高铁发展简史，三次技术飞跃诞生现代高铁，高速便捷客运量大

高速铁路已经成为世界各国发展中的一个热点问题，这是因为高速铁路具有其他交通工具难以比拟的技术优势：第一，速度快，法国轮轨高铁TGV列车曾创出574.8km/h的世界纪录，日本磁悬浮高铁创出603km/h的世界纪录；美国超级高铁创出1000km/h的世界纪录（超过了飞机常规飞行速度）；第二，运量大，高速列车间隔时间可达到4min，单向每小时可开12列列车，这是公路和航空所无法相比的；第三，安全性高，高铁线路设施的质量和精度都很高，列车运行控制系统是利用成熟的电子技术和智能软件，能确保两列车间的安全距离，世界各国的高速铁路极少发生人身伤亡事故；第四，全天候运行，高速列车可以全天候运行，不受雨、雪、雾、风的影响；第五，高铁还具有能耗低、节约用地、环境污染轻、舒适度高等特点。因此，高铁自诞生以来受到世界各国的欢迎。

高铁的产生条件

交通工具的产生，必须符合一定条件。而任何交通工具，人类从三个方面去评判它，符合这些要求就是好的交通工具，不符合就不是好的交通工具。首先，是评判它的功能性（速度、运能、安全）；其次，是它的经济性（成本、能耗、效率）；最后，是它的生态性（噪声、辐射、环保）。高速铁路作为一种交通工具，在追求速度的同时也要考虑载重问题。因为快速和重载是人类永恒追求，而高铁正好满足人类需求。

1. 高铁的速度速度是人类对交通运输工具的基本要求。正是高铁的快速性和高效性，高铁才获得人类的喜爱，得到大力发展。高铁速度和其他交通工具速度的对比。
2. 高铁的载重无论哪一种交通工具，人们都希望载重量越大越好，以满足人们对货运和客运的基本需求。通过高铁和现有交通工具（汽车、飞机、轮船、普通火车等）的载重量比较可知，高铁也是载重量最大的交通工具。

3.高铁的安全高速铁路由于在全封闭环境中自动化运行，又有一系列完善的安全保障系统，所以其安全程度是任何交通工具无法比拟的。几个主要高速铁路国家，一天要发出上千对的高速列车，即使计入德国发生的事故，其事故率及人员伤亡率也远远低于其他现代交通运输方式。因此，高速铁路被认为是最安全的。

高铁的三次飞跃

为了满足人类对速度和运能的要求，高铁经历了三次质变，即三次飞跃。从轮轨高铁到磁浮高铁再到超级高铁，从运营速度200km/h到500km/h再到1200km/h，人类不同的交通需求就有着3次不同的飞跃。

第一次飞跃：提高运营速度，轮轨高铁诞生

第一类：轮轨高铁。王者归来，地面速度提升。为了提高火车运行速度，有了第一次飞跃，即第一类高铁——轮轨式高铁诞生。

对普通火车来说，运能是所有交通工具中的王者，但运行速度很难满足人类需求。因为普通火车都是以200km/h以下的速度运行，不能满足人类对快速出行的需要。人们通过对轨道、车辆等的研究，特别是通过车型改进，来减少高速列车运行时的摩擦阻力和空气阻力，达到提高运营速度的目的。1964年日本新干线上，高速列车运行速度达到200km/h以上。火车运营速度200 km/h以上，就是高铁了。但轮轨高铁由于受空气阻力和摩擦阻力限制，只能运行在200 km/h和400 km/h之间。运营速度400 km/h是轮轨高铁的预警阀值，超过该速度极容易脱轨，发生交通事故。

轮轨高铁即轮轨式高速铁路，主要是在轨道上运行的高速铁路运输系统，简称轮轨高铁，也叫常规高铁。如图1.8所示，主要特征：

（1）轮轨高铁的运营速度：200～400km/h。

（2）轮轨高铁的预警阀值：400 km/h。

（3）轮轨高铁的阻力情况：摩擦阻力和空气阻力。

轮轨高铁属于轮轨式的高速铁路。根据国际铁路联盟的定义，高速铁路是指通过改造原有线路（直线化、轨距标准化），使营运速率达到每小时200km以上，或者专门修建新的高速新线，使营运速率达到每小时250km以上的铁路系统。本书将轮轨高铁分为三种。

