高速鐵路發展現狀及趨勢研究

謝 毅 肖 杰

(中鐵二院工程集團有限責任公司， 成都 610031)

高速鐵路自1964年面世以來，以高速、安全、便捷的優勢受到了全世界的廣泛關注，掀起了多次建設熱潮，其蓬勃發展的勢頭，至今方興未艾[1]。當下全球各國間的高速鐵路競賽愈加激烈，共20多個國家和地區正在修建和規劃修建高速鐵路，總運營里程超過6萬km，最高商業運營速度達350 km/h。其中，日、法、德、美、英紛紛投入到更高標準、更高質量以及智能化、數字化的高速鐵路關鍵技術的研發之中，歐盟提出的以市場為導向的shift2Rail 科技創新項目、德國鐵路推出的鐵路4.0發展規劃、法國國家鐵路公司提出的數字化法鐵項目以及英國提出的數字時代下鐵路發展藍圖等[2]，都旨在提高和鞏固本國高速鐵路產品及服務在國際市場中的領導地位。面對競爭劇烈的國際市場，中國提出加快建設交通強國，將進一步推動400 km/h級高速鐵路關鍵技術、600 km/h級高速磁懸浮系統技術儲備等重大科技研發，為引領世界高速鐵路發展奠定堅實的技術支撐。

1 世界高速鐵路發展現狀

高速鐵路規劃建設必須以高客流密度和高度發達的經濟作為支撐，才能承受其昂貴的建設、運營及維護成本，這也使得世界上最先進的高速鐵路技術誕生并得以大規模發展在人口、城市密集以及社會經濟發達的日本、法國、德國以及中國。本文分別從技術裝備、線路建設、更高速度高速鐵路技術的推廣應用等方面來介紹這4個國家高速鐵路的發展現狀。

1.1 日本

日本高速鐵路走獨立發展之路，以成熟、穩定的新干線技術著稱，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展方面，日本基于自身技術積累的優勢，在不對既有線進行過多特殊處理的基礎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]，均創造了當時世界高速列車最高試驗速度的紀錄。另一方面，日本早在1962年就開始推進超導磁懸浮高速鐵路技術的研究工作，以MLX01、L0等為代表的多款磁懸浮列車，目前已達到了準商業運營標準。

1.2 法國

法國高速鐵路以不斷創造最高速度世界記錄而領跑全球，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列車技術別具一格，采用動力集中方式，相較于世界廣泛應用的動力分散技術，該方式具有維護成本低、車廂內振動噪聲較小等優勢，已被韓國和西班牙引進，用于滿足本國高速鐵路建設初期的發展需求。

1.3 德國

德國的高速鐵路技術以城際特快列車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，已初步建設成網，最高運營速度320 km/h。德國高速鐵路發展從1988年研發成功的ICE-V試驗列車起步，其創造了當時406 km/h的世界高速鐵路最高速度記錄，標志著德國新型鐵路發展邁向新階段。此后，在ICE-V的基礎上，通過不斷改進設計，逐步形成了以ICE1、ICE2、ICE3為代表的ICE家族。常導高速磁懸浮技術一直是德國高速鐵路除輪軌系統外的另一個重要研究方向，以TR08 磁懸浮列車為代表，其設計運營速度達到505 km/h，目前已有商業化應用經驗。

1.4 中國

自2004年起，中國高速鐵路風雨兼程近17年，通過引進、消化、吸收再創新到自主創新，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先行列。目前，中國“四縱四橫” 高速鐵路網已經建成，“八縱八橫” 高速鐵路網加密初步成型，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域進行探索、研究，2010年CRH380AL高速動車組在京滬鐵路上創造了486.1 km/h的最高試驗速度，2014年超速試驗車CIT500實現了605 km/h的輪軌試驗臺試驗速度，2016年在鄭徐鐵路上實現了明線420 km/h的動車組交會和明洞380 km/h的動車組交會。此外，中國對超導磁浮、常導磁浮、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域進行技術儲備。

2 高速鐵路發展趨勢

當前，科學技術不斷推動高速鐵路技術實現突破性發展，世界政治、經濟、科技、文化等方方面面也影響著高速鐵路的演變，創新、協調、綠色、開放、共享的發展理念深入人心，人類出行、貨物運輸需求迭代升級，使得高速鐵路呈現出以下明顯的發展趨勢。

2.1 高速鐵路運營速度將進一步提升

隨著科學技術日新月異的發展，交通高速化的趨勢愈加明顯。為構建便捷順暢、經濟高效的交通網，實現國際國內互聯互通、國內主要城市立體暢達，高速化已經成為全球現代交通發展的重要目標之一。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“全國123出行交通圈”建設的整體構想。

(1)輪軌高速鐵路方面

俄羅斯莫斯科—喀山高速鐵路于2015年正式啟動設計工作，最高運營速度400 km/h；英國于2020年9月開工建設的高鐵2號線時速達402.3 km，預計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；中國全力推進實施CR450科技創新工程，啟動了400 km/h高速列車的研制及相關線路建設工作。此外，中國正在逐步啟動實施高速鐵路達速、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 1 200 km；中國廣深、海南、昆楚大等多個項目均已開展預可行研究，最高運行速度可達600 km/h；西南交大真空管道磁懸浮環形試驗線進一步驗證了人類創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

進入新時代，面對日益增長的高價值、小批量、強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務，是解決日益增長的物流需求、促進高速鐵路更好服務經濟社會發展的重要舉措。法國鐵路公司和法國郵政于1984年聯合推出了法國高速鐵路快運業務，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]，實現了快捷貨物朝發夕至的運輸需求。2012年，中國廣州鐵路集團有限公司依托客運列車推出高速鐵路快運業務，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計工作。

