日本新幹線開業60週年,高速鐵路的國際競爭日益激烈

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東海道新幹線開始運營至今已滿60年。本系列將分3期為您呈現這條被譽為「夢幻超級特快列車」的光輝歷程,並展望其未來發展藍圖。

最新技術與徹底合理化是「本質」

1964年10月1日東海道新幹線投入運營,讓全球鐵路界為之驚愕不已。

日本國有鐵道(現在的JR,以下稱國鐵),當時即使是最快的列車,最高時速也只有110公里/小時。軌距為1.067公尺,比歐美的標準軌距1.435公尺窄了36.8公分,因此極難實現時速200公里以上的高速行駛。然而,國鐵克服了這些困難,將列車的最高速度一舉提升兩倍,達到210公里/小時,並幾乎完全依靠自主技術打造了新幹線系統。

另一件令人矚目的事情,是東海道新幹線吸引了大量乘客,並取得了經營上的成功。在當時的日本,為了大幅提升鐵路速度,除了新建適合高速行駛的新線路外別無選擇,而新建線路的成本遠高於改造「在來線」(指新幹線以外的線路,既有鐵路。以下稱在來線)。總建設費用約3800億日圓(折合成現在的幣值約為1.8兆日圓),線路全長515.4公里,每公里造價約為7.4億日圓(現約36億日圓)。由於初期投資巨大,東海道新幹線在運營上必須徹底合理化並降低運行成本。

東海道新幹線運營前曾反覆進行的試運行(1962年,神奈川縣)(時事)
東海道新幹線運營前曾反覆進行的試運行(1962年,神奈川縣)(時事)

例如,新幹線列車在東京站至新大阪站之間僅需1名駕駛員運行,而在來線卻並非如此。在在來線上,軌道、信號等系統並未統一管理,而是以零散的區段方式連接首都圈與關西圈,因此需在樞紐車站頻繁更換駕駛員。

得益於最新技術和合理化措施,東海道新幹線將支出控制在了收入的一半左右。其後開通的各條新幹線也傳承了這一理念。儘管有時人們會抱怨「新幹線之旅有些無味」,但這是因為新幹線的最高目標是以高速、安全且實惠的方式提供出行服務。即便投入巨額建設費用,也依然能盈利的高速鐵路,這才是新幹線的「本質」所在。

日本的優勢與特性何在?

時光流逝,高速鐵路的定義也在不斷演變。如今,專門為高速鐵路設計的「高速新線」被定義為時速250公里以上,而通過改良的在來線被定義為時速200公里以上。過去新幹線曾經獨佔鰲頭,但隨著各國紛紛推出自主高速鐵路系統,新幹線不再佔據壟斷地位。

1981年開通的法國TGV(Train à Grande Vitesse)是全球第2條高速新線的代表。高速新線在上世紀90年代主要流行於歐美,2000年代則逐漸擴展到亞洲。最新的事例是,2023年印尼也開始運行。儘管高鐵已逐漸成為大眾化的交通工具,但能夠憑藉本國的技術一體化開發列車、線路和設施的國家少之又少。實際上,其主體主要集中在日本、以及法國、德國和西班牙為代表的歐盟,再加上中國,這3個陣營。

停靠在里耳法蘭德斯站的TGV(2024年8月8日,法國北部的里耳)(Antoine Boureau/ Hans Lucas via ReutersConnect)
停靠在里耳法蘭德斯站的TGV(2024年8月8日,法國北部的里耳)(Antoine Boureau/ Hans Lucas via ReutersConnect)

新幹線在全球高速鐵路中處於怎樣的地位呢?相較其他高速鐵路,新幹線的優勢何在?

讓我們回顧一下印尼的高速鐵路項目。日本通過JICA(日本國際協力機構)參與了競標,並於2015年5月編撰了《印尼爪哇島高速鐵路開發專案準備調查(第一階段)最終報告(摘要)》。

該報告在「各國系統比較」部分,分析比較了日本的新幹線、法國的TGV、西班牙的AVE、中國的CRH以及韓國的KTX,並得出結論稱:「新幹線系統不僅具備更高的舒適性,而且極為節約能源,並且在印尼多發地震、強降雨等自然條件嚴苛的環境中表現尤為出色,這些也正是印尼的需求所在。」

