高速铁路速度目标值的综合评判

－
93
－
86 ～ 87
－
－
93 ～ 95
注：测量距离轨道 25 m。
提高会使噪声增大，速度每提高 10 km/h，噪声水
不同的运输方式有其竞争优势范围。高速铁路
平（主要是轮轨噪声和空气噪声）将提高 1 dB。《铁 的优势距离是指在该距离范围内一般旅客选择高速
道 客 车 内 部 噪 声 限 值 及 测 量 方 法》 （GB/T12816— 铁路出行最为方便快捷。在计算中，取旅客从驻地
高速铁路沿线的环保问题也是一项不可忽略
的运营检验，技术上已经成熟，列车运营速度大都 的因素，如噪声和震动等。以噪声为例，列车速度
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铁道运输与经济
高速铁路速度目标值的综合评判 彭宇拓
线路
京沪 武广 合宁 温福 京郑
线路速度 目标值
380 350 250 250 200
表 1 我国不同高速铁路旅行速度对比表
的牵引功率、加速能力，以及较轻的轴重，随着列
车速度的提高，轮轨可利用粘着系数的下降更加明 3 评判计算
显。因此，高速铁路的轮轨粘着系数 ui 能较充分 3.1 评价指标权重的确定
地体现不同速度等级下的安全环境压力。采用日本
采用层次分析法确定评价指标的权重。在高速
新干线高速列车 ui 与速度的经验公式为：
以外，也不能超过这一水平。所以，高速铁路抑制 的平均旅行速度，按所耗时间相等的条件计算得到
噪声问题也十分突出，所需费用约占新建高速线路 铁路2.5 安全
综合比选，不同速度等级下动车组车外噪声等
高速铁路是一个复杂的系统工程，随着列车速
级能充分体现高速铁路运营的环保难度。表 3 汇总 度的提高，铁路运输安全形势更加严峻，特别是随
根据我国不同等级高速铁路运营数据，同时参
福和因戈尔施塔特—纽伦堡两段高速线路的运营速 照日本新干线和德国 ICE 的旅行时间，不同速度目
度为 300 km/h。拥有高速铁路技术的法国、德国、 标值的旅行时间变化情况如表 2 所示。
日本等国家，根据各自的特点，开发形成了不同类 2.3 环保
型的高速铁路技术体系，并经过十几年甚至几十年
而无关成本中，设备的折旧成本和养护维修费用 营成本＝ 0.112。
也随着列车速度的提升，会有较大幅度攀升。以 3.2 不同等级高速铁路速度目标值的计算评判
路基为例，列车速度的提高会加快线路的破坏速
可用于评判分析的各指标值如表 6 所示。
度，从而加速和加剧了线路的不平顺，这不但增
对原始数据进行无量纲化处理。具体方法为：
德 国 在 1988 年 创 造 了 406.9 km/h 的 列 车 试 验 纪 运行图，从而得到 160、200、250、300、350 km/h
录，自 20 世纪 80 年代以来，新建高速铁路均实现了 不同速度等级的运营数据，如表 1 所示。
250 km/h 以上的列车运营速度，其中科隆—法兰克
5·12 列车运行图
运营速度 目标值
旅行 速度
－
－
350
288.90
250
144.00
250
185.70
200
135.98
7·10 列车运行图
运营速度 目标值
旅行 速度
300
270.11
350
269.47
250
133.68
250
185.72
200
135.98
km/h
9·5 列车运行图
运营速度 目标值
世界铁路正在进入一个以高速铁路为特征的新 时代。高速铁路以其快速、高效、环保、安 全、舒适等优越性逐渐获得我国运输市场的认可。 但由于“7·23”甬台温铁路列车追尾脱轨事故的影响， 为增加高速铁路安全冗余，积累安全管理经验，铁道 部采取了调图减速措施：原设计最高时速 350 km 的高速铁路，列车按时速 300 km 开行；原设计最 高时速 250 km 的高速铁路，列车按时速 200 km 开 行；原既有线提速为时速 200 km 的线路，列车按 时速 160 km 开行。对此，本文采用模糊数学评判 方法，把与速度相关各项因素进行综合考虑，研究 确定高速铁路的边际收益速度目标值。
旅行 速度
300
270.11
300
269.47
200
126.83
200
131.84
160
123.41
表 2 不同速度目标值的旅行时间变化情况
