第二節 高速鐵路的技術經濟比較優勢

與其他交通運輸方式以及既有鐵路相比，高速鐵路的技術經濟比較優勢一般體現在速度、運量、時間、安全舒適、土地資源利用、節能環保等方面。

一 速度優勢

技術速度快，發車間隔小，行車密度大，是高速鐵路最主要的技術優勢，其他優勢基本上由此派生。研究和實踐證明，傳統鐵路之所以在既有運輸市場競爭中逐漸處于劣勢，關鍵在于其技術速度的提高達到了瓶頸，特別是達到了經濟瓶頸和安全瓶頸。我國在大規模修建高速鐵路之前已經對既有線進行了多次提速，并且取得了顯著的成績。見表3－3。

為了克服既有鐵路的速度限制，各國致力于高速鐵路技術的研發，并屢屢創出試驗速度新高。見表3－4。

高速鐵路的速度優勢還有很大的提升空間，隨著高速磁浮交通技術的逐漸成熟，特別是2002年12月31日上海30公里高速磁浮機場線的正式通車運營，運營最高速度為430公里/小時的高速磁浮列車為市場初步接受。

二 運量優勢

運輸量是運輸部門在一定時期內運送旅客和貨物的數量，以運量和周轉量表示。其中，運量是運輸部門實際運送的旅客人數和貨物噸數，相應分為客運量和貨運量，計量單位分別是“人”和“噸”；周轉量是全面反映運量和運輸距離的運輸生產指標，分為旅客周轉量、貨物周轉量和換算周轉量。旅客周轉量是一定時期內，運輸部門實際運送的旅客人數和其運輸距離的乘積，以人公里計。貨物周轉量是一定時期內，運輸部門實際運送的貨物噸數和其運輸距離的乘積，以噸公里計，可以分為總周轉量、各種運輸方式的貨物周轉量、分貨物品類的周轉量。換算周轉量是將旅客周轉量和貨物周轉量折合成同一計量單位的周轉量，以換算噸公里計。在中國，鐵路和交通部的直屬水運企業，通常將1人公里換算為1噸公里，汽車運輸以10人公里換算為1噸公里，民用航空運輸的國際航線以13.33人公里換算為1噸公里，國內航線以13.89人公里換算為1噸公里。這里主要應用運量的絕對數和周轉量的絕對數來對各種運輸方式的運量進行比較。

鐵路由于其自身的技術特點，可以負擔大量的旅客和貨物運輸任務，長期以來，大宗長途的貨物運輸中鐵路貨運都是絕對的主力，節假日高峰期的中長途旅客運輸也是鐵路發揮作用的主要市場。高速鐵路作為近半個世紀以來興起的一種新興交通運輸方式，其運量比較優勢是各國修建高速鐵路的主要原因之一。從日本新干線到法國等高速鐵路先行國家，以至中國（包括臺灣）等現代高速鐵路飛速發展的國家和地區，從線路選擇的順序看，第一條高鐵無一不是選擇在人口密度大且經濟最發達的區域，這充分說明高速鐵路主要發端于高密度和常年大量的出行和物流需求。

高速鐵路一個重要的技術經濟比較優勢就是輸送能力大，一條雙線高速鐵路年運量可達1.6億人次。特別是高速鐵路在城際開行高密度、公交化、編組靈活的動車組列車，其載客量是公路、民航無法比擬的。目前世界各國高速鐵路幾乎都能滿足行車間隔4分鐘和4分鐘以下的要求。日本新干線在運輸高峰時期，行車間隔最小可達3分鐘左右，列車發車密度基本上可以做到旅客隨到隨走。我國京滬高速鐵路建成后，單向年輸送旅客可達8000萬人次，其旅客周轉量遠遠超過相同線路的高速公路運輸和民用航空運輸。

