第二节 高速铁路的技术经济比较优势

与其他交通运输方式以及既有铁路相比，高速铁路的技术经济比较优势一般体现在速度、运量、时间、安全舒适、土地资源利用、节能环保等方面。

一 速度优势

技术速度快，发车间隔小，行车密度大，是高速铁路最主要的技术优势，其他优势基本上由此派生。研究和实践证明，传统铁路之所以在既有运输市场竞争中逐渐处于劣势，关键在于其技术速度的提高达到了瓶颈，特别是达到了经济瓶颈和安全瓶颈。我国在大规模修建高速铁路之前已经对既有线进行了多次提速，并且取得了显著的成绩。见表3－3。

为了克服既有铁路的速度限制，各国致力于高速铁路技术的研发，并屡屡创出试验速度新高。见表3－4。

高速铁路的速度优势还有很大的提升空间，随着高速磁浮交通技术的逐渐成熟，特别是2002年12月31日上海30公里高速磁浮机场线的正式通车运营，运营最高速度为430公里/小时的高速磁浮列车为市场初步接受。

二 运量优势

运输量是运输部门在一定时期内运送旅客和货物的数量，以运量和周转量表示。其中，运量是运输部门实际运送的旅客人数和货物吨数，相应分为客运量和货运量，计量单位分别是“人”和“吨”；周转量是全面反映运量和运输距离的运输生产指标，分为旅客周转量、货物周转量和换算周转量。旅客周转量是一定时期内，运输部门实际运送的旅客人数和其运输距离的乘积，以人公里计。货物周转量是一定时期内，运输部门实际运送的货物吨数和其运输距离的乘积，以吨公里计，可以分为总周转量、各种运输方式的货物周转量、分货物品类的周转量。换算周转量是将旅客周转量和货物周转量折合成同一计量单位的周转量，以换算吨公里计。在中国，铁路和交通部的直属水运企业，通常将1人公里换算为1吨公里，汽车运输以10人公里换算为1吨公里，民用航空运输的国际航线以13.33人公里换算为1吨公里，国内航线以13.89人公里换算为1吨公里。这里主要应用运量的绝对数和周转量的绝对数来对各种运输方式的运量进行比较。

铁路由于其自身的技术特点，可以负担大量的旅客和货物运输任务，长期以来，大宗长途的货物运输中铁路货运都是绝对的主力，节假日高峰期的中长途旅客运输也是铁路发挥作用的主要市场。高速铁路作为近半个世纪以来兴起的一种新兴交通运输方式，其运量比较优势是各国修建高速铁路的主要原因之一。从日本新干线到法国等高速铁路先行国家，以至中国（包括台湾）等现代高速铁路飞速发展的国家和地区，从线路选择的顺序看，第一条高铁无一不是选择在人口密度大且经济最发达的区域，这充分说明高速铁路主要发端于高密度和常年大量的出行和物流需求。

高速铁路一个重要的技术经济比较优势就是输送能力大，一条双线高速铁路年运量可达1.6亿人次。特别是高速铁路在城际开行高密度、公交化、编组灵活的动车组列车，其载客量是公路、民航无法比拟的。目前世界各国高速铁路几乎都能满足行车间隔4分钟和4分钟以下的要求。日本新干线在运输高峰时期，行车间隔最小可达3分钟左右，列车发车密度基本上可以做到旅客随到随走。我国京沪高速铁路建成后，单向年输送旅客可达8000万人次，其旅客周转量远远超过相同线路的高速公路运输和民用航空运输。

