運輸部署案例集/2024/中國高鐵

中國高鐵介紹

高鐵（HSR）是一個鐵路網路，由時速達350公里/小時的列車組成。除了列車車型之外，高鐵與普通貨運鐵路的主要區別在於，高鐵網路不能有急轉彎或顯著的海拔變化[1]。2007年，中國引入了高鐵服務，隨後在2008年推出了首條高鐵線路，連線北京和天津。最初在2008年，中國只有1000公里的運營高鐵線路。自2008年以來，中國的高鐵網路迅速擴張，據報道，截至2023年底，網路規模已達45,000公里，並將繼續增加新的線路。目前，中國有三種類型的高鐵列車：C類用於城際旅行，D類為第二快的列車型別，G類為用於長途旅行的最快的列車。

高鐵的創新

高鐵最早於1964年在日本推出，被稱為新幹線，也常被稱為子彈頭列車。高鐵不同於傳統鐵路，因為它可以比當時的傳統列車快近一倍。將高鐵與傳統鐵路區分開來的主要技術差異在於，高鐵必須在特定的軌道上執行，這些軌道的曲線比典型軌道少，以減少脫軌的可能性。另一個關鍵區別是，新幹線採用的是與標準列車不同的特定軌距[2]。高鐵將結合並整合來自鐵路和現代電力系統的技術，創造出一種高效且快速執行的列車，以滿足現代消費者的需求。中國將在日本最初的高鐵線路藍圖基礎上，在其發展過程中進行擴充套件。具體來說，對於中國的高鐵，有四項技術改進有助於進一步提高中國鐵路系統的運營速度。這四項改進分別與鐵路線路、控制系統、牽引供電系統和EMU（電力動車組）相關。隨著技術的進步和安全問題的出現，軌道建設成為重點，特別是強度、剛度、耐久性、施工後的沉降和幾何尺寸[3]。EMU是高速列車的重要組成部分，中國的高速列車透過改變列車的某些部件（如鋁合金車體、高速轉向架、牽引變流器和制動系統）對EMU進行了重新創新。這些改進使其列車車型能夠達到350公里/小時的運營速度。控制系統用於控制和調節列車在車站的停靠速度。此過程透過先進的控制網路執行。牽引供電系統負責電力過程的安全性和可靠性。

中國高鐵引入的影響

中國高鐵的引入使得中國能夠實現更高效、更快的旅行，主要目標市場是中國人和遊客。此外，更多線路的引入使人們能夠更便捷地到達中國多個城市，同時也改變了人們在中國旅行的方式。自中國高鐵的引入及其快速擴張以來，研究發現，旅客航班數量下降了28.7%，航空旅客減少了31.8%。這些航空旅行減少帶來的環境效益意味著航空交通排放量將減少，研究發現，2012年至2015年期間，淨節省了176萬噸二氧化碳[3]。此外，高鐵還促進了區域經濟發展和經濟增長，這是因為高鐵提高了中國的人口流動性，這意味著可以更快、更頻繁地前往不同的地區。

中國高鐵引入之前的主要交通方式

在2008年高鐵和高鐵線路引入之前，人們使用傳統的火車，如蒸汽機車和電力機車，在中國各地旅行。此外，汽車和公共汽車也被使用，並且更適合短途旅行，而商用航班則更適合長途旅行。儘管由於19世紀後期鐵路的早期發展，鐵路網路非常龐大，但這些列車的主要缺點是乘坐不舒服、擁擠且速度緩慢，1994年的旅行速度為49公里/小時-120公里/小時。隨著更多現代化列車的引入，網路中增加了200公里/小時的快速鐵路[4]。這些網路的補充並沒有多大程度上解決舊網路的現有缺點。另一種在中國旅行的方式是國內商用航班，也稱為民航。這種方式主要用於長途旅行。這種交通方式的主要問題是，由於安全原因，航班通常速度較慢，並且常常被認為更不可靠。此外，航班的另一個缺點是，它們的頻率低於高鐵，且機票價格高於火車票。此外，汽車和公共汽車也是另一種交通方式。這種旅行方式的主要缺點是，由於限速和不可預測的交通狀況，它比高鐵慢。特別是對於公共汽車來說，它們通常被認為不舒服，並且與高鐵相比，更容易出現可靠性問題。此外，長途旅行需要多次換乘公共汽車也是一個主要缺點。自中國高鐵引入以來，研究表明，在有高鐵線路的地方，公共汽車的載客率有所下降，國內航空旅行減少了27.9%[5]。這可以歸因於高鐵網路的發展，隨著更多線路被新增到系統中，中國消費者有了更多理由選擇高鐵而不是之前現有的交通方式。

