高速铁路

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高速铁路(HSR),也被称为高速铁路或简称高速铁路,一般是指最高运行速度为200公里/小时或以上的铁路。它是一个由基础设施、适合高速运行的固定设备、移动设备、健全科学的安全保障体系、运输组织方式等组成的庞大的铁路运输系统。 1964年,世界上第一条高速铁路——日本新干线诞生。1981年法国TGV通车,开启了一条崭新的高速铁路,掀起了欧洲高速铁路建设的热潮:1988年意大利、德国,90年代西班牙、比...

高速铁路简介

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高速铁路(HSR),也被称为高速铁路或简称高速铁路,一般是指最高运行速度为200公里/小时或以上的铁路。它是一个由基础设施、适合高速运行的固定设备、移动设备、健全科学的安全保障体系、运输组织方式等组成的庞大的铁路运输系统。

1964年,世界上第一条高速铁路——日本新干线诞生。1981年法国TGV通车,开启了一条崭新的高速铁路,掀起了欧洲高速铁路建设的热潮:1988年意大利、德国,90年代西班牙、比利时、芬兰,2003年英国,2009年荷兰相继加入欧洲高速铁路国家俱乐部;21世纪初,高速铁路在亚洲迅速发展,2003年以后,中国大陆、韩国、中国台湾、日本等亚洲地区高速铁路发展迅速。2008年8月京津城际高铁开通后,中国通过新建数万公里高铁线路,采购数千列高铁列车,改变了世界高铁发展的焦点,最终成为全球高铁的领导者。高速铁路不仅是在传统铁路技术基础上提高速度的运输系统,而且是传统铁路领域的一场技术革命。

世界高铁网络的发展趋势表明,亚洲国家高铁网络的长度正在迅速增加。世界各地都在研究高速铁路的发展和实施。

截至2022年,全球运营的高铁线路近59000公里,每年乘坐高铁的旅客超过30亿人次。中国的高铁里程(4.2万公里)和乘客数量(15.568亿人)都是世界上最大的。

时速350公里crh3型高速动车组

时速350公里crh3型高速动车组

高速铁路及其基础设施概念定义

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高速铁路一词通常是指能够高速运行的轮轨运输系统。高速铁路的广义定义包括所有使用固定轨道或管道的高速运输系统。磁悬浮列车是广义高速铁路的一种,管道运输和高速磁悬浮列车也被称为超高速铁路线。

高速铁路的概念既具有时代性,又具有国际性。国际铁路联盟认为,在19世纪,当斯蒂芬森驾驶火箭达到50公里/小时的速度时,它可以被称为高速铁路;在20世纪70年代,日本是世界上第一个通过政府法律定义高速铁路的国家:“列车在主要路段以200公里/小时以上的速度行驶的干线铁路被称为高速铁路。”1985年,联合国欧洲经济委员会将高速铁路的最高运营速度定为客运专线300公里/小时,客货混合专线250公里/小时;中国2013年发布的《铁路技术政策》对高速铁路的定义是:新建线路上运行速度在250公里/小时(含预留)以上的高速列车,以及初始运行速度不低于200公里/小时的铁路。直到2023年,国际铁路联盟仍将200公里/小时及以上的运行速度作为高速铁路的标志。可见,不同国家、不同国际组织在定义上存在差异。随着科学技术的不断发展和进步,高速铁路的定义也将不断更新。

高速铁路系统包括:高速铁路基础设施、高速动车组、牵引供电网络、控制与信号、车辆运行与调度信息系统、运维等。

基础设施

高速铁路基础设施含线路设施系统以及枢纽(车站)系统。

线路系统

高速铁路线路设施系统主要包括路基、轨道结构、桥梁、隧道等部件。

高速铁路路基主要包括路基、路堤、基础等部分。在整个列车和线路系统中,路基是一个重要的组成部分。高速铁路轨道结构由钢轨、轨枕、扣件、轨道架、道岔等组成。轨道的类型分为有碴轨道和无碴轨道。无砟轨道使用混凝土或沥青混合料代替颗粒碴床(碴是指用于铁路路堤的小石块)。高速铁路高速、舒适、安全、高密度的运行特性决定了高速列车对桥梁结构的动力效应远大于等速铁路桥梁。因此,对高速铁路桥梁的刚度、完整性、耐久性都有严格的要求。在当今世界各国高铁中,日本高铁里程中各类桥梁占比为33-61%,中国京津城际高铁桥梁占比超过85%,京沪高铁桥梁占比为80%。高速列车速度的提高导致线路的最小曲线半径不断增大,高速铁路线路设计中出现了大量的隧道工程。例如,隧道占中国东南部高速铁路的30%以上。高速列车在隧道内会产生微压力波、爆破噪声、瞬态压力等气动效应。