三 時間優勢

盡管時間優勢與速度優勢存在相關性，但是二者并不等同。速度優勢基本上屬于純技術屬性的范疇，而時間優勢則包含了運輸組織和運營管理等內容的優勢體現。由于勞動生產率的不斷提高，旅客時間價值增大，對旅行時間有進一步節約的要求，故選擇速度較高的交通工具的旅客在增多。在經濟發展的前期，這種變化表現為旅客從速度較低的常規鐵路和公路轉移到高速鐵路，高速鐵路的市場份額增加；在經濟發展水平較高時，公眾有能力追求更高的旅行速度，一部分長途旅客向航空轉移，故高速鐵路的市場份額有減少的趨勢。因此，作為旅客出行最關心的問題之一，旅行時間主要是由旅行所乘坐運輸工具的行駛速度決定的。高速鐵路是陸上運行距離最長、運行速度最快的交通運輸工具。近幾年來相繼開工建設的高速鐵路運營時速都在300公里以上，遠遠超過公路交通的速度。就是與速度最快的航空運輸相比，高速鐵路也憑借其便于旅客出行、發車間隔時間短、隨到隨走等優勢而顯示出巨大的時間競爭力。以北京到上海為例，考慮到在機場辦理登機手續和等待登機，以及來回機場的時間（機場一般建設在離城市較遠的位置）等因素，乘坐飛機總共需要5個小時，相對于高鐵并沒有時間上的優勢。

高速鐵路可以把經濟區域在800～1000公里范圍內孤立的、分散的經濟區形成一條經濟帶或經濟走廊，使這一帶的經濟社會活動聯系更加緊密，發展速度更快。由此而產生的社會經濟效益是十分重大、難以估量的。下面以我國廣西高速鐵路為例來驗證高速鐵路在一定空間距離內的時間優勢。

一般來說，節約旅行時間的價值是決定消費者出行行為和交通方式選擇的重要參數，消費者要考慮選擇某種交通方式能夠帶來的節約旅行時間的價值，并在選擇該種交通方式需支付的價格之間進行權衡。節約旅行時間的總價值是所有選擇該交通方式的消費者節約旅行時間價值的總和。一般來說，只有當節約旅行時間的總價值超過相應的總成本，該交通建設項目才是可行的。

該分析方法的基本思路是：首先分析影響消費者長途出行交通方式選擇的效用函數，及決定節約旅行時間價值的主要因素，并以公路、鐵路、民航三種不同的交通方式為例，解釋不同交通方式節約旅行時間的價值對其市場份額的影響。消費者進行長途旅行一般要在多種交通方式中進行選擇，消費者的選擇受到多種因素的影響。假定消費者主要考慮3個因素：節約旅行時間價值（VTTS）、付出的價格（Pi）和消費者對某種交通方式的偏好（Prei）。只有當選擇某種交通方式出行給消費者帶來的節省旅行時間的利益超過消費者支付的價格時，消費者才會選擇該種交通方式出行。因此消費者選擇第i種交通方式的效用函數可以表示為：

其中，Ti為選擇第i種交通方式的總旅行時間；T0為選擇另一種交通方式的總旅行時間；VTTSi（Ti, T0, aI）表示選擇第i種交通方式相對于選擇另一種交通方式節省時間的價值；時間的價值與消費者的收入水平I的倍數a有關，收入水平越高，時間的經濟價值也越高。如果節省旅行時間的價值與收入水平之間存在線性關系，可以假定VTTSi（Ti, T0, aI）＝a（T0－Ti）× I。收入水平高的消費者有選擇更快捷更昂貴的交通方式的支付能力。消費者要比較選擇不同交通方式節約旅行時間帶來的利益VTTSi（Ti, T0, aI）和選擇該交通方式支付的成本（Pi），消費者傾向于選擇能使其利益最大化的交通方式。