三 时间优势

尽管时间优势与速度优势存在相关性，但是二者并不等同。速度优势基本上属于纯技术属性的范畴，而时间优势则包含了运输组织和运营管理等内容的优势体现。由于劳动生产率的不断提高，旅客时间价值增大，对旅行时间有进一步节约的要求，故选择速度较高的交通工具的旅客在增多。在经济发展的前期，这种变化表现为旅客从速度较低的常规铁路和公路转移到高速铁路，高速铁路的市场份额增加；在经济发展水平较高时，公众有能力追求更高的旅行速度，一部分长途旅客向航空转移，故高速铁路的市场份额有减少的趋势。因此，作为旅客出行最关心的问题之一，旅行时间主要是由旅行所乘坐运输工具的行驶速度决定的。高速铁路是陆上运行距离最长、运行速度最快的交通运输工具。近几年来相继开工建设的高速铁路运营时速都在300公里以上，远远超过公路交通的速度。就是与速度最快的航空运输相比，高速铁路也凭借其便于旅客出行、发车间隔时间短、随到随走等优势而显示出巨大的时间竞争力。以北京到上海为例，考虑到在机场办理登机手续和等待登机，以及来回机场的时间（机场一般建设在离城市较远的位置）等因素，乘坐飞机总共需要5个小时，相对于高铁并没有时间上的优势。

高速铁路可以把经济区域在800～1000公里范围内孤立的、分散的经济区形成一条经济带或经济走廊，使这一带的经济社会活动联系更加紧密，发展速度更快。由此而产生的社会经济效益是十分重大、难以估量的。下面以我国广西高速铁路为例来验证高速铁路在一定空间距离内的时间优势。

一般来说，节约旅行时间的价值是决定消费者出行行为和交通方式选择的重要参数，消费者要考虑选择某种交通方式能够带来的节约旅行时间的价值，并在选择该种交通方式需支付的价格之间进行权衡。节约旅行时间的总价值是所有选择该交通方式的消费者节约旅行时间价值的总和。一般来说，只有当节约旅行时间的总价值超过相应的总成本，该交通建设项目才是可行的。

该分析方法的基本思路是：首先分析影响消费者长途出行交通方式选择的效用函数，及决定节约旅行时间价值的主要因素，并以公路、铁路、民航三种不同的交通方式为例，解释不同交通方式节约旅行时间的价值对其市场份额的影响。消费者进行长途旅行一般要在多种交通方式中进行选择，消费者的选择受到多种因素的影响。假定消费者主要考虑3个因素：节约旅行时间价值（VTTS）、付出的价格（Pi）和消费者对某种交通方式的偏好（Prei）。只有当选择某种交通方式出行给消费者带来的节省旅行时间的利益超过消费者支付的价格时，消费者才会选择该种交通方式出行。因此消费者选择第i种交通方式的效用函数可以表示为：

其中，Ti为选择第i种交通方式的总旅行时间；T0为选择另一种交通方式的总旅行时间；VTTSi（Ti, T0, aI）表示选择第i种交通方式相对于选择另一种交通方式节省时间的价值；时间的价值与消费者的收入水平I的倍数a有关，收入水平越高，时间的经济价值也越高。如果节省旅行时间的价值与收入水平之间存在线性关系，可以假定VTTSi（Ti, T0, aI）＝a（T0－Ti）× I。收入水平高的消费者有选择更快捷更昂贵的交通方式的支付能力。消费者要比较选择不同交通方式节约旅行时间带来的利益VTTSi（Ti, T0, aI）和选择该交通方式支付的成本（Pi），消费者倾向于选择能使其利益最大化的交通方式。