车站、枢纽

高速铁路枢纽或车站是高速铁路系统中的重要基础设施,是客流密集分布的场所。根据技术任务分类,高铁站分为超车站、中间站和起(终)站;根据客流量,高铁站分为特大型、大型、中型和小型站。

高速铁路枢纽(站)所配备的技术设施和设备包括:站线设施、旅客服务设施和信号设备。

高速列车分类

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不同属性的分类

1.高速列车按运行原理分为轮轨列车和高速磁悬浮列车。

2.高速列车按运行原理分为轮轨列车和高速磁悬浮列车。

在轮轨列车中:

3.根据牵引动力装置的分类,有两种类型:柴油多机组和电动多机组;也可分为单功率或双功率,如内(燃气轮机)电(动力)混合动力动车组在非电气化路段的应用。

4.高速列车按照分组形式,根据列车动力轮对的分布和驱动设备的设置,可分为动力集中式和动力分散式两种;

动力集中型高速列车的牵引电机和牵引变换器设置在车头车(一端或两端),其他车辆为挂车。动力分散型高速列车的牵引电机和牵引变换器可设置在任意车辆下,各车辆共同提供动力。但是,动力分散的高速列车的车头未必是机动车辆。

5.根据列车转向架的布置和车辆连接方式,又分为独立式和铰接式。

典型的动力分散独立转向架型号有中国的CRH系列和CR系列,日本的各系列高铁,德国的ICE-3高铁;法国TGV高速列车为动力集中型铰接式转向架;德国的ICE-1和ICE-2高速列车由集中和独立的转向架提供动力;法国的AGV高速列车采用动力分散的铰接式转向架。

6.根据是否有倾斜装置,可分为倾斜列车和不倾斜列车;

7.按车厢布置,可分为单层列车或双层列车;

8.按信号系统配置可分为单信号列车或多信号系统列车;

9.根据牵引电源电压,可分为单电压(电流)或多电压(电流)标准列车。

10.根据应用分类,可分为干线列车和城际列车。中国的CRH1、2、3、5、CRH380和CR400系列属于干线列车,而阿尔斯通的Coradia属于城际列车(160-200公里/小时)。西门子ICE4由于其灵活的编组特性,可以作为长途干线列车或城际列车使用;中国的CRH6是城际列车,但除了CRH6A和CRH6A之外,它不是高速列车,建设速度为140-200公里/小时。

此外,还有带有可变轴距转向架的自动变轨距高速列车,使高速列车能够在不同的轨距线上运行。

中国G级和D级高铁的区别:G级和D级高铁提供两种不同的运输服务。G级高铁是指全部或大部分列车运行速度为300-350km/h, D级高铁是指运行速度为200-250km/h的列车。在前缀为C的城际列车中,已经有高速列车,如京津城际列车;也有200公里/小时以下的高速列车,比如在长滩株洲运行的CRH6F城际列车。

高速铁路货运列车

高速铁路货运列车是一种不同于客运列车的高速列车。国外高速铁路货运开始于20世纪80年代中期,主要在法国、德国、意大利、西方、美国和日本。

2003年,日本铁道车辆株式会社、川崎重工、东芝株式会社开始制造世界上第一列货运高速列车“M250”,并于2004年投入使用。

高速铁路货运有三种形式:载货运输;客货耦合多单元列车;货运高铁。

国外货运列车的类型包括改造后的高速客运列车(TGV邮政专列)、货运多单元专列和改造后的普通货运列车。

运输组织方式:以中心节点城市间夜间运营为主,客货混合运输,小时运营。

2011年,英国开通了连接英法海底隧道与欧洲大陆的定期高速货运列车,成为世界上为数不多的时速300公里的客货两用高速铁路。

2016年电子商务双十一黄金周期间,中国开始试运行广州南至长沙南之间的高铁货运,以及武汉至北京之间的包裹和快递高铁运输。首批参与者包括中国邮政速递、顺丰速递、联邦快递等。主要使用的车辆有高速旅客列车、预留高速旅客车位、确认高速列车、旅客列车行李车以及少量电商快车。