旅行時間是指總旅行時間，即從出發地到目的地所花費的時間總和。例如乘飛機出行的總旅行時間至少由三部分時間組成，即：旅客從住所出發步行、乘地鐵或汽車到達機場、通過安檢和登機的時間（Ta1）；飛機的飛行時間（Ta2），包括加速升空、空中飛行和減速降落時間；以及從下飛機、出機場再到達目的地的時間（Ta3）。用Ta表示選擇民航出行的總旅行時間，則Ta＝Ta1+Ta2+ Ta3。乘火車出行的總旅行時間同樣由三部分時間組成，即：旅客從住所出發到達車站并上車的時間（Tt1），列車運行時間（Tt2），以及從下車、出站再到目的地的時間（Tt3），用Tt表示選擇鐵路出行的總旅行時間，則Tt＝Tt1+Tt2+Tt3。則二者的總旅行時間差為：（Tt－Ta）＝（Tt1－T a1）+（Tt2－Ta2）+（Tt3－Ta3）。其中，（Tt1－Ta1）表示旅客從住所出發到達車站與到達機場、安檢登機的時間差，一般Tt1＜Ta1，因為火車車站一般比機場更靠近城市中心；（Tt2－Ta2）表示相同城市間火車旅行時間與飛機旅行時間的差，由于火車的旅行速度小于飛機的旅行速度，因而Tt2＞Ta2; （Tt3－Ta3）表示旅客從火車站到目的地與出機場并到目的地的時間差，一般Tt3＜Ta3。如果不考慮乘坐飛機或火車的時間，旅客出行選擇鐵路可節約的旅行時間可用Δt表示：Δt＝（Ta1－Tt1）+（Ta3－Tt3）。如果S表示兩城市間的距離，則旅客在兩城市間乘坐鐵路或民航的時間分別為：Tt2＝S／Vt, Ta2＝S／Va, Va與Vt分別表示飛機與火車的平均旅行速度，雖然飛機的旅行速度遠高于列車的旅行速度，但乘民航或乘火車出行的總旅行時間卻可能相等，即：Δt +S／Va＝S／Vt。由該式可以得出選擇民航出行與選擇鐵路出行總旅行時間相等的距離S?，見下式：

從節約旅行時間的價值與交通方式選擇的角度，結合廣西交通運輸業的實際情況，可以用高鐵和民航的典型數據進一步說明，估計廣西高鐵對其經濟帶內交通運輸業客運的影響。一般到達機場以及安檢登機要比到火車站花更多的時間，假定（Ta1－Tt1）≈1.5小時，即去機場一般要比去火車站早出發1個半小時。假定離開機場到市中心比離開火車站到市中心需要多花半個小時，即（Ta3－Tt3）≈0.5小時。二者之和為2小時，Δt＝2小時。飛機的國內平均旅行速度約為600公里／小時，時速300公里的高速鐵路上動車組的平均旅行速度可以達到225公里／小時，根據式（3－2）可以計算出民航和高鐵出行總旅行時間相等的距離S?。

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

基于以上數據，當城市間距離小于720公里時，選擇高速鐵路出行能夠比飛機更快到達目的地；如果城市間距離大于720公里，飛機能夠更快到達。當然，如果高鐵車站遠離城市中心，或沒有地鐵等便捷的公共交通到達高鐵車站，則 S?要顯著縮小，高鐵的節約旅行時間的價值會顯著降低。

同樣，根據式（3－2）可以計算出乘高鐵或汽車（大巴）出行旅行時間相等的距離。雖然高鐵的運行速度要高于汽車，但汽車可以實現“門到門”運輸。若假定乘坐汽車比乘高鐵出行可以節約的到車站時間為1小時，即Δt＝1，汽車的平均旅行速度Vv為100公里／小時。則根據相關公式可以計算出乘汽車出行與乘高鐵出行總旅行時間相等的距離S??。

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

計算結果說明，雖然高鐵的運行速度快于汽車，但在180公里的出行距離內，汽車可能比高鐵更快到達目的地。

根據式（3－2）還可以計算出乘高鐵和普通鐵路火車出行旅行時間相等的距離。雖然高鐵的運行速度要高于普通鐵路，但高鐵一般只在大中城市設立站點，站點相對較少。若假定乘普通火車比乘高鐵出行可以節約的到車站時間為0.5小時，即Δt＝0.5，普通鐵路列車的平均旅行速度Vo為160公里／小時。則根據式（3－2）可以計算出乘普通火車出行與乘高鐵出行總旅行時間相等的距離S???。