旅行时间是指总旅行时间，即从出发地到目的地所花费的时间总和。例如乘飞机出行的总旅行时间至少由三部分时间组成，即：旅客从住所出发步行、乘地铁或汽车到达机场、通过安检和登机的时间（Ta1）；飞机的飞行时间（Ta2），包括加速升空、空中飞行和减速降落时间；以及从下飞机、出机场再到达目的地的时间（Ta3）。用Ta表示选择民航出行的总旅行时间，则Ta＝Ta1+Ta2+ Ta3。乘火车出行的总旅行时间同样由三部分时间组成，即：旅客从住所出发到达车站并上车的时间（Tt1），列车运行时间（Tt2），以及从下车、出站再到目的地的时间（Tt3），用Tt表示选择铁路出行的总旅行时间，则Tt＝Tt1+Tt2+Tt3。则二者的总旅行时间差为：（Tt－Ta）＝（Tt1－T a1）+（Tt2－Ta2）+（Tt3－Ta3）。其中，（Tt1－Ta1）表示旅客从住所出发到达车站与到达机场、安检登机的时间差，一般Tt1＜Ta1，因为火车车站一般比机场更靠近城市中心；（Tt2－Ta2）表示相同城市间火车旅行时间与飞机旅行时间的差，由于火车的旅行速度小于飞机的旅行速度，因而Tt2＞Ta2; （Tt3－Ta3）表示旅客从火车站到目的地与出机场并到目的地的时间差，一般Tt3＜Ta3。如果不考虑乘坐飞机或火车的时间，旅客出行选择铁路可节约的旅行时间可用Δt表示：Δt＝（Ta1－Tt1）+（Ta3－Tt3）。如果S表示两城市间的距离，则旅客在两城市间乘坐铁路或民航的时间分别为：Tt2＝S／Vt, Ta2＝S／Va, Va与Vt分别表示飞机与火车的平均旅行速度，虽然飞机的旅行速度远高于列车的旅行速度，但乘民航或乘火车出行的总旅行时间却可能相等，即：Δt +S／Va＝S／Vt。由该式可以得出选择民航出行与选择铁路出行总旅行时间相等的距离S∗，见下式：

从节约旅行时间的价值与交通方式选择的角度，结合广西交通运输业的实际情况，可以用高铁和民航的典型数据进一步说明，估计广西高铁对其经济带内交通运输业客运的影响。一般到达机场以及安检登机要比到火车站花更多的时间，假定（Ta1－Tt1）≈1.5小时，即去机场一般要比去火车站早出发1个半小时。假定离开机场到市中心比离开火车站到市中心需要多花半个小时，即（Ta3－Tt3）≈0.5小时。二者之和为2小时，Δt＝2小时。飞机的国内平均旅行速度约为600公里／小时，时速300公里的高速铁路上动车组的平均旅行速度可以达到225公里／小时，根据式（3－2）可以计算出民航和高铁出行总旅行时间相等的距离S∗。

S∗＝（Δt×Vt× Va）／（Va－Vt）＝（2×225×600）／（600－225）＝720（公里）

基于以上数据，当城市间距离小于720公里时，选择高速铁路出行能够比飞机更快到达目的地；如果城市间距离大于720公里，飞机能够更快到达。当然，如果高铁车站远离城市中心，或没有地铁等便捷的公共交通到达高铁车站，则 S∗要显著缩小，高铁的节约旅行时间的价值会显著降低。

同样，根据式（3－2）可以计算出乘高铁或汽车（大巴）出行旅行时间相等的距离。虽然高铁的运行速度要高于汽车，但汽车可以实现“门到门”运输。若假定乘坐汽车比乘高铁出行可以节约的到车站时间为1小时，即Δt＝1，汽车的平均旅行速度Vv为100公里／小时。则根据相关公式可以计算出乘汽车出行与乘高铁出行总旅行时间相等的距离S∗∗。

S∗∗＝（Δt×Vv× Vt）／（Vt－Vv）＝（1×100×225）／（225－100）＝180（公里）

计算结果说明，虽然高铁的运行速度快于汽车，但在180公里的出行距离内，汽车可能比高铁更快到达目的地。

根据式（3－2）还可以计算出乘高铁和普通铁路火车出行旅行时间相等的距离。虽然高铁的运行速度要高于普通铁路，但高铁一般只在大中城市设立站点，站点相对较少。若假定乘普通火车比乘高铁出行可以节约的到车站时间为0.5小时，即Δt＝0.5，普通铁路列车的平均旅行速度Vo为160公里／小时。则根据式（3－2）可以计算出乘普通火车出行与乘高铁出行总旅行时间相等的距离S∗∗∗。