第二次飞跃：除去摩擦阻力，磁浮高铁诞生

第二类：磁浮高铁。腾空而起，地面巨龙出现。为了减少轮轨摩擦力，有了第二次飞跃，磁浮高铁，即第二类高铁，磁悬浮式高铁诞生。

为了减少摩擦阻力，提高运行速度，满足人类快速出行要求，基于“异性相吸，同性相斥”原理，有了磁浮高铁，运行速度达到400 km/h以上。磁浮高铁运行中，磁浮列车不和轨道直接接触，而是浮在轨道上运行，这样没有了摩擦阻力，提高了运行速度。2015年日本磁悬浮高铁运行速度达到600km/h以上。磁浮高铁虽然不受摩擦阻力影响，但由于受空气阻力限制，也只能运行在400km/h和1000km/h之间。运营速度1000km/h是磁浮高铁的预警阀值，超过该速度运营成本太高。

磁浮高铁即磁悬浮式高速铁路，主要悬浮在轨道上运行的高速铁路运输系统，简称磁浮高铁，也叫超导高铁。如图1.10所示，主要特征：

（1）磁浮高铁的运营速度：400～1000km/h。

（2）磁浮高铁的预警阀值：1000km/h。

（3）磁浮高铁的阻力情况：空气阻力，无摩擦阻力。

磁浮高速铁路属于磁悬浮式的高速铁路。磁悬浮列车作为一种新型的地面交通工具已从实验阶段走向了商业运营，克服了传统列车轮轨黏着限制、机械噪声和磨损等问题，具有了速度快、爬坡能力强、能耗较高、运行时噪声高、安全舒适低、不燃油、电磁波污染少等优点，成为人们梦寐以求的理想陆上交通工具。

磁悬浮列车从悬浮机理上可分为电磁悬浮（EMS，electromagnetic suspension）和电动悬浮（EDS，electrodynamic suspension）两种。磁力悬浮高速列车要使列车速度达到500km/h，普通列车是绝对办不到的。如果把超导磁体装在列车内，在地面轨道上敷设铝环，利用它们之间发生相对运动，使铝环中产生感应电流，从而产生磁排斥作用，把列车托起离地面约10cm，使列车能悬浮在地面上而高速前进。本书将磁浮高铁分为三种，见表。

磁悬浮列车是利用超导磁体使车体上浮，通过周期性地变换磁极方向而获取推进动力的列车。磁悬浮列车除速度快之外，还具有无噪声、无震动、省能源的特点，有望成为21世纪的主力交通工具。

第三次飞跃：减少空气阻力，超级高铁诞生

第三类高铁：超级高铁。真空飞行，运行速度无极限。为了减少空气阻力，有了第三次飞跃，超级高铁，即第三类高铁，真空管道悬浮高铁诞生。

为了减少空气阻力，提高运行速度，满足人类快速出行要求，基于“真空管道”概念，有了超级高铁，运行速度达到1200km/h（音速340m/s）以上。超级高铁由于在真空管道运行，不但没有空气阻力，也没有摩擦阻力，所以运行速度可以达到1200km/h以上。在真空管道里，由于没有摩擦阻力和空气阻力，超级列车就可以“任性”运行，运营10000km/h以上都是不成问题的。

超级高铁即真空管道悬浮式高速铁路，主要在真空管道中悬浮运行的高速铁路运输系统，简称超级高铁，也叫真空高铁，主要特征：

（1）超级高铁的运营速度：1200km/h（音速340m/s）以上。

（2）超级高铁的预警阀值：没有限制，可以任性运行。

（3）超级高铁的阻力情况：无摩擦阻力、无空气阻力。

超级高铁属于真空管道式的高速铁路。超级高铁（Pneumatic Tubes）是一种以“真空钢管运输”为理论核心设计的交通工具，具有超高速、高安全、低能耗、噪声小、污染小等特点。超级列车有可能是继汽车、轮船、火车和飞机等之后的新一代交通运输工具，即第五种交通工具。本书将超级高铁分为三种。

为了减少空气阻力，真空管道是不可回避的选择。对于超级高铁而言，超高速是21世纪地面高速交通的需求。这是因为：一方面，环保：要求电气化的轨道交通，人均二氧化碳排放量，汽车100g/（人·km）、飞机140g/（人·km）、铁路20g/（人·km）。另一方面，快速：随着社会经济的发展，人们渴望超高速，而真空（或低压）管道是地面交通达到超高速的唯一途径。因此，今后超级高铁将是不可回避的选择。

高铁的不同类型

高铁除了轮轨式的高速铁路外，还包含使用磁悬浮技术的高速轨道运输系统和真空轨道中的超级高铁运输系统。而高铁运营速度的预警阀值，主要根据高速列车的能耗和对环境的破坏程度，从速度和经济的角度考虑，不适合商业运营速度。轮轨高铁的预警阀值：400km/h；磁浮高铁的预警阀值：1000km/h。根据高铁运营原理和预警阀值，本书把高铁分为三类。

