高速客运系统：欧洲四国高速铁路

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Eberhard Jänsch

博士工程师，教授

德国铁路公司高速运输和一体化管理组织前负责人

在小国丛立的欧洲，扩建高速铁路系统是一项需要耗费几十年时间的工程，这与中国的情况完全不同。在欧洲，每个国家的基本条件不同，解决方案也不同。“欧共体铁路互操作性规范”颁布后，欧洲铁路系统的子系统必须根据共同规则的要求设计施工，而这些规则就反映在“技术规范”(TSI）中。这个过程将持续几十年。下面首先概述目前欧洲四大高速铁路的概况，然后详述欧洲四大高速铁路系统的若干特点。

国际铁路眹盟（UIC）从高速铁路发展初期就持续关注欧洲高速铁路的发展（图1）。在国际铁路联盟（UIC）交通统计数据中，统计了欧洲高速列车每年完成的旅客周转量（Pkm）(图2)。法国拥有长距离高速铁路和许多高速列车，是欧洲高速客运的引领者。根据定义，高铁旅客周转量的统计不包括传统长途旅客列车，如城际列车IC和泛欧城际列车EC，即使这些列车运行的部分线路也是高速线路。

图3是欧洲高速铁路线路长度增加的情况。从图中可以看出，在此期间西班牙高速铁路的发展已领先于法国。

在欧洲，法国最早发展高速铁路，巴黎-里昂新建线的第一区段于1981年9月投入运营。自此法国的高速铁路网开始不断扩建，除巴黎东部和南部的绕行线路、莱茵-罗纳线以外，几乎所有的新建高速线路都是以巴黎为起点修建的。在巴黎和巴黎大区（法兰西岛），居住着1200万居民（1000人/km2)，占法国总人口的18%。其余地区人口稀疏（103人/km2），且距离巴黎很远，如图尔、勒芒、里尔距巴黎大约200km，里昂和斯特拉斯堡与巴黎之间的距离超过400km。因此，为了满足运输需求，法国国营铁路公司（SNCF）的方针是发展长距离不停车运行，缩短运行时间。法国人每年乘坐高速列车人均达到860 Pkm（2016年统计数据）。简言之，这是德国、西班牙和意大利平均水平的三倍。

2016年7月，长度为472km的东线，巴黎-斯特拉斯堡高速铁路投入运营后，最快的列车运行速度达到320km/h，运行时间为1小时46分（旅行速度267km/h），2017年7月，连接雷恩和波尔多的两条新建线路开通。上述新建线路绕过勒芒和图尔，以分支线路通往现有的铁路总站（图4）。这种路网方案仍遵循法国开始建设新线时的规划思路，与以往不同的是图尔-波尔多高速铁路是通过私人-公共伙伴关系（PPP模式）实现融资的。在与法国国营铁路公司（SNCF）签订的为期50年的合同中，建设财团为轨道建设和运营维护提供资金，法国国营铁路公司向其支付租赁费。由于财务原因，其它TGV线路的建设计划于2018年春季被暂时搁置。

TGV系统每年完成的旅客周转量（Pkm）是ICE系统的近两倍。

法国铁路网在巴黎北部和东部采用25kV/50Hz交流牵引制式，但在南部则采用1500V的直流制式。因此，TGV高速列车从一开始就设计为双流制列车，有些列车为三流制列车。通向东南和西南的新线因为采用1500V直流牵引，而处在被隔离的环境中。在法国，不允许高速列车与传统列车混合运行，而在德国的新建线路和改建线路上混合运营的情况很普遍。第一批TGV列车（巴黎东南线）由直流电机驱动。后续投入运营的TGV列车采用三相交流电机，外观改变多次。从2013年起，蓝色的“OuiGo”列车投入运营，这些TGV双层列车增加了坐席数量，票价较低，尤其适合年轻乘客。自2017年7月起，TGV 列车通过重新设计，命名为“InOui”列车，它代表法国铁路列车的先进水平（图5)。

与法国一样，西班牙的高速路网主要通向各州首府。西班牙人口规模相对较小。20年前西班牙只有3700万人，据目前资料显示，西班牙现在人口数量为4700万，相当于92人/km2。巴塞罗那、瓦伦西亚和马拉加等主要城市远离海岸线，其中间地带几乎荒无人烟（约30人/km2)。目前发展铁路的主要目的是抗衡实力早已很强大的国内航空运输。随着每条新建高速线的开通，市场向有利于AVE高速列车的方向发展，其所占份额增加了两倍（图6)。

1992年4月，西班牙第一条高速铁路，即马德里-塞维利亚线开通，西班牙铁路进入了高速时代。在总长度为471km的线路上采用了许多德国技术，包括连续式列车控制系统LZB和BWG公司（德国比茨巴赫）生产的高速道岔。德国铁路咨询公司（DB Consult)在轨道设计和工程监理方面提供咨询建议。