S∗∗∗＝（Δt×Vo× Vt）／（Vt－Vo）＝（0.5×160×225）／（225－160）≈277（公里）

计算结果说明，虽然高铁的运行速度快于普通铁路，但在277公里的出行距离内，普通铁路可能比高铁更快到达目的地。

在上述条件下，如果只是考虑总旅行时间最短，高铁在277公里到720公里的中等距离范围内，比乘飞机、汽车或普通火车出行可以更快到达目的地，更有节约旅行时间的价值。以广西高铁为例，就广西目前在建的高铁来看，大都是在全程720公里以内的，只有贵广高铁（857公里）和湘桂高铁（1013公里）全程大于720公里。当然，随着以上几个参数发生变化，高铁具有竞争优势的范围也会发生变化，或许能在更远的范围内与民航竞争。

四 土地占用优势

从生态学的角度看，交通运输对土地占用应尽可能小。所以，一种运输方式如果与其他运输方式运力相同，但占地较少，则该运输方式就具有土地资源利用的比较优势。在使有限的土地得到最有效利用的各种方式中，高速铁路无疑具有明显的比较优势。

与公路比较。运送相同数量的旅客，高速铁路所需的基础设施占地面积仅是公路所需要面积的25%。法国TGV高速铁路路基的宽度为14米左右，而相同运力的高速公路是28米（4股车道）到35米（6股车道），一条TGV高速线所占用的土地面积仅相当于一条双向4股车道高速公路占地面积的50%。

与航空比较。航空运输的基础设施主要是航空港、起降跑道、旅客终端站、飞机库、服务大楼、无线电雷达装置以及进入航空港的专用线，占用了大量土地；还有大量的土地因强噪声的影响而损失了自身的价值，如由于噪声影响的结果，居民盖房范围的总面积受到限制；同时由于建设机场需要的土地有一定面积、平整度的要求，因此，有些城市的机场距离城市较远，这样就还需修建相关的城市到机场的高速公路及其他辅助设施。高速铁路建设时，路轨可以铺设在土地价值低的居民稀少地区，而且有些路段还可以占用原来已有的铁路用地带。高速铁路可以直接穿行于城市间，既便利又相对减少占地。此外，市郊铁路沿线地区可用于个人别墅和庄园的开发。用货币表示的用地评价表明：在俄罗斯圣彼得堡和莫斯科附近修建两座航空港比在这些城市之间修建高速铁路线要贵3.8倍。应该指出的是，由于在伦敦附近修建新航空港没法解决土地问题，是造成大不列颠地段在英吉利海峡修建隧道的原因之一。又如巴黎附近的戴高乐机场占用了3000公顷面积，它是巴黎市区内面积的1/3；而巴黎—里昂高速铁路线路总占地面积仅为2400公顷（郭文军和曾学贵，2000）。

高速磁浮交通技术在占地方面的优势从技术上得到认可，以德国高速磁浮列车和城际快车ICE数据比较，ICE占地为14平方米/米，高速磁浮交通为12平方米/米，高架建设的高速磁浮交通占地仅为2平方米/米。

五 节能优势

交通运输是能源消耗大户，能耗标准是衡量交通运输方式优劣的重要技术指标。在发达国家（以德国为例），用于交通的能耗占全国最终能源消耗的比重已超过30%，且呈上升趋势。其中个人小汽车和航空的能耗在整个交通运输业中占70% ～74%，成为能源消耗大户；铁路则是能耗最低的陆上交通工具。此外，由于一次能源资源的有限性，社会的发展将倡导使用再生能源和核能、太阳能等新能源。在目前的技术水平下，小汽车和飞机只能使用一次性矿物油（汽油、柴油和航空煤油）作为能源。而铁路能源则以电为主（高速铁路都以电力驱动），故有可能使用不同形式的能源，如核能、水能以及其他一些再生能源。因此，将客流向占地少、能耗低且可充分利用二次能源和再生能源的铁路和高速铁路引导，是各国交通政策发展的重要趋势。各国能耗指标中各交通方式比较（林晓言，2010）见表3－5。

