從影響高鐵速度的主要因素看高鐵的發(fā)展前景

劉一帆

摘 要：高鐵以它快捷的速度和低廉的價(jià)格，強(qiáng)烈沖擊了航空運(yùn)輸。從影響高鐵速度的主要因素來(lái)看，高鐵有廣闊的發(fā)展前景。高鐵線路的科學(xué)化建造為高鐵的高速度提供了最基本的條件，最新設(shè)計(jì)的高速“動(dòng)車組”能使高鐵達(dá)到更高的速度，采用最新智能化技術(shù)的交通信號(hào)系統(tǒng)保證了高鐵安全運(yùn)行。展望高鐵的未來(lái)，大有可為。

關(guān)鍵詞：高鐵；速度；發(fā)展前景

中圖分類號(hào)：G62 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-9132（2017）04-0230-02

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2017.04.146

高鐵，被稱為陸地飛行器，它的核心就是“高速”。

速度，是一個(gè)物理量。人們接觸的速度的初級(jí)定義，是物體在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)的路程的多少，這是一個(gè)標(biāo)量，只有大小，沒(méi)有方向。而高一級(jí)的速度定義認(rèn)為，速度等于位移和發(fā)生位移所用時(shí)間的比值，這是一個(gè)矢量，既有大小又有方向。作為矢量的速度定義，強(qiáng)調(diào)說(shuō)明的是，速度是一個(gè)相對(duì)的量，它指的是一個(gè)物體相對(duì)于另一個(gè)作為參照物的物體，在單位時(shí)間內(nèi)位移變化的大小。可以說(shuō)，作為矢量的定義，才是我們?cè)趯?shí)際生活中經(jīng)常提到的速度。比如，我們說(shuō)從北京到上海的火車的速度，并不是說(shuō)火車自己跑得多快，而是說(shuō)火車用多長(zhǎng)時(shí)間能從北京跑到上海。從這個(gè)意義上說(shuō)，高鐵的速度對(duì)人們生活的影響是深刻和具體的。因此，2008年8月北京至天津城際鐵路的開通，標(biāo)志著中國(guó)跨進(jìn)了高鐵時(shí)代。

世界修建高鐵的歷史，開始于1964年日本開通的東海道新干線，當(dāng)時(shí)的運(yùn)行速度為每小時(shí)210千米。隨后，法國(guó)、德國(guó)以及英國(guó)、瑞典、西班牙、意大利和韓國(guó)等都修建了高鐵。中國(guó)修建高鐵雖然起步最晚，但是在引進(jìn)技術(shù)、重新研發(fā)、自主創(chuàng)新中形成了獨(dú)特的高鐵技術(shù)。深入分析影響高鐵速度的各種要素，不但可以體會(huì)到高科技對(duì)高鐵技術(shù)發(fā)展提高的促進(jìn)作用，而且還可以看到高鐵進(jìn)一步發(fā)展的廣闊前景。概括起來(lái)說(shuō)，影響高鐵速度的主要因素可以歸納為以下三個(gè)方面。

一、高鐵線路的科學(xué)化建造為高鐵的高速度提供了最基本的條件

（一）科學(xué)地解決高鐵線路中的曲線和直線問(wèn)題

直線距離最短，這在數(shù)學(xué)中是最基本的常識(shí)。但是，對(duì)于高鐵來(lái)說(shuō)，“走直線”并不僅僅是距離短的問(wèn)題，因?yàn)閺奈锢淼慕嵌葋?lái)說(shuō)，如果高鐵的速度是每小時(shí)350千米，那么高鐵線路的曲線半徑不能小于7000米。從最高的安全系數(shù)出發(fā)，施工中一般要求在9000到10000米之間。不但如此，而且在曲線與曲線、曲線與直線之間都設(shè)置了過(guò)渡。除此之外，根據(jù)離心力的原理，在曲線地段外側(cè)鋼軌相對(duì)于內(nèi)側(cè)鋼軌還設(shè)置了科學(xué)的超高值。

（二）科學(xué)地解決高鐵線路中的上坡和下坡問(wèn)題

與曲線和直線情況下的道理相同，高速運(yùn)行的高鐵對(duì)線路的上坡和下坡也有嚴(yán)格的要求。簡(jiǎn)單地說(shuō)，也就是高鐵前行一千米，爬坡高度不能大于2.5米。這一限值，除了避免顛簸給旅客帶來(lái)的不適之外，更重要的還是高速行駛的情況下不致造成列車脫軌。

（三）分層填筑的高鐵路基解決路基的沉降問(wèn)題

從上面的兩個(gè)小問(wèn)題不難看出，路基保持平穩(wěn)的重要作用。因此，高鐵的路基采用了分層填筑的方式，一共分三層，每一層的材料和技術(shù)要求都必須達(dá)到相關(guān)規(guī)范的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)高鐵大部分采用了高架橋的形式，穿山越水，構(gòu)架橋梁路基，不難想象工程的浩大以及成本的昂貴。在保證質(zhì)量的情況下，高架橋在相關(guān)的連接處都設(shè)置了各種過(guò)渡。只有穩(wěn)如磐石的高鐵路基，才能讓高鐵快速安全地運(yùn)行。