早期市場發展

在中國高鐵發展初期，主要市場被確定為中國乘客，特別是公路和機場使用者，因為乘客對這方面的需求不斷增加，但也旨在影響乘客的交通出行模式。隨著新增線路的引入，高鐵的功能增強和功能發現改變了交通市場。在中國高鐵引入的初期，客流量較低，因為人們還沒有完全接受高鐵，現有的交通方式如汽車、公共汽車和飛機仍然受到青睞。2011年，中國對高鐵運營進行了政策調整。這些變化是在2011年7月溫州動車追尾事故之後做出的，當時兩列火車在高架橋上相撞並脫軌，造成40人死亡，200人受傷。這一事件影響了公眾對高鐵的信心，隨後在8月，中國政府採取行動，推出了鐵路降速政策，將高鐵列車的運營速度從350公里/小時降低到300公里/小時[6]。此外，由於公眾信心不足以及由於票價過高導致客流量低於預期，2011年8月，為了幫助提高客流量，票價降低了約5%。2012年，中國政府重新投資高鐵。這項投資增加了支出預算，導致高鐵的擴張，並重申了中國政府對高鐵的承諾。這些新線路的引入增強了中國城市之間的可達性，隨著新線路的推出，公眾對高鐵的認知發生了變化，因為它比飛行更便宜，旅行時間快捷可靠，且出發頻率高。隨著高鐵客流量的增加，交通市場發生了轉變，越來越多的人開始使用高鐵。研究發現，隨著越來越多的人開始使用高鐵，其他交通方式受到了影響，從而影響了交通市場。例如，在寧波-杭州線開通後，公共汽車的載客率下降了25.89%，北京和天津的載客率下降了48.2%。隨著2017年高鐵客流量的增加，某些高鐵線路的票價上漲了10%-50%[7]。

初創階段的政策

中國政府部署和推出了各種政策，以實現為高鐵網路設定的目標。實施的主要政策可以細分為四個主要主題，即技術開發、財政支援、高鐵工程專案和安全系統，其中技術開發和工程專案是中國政府高度重視的重點。由於高鐵是一個技術密集型產業，在發展的早期階段，早期政策側重於技術的設計和引入。例如，2004年釋出了《京滬高速鐵路設計暫行規定》，隨著技術的進步，2008年啟動了《中國高速列車自主創新聯合行動計劃》[8]。這些政策隨後將有助於制定其他標準和規範，例如《2014年高速鐵路設計規範》，有助於確保……此外，早期政策側重於改革鐵路市場，例如1998年提出的鐵路運營與鐵路基礎設施所有權分離，以及2003年實施的鐵路運營改革[8]。在此階段，中國政府實施了多項財政資助政策，例如稅收優惠和補貼，以幫助刺激高鐵的發展。這些政策隨後將有助於制定與改善高鐵投資和融資相關的政策。關於高鐵工程，中國政府實施了許多圍繞高鐵專案建設和運營的政策。政策的早期階段側重於鐵路基礎設施，重點關注網路規劃、橋樑和站臺設計[8]。後來，隨著技術的不斷發展，重點轉向了高鐵裝置。隨著更多高鐵專案的開展，政策隨後將轉向專案管理。這些政策將有助於確立改善高鐵網路內運輸服務的重要性。中國政府密切關注高鐵的安全系統。在整個高鐵發展過程中，安全一直是政策的重點。在發展的初期，高鐵安全主要側重於運輸安全，隨後轉向應急系統。這些早期政策將有助於制定《鐵路安全管理條例》等法規。這四個關鍵政策領域是幫助制定進一步的政策和法規以改善高鐵網路的基石。透過制定與投資、融資、稅收和價格相關的政策，政府鼓勵市場活動參與。當前的高鐵政策制定主要以市場為導向，重點關注高鐵的發展。中國在高鐵方面取得的大部分成功都可以歸因於中國政府支援的政策。