2020年12月,中国推出了世界上第一列时速350公里的高速货运列车。中国的高速铁路货运仍处于起步阶段。

磁悬浮列车简介

磁悬浮铁路利用引力相反、斥力相同的原理,用直线电机驱动车辆。运行时,车体悬挂或吸在导轨上,并保持一定间隙。磁悬浮铁路上使用的列车被称为磁悬浮列车。

1922年,德国人赫尔曼·肯佩尔提出了磁悬浮原理,并于1934年获得发明专利。德国人通过实验对两种磁悬浮(常规吸引和超导排斥)进行比较分析后,确定了采用长定子同步直线电机驱动的常规吸引列车作为研究重点,如出口到中国浦东磁悬浮示范线的TR-08磁悬浮列车;日本人认为超导排斥力列车能更好地适应日本频繁发生的地震,所以他们一直关注由长定子同步直线电机驱动的超导排斥力列车。

动车组相关定义

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动车组的组成

高速列车由车体、转向架、牵引变流器、制动、车辆内部设备、网络控制、辅助电源、车辆连接等单元组成。

与由机车和车辆组成的传统列车不同,高速列车在多个车厢中安装了动力装置,以提供牵引力和载客量,或者在列车的两端安装动力装置。这两种列车都被称为高速列车。

有动力的车辆,即能带动轮轴转动,带动列车运行的牵引电机,称为机动车(M车);没有动力装置的车辆是拖车(T-car)。

动车组编组

将高速列车和挂车按一定比例组合成一列完整的列车,称为组队。高速列车的组组方式一般有三种,即固定组组、灵活组组和多组组。在中国,一般采用固定的8车队形,又称短队形。例如,6节车厢的高速列车和2节车厢的拖车的组合被称为6节车厢的2-trailer或6M2T;法国TGV-R采用动力集中式,由2节端车和8节挂车组成,构成为L+8T+L。为了扩大单次运行的容量,将两个具有互联性的短列车组耦合在一起,称为长列车组或双列车组。

轴重是指一个轴允许承受的最大总质量,包括轮对本身的重量。

速度

速度级别:在中国,高速列车的速度级别分为200-250km/h和300-350km/h两个级别;复兴号列车分为CR200、CR300和CR400三个级别,分别对应100-200km/h、200-300km/h和300-400km/h。

最高运行速度:指高速列车或列车在运行过程中所允许的持续最高速度。

最大试验速度:指高速列车或列车在试验过程中的最大运行速度,是评价高速列车或列车速度能力和安全裕度的重要指标。

旅行速度:旅行速度=列车行驶距离/(列车行驶时间+列车停靠时间)。

高速铁路发展历史

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高速铁路诞生前

19世纪初,英国开始修建铁路。在1940年以前的100多年里,铁路以其运力大、能耗低、全天候等特点,逐渐成为世界范围内主要的陆上交通方式。随着铁路运营里程的增加和铁路运营速度的不断提高。从最初的50公里/小时到几百公里。火车的牵引动力从蒸汽机逐渐发展到内燃机。这一阶段具有代表性的时间和速度数据如下:

1814年,斯蒂芬森·布鲁克发明了第一辆蒸汽机车,时速为6.4公里

1830年,乔治·斯蒂芬森驾驶着一辆时速50公里的火箭机车

1903年,西门子和AEG电动汽车的最高时速为210公里/小时

1931年,德国内燃机汽车机组的最高测试速度为230公里/小时

1938年英国马拉德蒸汽机车东海岸铁路202.58公里/小时

1955年,法国阿尔斯通电力机车的最高时速为326公里

从20世纪初到第二次世界大战前,欧洲各国对高速列车进行了多次试验和探索。这些破纪录的机车车辆技术性能试验为高速铁路的商业化运营奠定了坚实的技术基础。到1963年,客运列车的最高运行速度已达到140-160公里/小时。以德国、法国为代表的欧洲国家的高速铁路技术与日本的技术相结合,诞生了世界上第一条商业运营的高速铁路——日本新干线。

初期发展

随着1964年日本新干线的开通,以法国、意大利、德国为首的欧洲国家开始了高速铁路的建设。到20世纪80年代,法国的TGV、德国的ICE、意大利的Pendolino等相继出现,这被称为高速铁路的早期发展。20世纪中叶以来,磁悬浮技术的研究也得到了迅速发展,德国和日本在这一领域取得了许多研究成果。以下是这段时间的主要速度数据:

1964年,世界上第一条高速铁路系统新干线在日本投入运营。0系列高速列车的最高运行速度为210公里/小时,最高测试速度为256km/h

1976年,HST IC125型内燃机车多台机组以200公里/小时的速度投入商业运行

1979年,日本的磁悬浮测试速度为517km/h

1981年,阿尔斯通TGV试验速度为380.4km/h

1981年,欧洲第一列高速列车TGV-PSE在法国巴黎里昂投入运营,最高运行速度为260km/h

1988年,ICE-V高速列车试验速度为406.9km/h

1988年,菲亚特的ERT450 Pendolino倾斜列车的最大运行速度为250km/h

意大利的Pendolino和德国的ICE于1988年投入运营

扩大发展

20世纪80年代末至90年代中期,欧盟主要成员国相继开始建设高速铁路,出现了全国性和跨国界的高速铁路网。这段时间被称为高速铁路的扩张发展期,代表性的时间和速度数据如下:

1989年,阿尔斯通第二代高速列车TGV-A投入运营,最高时速300km/h

1989年,日本300系列新干线列车的最高运行速度为270km/h

1989年,德国磁悬浮TR-07列车在埃姆斯兰测试线上的最高测试速度为436km/h

1990年,瑞典的X2000倾斜列车以200km/h的速度运行

1990年,法国阿尔斯通公司的TGV亚特兰蒂斯大西洋线最高时速为515.3km/h

1994年世界主要高速铁路发达国家列车的最高运行速度和行驶速度见下表:

国别旅客列车最高运营速度旅行速度
日本300km/h242.5km/h
法国320km/h245.6km/h
德国300km/h192.4km/h
西班牙300km/h217.9km/h
意大利250km/h163.7km/h

迅速发展

20世纪90年代至2004年,法国、德国、意大利、西班牙等国开始大规模建设国内或跨境高速铁路,逐步形成覆盖欧洲的高速铁路网;1992年,西班牙从法国和德国引进技术,修建马德里-塞维利亚高速铁路;1994年,英吉利海峡隧道开通,第一条英法跨境高速铁路开通;1997年,欧洲之星高速列车将法国、比利时、荷兰和德国连接在一起;1992年以来,台湾、中国、英国、荷兰等国相继开工建设新的高速铁路;2004年4月,韩国第一条高速铁路首尔-釜山(至大邱)建成通车。这是世界高速铁路高速发展的时期。主要时间节点和速度数据如下:

西班牙的AVE于1992年投入运营

1995年,阿尔斯通法国的第三代TGV TGV双层高速列车以320km/h的速度运行

1996年,日本300X高速列车上6节车厢的最高时速为443km/h

1997年比利时高速铁路运营

1999年,日本MLX01超导磁悬浮列车满载5节车厢,最高时速552km/h

2000年,韩国KTX-1高速列车(TGV技术)以300km/h的速度进行了测试

2000年西门子ICE-3型列车的设计速度为350km/h

2001年,阿尔斯通第四代TGV AGV的最大运行速度为350km/h

2003年,英国HS1高速铁路1号线投入运营

2004年,韩国高速列车KTX投入运营

集中发展

2004年以来,以中国为主的国家高速铁路集中发展。受中国高速铁路快速发展的启发,美国、俄罗斯、澳大利亚、沙特阿拉伯、印度、印度尼西亚等国家相继制定了各自的高速铁路发展规划。法国和西班牙等传统高铁强国也表现出了雄心壮志。图示数据如下:

2007年,法国阿尔斯通TGV-POS(也称为TGV-V150)为轮轨铁路创造了574.8km/h的最高速度

2007年,时速200公里的中国高铁和谐号列车投入运营,标志着中国高铁时代的开始。

2008年,中国和谐号高速列车投入运营,最高运行速度为350km/h

2009年,荷兰与荷兰之间的高速铁路投入运营

2011年,中国CRH380BL高速列车运营铁路的最高测试速度为487.3km/h

2014年,意大利frecciarrossa (Red Arrow) ETR1000高速列车投入商业运营,设计时速400公里,运行速度360km/h

2015年,日本磁悬浮列车的客运测试速度为603km/h

2017年,中国复兴号高铁的商业运营速度为350km/h

摩纳哥和沙特阿拉伯之间的高速铁路于2018年投入运营

2019年,中国北京张家口高铁实现了350km/h自动驾驶智能高铁的商业运营

 

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词条目录
  1. 高速铁路简介
  2. 高速铁路及其基础设施概念定义
  3. 基础设施
  4. 线路系统
  5. 车站、枢纽
  6. 高速列车分类
  7. 不同属性的分类
  8. 高速铁路货运列车
  9. 磁悬浮列车简介
  10. 动车组相关定义
  11. 动车组的组成
  12. 动车组编组
  13. 速度
  14. 高速铁路发展历史
  15. 高速铁路诞生前
  16. 初期发展
  17. 扩大发展
  18. 迅速发展
  19. 集中发展

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