（四）無(wú)砟軌道保證軌道的高平順使運(yùn)行速度大大提高

砟，這個(gè)字讀“zhǎ”，基本意思是巖石、煤等的碎片。因此，所謂的無(wú)砟軌道，就是路基不用碎石，鐵軌、軌枕直接鋪在混凝土上。在有砟軌道中，路砟起著承重、吸熱、減震、減少噪音等重要作用，但是在高鐵高速行駛的狀態(tài)下，路砟會(huì)被激起，造成安全隱患。但是，在采用無(wú)砟軌道以后，這些重要作用都必須通過(guò)更先進(jìn)的科學(xué)方法得到解決。比如，減少噪音，可以通過(guò)定期打磨鋼軌和實(shí)行鋼軌的無(wú)縫化加以解決，還可以在軌道上安裝吸音裝置。

（五）全封閉、專用、雙線路運(yùn)行，停站少，可以狂跑

高鐵雙線的線路間距，關(guān)系到錯(cuò)車時(shí)產(chǎn)生的風(fēng)壓。如果線路間距過(guò)大，會(huì)造成投資的浪費(fèi)；如果線路間距過(guò)小，車窗有被巨大的風(fēng)壓壓碎的危險(xiǎn)。經(jīng)過(guò)大量的試驗(yàn)和計(jì)算，科學(xué)家確定為5米。

以上這些方面，是高鐵快速安全運(yùn)行的最基本的條件，也是最基本的保障。哪一方面問(wèn)題的解決，都離不開先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)。

二、最新設(shè)計(jì)的高速“動(dòng)車組”能使高鐵達(dá)到更高的速度

“動(dòng)車組”是相對(duì)于過(guò)去的機(jī)車而言的，顧名思義，就是動(dòng)力裝置的組合。過(guò)去的綠皮車，是由一輛機(jī)車車頭帶動(dòng)十幾輛車廂，運(yùn)行的速度可想而知。現(xiàn)在的“動(dòng)車組”，是一種動(dòng)力分散技術(shù)，帶動(dòng)力的車叫動(dòng)車，不帶動(dòng)力的車叫拖車，動(dòng)車和拖車間雜裝置，高鐵運(yùn)行時(shí)，除了前面的牽引車運(yùn)動(dòng)，后面具有動(dòng)力的車也同時(shí)運(yùn)動(dòng)。

“動(dòng)車組”在運(yùn)行中的優(yōu)勢(shì)顯而易見，形象地說(shuō)，它更像現(xiàn)在的團(tuán)隊(duì)合作，是一種“團(tuán)隊(duì)精神”，它推翻了過(guò)去“火車跑得快全憑車頭帶”的舊觀念。還可以用另一種比喻，牽引車就像一個(gè)大股東，其他的動(dòng)力車就像一群小股東，它們一起齊心協(xié)力，使高鐵這個(gè)聯(lián)合的大托拉斯，跑得更快，跑得更好。

三、采用最新智能化技術(shù)的交通信號(hào)系統(tǒng)保證了高鐵安全運(yùn)行

如果列車以每小時(shí)200千米的速度前進(jìn)，它緊急剎車需要的路程是4000米。對(duì)照這些數(shù)據(jù)，可以想象，時(shí)速每小時(shí)350千米的高鐵，緊急剎車的困難和危險(xiǎn)。因此，高鐵的安全問(wèn)題，一直是社會(huì)最關(guān)心的問(wèn)題。

但是，自從高鐵產(chǎn)生以來(lái)，高鐵一直被譽(yù)為安全性極高的交通工具，如果從事故率的角度出發(fā)，高鐵的安全系數(shù)比公路、航空要高得多。日本的高鐵已經(jīng)開通幾十年，沒(méi)有發(fā)生過(guò)一起交通死亡事故，法國(guó)的高鐵也一直安全運(yùn)行。

這要?dú)w功于最新智能化技術(shù)的交通信號(hào)系統(tǒng)。它為高鐵的安全性提供了科學(xué)的保障。如果沒(méi)有這樣先進(jìn)的列車控制系統(tǒng)，如此高速的列車是不可能完全靠人工保證安全的。對(duì)于列車控制系統(tǒng)的研發(fā)，是我國(guó)整個(gè)高速鐵路技術(shù)中最重要的一環(huán)?，F(xiàn)在正在使用的“中國(guó)列車運(yùn)行控制系統(tǒng)”（簡(jiǎn)稱 CTCS）還在不斷的研發(fā)試驗(yàn)中，科研人員為高鐵的安全運(yùn)行一直進(jìn)行著不遺余力地拼搏努力。

總而言之，從影響高鐵速度的主要因素來(lái)看，高鐵有廣闊的發(fā)展前景。事實(shí)也正是如此，高鐵以它快捷的速度和低廉的價(jià)格，強(qiáng)烈沖擊了航空運(yùn)輸。日本的高鐵用8年時(shí)間就收回了全部投資，已經(jīng)成為其國(guó)名副其實(shí)的交通工具。中國(guó)正在研發(fā)的真空管道磁懸浮技術(shù)，能使列車的運(yùn)行速度在理論上直逼第一宇宙速度，達(dá)到每小時(shí)2萬(wàn)千米。預(yù)計(jì)研發(fā)成功后，能使高鐵速度達(dá)到每小時(shí)4000千米，而能耗不到航客機(jī)的1/10，噪音和廢氣污染及事故率接近于零。展望高鐵的未來(lái)，大有可為。

參考文獻(xiàn)：

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