成熟階段

中國的HSR（高鐵）在2019年開始進入成熟階段，因為可以看出客運量資料已經開始下降，並在隨後的幾年中遵循相同的趨勢。這種趨勢可以歸因於許多因素，例如商業航空旅行的競爭價格更具競爭力，以應對高鐵的需求，但主要驅動力可以歸因於COVID-19大流行，由於人們對健康的擔憂日益加劇以及最終的封鎖和旅行限制，導致公共交通的使用量減少，從而對客運量資料產生了更大的影響。為了收縮和重新刺激HSR網路，中國已決定進一步擴充套件其網路，擴大市場，並與其他市場競爭，HSR改進了運營計劃時間表並增加了列車的運力。HSR網路還在開發能夠達到620公里/小時[6]速度的新型列車，並進一步發展高速鐵路技術。

重塑中國的高速鐵路 中國的HSR非常完美，因為它高效可靠，服務頻率高，除了增加更多線路外，重塑高速鐵路還可以降低票價，因為進一步的研究發現，低收入家庭的人群與中高收入家庭相比，使用HSR的頻率較低，提高所有社會經濟階層的人群的可及性將對滿足消費者需求產生積極的重大變化。此外，將清潔和可再生能源整合到系統中為網路供電將極大地惠及中國，因為目前存在環境問題。

中國高速鐵路的定量分析 使用2008年至2021年的客運量資料對中國的高速鐵路進行了定量分析。模式的生命週期可以使用S曲線進行視覺化和建模，輸入年度客運量資料，以確定誕生、增長和成熟階段。用於生成曲線的資料來自Statista，並進行了估計。S(t) = Smax/[1+exp(-b(t-ti)] 其中：• S(t) 是狀態度量（年度客運量）• t 是時間（年）• ti 是拐點時間（達到1/2 Smax 的年份）• Smax 是待估計的飽和狀態水平• b 是待估計的係數。使用單線性迴歸來查詢係數以查詢乘客的估計值。以下公式中的特定係數c和b

Y = bX + c

使用不同的K值（最大飽和度）來確定最接近1.0的R^2最大值。為了實現這一點，對每一年和每一年使用不同的K值進行單變數線性迴歸。

結果與討論

表1：年度實際資料與預測資料對比

圖1：中國HSR的S曲線

從圖1所示的結果可以看出，乘客的最大飽和度為25億，並且可以在2016年觀察到一半的飽和度。與實際客運量相比，預測的客運量線在初始階段相當準確，但隨著模式的持續增長，乘客和預測乘客的差異很大，因為實際資料明顯大於預測資料。因此，該模型並不完全準確，因為它沒有正確預測生命週期。造成這種情況的原因可能是額外線路的擴充套件完成得更快或提前於計劃，這擴大了HSR的市場，這可能是客運量資料與預測資料不同的原因。從圖表可以看出，誕生階段是從2008年到2010年，客運量略有增加。圖1所示的圖表還表明，2011年至2018年期間客運量顯著增加，這表明增長階段。從2019年開始可以認為是成熟階段，因為客運量急劇下降，但是此資料並不完全準確，並且說明了中國HSR的生命週期，因為COVID 19大流行等外部因素影響了客運量資料。

參考文獻

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2. Elite（2023）高速鐵路建設：有何不同？，R&S Track, Inc. 可在以下網址獲取：https://rstrackinc.com/high-speed-rail-track-construction/（訪問日期：2024年3月7日）。

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9. Zhang, W.（2024）中國：2023年高速鐵路運營網路長度，Statista。可在以下網址獲取：https://www.statista.com/statistics/1120063/china-length-of-high-speed-rail-operation-network/（訪問日期：2024年3月7日）。

10. Yuan, Z.，Dong, C. 和 Ou, X.（2023）“高速鐵路對中國民航的替代效應”，《能源》，263，第125913頁。doi:10.1016/j.energy.2022.125913。11. Zhang, W.（2024b）中國：2021年高速鐵路客運量，Statista。可在以下網址獲取：https://www.statista.com/statistics/1120071/china-passenger-transport-volume-of-highspeed-rail/（訪問日期：2024年3月1日）。