速度目标值 /（km/h） 160 200 250 300 350
平均旅行速度 /（km/h） 134 186 225 269 295
单位距离时间 （/ min/100 km）
准高速 160 275 0.056 4.0
200 444 0.048 5.0
高速等级
250
300
613
873
0.041
0.035
5.5
6.0
350 1 079 0.031
8.0
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高速铁路速度目标值的综合评判 彭宇拓
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铁路的安全运营产生影响。由于高速列车采用较大 值如表 4 所示。
设计速度。结合国内外动车组技术发展水平、我国 2.1 能耗
铁路动车组外购和自行研制等不同技术路线，以及
在世界能源危机的背景下，交通运输业应采用最
促进国内动车组制造工业发展等因素综合确定，该 优化能源利用方式，合理消耗各种资源。据 UIC
目标值应随动车组的更新换代而不断提高。
（国际铁盟）的统计，高速铁路是各种交通方式中
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铁 道 运 输 与 经 济 RAILWAY TRANSPORT AND ECONOMY
文章编号：1003-1421(2012)02-0046-05 中图分类号：U292.4+3；U238 文献标识码：B
高速铁路速度目标值的综合评判
彭宇拓
（铁道部党校 科研处，北京 100088）
摘 要：高速铁路的速度目标值是高速行车技 术的核心指标，是高速铁路总体设计的决定性 参数。根据高速铁路速度目标值的定义，综合 考虑能耗、时间、环保、竞争优势、安全和运 营成本等主要因素，建立高速铁路速度目标值 选取的评判指标体系，采用模糊数学评判方 法，确定评价指标权重，对高速铁路不同等级 速度目标值进行计算评判，并根据分析结果， 说明高速铁路 300 km/h速度等级在理论上是 最经济合理的。 关键词：高速铁路；速度目标值；综合评价
（3）商业运营速度，即铁路部门实际运营的速 最节省能源的。但高速铁路的运营速度对能耗影响
度目标值。这是本文研究的高速铁路速度目标值， 较大，高速列车的空气阻力随速度平方而上升。以
主要受土建设计速度和动车组设计速度制约，同时 德国 ICE 实际运营统计为基础，总结高速列车以最
考虑旅客承受能力和与其他运输方式的竞争，以及 高速度运行时所需功率，其经验公式为 [2]：
每两个指标的相对权重分别进行确定，可使权重的
速度目标值的选择直接影响列车运营方式和 确定更加切实可行。构造判断矩阵如表 5 所示。
运营成本。运营成本可以分为有关成本和无关成
指标判断矩阵的一致性指标 CI ＝（λ － n）/
本。有关成本是指与列车运营有关的支出，包括能 （n － 1）＝ 0.011 3，则 CR ＝ CI / RI ＝ 0.009 ＜ 0.1，
源消耗及其支出、管理费、人员费用。由于牵引 符合一致性检验。得到高速铁路速度目标值综合评
功、阻力功、耗电量与运营速度水平呈正相关关 判指标的权重为：能耗＝ 0.093，时间＝ 0.223，环
系，因此有关成本与商业运营速度呈正相关关系。 保＝ 0.056，竞争优势＝ 0.303，安全＝ 0.213，运
了欧洲有代表性的高速铁路噪声值 [3]。
着 速 度 等 级 的 提 高， 轮 轨 粘 着 系 数 降 低， 路 基 下
2.4 竞争优势
沉量和车顶受电弓的离线率会变大，这些都对高速
表 4 不同速度等级下高速铁路的优势距离、粘着系数和运营成本评价值
速度等级 V /（km/h） 优势距离 S /km 轮轨粘着系数 ui 运营成本评判值
运营成本对高速铁路运输生产的影响，在现阶
经 过 无 量 纲 化 处 理 后， 的 数 值 范 围 在 [1，
段暂时无法按照一个统一固定的公式计算确定，因 10]。对各指标无量纲化处理的结果如表 7 所示。
铁路速度目标值综合评判指标体系中，许多指标之
ui ＝ 13.6 /（v ＋ 85）