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

計算結果說明，雖然高鐵的運行速度快于普通鐵路，但在277公里的出行距離內，普通鐵路可能比高鐵更快到達目的地。

在上述條件下，如果只是考慮總旅行時間最短，高鐵在277公里到720公里的中等距離范圍內，比乘飛機、汽車或普通火車出行可以更快到達目的地，更有節約旅行時間的價值。以廣西高鐵為例，就廣西目前在建的高鐵來看，大都是在全程720公里以內的，只有貴廣高鐵（857公里）和湘桂高鐵（1013公里）全程大于720公里。當然，隨著以上幾個參數發生變化，高鐵具有競爭優勢的范圍也會發生變化，或許能在更遠的范圍內與民航競爭。

四 土地占用優勢

從生態學的角度看，交通運輸對土地占用應盡可能小。所以，一種運輸方式如果與其他運輸方式運力相同，但占地較少，則該運輸方式就具有土地資源利用的比較優勢。在使有限的土地得到最有效利用的各種方式中，高速鐵路無疑具有明顯的比較優勢。

與公路比較。運送相同數量的旅客，高速鐵路所需的基礎設施占地面積僅是公路所需要面積的25%。法國TGV高速鐵路路基的寬度為14米左右，而相同運力的高速公路是28米（4股車道）到35米（6股車道），一條TGV高速線所占用的土地面積僅相當于一條雙向4股車道高速公路占地面積的50%。

與航空比較。航空運輸的基礎設施主要是航空港、起降跑道、旅客終端站、飛機庫、服務大樓、無線電雷達裝置以及進入航空港的專用線，占用了大量土地；還有大量的土地因強噪聲的影響而損失了自身的價值，如由于噪聲影響的結果，居民蓋房范圍的總面積受到限制；同時由于建設機場需要的土地有一定面積、平整度的要求，因此，有些城市的機場距離城市較遠，這樣就還需修建相關的城市到機場的高速公路及其他輔助設施。高速鐵路建設時，路軌可以鋪設在土地價值低的居民稀少地區，而且有些路段還可以占用原來已有的鐵路用地帶。高速鐵路可以直接穿行于城市間，既便利又相對減少占地。此外，市郊鐵路沿線地區可用于個人別墅和莊園的開發。用貨幣表示的用地評價表明：在俄羅斯圣彼得堡和莫斯科附近修建兩座航空港比在這些城市之間修建高速鐵路線要貴3.8倍。應該指出的是，由于在倫敦附近修建新航空港沒法解決土地問題，是造成大不列顛地段在英吉利海峽修建隧道的原因之一。又如巴黎附近的戴高樂機場占用了3000公頃面積，它是巴黎市區內面積的1/3；而巴黎—里昂高速鐵路線路總占地面積僅為2400公頃（郭文軍和曾學貴，2000）。

高速磁浮交通技術在占地方面的優勢從技術上得到認可，以德國高速磁浮列車和城際快車ICE數據比較，ICE占地為14平方米/米，高速磁浮交通為12平方米/米，高架建設的高速磁浮交通占地僅為2平方米/米。

五 節能優勢

交通運輸是能源消耗大戶，能耗標準是衡量交通運輸方式優劣的重要技術指標。在發達國家（以德國為例），用于交通的能耗占全國最終能源消耗的比重已超過30%，且呈上升趨勢。其中個人小汽車和航空的能耗在整個交通運輸業中占70% ～74%，成為能源消耗大戶；鐵路則是能耗最低的陸上交通工具。此外，由于一次能源資源的有限性，社會的發展將倡導使用再生能源和核能、太陽能等新能源。在目前的技術水平下，小汽車和飛機只能使用一次性礦物油（汽油、柴油和航空煤油）作為能源。而鐵路能源則以電為主（高速鐵路都以電力驅動），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，將客流向占地少、能耗低且可充分利用二次能源和再生能源的鐵路和高速鐵路引導，是各國交通政策發展的重要趨勢。各國能耗指標中各交通方式比較（林曉言，2010）見表3－5。

林曉言（2010）將節能指標選擇為兩個：一是各交通方式客運和貨運能耗系數；二是假設由單一交通方式完成全年全社會客、貨運輸的總能耗量。能耗系數又分客運能耗系數和貨運能耗系數。客運能耗系數是指各交通方式完成單位旅客周轉量消耗的能源數值，貨運能耗系數是指各交通方式完成單位貨物周轉量消耗的能源數值。假設由單一交通方式完成全年全社會客、貨運輸的總能耗量指標的計算公式如下：