1. 第一类高铁：轮轨高铁。轮轨式高速铁路，主要在轨道上运行的高速铁路运输系统，简称轮轨高铁，也叫常规高铁。轮轨高铁的运营速度：200～400km/h。轮轨高铁的阻力情况：摩擦阻力和空气阻力。
2. 第二类高铁：磁浮高铁。磁悬浮式高速铁路，主要悬浮在轨道上运行的高速铁路运输系统，简称磁浮高铁，也叫超导高铁。磁浮高铁的运营速度：400～1000km/h。磁浮高铁的阻力情况：空气阻力，无摩擦阻力。
3. 第三类高铁：超级高铁。真空管道悬浮式高速铁路，主要在真空管道中悬浮运行的高速铁路运输系统，简称超级高铁，也叫真空高铁。超级高铁的运营速度：1200km/h（音速340m/s）以上。超级高铁的阻力情况：无摩擦阻力、无空气阻力。

高铁的属性特征

高铁能够快速发展，和高铁自身特点及属性分不开。特别是高速铁路具有其他交通工具（汽车、飞机、普通火车等）难以比拟的技术优势。

1. 高铁的速度快。高速铁路的试验速度已经超过603km/h，最高运行时速度350km/h以上。特别是超级高铁的研发，超级高铁运营速度不但超越音速（340m/s），而且超级高铁将改写人类历史。
2. 高铁的客运量大。高铁目前主要用于客运，目前无论哪种交通工具，客运量都无法和高铁的客运量相比。例如：一条高速公路一年最大客运量不会超过1000万人次。日本统计一条高速铁路一年客运量已达到1亿5000万人次。
3. 高铁的安全性高。在现有交通工具中，高铁是最安全的交通工具。如统计表明，每10亿人公里死亡人数中：铁路为1.971人，汽车为18.929人，飞机为16.006人；欧洲每年因公路交通事故死亡5万人，伤170万人，超过普通铁路的125倍；美国死于高速公路交通事故者每年约5万人，而死于铁路的约100人不到。从安全性来讲，高铁这种安全运输方式是汽车、飞机所不能比的。
4. 高铁的准点率高。高速铁路由计算机控制运行，它根据车内信号行车，而不是根据地面信号，风雨雪雾等恶劣天气，对它几乎没有影响。除非发生地震。飞机机场和高速公路等，在浓雾、暴雨和冰雪等恶劣天气情况下，则必须关闭停运。超级高铁在管道里面运行，风雨雪雾等恶劣天气对它更没有一点的影响，见表1.5。正点率高也是高速铁路深受旅客欢迎的原因之一。
5. 高铁的污染小。电气化高速铁路没有粉尘、煤烟和其他废气污染；虽然建造电厂也要污染，但如果拿这个发电厂的排污与公路、航空运输的排污量比较，结果显示是1∶3∶4。另外，高速铁路的噪声比公路要小5～10dB（分贝）。
6. 高铁的占地少。与四车道的高速公路相比，高铁的用地只有高速公路的一半，且大多建在专用桥梁上，无碍于地面用地。要完成一条高速铁路的运量，高速公路需要八车道。如铁路占地宽13.8m，六车道高速公路占地宽37.5m。
7. 高铁的能耗低。在所有交通工具中，高铁运行的能耗低，人均百公里能耗仅为3.6kW·h电，相当于飞机能耗的10％。
8. 高铁的舒适性高。高速铁路列车车内布置非常豪华，工作、生活设施齐全，座席宽敞舒适，走行性能好，活动空间大，运行非常平稳。减震、隔音，车内很安静。乘坐高速列车旅行几乎无不便之感，无异于愉快的享受。旅客卧、坐、行都比其他运输方式舒适。
9. 高铁优点较多，除了上述优点外，还有它的社会效益、经济效益、环境效益和外部边界效益。

小结

自1964年日本建成世界上第一条高速铁路以来，高速铁路从无到有，迅速发展，到2024年全球将步入“高铁时代”。因此，《高铁简史》一书将科普“高铁”这一新兴的概念，系统地向读者介绍高铁系统的概念术语、架构功能、发展态势等，让读者了解高铁的过去、现在和将来。

【本文节选自《高铁简史》，作者：胡启洲　李香红　曲思源，成都西南交大出版社出版，有删减；如有侵权，请联系删除，图片源自网络】