林晓言（2010）将节能指标选择为两个：一是各交通方式客运和货运能耗系数；二是假设由单一交通方式完成全年全社会客、货运输的总能耗量。能耗系数又分客运能耗系数和货运能耗系数。客运能耗系数是指各交通方式完成单位旅客周转量消耗的能源数值，货运能耗系数是指各交通方式完成单位货物周转量消耗的能源数值。假设由单一交通方式完成全年全社会客、货运输的总能耗量指标的计算公式如下：

各交通方式客运总能耗量＝全年客运周转量×各交通方式客运能耗系数

各交通方式货运总能耗量＝全年货运周转量×各交通方式货运能耗系数

比较和计算结果如表3－6和表3－7所示。

表3－6和表3－7表明，铁路的客运能耗系数和货运能耗系数都远低于其他交通方式，假设全社会运输量都由一种方式完成，铁路的能耗优势更为突出。而高速铁路的能耗比普通铁路还低，因此在节能方面具有更为明显的优势。中国铁路能源消耗在国家交通运输业总消耗量中只占18%，而完成换算周转量达到50%以上。高速铁路采用电力机车牵引，这与采用石油等液体燃料的交通运输工具相比有很大的节能优势。与公路、航空运输相比，是中长距离运输中最具节约特征的交通方式。高速铁路每人公里燃料消耗是汽车的1/3，是中程客运飞机的1/5。因此，高速铁路的单位耗能最低，且使用的电能为二次能源，与汽车、飞机使用汽油相比具有比较优势。由于采用无接触技术，高速磁浮系统更为经济。在相同的速度下，磁悬浮所消耗的能量比已经非常“节能”的高速轮轨还要节省20% ～30%。在行驶相同距离的情况下，小汽车所耗费的能量是磁悬浮的3倍，而飞机则是它的5倍。据德国实验数据，当城际快车运行速度从125公里/小时提高到185公里/小时时，其能耗从29瓦小时/吨公里提高到51瓦小时/吨公里；而高速磁浮列车，运行速度为200公里/小时、300公里/小时、400公里/小时时，对应的能耗指标为22瓦小时/吨公里、34瓦小时/吨公里、52瓦小时/吨公里。

六 排放优势

OECD在我国调查期间，发现汽车成为我国城市空气污染的最大来源。例如，在北京温暖的季节期间，92%的一氧化碳（CO）、94%的碳氢化合物（HC）和68%的氮氧化物（NO）来自汽车。同样，在广州和上海，平均超过80%的二氧化碳和40%的氮氧化物（NO）的排放来自汽车，其次来自航空，而火车则相对较少（林晓言，2010）。

将指标分为两类，分别是大气污染物的年人均排放量和每生产1000美元GDP所产生的大气污染物的排放量。而大气污染物则分碳氧化物、氮氧化物、硫氧化物三种。根据前人对各种交通方式排放大气污染物系数的统计建立指标，对应的数据按照每种污染物排放量所占总排放量的比例计算，可以得到表3－8。

表3－8反映的是各交通方式的大气污染物的年人均排放量和每生产1000美元GDP所产生的大气污染物的排放量，我国铁路的碳氧化物、氮氧化物、硫氧化物年人均排放量指标结果分别是0.031、0.53、4.02千克，而每生产1000美元GDP所产生的大气污染物的排放量指标结果分别是0.005、0.10、0.67千克。在我国的交通方式污染物排放比较中，航空和公路的碳氧化物排放量分别是铁路的58.4倍和56.8倍，氮氧化物分别是铁路的4.96倍和11.55倍，硫氧化物分别是铁路的1倍和2.3倍。航空和公路排放的碳氧化物折算成GDP的值分别是铁路的62倍和60倍，氮氧化物分别是铁路的4.8倍和11.8倍，硫氧化物分别是铁路的1倍和2.31倍。在美国三种交通方式的比较中，航空和公路年人均排放量指标，碳氧化物排放量是铁路的58.2倍和56.6倍，氮氧化物排放量是铁路的4.9倍和11.41倍，硫氧化物排放量是铁路的1倍和2.3倍。航空和公路每生产1000美元GDP所产生的大气污染物的排放量指标，碳氧化物排放量是铁路的54倍和52倍，氮氧化物排放量是铁路的5.1倍和11.8倍，硫氧化物排放量是铁路的1倍和2.27倍。在经合组织国家平均水平三种交通方式的比较中，航空和公路年人均排放量指标，碳氧化物排放量是铁路的58.1倍和56.6倍，氮氧化物排放量是铁路的4.91倍和11.41倍，硫氧化物排放量是铁路的1.003倍和2.3倍。航空和公路每生产1000美元GDP所产生的大气污染物排放量指标中，碳氧化物排放量都是铁路的55倍，氮氧化物排放量是铁路的5倍和11.5倍，硫氧化物排放量是铁路的1倍和2.31倍。