⑶ 间没有关联性或关联性很小，通过客观分析各指标
依据公式⑶计算的不同速度等级下高速列车的 权重或指标之间的相对权重不现实。对此，运用主
轮轨粘着系数如表 4 所示。
观法确定指标之间的相对权重则较为准确，而且对
2.6 运营成本
W0 ＝ 15.653 ＋ 0.119 3 v ＋ 0.001 6 v2（N） ⑵ 式中：Pk 为列车所需总功率，kW；Vmax 为列车最高 运行速度，km/h；W 为列车运行阻力，N；k 为裕量
1.2 世界高速铁路速度目标值的发展趋势
系数，通常按最高速度增加 10%。
1983 年法国建成巴黎—里昂 270 km/h 的高速 2.2 时间
成几乎无法改变，若基础设计速度目标值定得过 此， 构 建 我 国 高 速 铁 路 速 度 目 标 值 综 合 评 判 指
低，势必影响高速铁路未来发展。因此，对基础设 标体系，主要从能耗、时间、环保、竞争优势、
施设计速度应留有一定余地。
安全和运营成本等方面研究高速铁路运营边际
（2）移动设备最高速度，即高速铁路的动车组 速度值。
随之下降，这是一个难以克服的矛盾。因此，高速
借鉴发达国家高速铁路发展情况，其他拟建高
铁路速度目标值不是越高越好，应综合考虑经济效 速铁路的国家，如韩国、美国、澳大利亚和我国台
益、环境保护等，存在高速铁路的速度收益边际。 湾省等，其运营速度目标值均选择 300 km/h，基础
1.1 高速铁路速度目标值的含义
44.78 32.26 26.67 22.30 20.34
表 3 欧洲有代表性的高速铁路噪声值 dB
列车类型 200 km/h 250 km/h 270 km/h 300 km/h 400 km/h
ICE TGV-A TRANSRAPID07
85
－
79 ～ 80
89
－
82 ～ 83
－ 95 ～ 105
设施速度目标值均预留 350 km/h。
高速铁路速度目标值有以下 3 个含义[1]。
（1）基础设施设计速度，即土建设计速度。基 2 评判指标体系的建立
础设施设计速度按远期移动设备能够达到的速度
高速铁路的基本运营目标是实现综合效益最
考虑。高速铁路基础设施如桥梁、隧道等，一经建 大，包括经济效益、社会效益和市场效益等。据
铁路，20 世纪 80 年代末、90 年代初，第二代 TGV
不同速度等级的高速铁路对旅行时间有着质
列车达到了最高运营速度 300 km/h 的新台阶，目 的影响。高速铁路的速度等级越高，旅行时间越
前运营的 TGV-LGV 东欧线的列车速度为 320 km/h。 短。2011 年以来，我国铁路实行了 3 次不同的列车
2006）规定动车组在以构造速度运行，所有辅助设 到车站或机场的时间分别为公路 50 min、高速铁路
备正常使用时，一等车厢噪声值不大于 65 dB（A）， 90 min、航空180 min，公路的平均速度为 100 km/h，
二等车厢噪声值不大于 68 dB（A），车外噪声在 20 m 飞 机 的 巡 航 速 度 为 500 km/h，由表 2 中高速铁路
加钢轨、路基的维修工作量，还增加维护线路水 max zj 为第 j 项指标的最大值，min zj 为第 j 项指标 平，尤其是线路不平顺的维修工作量。据日本东海 的最小值。则：
道新干线的维修情况，列车最大速度由 210 km/h 提
高到 260 km/h，需要的维修工作量或维修费大致增
⑷
加 1.5 倍。
经济效益等因素，随着经济社会的发展存在不同的 收益边际。以京沪高速铁路为例，土建设计速度
Pk ＝（W × Vmax）× k / 3 600（kW）
⑴
高速列车运行时基本阻力的经验计算公式为：
为 380 km/h，CRH-380 动车组的设计速度也达到 380 km/h 的速度等级，商业运营速度则采用 300 km/h 的速度等级。
1 高速铁路速度目标值的定义
高速铁路速度目标值是高速行车技术的核心指 标，是高速铁路总体设计的决定性参数。高速铁路 属于轮轨技术范畴，列车轮轨之间的粘着特性是有 效发挥牵引、制动性能的防空转和防滑控制技术的
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基础，随着列车速度的提高，轮轨可利用粘着系数 采用 300 km/h。