各交通方式客運總能耗量＝全年客運周轉量×各交通方式客運能耗系數

各交通方式貨運總能耗量＝全年貨運周轉量×各交通方式貨運能耗系數

比較和計算結果如表3－6和表3－7所示。

表3－6和表3－7表明，鐵路的客運能耗系數和貨運能耗系數都遠低于其他交通方式，假設全社會運輸量都由一種方式完成，鐵路的能耗優勢更為突出。而高速鐵路的能耗比普通鐵路還低，因此在節能方面具有更為明顯的優勢。中國鐵路能源消耗在國家交通運輸業總消耗量中只占18%，而完成換算周轉量達到50%以上。高速鐵路采用電力機車牽引，這與采用石油等液體燃料的交通運輸工具相比有很大的節能優勢。與公路、航空運輸相比，是中長距離運輸中最具節約特征的交通方式。高速鐵路每人公里燃料消耗是汽車的1/3，是中程客運飛機的1/5。因此，高速鐵路的單位耗能最低，且使用的電能為二次能源，與汽車、飛機使用汽油相比具有比較優勢。由于采用無接觸技術，高速磁浮系統更為經濟。在相同的速度下，磁懸浮所消耗的能量比已經非常“節能”的高速輪軌還要節省20% ～30%。在行駛相同距離的情況下，小汽車所耗費的能量是磁懸浮的3倍，而飛機則是它的5倍。據德國實驗數據，當城際快車運行速度從125公里/小時提高到185公里/小時時，其能耗從29瓦小時/噸公里提高到51瓦小時/噸公里；而高速磁浮列車，運行速度為200公里/小時、300公里/小時、400公里/小時時，對應的能耗指標為22瓦小時/噸公里、34瓦小時/噸公里、52瓦小時/噸公里。

六 排放優勢

OECD在我國調查期間，發現汽車成為我國城市空氣污染的最大來源。例如，在北京溫暖的季節期間，92%的一氧化碳（CO）、94%的碳氫化合物（HC）和68%的氮氧化物（NO）來自汽車。同樣，在廣州和上海，平均超過80%的二氧化碳和40%的氮氧化物（NO）的排放來自汽車，其次來自航空，而火車則相對較少（林曉言，2010）。

將指標分為兩類，分別是大氣污染物的年人均排放量和每生產1000美元GDP所產生的大氣污染物的排放量。而大氣污染物則分碳氧化物、氮氧化物、硫氧化物三種。根據前人對各種交通方式排放大氣污染物系數的統計建立指標，對應的數據按照每種污染物排放量所占總排放量的比例計算，可以得到表3－8。

表3－8反映的是各交通方式的大氣污染物的年人均排放量和每生產1000美元GDP所產生的大氣污染物的排放量，我國鐵路的碳氧化物、氮氧化物、硫氧化物年人均排放量指標結果分別是0.031、0.53、4.02千克，而每生產1000美元GDP所產生的大氣污染物的排放量指標結果分別是0.005、0.10、0.67千克。在我國的交通方式污染物排放比較中，航空和公路的碳氧化物排放量分別是鐵路的58.4倍和56.8倍，氮氧化物分別是鐵路的4.96倍和11.55倍，硫氧化物分別是鐵路的1倍和2.3倍。航空和公路排放的碳氧化物折算成GDP的值分別是鐵路的62倍和60倍，氮氧化物分別是鐵路的4.8倍和11.8倍，硫氧化物分別是鐵路的1倍和2.31倍。在美國三種交通方式的比較中，航空和公路年人均排放量指標，碳氧化物排放量是鐵路的58.2倍和56.6倍，氮氧化物排放量是鐵路的4.9倍和11.41倍，硫氧化物排放量是鐵路的1倍和2.3倍。航空和公路每生產1000美元GDP所產生的大氣污染物的排放量指標，碳氧化物排放量是鐵路的54倍和52倍，氮氧化物排放量是鐵路的5.1倍和11.8倍，硫氧化物排放量是鐵路的1倍和2.27倍。在經合組織國家平均水平三種交通方式的比較中，航空和公路年人均排放量指標，碳氧化物排放量是鐵路的58.1倍和56.6倍，氮氧化物排放量是鐵路的4.91倍和11.41倍，硫氧化物排放量是鐵路的1.003倍和2.3倍。航空和公路每生產1000美元GDP所產生的大氣污染物排放量指標中，碳氧化物排放量都是鐵路的55倍，氮氧化物排放量是鐵路的5倍和11.5倍，硫氧化物排放量是鐵路的1倍和2.31倍。

