的解釋，包括不斷開通進入法國相對農村地區的線路，而這些線路沒有合適的業務，儘管 TGV 的維護和運營壓力不斷增加，這表明應該停止發展新的線路（Barrow，2015）。

另一個觀點建議在現有線路中增加更多停靠站，以將市場擴充套件到在較小城市之間通勤的通勤者，並增加乘客數量（Levy，2020）。該論點將新幹線作為比較，表明東京至大阪之間有多種旅行選擇，繞過京都和名古屋，而不是像 TGV 網路中更常見的直達路線。目前，大多數 TGV 線路都從巴黎分叉。

然而，這兩個觀點都認為，在透過 TGV 通勤時，需要有更好的交通方式連線，尤其是在相對農村地區。透過更好地整合 TGV 和區域鐵路服務（TER）之間的系統，SNCF 或許能夠在區域範圍內保持公共高速交通的便利性，同時降低高速鐵路基礎設施維護和運營的高昂成本。

儘管面臨著經濟上的困境，TGV 仍然是法國重要的城際高速交通服務。COVID-19 的影響給其未來帶來了不確定性，隨著線上商務會議的增加，人們對城際旅行的需求減少。然而，未來仍然有可能恢復正常。TGV M 是一款於 2021 年 5 月宣佈的新車型，它提供了符合人體工程學的設計，將座位容量從 600 提高到 740，並透過改進的空氣動力學將能耗降低了 20%。這些創新表明，人們致力於改善歐洲的鐵路網路。

TGV 的生命週期分析

S 型曲線建模

可以透過 S 型曲線的資料視覺化和建模來近似交通方式的生命週期。乘客公里數將用作狀態度量，以確定其誕生、增長和成熟。用於生成 S 型曲線的資料來自 SNCF 釋出的 2017 年 SDES 交通賬戶（從 1990 年到 2017 年）和 Statista（從 2010 年到 2019 年）。使用的原始資料位於附錄 2 和附錄 3 中，突出顯示的行是用於建模的值。驗證了這兩個資料之間的一致性，因為它們都重疊的 2010 年至 2017 年的統計資料是等效的。1981 年至 1989 年的資料無法找到，而是 ChatGPT 透過結合多個來源估計了這些值。然而，這些值與 SNCF 釋出的值不一致，因此不會使用這段時間的資料，這段時間本質上是交通方式的誕生階段。

建模是透過使用資料來估計一個三引數邏輯方程完成的，如下所示：

S(t) = K / [1+exp(-b(t-t0)]

其中

• S(t) 是乘客公里數的狀態度量
• t 是以年為單位的時間
• t0 是拐點時間，即達到 1/2K 年，由 c/-b 給出
• K 是要估計的飽和狀態水平
• b 是要估計的係數

為了找到乘客公里數的估計值，使用單變數線性迴歸從以下方程中估計係數 c 和 b：

Y = bX + c

其中

• Y = ln(乘客公里數 / Smax - 乘客公里數)
• X = 年份

使用各種最大飽和度 K 值來確定最接近 1 的最大 R^2 值。為了實現這一點，對每個年份和各種 K 值進行單變數線性迴歸。然後，在 Excel 電子表格中對每年的結果使用 RSQ() 函式來找到 R^2 值。如果該值在所有測試的 K 值中都最接近 1，則使用 INTERCEPT() 和 SLOPE() 函式分別確定係數 c 和 b。然後將這些係數代回三引數邏輯方程中，計算 t0 = c/-b，最終得到預測的乘客公里數。

模型及其與資料的關係

圖 2：使用乘客公里數的 1990 年至 2019 年 TGV S 型曲線

迴歸結果

變數	值
K	67
b	0.11874
t0	1999

結果表明，按照當前趨勢，乘客公里數的飽和度為 6700 萬乘客公里，達到一半飽和度的時間是在 1999 年下半年。圖 2 中的估計模型顯示了與資料密切的相關性。該模型顯示了乘客公里數以恆定速率增長，直到大約 2010 年，當曲線梯度開始下降時，它接近完全飽和。TGV 的增長可以估計在 90 年代初到 2000 年代末之間，這也與資料相符。交通方式的誕生由於上述原因無法分析，可以估計在 1981 年到 90 年代初之間。

儘管存在這些相關性，但模型無法準確地描繪出幾個趨勢。第一個是 90 年代中期到 2000 年代末之間乘客公里數的增長幅度要高得多，第二個是 2009 年到 2016 年的停滯。結合起來，資料更準確地反映了交通方式成熟的開始。這可能是由於 2017 年開通新的 TGV 線路導致乘客公里數增加。總的來說，該模型在說明 TGV 的總體趨勢和生命週期方面做得很好。