日本的賣點是每位乘客的電力消耗量、車體重量、座椅間距、抗震性能、抗雨水耐久性以及陡坡爬坡的能力。在所有這些數據中,日本要麼是最好的,要麼並列第1。事實證明,日本新幹線在高效運輸大量乘客、空間寬敞舒適,以及適應惡劣環境等方面表現優異。

例如,日本東北新幹線「隼號」使用的E5系列車輛,每位乘客所需的電力為13.1千瓦,車體重量為0.62噸。相比之下,TGV的電力需求為26.0千瓦,車體重量1.18噸;AVE為22.0千瓦,0.89噸;KTX為24.2千瓦,1.11噸。「隼號」的電力需求和車體重量幾乎只有上述列車的一半,但性能依然出眾。

各國高速鐵路對比

電力消耗 車體重量
新幹線(日本) 13.1kW 0.62t
CRH(中国) 15.8kW 0.76t
TGV(法国) 26kW 1.18t
AVE(西班牙) 22kW 0.89t
KTX(韓國) 24.2kW 1.11t

*所有數據均為每位乘客的資料
資料來源:JICA報告

話雖如此,其他國家的高速鐵路也並非全然遜色。原因在於,儘管這些國家不具備如新幹線般龐大的運輸需求,但透過採用小型列車並接入在來線,依然能夠實現盈利。

與新幹線的比較顯示,中國的高速鐵路技術已逐漸逼近新幹線。中國高速鐵路的電力需求為15.8千瓦,車體重量為0.76噸,與新幹線的技術水準不相上下。在國土遼闊且人口眾多的中國,資料表明對運輸能力的增強有著迫切的需求。據筆者調查,上海至南京之間的高速鐵路每天運營480趟列車。這一數字超過了東海道新幹線每日最多約450趟的運營量。

在印尼的競標專案中,除車輛性能外的其他因素最終決定了專案歸屬。中國方面提出了無需印尼政府提供債務擔保的方案,成功贏得了競標訂單。由此得出的教訓是,包括日本在內的其他國家不光要具備參與競爭的條件,更需要將來在出口新幹線時,制定全面的國家戰略,包括政府的支持。

值得全球認可的環保措施

那麼,日本的新幹線是否會在技術上被中國趕上而失去優勢呢?其實不然。由於日本具有國土狹小、人口密集的特點,新幹線在噪音和震動控制方面的環保標準極為嚴格,其環保性能達到了其他高速鐵路難以企及的水準。

在日本,住宅區的噪音標準是不得超過70分貝,相當於吸塵器的運轉聲;而在商工區,這一標準則提高至75分貝,相當於保齡球館的室內噪音。至於震動標準,無論在何地,震動值不得超過震度2級,即相當於「在室內保持安靜狀態的大多數人能夠察覺到」的程度,還必須低於70分貝。

為了應對噪音和震動問題,沿線房屋都進行了隔音和防震處理,軌道兩側也安裝了採用各種技術的高度防音牆。為了減少震動,鐵路軌道改用重量更重,更為堅固的材料,並將接縫焊接成一體。由於架空電線的下垂會產生噪音,因此就使用了更重的電線並施加更大的張力。

停靠於JR新大阪站的新幹線N700S,後方為N700A(2020年6月13日,大阪市澱川區)(時事)
停靠於JR新大阪站的新幹線N700S,後方為N700A(2020年6月13日,大阪市澱川區)(時事)

與其他國家的高速鐵路相比,新幹線在外形上雖顯得「笨拙」,卻有其道理。新幹線的頭車廂前端設計從以往的時尚流線型轉變為較為寬厚的造型,流線形部分幾乎佔據車體的一半。這一設計有助於列車高速通過隧道時有效減少空氣壓縮引發的空爆聲。此外,受電弓(即集電弓,用於從架空線取電的設備——譯註)周圍安裝的厚重罩蓋,也阻擋了約占列車整體噪音一半的風切噪音。

新幹線採取的這些環保措施很難說已經獲得全世界的認同。為滿足嚴格標準而開發的防噪防震措施對於許多國家而言實屬多餘,因此往往被視為進口和引進新幹線時的成本增加因素。然而,如果高速鐵路的開通將帶來人口的聚集和都市化,提早引入控制噪音和震動的系統無疑是明智之舉。總有一天,新幹線的環保對策會迎來高光時刻。

標題圖片:1964年10月1日在東京站舉行的東海道新幹線開通典禮(時事)

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