高速鐵路由于采用了高新技術，并采取相應的環保措施，使其能夠在以高于普通鐵路一倍以上的速度運行的情況下，仍能達到普通鐵路的環保要求，甚至某些環保指標還優于普通鐵路。日本新干線的資料表明，在人均二氧化碳排放量上，汽車與飛機分別是高速鐵路的5.5倍和6.3倍。高速鐵路大部分采用電力牽引，基本上消除了粉塵、油煙和其他廢氣的排放，實現了機車對大氣無污染的零排放，減輕了對沿線城鎮大氣污染問題。而噴氣式大型客機，按飛行一小時計算，排放到空氣中的廢物平均為：二氧化碳46.8噸、水蒸汽18噸、一氧化碳635千克、一氧化氮630千克和硬質顆粒2.2千克。同時飛機飛行一小時，需要航空汽油約15噸和空氣625噸。航空運輸按一旅客一公里計算，單位有害排放物平均為386克，這是高速電氣化鐵路運輸的類似指標的642倍。德國數據顯示，高速磁浮交通比城際快車更具有減排優勢，見圖3－2。

從治理污染的費用視角，根據國際鐵路聯盟對1991年歐洲17個國家用于交通對環境影響所花費的費用統計資料表明，航空、汽車、火車三種形式運輸工具，除本身的能源、材料消耗外，為環境保護所花費的額外的社會運輸成本為2094億歐洲貨幣單位（ECU），相當于這些國家當年國內生產總值的31.54%。廖弘（2006）對各種運輸模式治理環境污染所花費的費用（億ECU）及比例見表3－9。

七 安全舒適的優勢

在安全舒適方面，日益提高的生活質量，使旅客對旅行過程的舒適度要求提高，這表現為一些旅客將不再愿意忍受長時間的旅途顛簸，故將選擇乘坐條件較好、旅行過程較短的交通工具。在經濟發展的前期，這種變化表現為旅客從舒適條件較差的常規鐵路列車和公路汽車轉移到高速鐵路列車，高速鐵路的市場份額增加；在經濟發展水平較高時，公路旅行將小汽車化，舒適條件提高，同時部分旅客有經濟能力追求旅行時間更短、相對舒適度較高的飛機，從而使高速鐵路的市場份額減少。

其中，安全是人們出行選擇交通運輸方式最關心的因素。高速鐵路由于在全封閉的環境中自動化運行，再加上一系列完善的安全保障措施，所以其安全程度遠遠高于其他交通工具。根據己經建成高速鐵路國家的統計數據，幾個主要有高速鐵路的國家，高速鐵路事故率及人員傷亡率都遠遠低于其他現代交通運輸方式。根據日本高速鐵路的統計數據，日本東海道新干線采用了大密度、大運量、高準確性的安全運行系統，從1964年新干線建成到2014年的50年間，共輸送旅客56億人次，保持了旅客運輸零死亡率的安全紀錄。這樣的紀錄對公路運輸和航空運輸來說是不可想象的神話。因此，高速鐵路被稱為世界上最安全的運輸工具。

另外，隨著人民生活水平的提高，乘坐的舒適程度也成為人們出行選擇交通工具的一個重要條件。高速鐵路列車運行平穩，震動和擺動幅度都很小，每個旅客所占有的活動空間比汽車和民航都大得多，再加上設施先進、裝備齊全等特點，使得乘坐高速鐵路非常舒適。