西班牙一直在持续推进铁路建设计划。如今，西班牙拥有欧洲最长的高速铁路网，预计到2022年将扩大到3842km。西班牙作为欧盟（EU)边缘国家区域中的一个相对较新的成员，得到了欧盟内部各类融资手段的特别照顾。

欧盟（布鲁塞尔）对于扩建高速铁路网领先的欧洲铁路予以资助。

鉴于西班牙居民点的布局结构，城市以外的建设规划几乎没有任何问题。沿线地质为轻质岩，大多是略带石灰石的砾石，因此路堑、路基和隧道的施工建设不复杂，能顺利快速推进。

由于历史原因，西班牙铁路网有两种轨距：伊比利亚半岛宽轨轨距（1688mm)和米轨轨距（1000mm，主要在巴斯克地区，属于Euskotrain铁路运输公司）。由于泛欧铁路网互操作性规范的颁布, 1435mm轨距成为伊比利亚半岛第三种轨距。这种轨距最初被欧盟规定为互操作性的一个条件，如果高速铁路不按这个轨距要求建设，就得不到欧盟的财政补助。然而西班牙人不久就放弃了改变整个路网轨距的想法。如今，高速线路一般都铺设标准轨距的轨道，在髙速路网的若干边界地区铺设三轨线路（图7)。2013年12月以来，西班牙的高速铁路网通过巴塞罗那-菲格拉斯-佩皮尼昂线已经与法国的高速铁路网连接。由于线路参数许可，大部分高速线路也可用于货物运输。

第一批AVE列车是运行在马德里-塞维利亚新建线路上的阿尔斯通TGV列车。西班牙国家铁路公司（Renfe)为马德里-巴塞罗那高速线向西门子公司订购了ICE 3的衍生产品Velaro E列车。西班牙与庞巴迪公司（Bombardier)合作生产了Talgo摆式车体列车，其最快时速达到350km (图8)。此外，还投入运用了有变换轨距能力的Talgo 250型列车和Alstom/CAF动车组，这些列车在通过轨距变换装置后能够从准轨网进入宽轨网运行。在此期间已经安装了第三代变轨距装置，轨矩变换过程最长持续5分钟。在变换轨矩过程中，列车还必须把准轨路网采用的25kV/50HZ交流牵引切换为宽轨路网采用的3000V直流牵引。西班牙铁路旧路网的很大一部分没有接触网。混合动力的Talgo 250H列车编组中附挂了两节发电车，这种列车能够在西班牙全路运行，例如在去往圣地亚哥德孔波斯特拉（Santiago de Compostela)的线路上运行。

意大利第一条高速铁路，即佛罗伦萨-罗马铁路（Direttissima线）是分阶段交付运营的。该线于1970年开工建设，1992年竣工，总长度为248km，比旧线（341km）短得多。这条旧线于1866年至1874年由当地既有铁路线连接而成，是为满足那时客货运输新要求而建设的。因此Direttissima线是作为客货混运线路建设和运营的，速度250km/h，电力牵引采用通常的3000V直流制。由于高速铁路列车运行密度高，如今Direttissima线上的货物列车只能在夜间运行。

新建铁路与传统路网紧密相连。

新线绕行所有在始末站之间的城市，这是通过连接旧线的闭塞所的运营操作实现的。后来建设的所有高速铁路都遵循了这一原则。在新建的连接线路上，从分支道岔的通过速度（220km/h) 逐步减速进入旧线，这需要经过很长的距离（图9)。意大利高速铁路网的线路长度，目前为981km，这里还应增加总长度为77km的连接线，这些连接线没有统计在国际铁路联盟的数据中。

本文在这里仅以时速为300km的博洛尼亚-佛罗伦萨线为例介绍其隧道工程，这条铁路在隧道中穿行的线路总长度达到73km。新建线路始于博洛尼亚总站后5km处（该总站现已被新的地下车站取代），在延伸77km后终点为佛罗伦萨的Santa Maria Novela前6km处的塞斯托菲奥伦蒂诺。这座隧道的净空横断面为82㎡，与意大利所有新建隧道一样，都配建了避车洞（图10）。为保证隧道安全，进行了一系列的风险评估。该安全方案的设计基于特殊的安全区，每4km左右建一个安全区。隧道掘进时建成的斜井用作紧急出口（图11）。列车运行控制系统（ETCS 2级）与列车控制系统结合应用，在发生事故时确保列车一定停在“安全区”内。这条新建线采用2*25kV/50Hz交流牵引。在佛罗伦萨地区的新建区段始点Sesto Fiorino进行牵引电流制式切换。列车取得3000V接触网的供电后驶入佛罗伦萨NMN尽头式车站。新建的佛罗伦萨地下通过式车站尚在规划阶段。