高速铁路由于采用了高新技术，并采取相应的环保措施，使其能够在以高于普通铁路一倍以上的速度运行的情况下，仍能达到普通铁路的环保要求，甚至某些环保指标还优于普通铁路。日本新干线的资料表明，在人均二氧化碳排放量上，汽车与飞机分别是高速铁路的5.5倍和6.3倍。高速铁路大部分采用电力牵引，基本上消除了粉尘、油烟和其他废气的排放，实现了机车对大气无污染的零排放，减轻了对沿线城镇大气污染问题。而喷气式大型客机，按飞行一小时计算，排放到空气中的废物平均为：二氧化碳46.8吨、水蒸汽18吨、一氧化碳635千克、一氧化氮630千克和硬质颗粒2.2千克。同时飞机飞行一小时，需要航空汽油约15吨和空气625吨。航空运输按一旅客一公里计算，单位有害排放物平均为386克，这是高速电气化铁路运输的类似指标的642倍。德国数据显示，高速磁浮交通比城际快车更具有减排优势，见图3－2。

从治理污染的费用视角，根据国际铁路联盟对1991年欧洲17个国家用于交通对环境影响所花费的费用统计资料表明，航空、汽车、火车三种形式运输工具，除本身的能源、材料消耗外，为环境保护所花费的额外的社会运输成本为2094亿欧洲货币单位（ECU），相当于这些国家当年国内生产总值的31.54%。廖弘（2006）对各种运输模式治理环境污染所花费的费用（亿ECU）及比例见表3－9。

七 安全舒适的优势

在安全舒适方面，日益提高的生活质量，使旅客对旅行过程的舒适度要求提高，这表现为一些旅客将不再愿意忍受长时间的旅途颠簸，故将选择乘坐条件较好、旅行过程较短的交通工具。在经济发展的前期，这种变化表现为旅客从舒适条件较差的常规铁路列车和公路汽车转移到高速铁路列车，高速铁路的市场份额增加；在经济发展水平较高时，公路旅行将小汽车化，舒适条件提高，同时部分旅客有经济能力追求旅行时间更短、相对舒适度较高的飞机，从而使高速铁路的市场份额减少。

其中，安全是人们出行选择交通运输方式最关心的因素。高速铁路由于在全封闭的环境中自动化运行，再加上一系列完善的安全保障措施，所以其安全程度远远高于其他交通工具。根据己经建成高速铁路国家的统计数据，几个主要有高速铁路的国家，高速铁路事故率及人员伤亡率都远远低于其他现代交通运输方式。根据日本高速铁路的统计数据，日本东海道新干线采用了大密度、大运量、高准确性的安全运行系统，从1964年新干线建成到2014年的50年间，共输送旅客56亿人次，保持了旅客运输零死亡率的安全纪录。这样的纪录对公路运输和航空运输来说是不可想象的神话。因此，高速铁路被称为世界上最安全的运输工具。

另外，随着人民生活水平的提高，乘坐的舒适程度也成为人们出行选择交通工具的一个重要条件。高速铁路列车运行平稳，震动和摆动幅度都很小，每个旅客所占有的活动空间比汽车和民航都大得多，再加上设施先进、装备齐全等特点，使得乘坐高速铁路非常舒适。