實現高速鐵路快運高效經濟可靠的發展，一是要加強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、智能監管系統等的研究，研發專用高速貨運動車組，滿足貨物運輸需要；二是要推進高速鐵路車站相關快遞專用處理場所、運輸通道、裝卸設施以及重大樞紐城市專用高速鐵路貨站的建設，實現郵件快件集中安檢、集中上車，以提升運輸效率；三是要利用信息手段實現快件運輸過程透明化，實時更新跟蹤數據，實現信息共享，確保快件安全送達。此外，還要借鑒國外快運業務發展經驗，關注沿線貨物運量、定價標準以及運營模式等關鍵問題，避免出現類似法國快運業務初期遭遇的窘境(法國曾因沿線快捷貨物運量不足，快運業務盈利創收無法彌補列車購買、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量、高效益發展

受高速鐵路建設投資大，回收周期長等的限制，全球大多數高速鐵路線路都處于虧損狀態。我國作為世界上高速鐵路成網規模最大、客流密度最高的國家之一，目前也僅有數條高速鐵路線路盈利，且均分布在經濟最具活力、人口最為密集的長三角經濟帶。近年來，節約、集約發展受到高度重視，低成本、高效益、可持續發展趨勢日漸顯著，全球在修建高速鐵路時，均十分注重建設運營成本、沿線客流支撐、盈利預期、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模的擴張。

中國提出高速鐵路將告別早期大規模、粗放式的發展模式，通過融資模式、項目定位、規劃設計、施工建設、運營維護等環節的精細化管理，進一步提高高速鐵路的發展質量，逐步實現高速鐵路建設由規模速度型向質量效益型轉變。在鐵路規劃建設方面，中國后續將進一步明確項目實施需滿足財務平衡的基本要求，同時規定不同鐵路建設需滿足的客流密度、城市規模、路網功能等條件，避免盲目、重復建設。在運營方面，中國基于高速鐵路已有的優勢，不斷升級服務品牌和服務內容，通過為旅客提供高品質、多層次、個性化、聯程式服務，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”產品，進一步擴大高速鐵路的市場競爭力。

2.4 高速鐵路向更智能方向發展

高速鐵路技術的進步越來越依賴科技發展，呈現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、大數據、5G通信等新興技術，打造了智能京張、智能京雄等精品工程，實現了運行故障自診斷、自動駕駛、智能引導、生物特征自動識別等功能[10]。在全球互聯網、人工智能快速發展的新形勢下，世界主要國家將利用新技術賦能高速鐵路基礎設施發展，實現信息化與建設管理、裝備制造、運營監測的深度融合，加強既有鐵路基礎設施提質升級，提高設施利用效率和服務水平，持續推進高速鐵路智能化向縱深發展。

2.5 高速鐵路向更安全、更綠色方向發展

安全是高速鐵路運輸最基本的要求，高標準、全過程、穩定可控的安全運營是高速鐵路永恒追求的目標之一。為確保高速鐵路安全運行萬無一失，中國將持續完善高速鐵路系統安全保障體系，針對突發事件構建精準應急體系，全方位提高高速鐵路運輸系統RAMS水平[11]。在基礎設施方面，推廣使用新材料、新技術、新工藝，提高基礎設施質量和使用壽命，注重預防性養護、維護，及時消除安全隱患，形成集安全技術、安全管理和安全預防于一體的保障體系。

綠色一直是高速鐵路可持續發展的內在要求。近年來，中國將綠色發展理念貫穿到高速鐵路發展的全過程，廣泛采用先進高效的綠色節能技術，努力建設與自然資源承載力相匹配、與鐵路沿線生態環境相協調的綠色高速鐵路。在明確的“減碳”目標下，中國進一步提出了對不同線性基礎設施的廊道進行整合，打造以鐵路為主的國家綜合立體交通網，進一步擴大綠色環保效應。

2.6 高速鐵路邁向多制式發展新時代

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、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磁懸浮和德國的常導磁懸浮制式為代表，其中常導磁懸浮制式在我國上海磁懸浮專線得到應用，最高運營速度430 km/h，具備良好的工程化和產業化應用前景。磁懸浮高速鐵路在速度方面優于輪軌鐵路，但具有車內噪音大、與既有路網不兼容、道岔結構復雜等缺陷，在輪軌運營速度可達到的范圍內不具備競爭優勢，其速度優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，即 500～800 km/h之間。

在磁懸浮技術基礎上，進一步構建真空運行環境用以減少空氣阻力和噪聲，形成低真空管道+磁懸浮技術，在 1 000 km/h以上速度區間具有競爭優勢，有望成為未來洲際陸地交通運輸工具的發展方向，美國、中國等正在推動研究的“超級高鐵”，設想最高運營速度可達 4 000 km/h，屆時北京與華盛頓將被納入2 h交通圈，輕松實現數小時環游世界的夢想。

3 結束語

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濟技術優勢，有力地契合了現代經濟社會的發展理念，經過50多年的發展，成效顯著，建設項目遍布世界各地。當下，全球各國在激烈的競爭中砥礪前行，呈現出更高速度、更高標準、更高質量以及多制式協同發展的方向。鐵路運輸是各國國民經濟的支柱性產業，支撐著一個密切關聯的全球經濟社會，面對深刻變化的內外部環境以及鐵路所自帶的復雜屬性，其未來的發展任重道遠！