德国铁路的高速客运发展缓慢，但增长持续稳定（图12）。德国铁路公司统计了所有ICE高速列车完成的旅客周转量，这与国际铁路联盟（UIC）统计数据一致。无论ICE高速列车是否在高速线路上运行，都予以了统计。在德国，ICE列车运行网是由新建线（最高速度300km/h）、改建线（最高速度230km/h）和传统线路（最高速度160km/h）组成的混合运输路网。目前速度超过200km/h的线路和区段总长度为1538km；后续改建的977km线路的允许运行速度在160km/h至200km/h。

就德国人口规模而言，德国新建高速铁路的长度很适中。这里每100万居民就拥有19km的新建高速线。按人均新建高速铁路公里数比较，法国是德国的两倍，西班牙甚至达到德国的3.5倍。这也是法国人和西班牙人为他们快速发展高速铁路网感到自豪的原因，新建高速铁路和高速列车是国家崛起的明显标志。

近期纽伦堡-埃本斯菲尔特-爱尔福特-哈勒/莱比锡新建高速铁路的第二个区段投入了运营，这个例子可以说明在设计和施工建设过程中技术规范也可以发生变化。初步规划在德国统一后不久开始，当时的依据是1991年7月版本的德国铁路公司（DB）的技术规范DS800.02“新建线路”，现在这个规范已经按V=300km/h修订。出于运输需要，该线路是按客货混运设计的。该线的巴伐利亚州区段，按线间距4.70m铺设，这是“扩大的标准建筑接近限界”（ ERL）的规定。但是在新建线路汉诺威-维尔茨堡投入运营一年后，德国铁路公司废止了这个建筑接近限界，因为没有人需要它。在新建线的北部区段，线间距减小为4.50m，这就是后来修订的建筑接近限界规定。

在埃本斯菲尔德-爱尔福特区段，与英格尔施塔特-慕尼黑新建线一样，修建了双线隧道，它反映了当时的先进技术水平（图13)。1997年7月1日，联邦铁道署（EBA）颁布了“铁路隧道建设和运营的防火防灾要求”技术规程。其中规定，对于有旅客列车与货物列车混合运行的长隧道，应建造有横向连接隧洞的两座单线隧道。埃本斯菲尔德-爱尔福特区段的双线隧道的现有防护设施虽然符合法规要求，但联邦铁道署仍然要求提出能完全排除货物列车和旅客列车同时在该隧道内运行风险的更加安全的运营技术方案。因此在爱尔福特-哈勒/莱比锡区段修建的隧道全是双洞隧道（图14）。其建设费用远高于双线隧道。对于应急照明、逃生路线等隧道设施在2015年1月1日生效的技术规范（TSI）“铁路隧道安全”有详细规定。

在德国，一个大铁路项目从基本调查到投入运营平均需要18年时间。纽伦堡-莱比锡全线是在开始进行基本调査27年后，即2017年12月投入运营的。作为对比，科隆-莱茵/美因新建线由当时的原西德联邦铁路（DB）于1970年在扩建计划中规划为科隆-大劳格新建线；然而，对大区域范围内的选线方案和技术方案长期议而不决。1989年，联邦政府确定了定线方案。从1971年提出的第一个方案到投入运营（2002年）历时31年。汉诺威-维尔茨堡线作为汉诺威-格明登铁路的新建线部分，这是1970年扩建计划规定的。基本调查于1971年开始。但是汉诺威-哥廷根-卡塞尔（下萨克森州的要求）的定线方案到1976年才定下来。这样从基本调查到1991年的全线竣工历时20年。接着很快开始规划汉诺威-柏林高速铁路：1988年原西德联邦铁路/原东德国家铁路进行联合测探，1990年6月西德/东德政府达成部长协议，1998年投入运营，在基本调査后仅用了10年时间。

扩建高速铁路网需要几十年时间。

2017年，德国铁路路网公司（DB Netz AG）为铁路基础设施的新建和扩建编制了“路网方案2030”。除了提高两条南北轴线（莱茵走廊和经哈雷的东部走廊）的货运能力外，还规定了几个改进旅客运输的工程项目。这包括扩展几个枢纽范围，把货运和客运线路分开。规划设计和建设时间将缩短至14至15年，主要通过尽早让公民参与，构建建筑信息模型（BIM) 和简化项目设计审批流程而达到。

老式高速列车，尤其是ICE 1，现正在被ICE 4逐步取代（图15）。新型列车是时速为250km的动力分散型动车组。ICE 4客车车厢比以前的客车更长更窄；然而，德国铁路公司承诺，列车的舒适性将得到进一步提升，这归功于先进的列车内部设备。

文章转自《铁路技术评论》杂志2018年11月刊

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